重磅研究：艾滋病毒在人体内通过细胞间直接接触传播

艾滋病自20世纪80年代首次出现以来，在全球范围内造成了严重的影响。据世界卫生组织统计，这种病毒已经导致约3500万人死亡。而对治愈艾滋病的研究，是许多科学家终其一生的目标。

虽然目前艾滋病进展已经能够有效控制，但至今仍未研制出根治艾滋病的药物，也没有可用于预防的有效疫苗。但近日一份来自海德堡大学跨学科研究，将对艾滋病的了解更深一步。

像人类免疫缺陷病毒(HIV)这样的病原体的传播通常在试管中进行研究，即在二维细胞培养中，即使它几乎不能反映人体中更复杂的条件。利用创新的细胞培养系统，定量图像分析和计算机模拟，海德堡大学的跨学科科学家团队现在探索了HIV如何在三维组织样环境中传播。研究人员的研究结果表明，组织结构迫使病毒在细胞间直接接触传播。

尽管已经进行了30多年的研究，但艾滋病病毒(即获得性免疫缺陷综合症)传播病因的许多关键方面仍不为人知。其中一个未解决的问题涉及病毒与人体内环境之间的相互作用。

传统上，人们一直认为受感染的细胞会释放病毒颗粒，然后扩散并最终感染其他细胞。但也有可能通过紧密接触将病毒颗粒从一个感染细胞直接转移到下一个感染细胞。到目前为止，尚不清楚这些传播模式中的哪一种在组织中占优势。

“实验室中HIV复制的研究主要是在塑料培养皿中进行简单的细胞培养实验，这些实验不能反映复杂的结构和组织的异质性。”海德堡大学医院综合传染病研究中心(CIID)的研究主任Oliver Fackler博士解释说。

海德堡大学的研究人员在他们的研究方法中考虑到所谓的CD4 T辅助细胞，即被HIV病毒感染的首选细胞类型，在生理环境中具有高度的运动性。他们使用了一种新的细胞培养系统，在胶原蛋白的帮助下生成了一个三维支架。这使得在数周的过程中，可以在组织样的环境中维持细胞的移动性，并监测感染HIV-1的初级CD4 T细胞。

研究人员利用这种创新方法测量了许多表征细胞运动，病毒复制和CD4 T辅助细胞逐渐丧失的因素。“这产生了一组非常复杂的数据，如果没有其他学科科学家的帮助，这些数据是无法解释的。” 在CIID攻读博士期间从事该项目的 Andrea Imle解释道。

在分析数据时，进行实验的科学家与来自图像处理、理论生物物理学和数学建模领域的同事合作。他们一起描述细胞和病毒的复杂行为，并在计算机上进行模拟。这使得对决定HIV-1在这些3D培养中传播的关键过程做出重要预测成为可能，这一点在随后的实验中得到了证实。海德堡大学理论物理研究所的Ulrich Schwarz教授说:“这是我们跨学科研究的一个很好的例子，说明实验和模拟的迭代周期可以帮助定量分析一个复杂的生物过程。”

数据分析显示，细胞培养系统的3D环境抑制了无细胞病毒的感染，同时促进病毒从细胞到细胞的直接传播。“我们的模型使我们能够将短的单细胞显微镜薄膜与长期的细胞数量测量相结合，从而估算细胞间接触传播感染所需的最小时间跨度。”海德堡大学BioQuant中心的Frederik Graw博士解释说。研究人员希望这些研究结果最终能找到治疗HIV的新治疗方法。

艾滋病在全球情况

根据UNAIDS的数据，截至2017年，全球约有3690万人感染HIV/AIDS，其中180万是儿童(15岁以下)。

2017年，全球估计有180万人新感染艾滋病毒，每天大约有5000人感染。这包括18万名儿童(小于15岁)。这些儿童大多数生活在撒哈拉以南非洲，在怀孕、分娩或哺乳期间被艾滋病毒阳性母亲感染。

