获得性免疫缺陷综合征(AIDS)是因人类免疫缺陷病毒(HIV)感染并破坏机体 CD4+T细胞和单核巨噬细胞,引起细胞免疫严重缺陷,导致的以机会性感染、恶性肿瘤和神经系统病变为特征的临床综合征。迄今尚无有效疫苗预防HIV感染,也没有根治AIDS的方法,已开发若干有效抗病毒药物用于控制HIV感染。
HIV的分子生物学特征
HIV属逆转录病毒,分为HIV-1和HIV-2两型。约95%的AIDS由HIV-1引起,HIV-2型致病能力较弱,病程较长,症状较轻,主要局限于非洲西部。
HIV的致病机制
HIV感染免疫细胞的机制:HIV主要侵犯宿主的CD4+细胞(T细胞、单核/巨噬细胞、DC和神经胶质细胞等)。HIV通过其外膜糖蛋白gp120与靶细胞膜表面CD4分子结合,导致病毒膜蛋白变构,暴露新的位点与靶细胞膜表面的趋化因子受体CXCR4(T细胞)或CCR5(巨噬细胞或DC)结合导致gp120构象改变,暴露出被其掩盖的gp41。gp41的N末端疏水序列(融合肽)直接插入靶细胞膜,介导病毒包膜与细胞膜融合,使病毒核衣壳进入靶细胞。
HIV损伤免疫细胞的机制:HIV在靶细胞内复制,可通过直接或间接途径损伤免疫细胞。
CD4+T细胞
CD4+T细胞是HIV在体内感染的主要靶细胞。AIDS患者体内CD4+T细胞数量减少,且功能发生改变,表现为:IL-2分泌能力下降;IL-2受体表达降低;对各种抗原刺激的应答能力减弱等。HIV感染损伤CD4+T细胞的机制为:
1)HIV直接杀伤靶细胞:①病毒颗粒以出芽方式从细胞释放,引起细胞膜损伤;②抑制细胞膜磷脂合成,影响细胞膜功能;③HIV感染导致CD4+T细胞融合形成多核巨细胞,加速细胞死亡;④病毒增殖产生未整合的病毒DNA及核心蛋白在胞质大量积聚,干扰细胞正常代谢;⑤HIV感染骨髓CD34+前体细胞,损伤细胞削弱其生成增殖性骨髓细胞克隆的能力,还损伤骨髓基质细胞,导致造血细胞生成障碍。
2)HIV间接杀伤靶细胞:①)HIV诱导感染细胞产生细胞毒性细胞因子,抑制正常细胞生长因子;② HIV诱生特异性CTL或抗体,通过细胞毒作用或ADCC 效应杀伤感染的CD4+T细胞;③ HIV编码超抗原样产物,引起表达TCRVβ链的 CD4+T细胞死亡。
3)HIV直接诱导细胞凋亡:①HIV感染DC表面的gp120可与T细胞表面CD4分子交联,导致胞内Ca2+升高,导致细胞凋亡;②gp120与CD4分子交联,促使靶细胞表达Fas,通过Fas/FasL途径诱导凋亡;③HIV编码的tat蛋白可增强CD4+T细胞对Fas/FaL效应的敏感性。
B细胞
gp41的羧基末端肽能诱导多克隆B细胞激活,导致高丙种球蛋白血症并产生多种自身抗体。由于B细胞功能紊乱和Th功能缺陷,患者抗体应答能力下降。
巨噬细胞
HIV感染单核/巨噬细胞,可损伤其黏附和杀菌功能,同时减少细胞表面MHCⅡ类分子表达,使其抗原提呈能力下降。Mф能被HIV感染但不易死亡,成为HIV的庇护所。HIV可随Mф游走至全身广泛播散。
DC
HIV感染使组织和外周血DC数目大幅减少。DC通过Fc受体结合病毒-抗体复合物,其表面成为HIV的贮存库,不断感染淋巴结和脾脏内Mф和CD4+T细胞,致使外周免疫细胞受损。
NK细胞
HIV感染后,NK细胞数目并不减少,但其分泌IL-2、IL-12等细胞因子的能力下降,使其细胞毒活性下降。HIV患者体内CD16弱阳性CD56-NK细胞数目增多,其ADCC活性及IFN-γ、TNF-α分泌能力下降。
