艾滋病，即获得性免疫缺陷综合征(acquired immunodeficiency syndrome，AIDS)，其病原体为人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)，亦称艾滋病病毒。AIDS是影响公众健康的重要公共卫生问题之一。联合国艾滋病规划署(The Joint United Nations Programme on HIV/AIDS，UNAIDS)估计，截至2020年底，全球现存HIV/AIDS患者3770万，当年新发HIV感染者150万，2750万人正在接受抗反转录病毒治疗(anti-retroviral therapy，ART；俗称“鸡尾酒疗法”)。
HIV主要侵犯人体的免疫系统，包括CD4+T淋巴细胞、单核巨噬细胞和DC等，主要表现为CD4+T淋巴细胞数量不断减少，最终导致人体细胞免疫功能缺陷，引起各种机会性感染和肿瘤的发生。此外，HIV感染也会导致心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)、神经系统疾病、骨病、肾病和肝功能不全等疾病的发病风险增加。
一、HIV感染机制
HIV进入人体后，在24~48 h到达局部淋巴结，5~10 d左右在外周血中可以检测到病毒成分，继而产生病毒血症，导致急性感染，以CD4+T淋巴细胞数量短期内一过性迅速减少为特点。大多数感染者未经特殊治疗，CD4+T淋巴细胞数可自行恢复至正常水平或接近正常水平。
由于病毒储存库的存在，宿主免疫系统不能完全清除病毒，形成慢性感染，包括无症状感染期和有症状感染期。国际上报道无症状感染期持续时间平均约8年，需注意的是，我国男男性行为感染HIV者的病情进展较快，在感染后平均4.8年进展至艾滋病期，无症状期主要表现为CD4+T淋巴细胞数量持续缓慢减少；进入有症状期后CD4+T淋巴细胞数量再次快速减少，多数感染者CD4+T淋巴细胞计数在350个/μL以下，部分晚期患者甚至降至200个/μL以下。HIV感染导致CD4+T淋巴细胞计数下降的主要原因包括：
(1)HIV引起CD4+T淋巴细胞凋亡或焦亡；
(2)HIV复制所造成的直接杀伤作用，包括病毒出芽时引起细胞膜完整性的改变等；
(3)HIV复制所造成的间接杀伤作用，包括炎症因子的释放或免疫系统的杀伤作用；
(4)HIV感染导致胸腺组织的萎缩和胸腺细胞的死亡等。HIV引起的免疫异常除了CD4+T淋巴细胞数量减少，还包括CD4+T淋巴细胞、B淋巴细胞、单核巨噬细胞、自然杀伤细胞和DC的功能障碍与异常免疫激活。
感染HIV后，临床上可表现为典型进展、快速进展和长期缓慢进展三种转归。影响HIV感染临床转归的主要因素有病毒、宿主免疫和遗传背景等。
人体通过固有免疫和适应性免疫应答对抗HIV感染。黏膜是HIV侵入机体的主要门户，又是HIV增殖的场所，是HIV通过性途径传播的重要通道。HIV也可通过破损的黏膜组织进入人体，随即局部固有免疫细胞，如单核巨噬细胞、DC、自然杀伤细胞和γδT细胞等进行识别、内吞并杀伤处理后，将病毒抗原提呈给适应性免疫系统。
之后2~12周，人体即产生针对HIV蛋白的各种特异性抗体，其中中和抗体在控制病毒复制方面具有重要作用。特异性细胞免疫主要包括HIV特异性CD4+T淋巴细胞免疫反应和特异性细胞毒性T淋巴细胞反应。
