陳江浩

(西安交通大學第一附屬醫(yī)院，西安710065)

人類免疫缺陷病毒(HIV)包括HIV-1和HIV-2兩個亞型。研究顯示，HIV-1感染患者常伴有注意力及記憶力下降、運動神經(jīng)受損及性情的顯著變化，這些中樞神經(jīng)系統(tǒng)的病理改變與HIV-1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的感染和復制有關。目前已知HIV-1在原發(fā)性感染宿主外周免疫系統(tǒng)后，可以很快通過血腦屏障進入神經(jīng)中樞系統(tǒng)。在沒有抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物控制下，HIV-1可以在平均2個月的時間內(nèi)感染顱腦[1]，在腦脊液中可檢出HIV-1 RNA[2]。由于HIV-1在腦實質(zhì)中大量復制帶來的神經(jīng)炎癥和神經(jīng)毒性，引起一系列神經(jīng)退行性病變。其中20%～30%的患者可以伴發(fā)HIV-1介導的神經(jīng)癡呆(HAD)[3]。而在抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療后，雖然HAD可以得到有效控制，但是仍有39%～52%的患者伴有不同程度的中樞神經(jīng)紊亂癥狀，即HIV-1引起的神經(jīng)認知障礙(HAND)?？刂艸IV-1在中樞神經(jīng)系的感染對治療HIV-1感染和改善患者預后具有重要意義?，F(xiàn)將中樞神經(jīng)系統(tǒng)HIV-1感染的生物學特性、神經(jīng)免疫反應及治療進展等綜述如下。

1　中樞神經(jīng)系統(tǒng)中HIV-1感染的生物學特性

1.1　HIV-1進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的感染路徑

目前尚未發(fā)現(xiàn)HIV可以直接通過血腦屏障。大量證據(jù)[4，5]顯示，HIV進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)是由感染的單核巨噬細胞攜帶的HIV-1 DNA跨過血腦屏障，而后復制的HIV-1感染小膠質(zhì)細胞形成穩(wěn)定的中樞感染病灶。在這一過程中，外周血中的HIV-1感染引起的炎癥因子激活了血腦屏障的內(nèi)皮細胞表達CCL2趨化因子。而血液循環(huán)系統(tǒng)中被HIV感染的單核細胞通過其自身細胞膜表達的CCR2受體與血管內(nèi)皮細胞表面的CCL2特異性識別，進而黏附內(nèi)皮細胞，隨后通過類似阿米巴式的細胞運動，攜帶HIV進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)[5，6]。另外有證據(jù)顯示，連接黏附分子、活化白細胞黏附分子、CD99和血小板內(nèi)皮細胞黏附分子都參與了單核巨噬細胞黏附及跨越血腦屏障過程。從腦實質(zhì)中檢出的HIV-1主要為CCR5株，因為CCR5株HIV-1主要侵襲單核巨噬細胞，這也間接證實了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的HIV-1感染主要為單核巨噬細胞跨越血腦屏障轉(zhuǎn)運而來[7]。

