针对HIF-1的干预措施在HIV感染的人源化小鼠模型中有效预防了类似阿尔茨海默病的病理变化

HIV相关认知障碍（HAND）可通过抑制星形细胞衍生胞外囊泡（ADEVs）中的HIF-1α基因，改善阿尔茨海默病样病理和神经退行性变。研究显示，HIF-1α siRNA loaded ADEVs经鼻腔递送后，显著降低HIV感染小鼠脑内HIF-1α表达，减少Aβ42和磷酸化tau（pTau）沉积，缓解胶质细胞活化，并部分恢复空间记忆、焦虑样行为及感觉运动门控功能。该策略为HAND提供非侵入性治疗新方案。

　　

HIV相关神经认知障碍（HAND）是感染HIV且接受抗逆转录病毒治疗（cART）人群中的常见问题，其病理特征与阿尔茨海默病（AD）高度相似，包括β淀粉样蛋白（Aβ）沉积、tau蛋白磷酸化以及神经元损伤等。近年来研究逐渐揭示，HIV病毒蛋白如Tat和gp120可能通过激活HIF-1α信号通路，促进Aβ生成和神经炎症，从而引发 HAND中的AD样病理。然而，尽管cART有效控制了病毒复制，仍无法完全逆转或阻止神经退行性变的发展。这提示需要针对HIV感染的神经毒性机制开发新型辅助疗法。### 研究背景与核心问题

HAND的病理机制复杂，涉及病毒持续感染、神经炎症、Aβ异常代谢及 synaptic功能障碍。现有研究证实，HIV病毒蛋白（如Tat、gp120）可通过多种途径影响中枢神经系统的功能。例如，Tat被报道能诱导星形胶质细胞释放含有Aβ的外泌体（ADEVs），并通过HIF-1α信号通路增强β淀粉样蛋白前体蛋白（APP）的加工，促进Aβ42的生成。然而，如何精准干预这些机制，并验证其临床转化潜力，仍是亟待解决的难题。### 研究方法与实验设计

研究团队采用CD34+ NSG人源化小鼠模型，该模型具有神经炎症、病毒潜伏感染和AD样病理的复制能力。实验分为三组：未感染对照组（HIV-）、HIV感染组（HIV+）及HIV感染联合HIF-1α siRNA负载ADEVs治疗组（HIV+ + HIF-1α siRNA）。通过鼻内注射递送ADEVs，利用其天然靶向能力直接作用于脑组织，特别是海马体和皮层等认知关键区域。研究涵盖病毒载量、免疫细胞浸润、Aβ和tau蛋白水平、胶质激活标志物（如GFAP、Iba1）以及行为学评估（空间记忆、焦虑行为、感觉运动门控等）。### 关键发现

1. **ADEVs的脑靶向递送效率**

鼻内注射标记有mCherry-TSG101的ADEVs后，在脑组织中（尤其是海马体和皮层）检测到显著荧光信号。这表明外泌体可通过嗅神经和三叉神经避开血脑屏障（BBB），直接进入中枢神经系统。2. **HIF-1α siRNA的神经保护作用**

- **分子层面**：HIV+组小鼠脑组织中HIF-1α mRNA和蛋白水平显著升高，尤其在皮层和海马体。经HIF-1α siRNA治疗，这些区域的HIF-1α表达被显著抑制，同时Aβ42、pTau等AD标志物水平明显下降。

- **病理机制**：HIV感染导致星形胶质细胞过度活化（GFAP和Iba1表达升高），并释放含Aβ的外泌体。这些外泌体通过Tat蛋白介导的HIF-1α通路促进神经元内Aβ沉积和突触损伤。HIF-1α siRNA治疗逆转了上述过程，减少胶质细胞激活，并保护神经元突触结构（如PSD95和synaptophysin水平恢复）。3. **行为学改善**