绝大多数HIV/AIDS患者经过ART后，HIV所引起的免疫异常改变可恢复至正常或接近正常水平，即免疫功能重建，包括CD4+T淋巴细胞数量和免疫功能的恢复。然而，10%~40%的HIV/AIDS患者即使能够长期维持病毒抑制，仍不能完全实现免疫重建，这些患者被称为免疫重建不良者或免疫无应答者。与达到完全免疫重建的患者相比，免疫重建不良患者艾滋病相关和非艾滋病相关疾病的发病率和病死率均升高。
二、HIV相关神经功能异常
自从HIV传播开始以来，高达一半的HIV携带者(PLWH)中观察到了HIV相关性神经认知障碍(HAND)。HAND包括一系列不能归因于合并感染或其他原因的认知障碍（TEI）。根据严重程度，TEI可分为无症状神经认知障碍(ANI)、轻度神经认知障碍(MND)和HIV相关痴呆(HAD)。
在CART出现之前的时代，HIV相关性痴呆症(HAD)是最严重的HAND疾病，与晚期HIV感染有关，其特征是进行性认知障碍，通常伴随运动症状和行为变化，导致在几个月内死亡。在购物车时代，HAD的患病率已从约15%大幅下降到2%。相比之下，尽管广泛使用了高度抑制的CART，PLWH中ANI和MND的发生率并没有下降。
HAND TE的持续性进展被归因于多种因素，包括CART启动前早期CD4+T细胞耗尽、神经元损伤、抗逆转录病毒神经毒性、心血管疾病和中枢神经系统损害等。在接受CART治疗的个体中，促成CNS持续信息化的潜在因素包括循环中的微生物产物和来自肠道微生物组的副产物，CNS细胞中蛋白酶体向免疫蛋白酶体的转化，以及促进CNS信息化和神经元损伤的病毒蛋白的产生，如gp120、Tat和VPR，这表明HIV感染细胞在CNS持续存在。在这篇综述中，我们将讨论常驻胶质细胞(星形胶质细胞和小胶质细胞)的非经典HIV感染，它们作为HIV储存库的作用，以及它们对持续性神经损害的贡献，这些因素共同使治疗策略复杂化，这些策略必须解决大脑作为HIV宿主的作用。
即使在联合抗逆转录病毒疗法(CART)的时代，高达50%的HIV携带者(PLWH)也会受到HIV相关性神经疾病(HAND)的影响：HIV-DNA可以在大约一半无菌ART抑制的PLWH的脑脊液(CSF)中检测到，它的存在与较差的神经认知能力有关。在持续抑制CART的人死后脑组织中也观察到HIV DNA+和HIV RNA+细胞。
近期，发表在Retrovirology期刊的一篇文献，概述了HIV如何侵入大脑和常驻脑胶质细胞(星形胶质细胞和小胶质细胞)的HIV感染，讨论了常驻神经胶质细胞在持续性神经损害和PLWH中的作用以及它们对HIV储存库的潜在贡献。研究指出，未来可能需要针对持续感染的胶质细胞的HIV根除战略来实现HIV治愈。
doi: 10.1186/s12977-023-00616-9.
1.HIV神经侵袭
HIV感染后大约两周内会侵入大脑，导致HIV相关性神经认知障碍（HAND）。到底哪些受感染的免疫细胞将HIV传播到大脑，学界还存在争议。早期研究认为，单核细胞是HIV的“特洛伊木马”，但只有分化为巨噬细胞后才能支持有效的HIV复制。最近的研究发现，单核细胞携带HIV的DNA，但一旦分化为巨噬细胞，就会失去抑制HIV的能力，从而支持HIV在巨噬细胞中的复制。此外，HIV在巨噬细胞中的复制水平可能与它们的表型和组织部位有关。
HIV神经侵袭中的范式是：单核细胞携带HIV DNA→迁移到CNS→分化为巨噬细胞→HIV传播至大脑。
新证据支持CD4+T细胞在HIV神经侵袭中的作用，毕竟，大脑不是免疫特权部位。尽管T细胞进入大脑的动力学较慢，但它们仍可以在大脑完成“巡逻”，并对神经侵害作出应答，这也揭示了大脑中的淋巴系统的重要性。
这些观察结果提供了一个理论基础，即受感染的CD4+T细胞可以在大脑中传播HIV。事实上，在感染SIV的猕猴的大脑和人类脑脊液中，都检测到了CD4+T细胞。