1.2　HIV-1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的復制

HIV-1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)主要感染小膠質(zhì)細胞。由于小膠質(zhì)細胞的生物學特性與外周血單核巨噬細胞接近，因此有觀點認為，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的小膠質(zhì)細胞來源于胚胎發(fā)育期的單核巨噬細胞。但是與單核巨噬細胞不同的是，小膠質(zhì)細胞并不表達CD14和CD45，這也被認為是區(qū)別這兩種細胞的重要標志[8]。在腦實質(zhì)中，小膠質(zhì)細胞根據(jù)部位不同可以占0.5%～16.6%的細胞比例，并且自我更新、動態(tài)監(jiān)測和吞噬中樞神經(jīng)系統(tǒng)的凋亡細胞以保持穩(wěn)定正常的生理環(huán)境。HIV-1感染小膠質(zhì)細胞主要通過細胞表達的CD4受體和CCR3、CCR5、CXCR4協(xié)同受體一起結(jié)合來侵入細胞內(nèi)。隨后逆轉(zhuǎn)錄的HIV-1 DNA嵌入到宿主基因組中，轉(zhuǎn)錄翻譯并釋放HIV-1病毒顆粒[9]。由于小膠質(zhì)細胞的存活時間可以達到數(shù)年或更長，因此感染了HIV-1的小膠質(zhì)細胞可以形成穩(wěn)定的顱腦內(nèi)的病毒復制點。目前，抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物的使用使得中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的復制活躍期的小膠質(zhì)細胞已經(jīng)大大減少，然而顱腦內(nèi)病毒的復制仍在繼續(xù)。攜帶HIV-1 DNA的休眠期的小膠質(zhì)細胞可以逃避抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物的抑制，不斷緩慢地釋放新的病毒，并引起新的感染。所以，休眠期的攜帶HIV-1 DNA的小膠質(zhì)細胞正在得到更多的關注。研究發(fā)現(xiàn)，休眠期的小膠質(zhì)細胞通過調(diào)節(jié)細胞核內(nèi)的組蛋白從而有效抑制病毒轉(zhuǎn)錄調(diào)控。小膠質(zhì)細胞中的轉(zhuǎn)錄因子CTIP2可以促進組蛋白去乙酰化酶1和組蛋白去乙酰化酶2的活化，并引起組蛋白3的去乙酰化，從而抑制病毒轉(zhuǎn)錄的啟動子，造成感染HIV-1的小膠質(zhì)細胞進入不轉(zhuǎn)錄病毒的休眠狀態(tài)[10]。由于沒有有效的表面標志物，現(xiàn)在還無法鑒別及診斷休眠期的HIV-1感染的小膠質(zhì)細胞。但是有研究顯示，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫激活和修復神經(jīng)退行性病變的生物標志物CD74表達升高，提示CD74與休眠期的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的HIV-1感染有關[10，11]。

另有研究發(fā)現(xiàn)，5%～10%的星形細胞也可以被HIV-1感染[12]。星形細胞可以表達HIV-1的協(xié)同受體CCR5和CXCR4，但是否表達CD4仍然存在爭論。體外實驗發(fā)現(xiàn)，星形細胞可以被HIV-1感染，但經(jīng)過短暫的病毒復制后，其病毒表達會顯著下降至非常低的水平，只有在干擾素γ、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子、腫瘤壞死因子α(TNF-α)的刺激下，星形細胞重新產(chǎn)生新的HIV-1病毒顆粒并且具有感染性[13]。所以一般認為，星形細胞可能是長期攜帶HIV-1 DNA的感染細胞，并不具有很強的病毒復制能力。但是考慮到星形細胞的數(shù)量占腦實質(zhì)的15%～20%，星形細胞仍然是不可忽視的HIV-1感染病灶。

2　中樞神經(jīng)系統(tǒng)HIV-1感染的神經(jīng)炎癥和神經(jīng)毒性

2.1　神經(jīng)炎癥反應

HIV-1不能直接感染神經(jīng)中樞系統(tǒng)中的神經(jīng)元細胞，但是HIV-1感染所引起的神經(jīng)炎癥是導致HAD或HAND的神經(jīng)退行性病變的主要致病因素。作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫監(jiān)視細胞，小膠質(zhì)細胞激活是整個神經(jīng)免疫的關鍵。小膠質(zhì)細胞表面表達大量與巨噬細胞類似的白細胞表面抗原，如CD45、HLA-DR、CD11b等[14]。且小膠質(zhì)細胞具有類似的吞噬功能，被認為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的固有免疫細胞。被HIV-1感染的小膠質(zhì)細胞可以具有巨噬細胞類似的M1、M2激活分型，及分泌相關的炎癥及趨化因子，促進神經(jīng)炎癥反應及導致類似于神經(jīng)退行性病變的腦部損傷，加快中樞神經(jīng)系統(tǒng)衰老。臨床影像學顯示，HIV-1感染能夠在還沒有神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的情況下激活小膠質(zhì)細胞，由感染所釋放的炎癥因子進一步加重了非感染區(qū)的炎癥反應，其顯著標志為增加了組織相容性復合體Ⅱ、CD163、IL-1β和TNF-α的表達[15]。由于藥物本身就具有一定的中樞神經(jīng)毒性及抗病毒藥物無法阻斷休眠期的病毒復制，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)炎癥可以轉(zhuǎn)成HIV-1腦炎。小膠質(zhì)細胞具有很強的生理調(diào)節(jié)功能，但是HIV-1感染可以引起的小膠質(zhì)細胞的生物學行為發(fā)生改變，例如改變細胞代謝及增強p53-p21信號通路，使小膠質(zhì)細胞的生命周期延長，從而長期釋放炎癥因子[16]；另外一個更顯著的標志是HIV-1可以顯著減少β淀粉樣蛋白降解酶，引起細胞外β淀粉樣蛋白的聚合，從而加劇阿爾茲海默病的發(fā)生。