HIV逃逸免疫攻击的机制
HIV感染机体后,可通过不同机制逃避免疫识别和攻击,以利于病毒在体内长期存活。
(1)表位变异与免疫逃逸:HIV抗原表位可频繁发生变异,从而影响CTL识别,产生免疫逃逸的病毒株。HIV抗原表位氨基酸的改变使其逃避中和抗体的作用。
(2)DC与免疫逃逸:DC表面的DC-SIGN(dentritic cell-specific intracellular adhesion molecule-3 grabbing non-integrin)为HIV受体,能特异性、高亲和地与gp120结合,使DC内吞病毒颗粒并使HIV免于失活。在适当条件下,DC可直接或间接将病毒颗粒传递给CD4+T细胞,从而提高病毒感染率。
(3)潜伏感染与免疫逃逸:HIV感染细胞后也可进入潜伏状态。潜伏感染细胞表面并不表达HIV蛋白,有利于逃避机体免疫识别和攻击。HIV的Nef蛋白可使细胞表面CD4和MHC分子表达下降,影响CTL识别和攻击。
HIV诱导的机体免疫应答
HIV感染机体后,进行性破坏机体免疫系统(尤其是细胞免疫),但在病程不同阶段,机体免疫系统可通过不同应答机制阻止病毒复制。
体液免疫应答
HIV感染后,机体可产生不同的抗病毒抗体。
(1)中和抗体:HIV的中和抗体一般靶向病毒包膜蛋白,可阻断病毒向淋巴器官播散。由于能诱发中和抗体的抗原表位常被遮蔽,故体内中和抗体的效价一般较低。低效价抗体使HIV抗原表位逐渐变异。多数抗包膜抗体不能识别完整病毒,且中和抗体一般为毒株特异性,不具有广泛交叉反应性,一旦发生抗原表位突变,即丧失中和作用。
(2)抗p24壳蛋白抗体:CD4+T细胞下降及出现艾滋病症状常伴随抗p24抗体消失,但尚不清楚该抗体是否对机体具有保护作用。
(3)抗gp120和抗gp41抗体:主要为IgG,通过ADCC而损伤感染细胞。
细胞免疫应答
机体主要通过细胞免疫应答阻遏HIV感染。
(1)CD8+T细胞应答:HIV感染特异性激活CD8+T细胞,杀伤HIV感染的靶细胞。HIV感染者体内均存在包膜蛋白特异性CTL。CD8+CTL能明显抑制HIV在CD4+T细胞中复制,其细胞毒效应和血浆病毒水平与病程和预后相关:急性期,机体不断产生特异性抗体和CTL,抑制HIV复制;在疾病晚期,CD4+T细胞数目不断下降,HIV特异性CTL也下降,病毒数目大幅增加。
(2)CD4+T细胞应答:HIV刺激的CD4+T细胞可分泌各种细胞因子,辅助体液免疫和细胞免疫。在无症状期,AIDS患者外周血淋巴细胞以分泌IL-2、IFN-γ为主;出现临床症状后,以分泌IL-4、IL-10为主。提示Th1型细胞免疫对宿主有保护作用。
临床分期及免疫学特征
HIV感染的整个临床过程分为急性期、潜伏期、症状期和AIDS发病期。HIV 感染不同时期具有不同的临床特点及免疫学特征。
HIV感染急性期:感染 HIV后约3~6周,多数患者无明显症状或仅表现为流感样症状,此时血浆病毒水平很高,且CD4+T细胞数量有一定降低但很快恢复正常。急性期血浆可检出抗病毒外膜蛋白gp41、gp120和抗p24的抗体,并可检出p24特异CTL。这些特异性免疫应答对急性期清除HIV病毒有重要意义。