在人源化小鼠中，也观察到感染HIV的CD4+T细胞迁移到中枢神经系统。不过，这些研究尚还不足以支持“HIV+感染者的脑实质中是否存在受感染的CD4+T细胞”并未得到很好的证明。
最近的研究发现，受感染的CD4+T细胞在HIV感染后可以迁移至大脑，但很快就会死亡，这也许就能解释“为什么无法在死后的大脑中找到受感染的CD4+T细胞”。同时，一组名为CD4dimCD8bright的特殊T细胞，在HIV神经侵袭中发挥作用。在健康和HIV感染患者中，CD4dimCD8bright T细胞的比例不同，且这些细胞对抗HIV具有重要作用。CD4dimCD8bright外，β-连环蛋白在CD8+T细胞上调控CD4+T细胞的表达，并且CD4dimCD8bright T细胞在抵抗HIV介导的细胞病变方面具有一定的能力。
另外，中枢神经系统富含Wnt的环境在体外和体内都能诱导CD8单一阳性T细胞变成CD4dimCD8bright的T细胞。在脑内，CD4dimCD8bright(非CD8单一阳性)T细胞的表达与HIV呈负相关，感染HIV的NSG-huPMBC小鼠的脑内CD4dimCD8bright T细胞具有抗HIV的细胞杀伤活性。这些发现强调了CD4dimCD8bright T细胞在HIV神经侵袭中的重要作用.。现已有关于介导HIV神经侵袭关键细胞类型模型的报道，如图1所示。
图1.免疫细胞介导的HIV神经入侵
迄今为止，有四种免疫细胞类型被描述为支持HIV入侵中枢神经系统。它们包括 CD14 + 、CD16 + 单核细胞、血管周围巨噬细胞、CD4 + T 细胞和 CD4dim CD8bright T 细胞。
CD4dim CD8bright T 细胞可能以这种方式入侵大脑，或者当 CD8 + T 细胞进入大脑并通过中枢神经系统中富含 Wnt 的环境诱导其表面 CD4 表达时，表型在大脑中产生。
这些感染HIV的免疫细胞随后在大脑中释放HIV，造成小胶质细胞的感染，并较小程度地支持星形胶质细胞的非典型感染。
2.非经典细胞感染HIV的机制研究进展
HIV进入细胞的最主要和最有效的方法是：通过将其包膜(Gp120)与宿主CD4分子(其受体)结合，导致gp120和暴露在gp120的V3区的CD4的构象变化，使其能够与趋化因子辅助受体之一(CCR5，CXCR4)结合，并使HIV gp41介导与宿主细胞膜的融合，以释放病毒核心，并启动HIV从去涂层到逆转录、整合、转录、蛋白质合成、组装和最终萌芽的级联反应。研究描述了HIV进入星形胶质细胞的两种替代机制(S)，尽管这两种机制效率较低，但却能起到HIV的细胞间转移和内吞作用(图2)。
一项前卫的研究通过复杂成像方法，观察了HIV在人类星形胶质细胞和淋巴细胞之间的传播过程。结果显示，HIV通过细胞接触的方式从淋巴细胞传播到星形胶质细胞。研究还发现，HIV利用小窝蛋白介导的内吞作用进入宿主细胞，这是病毒最常使用的内吞机制。
HIV进入内体后，可以通过溶酶体的成熟过程释放其内容物，或者通过与囊泡膜融合将其核心释放到细胞质，并经历复制周期。增加内体pH的物质可以让HIV从内体逃逸到细胞质，促进非典型靶细胞中的感染。
目前已证实，有四种免疫细胞类型在HIV入侵中枢神经系统中起到协同作用，包括：CD14+、CD16+单核细胞；血管周围巨噬细胞；CD4+T细胞；CD4dimCD8bright T细胞。CD4dimCD8bright T细胞可能因此而侵入大脑，或者CD8+T细胞进入大脑并通过中枢神经系统富含Wnt的环境诱导其表面CD4表达而在脑内引起损害。这些感染HIV的免疫细胞随后在大脑中释放HIV，引起小胶质细胞的感染，以及在较小程度上引起非经典星形胶质细胞感染。
