2022年5月，來自中國人民解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學中心王福生院士團隊在?Military Medical Research?雜志上發(fā)表了題為“Activation-induced pyroptosis contributes to the loss of MAIT cells in chronic HIV-1 infected patients”的研究論文，該研究借助單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)探索了黏膜相關(guān)恒定 T 細胞?（MAIT）在人類免疫缺陷病毒1型?(HIV-1)?感染患者中被耗盡的機制。該研究中的單細胞轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)由博奧晶典提供。

【發(fā)表期刊】Military Medical Research

【發(fā)布時間】2022年5月

【影響因子】34.915

【檢測技術(shù)】單細胞RNA-seq、ELISA、免疫組化

研究背景

黏膜相關(guān)恒定?T 細胞（MAIT）在人類免疫缺陷病毒 1 型 (HIV-1) 感染患者中被系統(tǒng)性耗盡，即使在聯(lián)合抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療（cART）后也不會得到補充。該研究旨在確定 MAIT 細胞耗竭的機制。

研究路線

主要結(jié)果

1.

在未聯(lián)合抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療的患者中，MAIT 細胞丟失與疾病進展、系統(tǒng)性?T 細胞活化、微生物移位和腸道黏膜損傷相關(guān)

作者檢測了 HIV-1 感染者外周血 CD3+T 細胞中 MAIT 細胞的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)未治療病人（TPs）中的 MAIT 細胞數(shù)量明顯低于健康對照（HCs）。MAIT 細胞的丟失與疾病進展相關(guān)，精英控制者（ECs）中也出現(xiàn)了 MAIT 細胞的丟失。

接下來作者又檢測了 HCs、ECs 和 TPs 患者血漿中的單核/巨噬細胞活化標志物 sCD14 的水平，發(fā)現(xiàn) sCD14 的血漿水平在 TPs 中顯著升高；作者又檢測了腸黏膜損傷標志物 I-FABP 的水平，發(fā)現(xiàn)與 HCs 相比，TPs 中的 I-FABP 水平升高，MAIT 細胞數(shù)量與 TPs 中 I-FABP 水平呈負相關(guān)。由于 MAIT 細胞在保護黏膜防御微生物入侵和組織修復(fù)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，該發(fā)現(xiàn)說明 MAIT 的減少可能會降低這種保護作用。CD4+T 細胞是 MAIT 細胞的一個子集，可能作為 HIV-1 的靶標，作者發(fā)現(xiàn) ECs 和 TPs 中 CD4+MAIT 細胞的百分比顯著降低，TPs 中 CD4+MAIT 細胞占比與血漿 HIV 病毒載量顯著相關(guān)。作者還發(fā)現(xiàn)，1 例 EC 患者中，在 HIV-1 復(fù)制失控后，MAIT 細胞及 CD4+MAIT 的細胞頻率和絕對數(shù)量均下降。以上數(shù)據(jù)豐富了慢性 HIV-1 感染患者外周血 MAIT 細胞深度耗竭的臨床特征。

2.

scRNA-seq 揭示了 MAIT 細胞與激活和細胞焦亡相關(guān)的獨特轉(zhuǎn)錄特征

作者通過磁珠細胞分選技術(shù)分別對 HCs（n ?= 4）、EC（n ?= 1）、TPs-CD4high（n=3）、TPs-CD4low（n ?= 6）和 ARTs（n ?= 5）不同人群的 PBMC 進行 CD4+T 和 CD8+T 細胞分選，然后進行 scRNA-seq，通過特異性 marker 定義了 MAIT 細胞亞群。作者比較了不同樣本間 T 細胞不同標志物（增殖、活化、耗竭等）的表達。比較了 TPs 和 HCs 之間的 DEGs，以及富集功能的差異。
作者又依據(jù) CASP1 表達水平的高低將所有樣本分為 2 組，在每種條件下，分別比較了 CASP1high?和 CASP1low?MAIT 細胞的 DEGs，發(fā)現(xiàn)較高的 CASP1 表達可能與 MAIT 細胞中較高的激活狀態(tài)和較高的效應(yīng)功能相關(guān)。
接下來，作者通過流式細胞術(shù)驗證了激活標志物的表達，證實了 TP-MAIT 細胞具有活化表型并且功能受損。以上發(fā)現(xiàn)說明，在 HCs 和慢性 HIV-1 感染患者中，MAIT 細胞表現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)錄特征，可以連接活化狀態(tài)與細胞焦亡。

3.

