NARP实验室研究揭示SIV感染对脊髓基因表达的影响

背景介绍

随着抗逆转录病毒治疗（ART）的实施，HIV相关的周围神经病变（HIV-DSP）仍然是HIV感染最普遍的神经学表现之一。HIV-DSP的临床症状包括无力、麻木、烧灼感和超敏反应。尽管已有ART控制病毒复制，但仍有多达三分之一的HIV患者持续表现出HIV-DSP的症状。这种现象的确切机制尚不完全清楚，目前认为HIV-DSP是由病毒的直接和间接效应以及某些ART药物（如反转录酶抑制剂和蛋白酶抑制剂）的潜在毒性作用共同引起的。此外，某些疾病如糖尿病和老化也可能起到促进作用。

脊髓是痛觉和感觉通路的核心组成部分，感觉受体通过背根神经节（DRG）的感觉神经元将伤害性感觉等传入脊髓，而脊髓背角的神经元通过多条通路将感觉信息传递到丘脑，最终投射到大脑的感觉皮层。然而，关于HIV感染患者脊髓的详细分子和形态学数据自ART广泛应用以来一直有限。

研究来源

本文由Johns Hopkins University School of Medicine的Kathleen R. Mulka, Suzanne E. Queen, Lisa M. Mangus, Sarah E. Beck, Audrey C. Knight, Megan E. McCarron, Clarisse V. Solis, Arlon J. Wizzard, Jyotsna Jayaram, Carlo Colantuoni和Joseph L. Mankowski等科学家合作撰写，发表在2024年《Journal of Neuroimmune Pharmacology》上（DOI: 10.1007/s11481-024-10130-0）。

研究流程

实验模型

研究使用猕猴SIV感染模型，该模型能够在实验感染和ART诱导的病毒抑制的关键时间点评估脊髓的变化。研究团队对未感染（对照）、仅感染（SIV+）、感染并接受ART治疗（SIV + ART）的猕猴脊髓进行RNA测序（RNA-Seq），并通过SeqSeek平台将基因表达变化映射到特定细胞类型。

样本处理

选择2到9岁的公猴进行实验，所有猴子均测试为SIV阴性并不表达神经保护基因Mane-A1*084:01:01。研究分成三组：对照组（未感染且未治疗）、SIV+组（感染SIV病毒且未治疗）、SIV + ART组（感染SIV病毒且进行ART治疗）。实验中使用标准SIV感染方案，通过静脉注射结合Neurovirulent分子克隆SIV/17E-FR和免疫抑制性SIV/DeltaB670。

收集样本及RNA提取

实验猴子在不同时间点分别被安乐死，脊髓样本迅速冷冻并保存于-80℃。从100毫克冷冻腰椎脊髓样本中提取RNA，并对样本进行全球RNA-Seq测序分析。

数据分析

利用Bioinformatics分析中心进行读对齐，通过DESeq2软件进行基因和转录表达水平计算，并进行差异基因表达分析。使用Enrichr和SeqSeek平台进行基因路径分析。

主要研究结果

SIV感染对基因表达的影响

利用RNA-Seq测序发现，SIV感染的脊髓样本中，上调的基因主要集中在与干扰素信号传导和病毒响应相关的路径中，包括ISG15、OAS1、IFI27等。这些基因的上调显示出在SIV感染后的强烈抗病毒反应。统计分析确定了563个上调基因和437个下调基因，后者主要涉及胆固醇生物合成和细胞外基质组织。

SIV+ART组与对照组的比较

在SIV + ART 组中，SIV病毒RNA在脊髓组织中未检测到，但DNA依然存在。与对照组相比，SIV + ART 组中501个基因上调，279个基因下调。上调的基因主要涉及神经递质受体和突触后信号传递路径，这表明在SIV+ART组的脊髓中，神经信号通路活跃。

基因表达异质性

SIV+ART组中，基因表达存在异质性，表现在部分猴子基因上调与神经突触信号相关，而另一部分猴子则表现出炎症标志的上调，这说明ART虽抑制了病毒，但不同个体间的基因表达响应依然存在差异。

结论

本研究证明了SIV感染和ART对猕猴脊髓基因表达的不同影响：没有接受ART治疗的SIV感染组表现出强烈的抗病毒和炎症反应，而接受ART治疗的SIV感染组则显示出神经递质和突触后信号通路的显著活跃。这些发现为进一步研究SIV和HIV感染及ART治疗对脊髓的影响奠定了基础，并可能为未来针对HIV相关神经病变的治疗干预提供新的方向。