图2 HIV感染靶细胞的常规和非常规机制
通过gp120/CD4/趋化因子受体相互作用感染靶细胞是HIV感染的最有效手段。可供选择的机制包括HIV在感染细胞和靶细胞之间的细胞间转移和病毒感染的内吞途径。
3.星形胶质细胞的HIV感染
星形胶质细胞是大脑中重要的细胞类型，不同位置占比不同，在大脑各部位占比为30%-70%。它们执行多项功能，包括维持大脑稳态、提供能量、调节离子水平、分泌神经营养因子、维持血脑屏障完整性和免疫调节，促进受损神经元末端的髓鞘形成和吞噬，以及促进神经发生的秘密因素。由于这些多产功能，它们的任何作用中断都会对大脑产生负面影响。
在过去的几年中，对于星形胶质细胞在健康和疾病中的作用，人们的认识有了显著提升。在多种神经退行性疾病中，星形胶质细胞要么发生功能丧失，要么发生功能增强。在HIV感染中，有文献记载星形胶质细胞的调节失调。
星形胶质细胞是CD4阴性的，表达CXCR4，并有可能表达CCR5。HIV感染星形胶质细胞的受体包括D6趋化因子共受体、半乳脑苷脂、人类甘露糖受体以及其他未知分子。甘露糖受体与gp120结合后，引发HIV内吞作用。星形胶质细胞的感染主要通过细胞间接触进行。研究使用原代人类星形胶质细胞、星形细胞瘤细胞系、动物模型以及人脑组织样本证实了HIV感染星形胶质细胞的情况。
星形胶质细胞中的HIV感染也并不强烈，或是低水平的，或是潜伏感染。大量文献表明，星形胶质细胞符合定义“HIV贮存库”的经典标准，其中包括：
(1) 存在前病毒：根据体外和体内研究，星形胶质细胞被发现携带整合的HIV DNA（前病毒）。实际上，来自HIV感染大脑的星形胶质细胞中约有1-3%携带HIV前病毒。考虑到HIV在大脑中的大量存在，以及HIV潜伏感染的静止CD4+T细胞数量的规模，星形细胞池的规模令人印象深刻，约占CD4+T细胞数量的105-107倍。这些CD4+T细胞携带有复制能力但不可诱导的前病毒。此外，这些计算没有考虑其他细胞宿主，很可能低估了整个人体内HIV宿主的规模。由于人脑中存在数十亿的星形胶质细胞，星形胶质细胞在本质上可以构成与静息T细胞类似的潜伏HIV池。
(2) 前病毒可以被重新激活并具有传染性：感染的星形胶质细胞中的HIV是由感染信号诱导/重新激活的。
(3) 检测到无蛋白表达的低水平HIV转录本：HIV感染的星形胶质细胞表达非常低水平的早期和晚期转录本，无法检测到可观察到的蛋白。
(4) 星形胶质细胞中的HIV转录受到表观遗传调控：I类组蛋白脱乙酰酶（HDACs）和赖氨酸特异的组蛋白甲基转移酶SU(VAR)3-9参与调节星形胶质细胞中HIV转录的沉默。
(5) 有许多研究小组（见表1）以及最近在描述的死后组织中存在HIV整合DNA的证据。
表1.支持和不支持星形胶质细胞感染HIV的研究概览
这份按时间顺序列出的清单并不全面。感染定义为HIV进入并检测到潜伏的HIV、低水平的HIV RNA或蛋白质或感染性颗粒释放
AGS抗原，免疫组织化学；a 人脑尸检研究；b 人源化小鼠；c SIV-猕猴研究；d 在[92]中提供了基于作者自己的观点的否定和反驳。