潜伏期:即急性期恢复后无任何临床表现的阶段,一般持续6个月至几年。患者在潜伏期内通常无症状或仅有轻微感染。潜伏期的免疫系统逐渐衰竭受损,表现为:①CD4+T细胞稳定下降,而CD8+T细胞数目相对不变,CD4/CD8比值降低甚至倒置(<1);②外周淋巴组织含大量CD4+T细胞、Mф和FDC,成为HIV 持续复制的场所,并促进AIDS病情进展,淋巴组织中CD4+T细胞遭破坏,不能有效补充外周血CD4+T细胞;③CD4 +T细胞数目不断减少,淋巴组织逐渐破坏。
症状期:出现AIDS相关症候群( AIDS related complex, ARC),表现为发热、盜汗、消瘦、腹泻和全身淋巴结肿大等。此期CD4+T细胞持续下降,免疫功能极度衰退。
典型AIDS发病期:AIDS是疾病的终末期,此时血液中CD4+T细胞绝对数低于200个/mm3,病毒载量急剧上升,患者出现广泛机会性感染、肿瘤、恶液质、肾衰竭及中枢神经系统变性等并发症。机会性感染是AIDS患者死亡的主要原因。
免疫学诊断
AIDS的免疫学诊断方法主要包括检测病毒抗原、抗病毒抗体、病毒核酸、免疫细胞数目和功能等。
HIV抗原检测:HIV的核心抗原p24出现于急性感染期和AIDS晚期,可作为早期或晚期病毒量的间接指标。在潜伏期,该抗原检测常为阴性。
抗HIV抗体检测:检测抗HIV抗体,用于AIDS诊断、血液筛査、监测等。
CD4+和CD8+T细胞计数:CD4+T细胞和CD8+T细胞的数量可评价HIV感染者免疫状况,辅助临床进行疾病分期、疾病进展评估、预后判断、抗病毒治疗适应证选择及疗效评价。如当CD4+T淋巴细胞<200个/mm3时,应给予抗肺孢子菌肺炎的预防性治疗。
HIV核酸检测:定性或定量检测HIV核酸可用于疾病早期诊断、疑难样本的辅助诊断、HIV遗传变异监测及耐药性监测、病程监控及预测和指导抗病毒治疗及疗效判定。
预防
主要的预防措施为宣传教育、控制并切断传播途径,如禁毒、控制性行为传播、对血液及血制品进行严格检验和管理、防止医院交叉感染等。
迄今尚未研制成功有效的HIV疫苗。现代预防性疫苗的主要作用原理是通过接种疫苗预先诱生中和性抗体达到预防目的,而HIV易发生基因突变,疫苗抗原难以确认,且候选疫苗从研制到临床试验需时甚长,期间高变异HIV的抗原性可能发生巨大改变,同一疫苗对不同感染者体内的病毒无法产生相似保护作用。HIV感染的致死性及缺乏合适的动物模型也都是HIV/AIDS疫苗研发的瓶颈。
治疗
AIDS的治疗策略是以不同药物多环节抑制病毒复制,阻止AIDS的进程。高效抗逆转录病毒疗法(HAART),俗称“鸡尾酒疗法”,采用2种或3种逆转录酶抑制剂及至少1种蛋白酶抑制剂进行联合治疗,这是目前临床上最行之有效的感染早期抗HIV/AIDS治疗方案,可使血浆病毒量减少至极低水平。抗逆转录病毒治疗已经改变了AIDS疾病进程并极大地减少了严重机会性感染与肿瘤等的发病。
除HAART疗法,将编码HIV阻断肽基因与CD4基因融合,导入骨髓细胞并回输,骨髓细胞体内分化成CD4+T细胞,进而分泌阻断肽形成屏障,保护淋巴细胞免受病毒感染,成为新型免疫治疗手段。2011年,同时患有艾滋病和白血病的患者Timothy Ray Brown在德国接受来自高加索人先天缺陷CCR5关键表位的供体的骨髓移植,在治愈白血病同时彻底治愈了艾滋病,是世界首例艾滋病治愈者又称“柏林病人”。2013年,一例感染 HIV的幼儿被“功能性治愈”,体内HIV检测为阴性,机体免疫功能也呈正常,称“密西西比案例”。这些病例给 AIDS治疗带来了新的希望。