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HIV（人类免疫缺陷病毒）感染可引发 HIV 相关神经认知障碍（HAND），为探究脑髓细胞在中枢神经系统（CNS）感染中的体内反应，研究人员对感染 SIV（猴免疫缺陷病毒）脑炎（SIVE）的恒河猴脑髓细胞进行单细胞多组学测序，发现 SIVE 显著改变髓细胞群，该研究有助于深化对 SIVE/HIVE 的理解，推动治疗发展。
在艾滋病防治领域，HIV（人类免疫缺陷病毒）始终是一道难以攻克的难关。它不仅严重损害人体免疫系统，引发获得性免疫缺陷综合征（AIDS），还会导致一系列神经系统并发症，即 HIV 相关神经认知障碍（HAND）。尽管抗逆转录病毒疗法（ART）取得了一定进展，大幅降低了 HIV 相关痴呆（HAD）的患病率，但仍有 20%-50% 的 HIV 感染者存在较轻形式的 HAND。目前，对于脑内的小胶质细胞和巨噬细胞等髓细胞在中枢神经系统（CNS）感染时如何在体内作出反应，我们的了解还十分有限。这就好比在黑暗中摸索，急需一束光来照亮前行的道路。为了填补这一知识空白，来自美国内布拉斯加大学医学中心（University of Nebraska Medical Center）的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们通过对感染 SIV（猴免疫缺陷病毒）诱导的脑炎（SIVE）的恒河猴以及未感染的对照恒河猴的脑髓细胞进行研究，为我们揭示了许多重要信息。该研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们深入了解 SIVE/HIVE（HIV 脑炎）以及开发相关治疗方法提供了新的思路和方向。
研究人员主要运用了单细胞多组学技术，其中包括配对的单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq）和单细胞核 ATAC 测序（snATAC-seq） 。样本来自 4 只雄性成年恒河猴，其中 2 只感染 SIV 后发展为 SIVE，另外 2 只作为未感染的对照。
SIV 诱导的脑炎显著改变脑髓细胞群
研究人员利用 RNA 表达和染色质可及性信息进行细胞聚类，共识别出 12 个不同的细胞簇。经过一系列数据处理后发现，SIVE 动物和未感染动物的样本明显分离，这表明 SIVE 显著改变了正常脑内的髓细胞表型。最终确定了 10 个髓细胞簇，其中 6 个主要存在于未感染的大脑中，4 个特定存在于 SIVE 动物中。研究还发现，未感染大脑中的髓细胞为小胶质细胞和中枢神经系统相关巨噬细胞（CAM）的不同表型，而 SIVE 特异性簇中的细胞与小胶质细胞和 CAM 存在相似性，因此将其注释为小胶质细胞样细胞和 CAM 样细胞。并且，小胶质细胞和小胶质细胞样细胞中稳态小胶质细胞基因的染色质呈开放状态，但 RNA 表达存在差异；CAM 和 CAM 样细胞在 MHC II 类分子的染色质可及性和 RNA 表达上具有相似性。
CAM 样髓细胞和小胶质细胞样细胞的基因活性和转录组谱差异巨大
通过比较 CAM 样细胞和小胶质细胞样细胞的 RNA 表达和基因活性，发现它们虽都是活化的髓细胞，但上调基因不同。CAM 样细胞中 S100 家族分子的 RNA 表达较高，如 S100A8 和 S100A9 形成的异二聚体钙卫蛋白可作为炎症指标。免疫染色显示，SIVE 中 S100A9?脑髓细胞显著增加，且多位于血管周围空间，表明 CAM 样细胞可能是对 SIVE 作出反应的活化 CAM 细胞。此外，S100A6 和 S100A4 在 CAM 样细胞中高表达，通过 AP-1 信号在髓细胞活化中起重要作用。与之相反，小胶质细胞样细胞在免疫相互作用中可能发挥更大作用，其编码补体成分和 Toll 样受体（TLR）的基因上调，如 TLR7 可识别 SIV 单链 RNA，TLR3 和 TLR7 能诱导 I 型干扰素（IFN）和其他抗病毒因子的产生。同时，小胶质细胞样细胞中一些炎症分子，如 SPP1、IL-6、IL-18 和许多 CCL 趋化因子的 RNA 表达和染色质可及性也较高。
