Virology：揭秘HIV穿越血脑屏障之谜

　　

20%的艾滋病患者感染HIV病毒后，病毒会设法越过血脑屏障进入人类大脑，结果病毒在大脑繁殖并破坏大脑组织，导致患者产生HIV-伴发痴呆症或是导致其他一些认知障碍症。现在，耶什华大学艾伯特爱因斯坦医学院的科学家们通过实验证实，一种肠道细菌细胞壁里的化学物质可协助HIV穿越难以逾越的血脑屏障（BBB）进入人类大脑，HIV感染者血液中的这种化学物质含量特别高。这一研究结果将发表在8月的《Virology》上，该研究成果为防御HIV侵入大脑提供了新的指导。

 

Harris Goldstein博士说，先前的研究认为，单个的HIV病毒粒子不能侵入大脑，不过感染了HIV的免疫细胞单核细胞可进入脑部。Harris Goldstein博士，爱因斯坦医学研究中心癌症项目研究组负责人，文章高级作者。他还说，应用动物模型，我们希望可以确认是否单核细胞感染了HIV后就可以完成之前不可能完成的任务，穿越血脑屏障进入大脑。

 

Goldstein博士和同事制备了一种转基因小鼠，名为HIV-TG小鼠，小鼠体内具备所有制作HIV病毒的基因，也就是说小鼠的细胞可生成HIV，包括单核细胞和T细胞都能生成HIV，这些HIV也是在人类细胞里可复制的病毒。接下来，用另一转基因小鼠GFP-TG小鼠饲养HIV-TG小鼠，GFP-TG小鼠含有绿色荧光蛋白基因（GFP）。结果，产生双重转基因小鼠，HIV/GFP-TG小鼠，这种小鼠感染HIV的单核细胞里就携带有GFP基因。这就意味着，单核细胞可通过荧光被检测到，或者通过PCR的方法检测GFP基因检测单核细胞。

 

下一步，研究者们分离了上百万个单核细胞，其中包括HIV/GFP-TG小鼠产生的HIV/GFP单核细胞，GFP-TG小鼠产生的单核细胞，接下来，将这些单核细胞注入阴性对照小鼠体内。

 

4天后，研究者检验对照小鼠的脑部，观察是否单核细胞可穿越血脑屏障进入小鼠脑部。结果，在小鼠脑部没有检测到GFP单独的单核细胞，使用超敏感的DNA检测法可检测到HIV/GFP单核细胞，在注入了HIV/GFP单核细胞的小鼠里有1/3的小鼠检测出含有HIV/GFP单核细胞。Goldstein博士说，这些结果也就说明，只有感染了HIV的单核细胞才具有穿越血脑屏障的能力。但是，我们仍旧怀疑，这里还存在其他的机制促进感染HIV的单核细胞穿越血脑屏障。

 

2006年，国立卫生研究所的科学家们已经报道HIV感染者的肠道血液屏障被病毒破坏，通常情况下不能进入血液中的肠道细菌通过被破坏的屏障进入血液循环。在HIV感染者的血液中可发现脂多糖（lipopolysaccharide ，LPS）的含量显著的升高，这种LPS是肠道细菌的组成成分，这一细菌属于正常肠道菌群。但是，一旦感染HIV这一正常菌群就可以突破血液屏障进入血液中。先前的动物实验证实，血液中高含量的LPS会导致血脑屏障受到破坏。Goldstein博士说，由此我们推测，感染HIV的单核细胞联合高水平的LPS就赋予HIV穿越血脑屏障的能力。

 

为了检验这一推测，Goldstein博士的研究小组给对照小鼠注射低剂量LPS，与HIV感染者相比，注射的LPS量就是引起血脑屏障故障的最低剂量。3小时后，一半的小鼠通过静脉注射HIV/GFP单核细胞，而另一半的小鼠静脉注射GFP单核细胞。

 

4天后，接受LPS和GFP单核细胞注射的小鼠单脑内不能检测到有单核细胞存在。相反，注射LPS和HIV/GFP单核细胞的小鼠有25%可检测出单核细胞。

 

Goldstein博士说，明显的，感染HIV的单核细胞可与LPS联合作用，而感染HIV的人们体内的LPS因HIV而升高。可以说，感染HIV的单核细胞敲打血脑屏障之门，而LPS助HIV一臂之力，彻底打开血脑屏障之门，LPS通过破坏血管壁的结构达到以上目的。

 

Goldstein博士说，感染HIV的单核细胞和血液中的LPS双剑合壁，软化血脑屏障的血管，共同开启血脑屏障之门，引起严重的HIV全身感染。在小鼠动物模型里，HIV突破血脑屏障后进入脑部细胞里，并在脑细胞里开始繁殖。而HIV-TG小鼠与对照小鼠分别注入LPS3小时后，再注入HIV/GFP单核细胞。

 

4天后，可在25%的对照小鼠脑部检测到HIV单核细胞，而70%的HIV-TG小鼠可检测到有HIV单个细胞的存在。并且更令人印象深刻的是，HIV单核细胞在HIV-TG小鼠里的含量是对照小鼠的3倍。

 

Goldstein博士说，很明显的，HIV感染的细胞与LPS共同作用后可使得HIV感染细胞突破血脑屏障。因此，我们可以看到HIV感染细胞通过三个步骤穿越血脑屏障，首先HIV感染单核细胞，HIV感染肠道细胞，促使肠道细菌释放LPS进入血液，LPS进入血液后侵蚀血脑屏障血管，感染HIV的血脑屏障受LPS和HIV双重作用，最后导致血脑屏障出现裂缝，感染HIV的细胞乘机进入大脑。

 

这些研究发现有利于研究新的预防和治疗手段。医生们可以实时监测LPS的含量，当LPS含量过高时降低LPS含量，帮助HIV患者维持正常的血脑屏障功能。或者，可以应用抗生素杀死肠道细菌阻止其释放LPS，还可以应用药物清除血液中的LPS。这一发现还有助医生们诊断HIV患者的发病阶段，加强患者血脑屏障的功能，阻止病毒入侵大脑，预防HIV伴发性痴呆症。不过，这此之前，我们还需要对血脑屏障的分子和细胞机制开展严密的研究。

 

参与该研究工作的还有，Hongwei Wang博士，Jinlin Sun博士。

 

（生物通 张欢）