星形胶质细胞是HIV的潜伏感染细胞之一，但仍存在一部分整合HIV无法对潜伏期反转剂做出反应但具有复制能力。研究发现，星形胶质细胞中整合HIV DNA的比率约为1-3%。在患有痴呆症/HIV脑炎的捐赠者中，接近感染的巨噬细胞的星形胶质细胞中，高达20%的细胞呈HIV DNA阳性，但这可能是由于星形胶质细胞吞噬了HIV感染的巨噬细胞或受到巨噬细胞污染所致。在没有痴呆/脑炎的HIV感染者死后脑内获取的星形胶质细胞中，星形胶质细胞远离小胶质细胞或血管周围巨噬细胞，而痴呆和晚期脑炎患者的星形胶质细胞中HIV含量分别接近1%和6%。
最新数据表明，使用先进技术如RNA和DNA Scope结合激光，可以有效捕获人脑星形胶质细胞。尽管星形胶质细胞在人脑中数量很多，但只有1%的感染星形胶质细胞就可以远远超过静止记忆T细胞库。不过，现在研究中仍然存在一个问题：星形胶质细胞是否可以携带具有复制能力的HIV。最近的研究使用小鼠模拟了这种情况，结果表明受感染的星形胶质细胞携带有复制能力的HIV并将其释放到外围器官，其中一部分通过将受感染的CD4+T细胞运输出大脑。
星形胶质细胞是否能感染HIV仍存在争议。一项研究发现，死后脑组织中的星形胶质细胞中未检测到HIV DNA和RNA，这与其他研究结果相反。但有技术研究否定了该研究的结论，并指出样本数量和区域有限，以及星形胶质细胞的异质性。因此，关于星形胶质细胞是否携带HIV仍需要进一步研究。
星形胶质细胞的异质性是一个研究难题，仅通过GFAP表达来定义是不够的。现有数据基于GFAP+，所以不能得出所有星形胶质细胞没有感染的结论，因为没有使用其他标记物。研究表明，HIV不会感染人类胚胎星形胶质细胞。TIS试验虽然已经很先进，但也有其局限性，无法检测到少数细胞的信号，且未测量HIV的整合。尽管感染受到限制，培养条件和发育阶段仍可能影响星形胶质细胞的感染能力。
4.克服星形胶质细胞中限制和/或潜伏的HIV感染
用VSV-G假型病毒感染星形胶质细胞绕过受体进入募集，证明对HIV的释放没有内在的限制，但与VSVg-G假型感染的HeLa细胞的病毒输出相比，水平要低得多。
TIS提示了抑制星形胶质细胞中HIV复制的内在宿主因素。已鉴定的基因包括Rev功能所需的Sam68蛋白低表达、与TRBP相关的DSRNA激活蛋白PKR、Wnt信号通路下游因子、TCF-4和Beclin1。某些信号如干扰素γ、GM-CSF和甲基苯丙胺可以克服TIS限制，解除对HIV转录的抑制。星形胶质细胞的微环境、激活状态和发育阶段可能影响其对HIV的感染和复制能力。
5.HIV感染小胶质细胞
在对患有HIV/艾滋病的患者进行神经损害描述后不久，对死于艾滋病的儿童和成人患者的尸检脑组织进行了分析。分析结果显示，这些脑组织中存在HIV蛋白质和核酸。进一步的研究表明，通过免疫组织化学、原位杂交和激光捕获显微切割后的聚合酶链式反应，发现脑组织中存在巨噬细胞/小胶质细胞被HIV感染。脑巨噬细胞和小胶质细胞表达类似的表面标志，如CD68、CD14和CD45，因此很难区分它们。然而，一项研究估计，在大脑不同的位置或不同的形态，小胶质细胞至少占据了HIV脑炎患者大脑中HIV感染细胞的2/3。
小胶质细胞表达低水平的CD4和HIV辅助受体CCR5。在PLWH（人类免疫缺陷病毒感染者）的中枢神经系统中，检测到的病毒主要是CCR5嗜性的。这些感染的细胞表达低水平的CD4，并且已证明多种CCR5嗜M的HIV毒株可在体外感染原代小胶质细胞。尽管SAMHD1蛋白的高表达水平限制了HIV对小胶质细胞的感染，SAMHD1是一种脱氧核苷三磷酸水解酶，它通过减少细胞dNTP池来限制HIV感染。TIS（细胞周期停滞）是由于小胶质细胞处于类G1状态，促进周期蛋白激酶1的上调，导致SAMHD1的磷酸化和失活。