小胶质细胞样细胞在 SIVE 期间可能在吸引其他髓细胞到炎症部位和介导细胞间相互作用中起重要作用
研究人员推断了所有髓细胞簇的细胞通讯概率和细胞通讯网络，发现 SIVE 脑中 CCL - CCR 配体 - 受体相互作用的主要发送者是小胶质细胞样细胞，而在未感染脑中则有所不同。除 CCL 趋化因子外，小胶质细胞样细胞还通过 SPP1、APOE、APP 和 C3 介导的信号机制与 CAM 样细胞相互作用。在 SIVE 脑中，SPP1 与 CD44 的相互作用在小胶质细胞样细胞和不同 CAM 样细胞之间最为显著，可促进细胞粘附、迁移和免疫反应。而在未感染的正常脑中，小胶质细胞与 CAMs 主要通过 APP、C3 和 CD45（PTPRC）进行通讯。总体而言，小胶质细胞样细胞在 SIVE 脑中可能是招募炎症性 CAM 样细胞以放大神经炎症的核心表型。
炎症相关转录因子（TF）和 TF 复合物在 SIVE 特异性簇中富集且高表达
对髓细胞簇的开放染色质区域进行分析，发现 SIVE 特异性髓细胞群与未感染条件下的小胶质细胞和 CAMs 相比，具有显著不同的开放染色质区域。研究人员鉴定出一些在 CAM 样细胞和小胶质细胞样细胞之间高度可变的 TF 复合物，并且发现大多数在未感染脑的小胶质细胞和 CAM 中富集的标记 TF 与在 SIVE 特异性簇中富集的 TF 有很大差异，这表明 SIVE 显著改变了脑髓细胞的调控事件。进一步研究发现，一些 TF 的 RNA 表达和预测基因活性与其结合基序富集呈正相关，可能是正性 TF 调节剂；而另一些则呈负相关，反映出更复杂的调控机制。此外，SIVE 特异性簇中富集的 TF 还与一些炎症和抗病毒基因的 RNA 表达或预测基因活性相关，进一步证明了 SIVE 特异性簇中的炎症是由脑髓细胞中的 TF 改变引起的。
脑髓细胞对 SIV 感染的易感性与某些富集的细胞途径和 CCR5 表达有关
研究人员在感染 SIVE 的动物脑髓细胞中检测到 SIV RNA 转录本和 DNA 序列，通过保守方法确定了 SIV 阳性细胞。对这些细胞进行分析发现，CAM 样_1 和 CAM 样_2 簇可能对 SIV 感染更易感。通过比较不同易感性细胞的基因表达，发现不易感细胞的 RHO GTPase 循环以及与细胞活性相关的途径下调，而更易感细胞的糖酵解、IL4 和 IL13 信号增强，通过 TLR 和 NOD 的 PPR 信号降低。此外，协助病毒进入细胞的主要受体 CCR5 在更易感细胞中表达上调，而 CD4 在 SIVE 中的 CAM 样和小胶质细胞样细胞中表达和染色质可及性下调。
SIV DNA 的 LTR 区域比其他 SIV 基因区域更易接近
将 SIV 基因组纳入注释后发现，SIV DNA 的长末端重复序列（LTR）区域比其他区域更易接近，感染易感的 CAM 样_1 和 CAM 样_2 簇在 LTR 区域的峰值信号更高。LTR 区域富集与 NF - κB 相关的转录因子，这进一步证实了感染的脑髓细胞中的 SIV 可利用宿主 NF - κB 转录因子来表达其基因。研究还确定了 SIV 基因组在宿主基因组上的潜在整合位点，发现整合是随机的，但多数整合位点位于 LTR 区域。
患有 SIVE 的动物的神经炎症可能会使髓细胞进一步向 CAM 样表型分化
通过轨迹分析发现，稳态小胶质细胞可能先转变为小胶质细胞样细胞，随着神经炎症的进展，一些活化的小胶质细胞样细胞可能进一步分化为 CAM 样细胞。对 SIVE 特异性簇的轨迹分析证实了这一分化路径的合理性，并且发现该分化过程伴随着基因表达、染色质可及性、TF 基序富集等方面的变化，同时确定了一些可能驱动这一分化过程的正性 TF 调节剂。
研究通过单细胞多组学技术，全面地揭示了 SIVE 对恒河猴脑髓细胞群的改造，包括细胞表型的变化、基因调控事件以及细胞间相互作用的改变。这些发现不仅加深了我们对 SIVE/HIVE 发病机制的理解，还为开发针对 HIV 相关神经认知障碍的治疗方法提供了潜在的靶点和理论依据。尽管研究存在样本数量有限等局限性，但随着更多数据的积累和研究的深入，有望为攻克这一难题带来新的突破。