在未聯(lián)合抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療的患者中，焦亡MAIT細胞的增加與MAIT細胞的丟失、疾病進展、系統(tǒng)性T細胞活化、微生物移位和黏膜損傷相關(guān)

作者檢測了 HCs 和 HIV-1 感染患者的 MAIT 細胞中 FLICA caspase-1 的表達，比較了不同類型的 TPs（CD4+T 細胞計數(shù) ≥ 350 細胞/μl、CD4+T 細胞計數(shù) < 350 細胞 /μl ）MAIT 中的 FLICA caspase-1 的表達，比較了 ECs、TPs 和 HCs 的 CD4+MAIT 細胞中 FLICA caspase-1+MAIT 細胞的頻率，該部分結(jié)果證實了 MAIT 細胞焦亡與慢性 HIV-1 感染期間 MAIT 細胞損失和疾病進展相關(guān)的假設(shè)。

4.

MAIT 細胞在 HIV-1 感染患者的結(jié)直腸組織中積聚

腸趨化性是 MAIT 細胞的功能特征之一，在該研究中，作者檢測了 TPs 和 HCs 的 MAIT 細胞中腸道歸巢受體整合素 α4β7（B7）和 CCR9 的表達。發(fā)現(xiàn)，CCR9-B7highMAIT 細胞在 TP 中顯著增加，而 CCR9+B7highMAIT 細胞減少。

為了檢測 HIV-1 感染患者和 HIV-1 陰性對照的腸黏膜中 MAIT 細胞的絕對數(shù)量和組織分布，作者對 HIV-1 患者和 HIV-1 陰性對照結(jié)直腸組織中的 MDR1+（MAIT 替代標記）細胞進行了染色，發(fā)現(xiàn) HIV-1 患者的結(jié)直腸黏膜表現(xiàn)出更多的 MDR1+?細胞。作者又通過檢測 IL-18Rα+TCR Vα7.2+?雙陽性細胞（組織駐留 MAIT 細胞）進行了進一步驗證。

5.

慢性 HIV-1 感染患者結(jié)直腸黏膜中 MAIT 細胞發(fā)生活躍的細胞焦亡

通過雙重免疫染色，作者發(fā)現(xiàn) HIV-1 感染患者腸黏膜中 GSDMD+MDR1+?雙陽性細胞（伴有彌漫性細胞腫脹）主要定位于腸絨毛的腸腔側(cè)，而 HIV-1 陰性對照的雙陽性細胞則隨機分布于腸絨毛。HIV-1 感染患者中每個高倍視野的 GSDMD+MDR1+?細胞數(shù)量高于 HIV-1 陰性對照。作者又檢測了?HIV-1?陰性對照和 HIV-1 感染患者的結(jié)直腸黏膜中 CD4+MDR1+?雙陽性細胞的數(shù)量，發(fā)現(xiàn) HIV-1 感染患者的 CD4+?MDR1+?雙陽性細胞少于 HIV-1 陰性對照。以上發(fā)現(xiàn)說明，慢性 HIV-1 感染患者的結(jié)直腸粘膜中的 MAIT 細胞經(jīng)歷了活躍的細胞焦亡。

6.