HIV感染小胶质细胞会导致炎症环境，激活周围的小胶质细胞和星形胶质细胞感染。病毒蛋白直接或间接导致神经细胞损伤和丢失。HIV gp120和Tat刺激小胶质细胞释放前炎性细胞因子，促进神经元损伤。
在接受抗逆转录病毒疗法（CART）的人类免疫缺陷病毒（HIV）感染者中，中枢神经系统仍然存在HIV感染的细胞。即使在无药耐药抑制的患者的脑脊液中，也可以检测到HIV感染的细胞。死后的大脑样本中也发现了HIV感染的细胞。小胶质细胞被认为是HIV在大脑中的关键细胞储存库，因为它们寿命长且对HIV诱导的凋亡具有抵抗力。在动物模型和细胞系模型中也证实了潜伏的HIV感染存在。
HIV在CD4+T细胞中的潜伏期已有较多研究，但关于小胶质细胞中的潜伏期，我们仍知之甚少。潜伏期中，HIV在CD4+T细胞中保持沉默，转录不活跃。维持潜伏期涉及多种机制，包括染色质修饰和宿主转录因子的调控。研究发现，COUP-TF相互作用蛋白2(CTIP2)和宿主转录因子核受体相关1(Nurr1)在小胶质细胞中调控HIV的转录沉默，糖皮质激素受体的激活也与HIV潜伏期相关。与GABA能皮质和多巴胺能神经元共培养可以促进HIV在小胶质细胞中的潜伏期。总之，这些研究有助于我们更好地理解HIV在小胶质细胞中的潜伏机制。
潜伏期的形成及细胞的维持感染是HIV侵害神经系统的重要机制。通过对经过抗逆转录病毒治疗（ART）的人类免疫缺陷病毒（HIV）感染者的T细胞进行全基因组前病毒序列分析，我们可以看出，CD4+ TH1细胞的克隆性扩增对于维持HIV储存库的稳定起到了重要作用。然而，克隆性扩张在体内小胶质细胞中HIV储存库的作用尚不明确。在ART治疗中断期间，了解小胶质细胞对HIV储存库和病毒反弹的相对贡献也是非常重要的。
6.常驻脑细胞内的HIV区隔
HIV在大脑中的遗传进化与淋巴组织不同，脑脊液中的HIV在中枢神经系统进化为M-嗜性HIV的患者中有独特的半衰期。脑脊液中HIV准种的特征表明HIV在中枢神经系统中与HAND相关，这揭示了HIV遗传学在神经病理学发展中的作用。目前有限的研究发现HIV在星形胶质细胞中分区，但需要进一步研究HIV在CART时代的遗传进化以及与不同临床阶段的关系。
总 结
根除HIV的最大挑战在于消除潜伏感染细胞的持久储存库。潜伏感染的CD4+T细胞被认为是HIV宿主的关键，也是治愈HIV的障碍。此外，先前的研究还表明，大脑中的神经胶质细胞可以被HIV感染，并可能形成潜伏期，所以仅仅消除T细胞库，可能无法根除HIV，可能需要采用渗透到大脑并针对胶质细胞等替代细胞类型的治疗方法。
不论HIV是否在神经胶质细胞中真正建立了潜伏期，HIV感染在接受CART抑制治疗的人体内持续存在，并导致神经损害和功能障碍。因此，未来的研究需要更好地了解HIV在体内胶质细胞中持续存在的机制，以及它们对HIV病毒反弹储备库的相对贡献。
参考文献：
[1]中华医学会感染病学分会艾滋病丙型肝炎学组，中国疾病预防控制中心. 中国艾滋病诊疗指南(2021年版)[J]. 协和医学杂志, 2022, 13(2): 203-226. doi: 10.12290/xhyxzz.2022-0097
[2]Wahl A, Al-Harthi L. HIV infection of non-classical cells in the brain. Retrovirology. 2023 Jan 13;20(1):1. doi: 10.1186/s12977-023-00616-9. PMID: 36639783; PMCID: PMC9840342.