星形細胞也是神經(jīng)系統(tǒng)免疫炎癥反應中不可或缺的部分。作為包繞血管內(nèi)皮細胞構(gòu)成血腦屏障的支持細胞，星形細胞可以在HIV-1感染早期就被HIV-1的Tat、gp120、Nef蛋白激活，通過擾亂環(huán)氧酶、細胞內(nèi)鈣離子和ATP的濃度，釋放一系列炎癥因子，促進血管內(nèi)皮細胞損傷，使得更多的外周血中的單核細胞跨過血腦屏障，加劇中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)炎癥反應[17]。研究[18]還發(fā)現(xiàn)，HIV-1 Tat可以誘導星形細胞表達PDGF-BB，隨后引起CCL-2表達升高。目前已知CCL-2可以加速神經(jīng)炎癥反應[19]，影響β淀粉樣蛋白的代謝并加劇認知功能的損傷，是引起神經(jīng)退行性病變和老年癡呆的重要炎癥因子。星形細胞激活是誘發(fā)HAD和HAND的重要原因。除此之外，HIV-1 gp120引起的星形細胞釋放IL-6、TNF-α也是導致神經(jīng)炎癥的重要因子[20]。

2.2　神經(jīng)毒性

在絕大部分病毒性感染引起的神經(jīng)退行性病變中，神經(jīng)免疫炎癥反應通常早于神經(jīng)元損傷。因為數(shù)量眾多的膠質(zhì)細胞負責了免疫監(jiān)視功能。但是HIV-1的結(jié)構(gòu)蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的累積，最終可以直接引起神經(jīng)元損傷。HIV-1 gp120和Tat被認為是首要引起HIV-1神經(jīng)毒性的病毒蛋白[21]。最早發(fā)現(xiàn)，HIV-1 gp120蛋白可以顯著降低神經(jīng)元對多巴胺的轉(zhuǎn)運，并且減少神經(jīng)元樹突的數(shù)量。另有研究證明，HIV-1 gp120的神經(jīng)毒性也可以通過激活神經(jīng)元的N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體[22]，使細胞內(nèi)鈣離子濃度增加，誘發(fā)細胞內(nèi)一氧化氮合酶(NOS)介導的氧化應激反應，從而導致神經(jīng)元損傷[23，24]。HIV-1 Tat蛋白通過磷酸化NMDA受體也可以激活以上的氧化應激過程。另外，HIV-1 Tat激活NMDA受體后還可以引起MAP激酶的活化，最終啟動神經(jīng)元的凋亡[25]。HIV-1 Tat蛋白還可以與神經(jīng)元表面受體脂蛋白受體(LRP)相結(jié)合，引起LRP內(nèi)吞，而減少LRP對其配體如β淀粉樣蛋白和載脂蛋白E的識別和降解，加劇神經(jīng)退行性病變進程[26]。