激活誘導(dǎo)的 MAIT 細胞焦亡可能導(dǎo)致未接受 cART?治療患者的 MAIT 細胞丟失

HIV 介導(dǎo)的細胞死亡已被廣泛研究，然而 HIV 病毒是否能誘導(dǎo) MAIT 細胞焦亡仍未闡明。作者利用 HIV-1 R5 毒株（JR-CSF）感染 HCs 的 PBMC，發(fā)現(xiàn)感染后的 HC-MAIT 細胞表達更高水平的 FLICA caspase-1，且 HC-CD4+MAIT 細胞在病毒攻擊后表現(xiàn)出更高水平的 FLICA caspase-1。而 TP-MAIT 和 TP-CD4+MAIT 細胞在毒株攻擊和條件培養(yǎng)基（CM）處理之間沒有顯示出 FLICA caspase-1 水平的明顯增加。接下來，作者又比較了不同刺激下 HC-MAIT 和 TP-MAIT 細胞中 FLICA caspase-1 表達水平。作者假設(shè)持續(xù)暴露于高病毒載量和促炎細胞因子可能會誘導(dǎo) MAIT 的細胞焦亡，為了驗證這一假設(shè)，作者在含有 20% HCs 或 TPs 血漿的培養(yǎng)基中培養(yǎng)健康供體的 PBMC。發(fā)現(xiàn) FLICA caspase-1+MAIT 細胞頻率在 TPs 血漿孵育后顯著增加。作者又比較了 HCs 和慢性 HIV 感染患者血漿中 IL-12 和 IL-18 的水平。發(fā)現(xiàn)在持續(xù)感染 HIV-1 的情況下，IL-12 和 IL-18 的血漿水平失調(diào)可能有助于 MAIT 細胞的活化，而活化誘導(dǎo)的 MAIT 細胞焦亡可能導(dǎo)致 TPs 中 MAIT 細胞的丟失。

7.

在接受長期 cART 的患者中，增加的焦亡 MAIT 細胞與較差的免疫重建相關(guān)

作者在臨床觀察到兩組不同的長期 cART 治療患者，即治療完全響應(yīng)（CRs）和免疫無應(yīng)答者（INRs）。作者比較了兩組 MAIT 細胞的特征。發(fā)現(xiàn) INRs 中的 MAIT 細胞頻率和絕對數(shù)明顯低于 CRs。作者又分析了兩組血漿中的 sCD14 或 I-FABP 水平、FLICA-caspase-1 的水平等，發(fā)現(xiàn) INR-MAIT 細胞中的細胞焦亡水平更高。以上說明，INR-MAIT 的細胞焦亡與 INR 患者中的 MAIT 細胞丟失、微生物移位和黏膜損傷有關(guān)。

接下來，作者檢測了 CR-MAIT 和 INR-MAIT 細胞對 TCR 依賴性或 TCR 非依賴性刺激的反應(yīng)性。作者發(fā)現(xiàn)，與 CR-MAIT 細胞相比，INR-MAIT 細胞在體外對抗 CD3/抗 CD28、IL-12/IL-18、大腸桿菌聯(lián)合刺激的反應(yīng)中，F(xiàn)LICA-caspase-1 表達顯著增加。這些數(shù)據(jù)表明，激活可以誘導(dǎo) CRs 和 INRs 中的 MAIT 的細胞焦亡，INRs 中的反應(yīng)比 CRs 更敏感。作者還檢測了 IL-12 和 IL-18 的血漿水平，發(fā)現(xiàn)持續(xù)接觸高水平的促炎細胞因子可能會導(dǎo)致這些患者的 MAIT 細胞凋亡。
以上發(fā)現(xiàn)說明，長期接受 cART 治療患者的焦亡 MAIT 細胞的增加與免疫重建不良相關(guān)。

研究結(jié)論

綜上所述，作者推測，慢性 HIV-1 感染期間的 MAIT 細胞可能在多種攻擊（如 HIV-1 病毒、IL-12 和 IL-18 刺激）的刺激下持續(xù)激活并驅(qū)動焦亡，其表現(xiàn)為外周血中的 MAIT 細胞減少，但在腸道黏膜中增加，具有明顯的細胞焦亡表型。因此，受損的胃腸道很難修復(fù)，這意味著更多的微生物和/或微生物產(chǎn)物可以進入血液循環(huán)并引起全身免疫激活、先天細胞因子釋放增加和 MAIT 細胞損失增加。這種不良循環(huán)回路也可能在 INR 患者中起作用，并影響 cART 期間的免疫恢復(fù)。這些發(fā)現(xiàn)對評估 MAIT 細胞焦亡作為改善 HIV-1 相關(guān)免疫病理學的新治療靶點具有重要意義。

參考文獻

Xia P, Xing XD, Yang CX, et al. Activation-induced pyroptosis contributes to the loss of MAIT cells in chronic HIV-1 infected patients.?Mil Med Res?2022;9(1):24.