- **空间记忆**：HIV+小鼠在Y迷宫测试中表现出显著的空间记忆缺陷（如探索时间缩短、新区域访问增加）。经治疗后，这些行为学异常得到部分纠正。

- **焦虑行为**：在EPM（高架十字迷宫）测试中，HIV+小鼠表现出更强的封闭臂回避倾向（焦虑行为）。HIF-1α siRNA治疗显著减少了这一现象，同时开放臂的探索时间增加，提示神经炎症和焦虑的缓解。

- **感觉运动功能**： Prepulse抑制（PPI）测试显示，HIV+小鼠对弱前刺激的反应抑制能力下降（PPI评分降低）。治疗后，这一缺陷得到部分恢复，表明感觉运动门控功能的部分恢复。### 创新点与机制启示

1. **HIF-1α在HAND中的核心作用**

研究首次明确HIF-1α作为HAND和AD共病的关键分子。HIV感染通过激活HIF-1α，上调APP加工酶BACE1的表达，促进Aβ42生成，同时通过诱导星形胶质细胞分泌ADEVs加剧神经毒性。HIF-1α siRNA治疗通过靶向抑制这一通路，阻断了Aβ沉积和胶质激活的恶性循环。2. **外泌体递送系统的优势**

ADEVs作为天然载体具有以下特性：

- **靶向性**：直接递送至脑组织，避开传统药物因 BBB限制的吸收难题。

- **功能可调性**：通过负载不同siRNA，可针对特定通路（如HIF-1α）或蛋白（如APP、tau）进行精准干预。

- **免疫逃逸**：外泌体表面携带宿主细胞膜蛋白，可减少免疫清除，提高治疗稳定性。3. **多靶点治疗潜力**

研究显示，HIF-1α siRNA不仅改善Aβ沉积，还通过抑制胶质炎症（GFAP/Iba1表达降低）和恢复突触蛋白（如synaptophysin、MAP2）水平，实现多维度神经保护。这种“一石多鸟”的效果提示，针对HIF-1α通路的干预可能同时缓解HAND与AD的共病机制。### 临床转化前景

1. **非侵入性递送途径**

鼻内给药避免了开颅手术，适合慢性神经系统疾病的长期治疗。研究证实外泌体可通过嗅球摄取并扩散至皮层和海马体，与人类神经递送路径高度一致。2. **联合疗法的可行性**

治疗组在持续HIV感染（未降低病毒载量）背景下仍能显著改善神经病理，提示HIF-1α靶向治疗可独立于抗病毒药物发挥作用。未来可能联合cART（如蛋白酶抑制剂）使用，形成协同效应。3. **泛神经退行性疾病的借鉴意义**

HIF-1α在AD、帕金森病等疾病中均被证实具有促发Aβ沉积和神经元损伤的作用。本研究为开发跨疾病治疗策略提供了新思路，例如针对HIF-1α的外泌体疗法可能同时适用于HAND和AD患者。### 局限性与未来方向

1. **样本量与长期安全性**

当前研究样本量较小（每组3-6只），且未评估长期治疗后的潜在副作用（如外泌体递送载体的免疫原性）。未来需扩大样本量并开展长期随访。2. **机制深度解析**

尽管发现HIF-1α与Aβ、tau的关联，但具体分子通路（如HIF-1α是否直接调控APP加工酶）仍需通过基因编辑或CRISPR技术验证。3. **递送效率优化**

部分脑区（如纹状体）的Aβ沉积和HIF-1α表达改善较弱，可能与外泌体递送存在解剖学限制。未来可通过联合纳米颗粒或磁导航增强靶向性。4. **临床前模型验证**

需进一步在非人灵长类动物模型中验证疗效，并开展药代动力学研究以优化剂量和给药频率。### 结论

本研究首次在HIV感染模型中系统揭示了HIF-1α介导的Aβ沉积和神经退行性变机制，并通过外泌体递送系统实现了高效干预。HIF-1α siRNA治疗显著改善小鼠的认知功能、神经炎症和突触完整性，为HAND提供了创新疗法。这一策略不仅为共病（HAND与AD）的干预开辟了新路径，也为外泌体作为载体在神经疾病治疗中的应用提供了重要依据。