3　中樞神經(jīng)系統(tǒng)HIV-1感染的治療

3.1　血腦屏障與抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物

中樞神經(jīng)系統(tǒng)HIV-1感染目前尚無特異性治療方法。研究發(fā)現(xiàn)，HIV-1感染患者在經(jīng)歷抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療后，腦脊液中的HIV-1 RNA含量顯著降低，而患者伴發(fā)的HAD也可以得到有效控制。但是由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)獨特的生理和解剖結(jié)構(gòu)，徹底控制病毒復制依然不能實現(xiàn)。首要問題是如何解決抗逆轉(zhuǎn)錄病毒穿越血腦屏障的問題。致密的血管內(nèi)皮和星形細胞結(jié)構(gòu)阻斷了絕大部分的藥物通過血腦屏障。雖然在顱腦的下丘腦、最后區(qū)和穹窿下區(qū)等部位血管內(nèi)皮細胞的緊密連結(jié)較稀疏，藥物可以借此跨過血腦屏障；但是在已知的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物里面，只有核苷類抗逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑具有較好的血腦屏障通過率，非核苷類抗逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑只有Nevirapine可以達到較高的中樞神經(jīng)藥物濃度，其他類抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物包括最新的長效非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑Rilpivirine在內(nèi)，在顱腦的有效濃度并不顯著[27]。由于血腦屏障的天然阻隔，抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物的療效受到了極大限制。因此，顱腦內(nèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)被認為是HIV-1在體內(nèi)的最終藏身之地。而逆轉(zhuǎn)錄藥物本身尚存在一定的中樞神經(jīng)毒性，可以增加β淀粉樣蛋白酶的聚集并引起神經(jīng)退行性病變的發(fā)生，所以對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的HIV-1感染不能僅依賴于傳統(tǒng)的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物治療，更應該考慮中樞神經(jīng)系統(tǒng)的固有生理學特性。

3.2　納米藥物傳輸

最新研究表明，納米技術在生物醫(yī)藥領域的應用為改善傳統(tǒng)藥物的效能帶來新的思路。特別是在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面，通過納米技術的重新包裝，可以大大提高生物活性蛋白和小分子跨過血腦屏障，提高傳統(tǒng)藥物對神經(jīng)退行性病變的治療效果。用納米技術合成的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒蛋白酶抑制劑可以更穩(wěn)定、更長時間地停留在外周血循環(huán)系統(tǒng)中，極大地改善藥物通過血腦屏障的能力[28]。這種納米晶體化的抗逆轉(zhuǎn)錄蛋白酶抑制劑還能靶向作用于單核巨噬細胞，隨著巨噬細胞跨越中樞神經(jīng)系統(tǒng)的血管內(nèi)皮細胞，從而實現(xiàn)由細胞介導的藥物傳輸[29]。這一新療法目前已經(jīng)完成了臨床前期的實驗，目前正在準備進入臨床實驗。

除了直接抑制病毒在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的復制，減少或者控制HIV-1感染所引起的神經(jīng)炎癥也是目前重要的治療發(fā)展的方向。目前最新的抗神經(jīng)炎癥的小分子藥物混合系激酶3阻斷劑URMC-099具有非常好的神經(jīng)中樞藥物穿透活性，其通過抑制MAP kinase活性，直接減少激活膠質(zhì)細胞，也有一定的保護神經(jīng)元的作用[30]。其療效已經(jīng)在控制阿爾茲海默病及HIV-1引起的神經(jīng)炎癥中得到了驗證。另外發(fā)現(xiàn)，URMC-099與新型納米化的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物nanoART一起使用還可以增強抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物的療效[31]。鑒于此，聯(lián)合抗神經(jīng)炎癥及具有神經(jīng)保護性能的藥物與抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物聯(lián)合使用，將是今后控制中樞神經(jīng)系統(tǒng)HIV-1感染的必經(jīng)之路。

4　結(jié)語

在持續(xù)不斷的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒的治療下，中樞神經(jīng)系統(tǒng)可能是HIV-1在體內(nèi)復制最后的藏身之所。目前的治療手段還不足以徹底清除中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的感染病灶。因此，盡可能抑制感染并且減少神經(jīng)免疫炎癥反應，盡最大可能減小神經(jīng)損傷，是今后研究的重點。

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