2017年，全球约75%的艾滋病毒感染者了解自己的艾滋病毒状况。剩下的25%(超过900万人)仍然需要获得艾滋病毒检测服务。艾滋病毒检测是艾滋病毒预防、治疗、护理和支持服务的重要途径。

2017年，全球共有2170万艾滋病毒感染者(59%)接受抗逆转录病毒治疗(ART)，自2016年以来增加了230万人，高于2010年的800万人。获得艾滋病毒治疗是全球努力消除艾滋病作为公共卫生威胁的关键。

自2004年达到峰值以来，与艾滋病相关的死亡人数减少了51%以上。2017年，全球有94万人死于艾滋病相关疾病，而2010年和2004年分别为140万人和190万人。

绝大多数艾滋病毒感染者生活在低收入和中等收入国家。2017年，非洲东部和南部有1960万艾滋病毒感染者(53%)，西部和中部有610万人(16%)，亚太地区有520万人(14%)，西欧和中欧及北美有220万人(6%)。

艾滋病治疗

今年3月，一名患者采用干细胞治疗方法治愈艾滋病毒，成为10年前“柏林病人”蒂莫西·雷·布朗后第二名有希望治愈艾滋病的人。据报道，这名患者停止服用抗逆转录病毒药物，18个月后没有任何迹象显示病毒复发。

虽然消息可喜，但这种治疗方法是条件的，这两名治愈的患者都患有一种血癌，化疗不起作用。他们需要进行骨髓移植，在骨髓移植中，其血细胞将被破坏，并由健康捐赠者的干细胞进行补充。

但当时的剑桥大学一个研究小组没有选择正常供体，而是选择了一个拥有两份CCR5基因突变拷贝的供体。CCR5基因突变使人们能够抵抗艾滋病毒感染。这种基因编码一种受体，该受体位于参与人体免疫反应的白细胞表面。

通常，HIV与这些受体结合并攻击细胞，但CCR5基因的缺失会阻止受体正常发挥作用。大约1%的欧洲人后裔有两个这种突变的拷贝，并且对HIV感染有抵抗力。

最后，移植手术成功地将患者的白细胞替换为抗HIV变异体。在患者血液中循环的细胞停止CCR5受体的表达，并且在实验室中，研究人员无法用病人的HIV病毒重新感染这些细胞。

不过，遗憾的是，这种治疗方法只能用于一小部分患者，研究人员仍在等待真正的突破。

今年7月初，坦普尔大学刘易斯卡兹学院、内布拉斯加医疗中心大学的科学家们采用一种称之为“Laser Art”的治疗手法，通过长效、缓慢地释放抗逆转录病毒药物，抑制HIV病毒复制再生，从而达到逐渐消灭病毒的目的，最后再使用CRISPR将其彻底清除。

据悉，这是首次通过基因编辑技术，成功消灭活体老鼠(在老鼠身上注射了人类骨髓)DNA的HIV病毒，意味着艾滋病有望被治愈。如果证明可行且获得美国FDA批准，研究人员计划到2020年夏天对人类进行1期临床试验。

去年10月，非营利科学组织国际艾滋病疫苗倡议(IAVI)宣布，下一代艾滋病候选疫苗即将开启一期临床试验(IAVI G001)，该疫苗旨在刺激免疫系统产生广泛中和抗体(bNAbs)——这是产生有效蛋白质的关键一步——以对抗艾滋病毒。

而在我国，对艾滋病的研究也在不断发展。去年12月，武汉科技大学两名教授获得国家知识产权局的发明专利证书，“一种治疗HIV(艾滋病病毒)感染的嵌合抗原受体的重组基因构建及其应用”。这是全球首个“应用CAR-T免疫细胞治疗艾滋病”的发明专利。

据悉，这是一种“基因工程改造治疗”手段，先采集患者的血液，分离出T细胞，在体外运用基因工程手段重新设计CAR-T细胞，并大量扩增到上十亿、上百亿个，然后输回患者体内。该CAR-T细胞在体内能特异识别并摧毁被HIV病毒感染的细胞，中和血液中的HIV。不过，能否“治愈”仍需后续多年的观察。