抗逆转录病毒治疗的HIV感染者鼻腔持续性肺炎链球菌定植与鼻部炎症相关

《Nature Communications》：Persistent pneumococcal colonisation in antiretroviral-treated HIV infection is associated with nasal inflammation

尽管抗逆转录病毒治疗（ART）实现了病毒抑制，HIV感染者（PLHIV）对肺炎链球菌的易感性依然很高。本研究通过流式细胞术、单细胞转录组学和中性粒细胞功能分析，揭示了长期ART无法恢复鼻腔黏膜免疫。研究发现PLHIV-ART>1年者存在由上皮细胞驱动的中性粒细胞炎症、T细胞耗竭和细胞衰老等持续性黏膜免疫特征。中性粒细胞表现出线粒体应激、衰老相关分泌表型（SASP）和氧化爆发功能受损，且与肺炎链球菌携带状态相关。上皮细胞高表达中性粒细胞趋化配体基因，而鼻T细胞呈现促凋亡和耗竭基因谱。中性粒细胞炎症与细菌定植密度强烈相关，提示炎症与微生物持续存在之间存在前馈循环。该研究为理解PLHIV持续易感呼吸道病原体提供了新的机制见解。

　　

尽管有效的抗逆转录病毒治疗（ART）能够系统性地抑制人类免疫缺陷病毒（HIV）的复制，但一个令人困惑的临床现象依然存在：接受长期ART治疗的HIV感染者（People Living with HIV, PLHIV）仍然比未感染HIV的个体面临高得多的呼吸道感染风险，尤其是肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）引起的侵袭性疾病和鼻咽部定植。肺炎链球菌是社区获得性肺炎和败血症等严重疾病的主要元凶，其在鼻咽部的定植是发生侵袭性疾病的先决条件。研究表明，即使病毒载量得到抑制，PLHIV发生侵袭性肺炎链球菌病的风险仍比HIV阴性个体高出30-100倍，相关死亡率也高出5倍。这强烈暗示，ART虽然能显著恢复外周血CD4⁺T细胞数量并降低系统性的免疫激活，但它对于局部黏膜免疫，特别是作为肺炎链球菌定植门户的鼻腔黏膜免疫的重建可能是不完全的。鼻腔黏膜是宿主与病原体相互作用的关键前线，但其在HIV感染和ART背景下的免疫细胞组成、上皮-免疫细胞间的通讯以及功能性黏膜应答特征，此前仍不甚清晰。理解这一“免疫重建不全”的黏膜机制，对于开发新的策略以降低PLHIV的呼吸道感染负担至关重要。

为此，一个由Joseph Aston Phiri和Kondwani C. Jambo共同领导的研究团队在《Nature Communications》上发表了一项重要研究。他们深入探索了长期ART治疗的PLHIV其上呼吸道黏膜的免疫景观，旨在揭示为何病毒抑制后仍易感肺炎链球菌定植。研究人员在马拉维的布兰太尔招募了132名成年人，分为三组：HIV未感染成年人、ART治疗少于3个月的PLHIV（PLHIV-ART<3m）以及ART治疗超过1年的PLHIV（PLHIV-ART>1yr）。研究综合运用了多参数流式细胞术对鼻腔黏膜细胞进行免疫表型分析，通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）解析细胞转录组，并利用体外功能实验评估了中性粒细胞的吞噬和氧化爆发能力，同时检测了鼻腔灌洗液中的炎症因子和髓过氧化物酶（MPO）水平，并对所有参与者进行了肺炎链球菌携带状态的检测。

HIV改变鼻腔免疫细胞组成，长期ART后中性粒细胞持续增多

流式细胞术分析显示，与HIV未感染个体相比，PLHIV-ART>1yr组鼻腔黏膜中的CD66b⁺中性粒细胞比例显著升高。虽然两组PLHIV的外周血CD4⁺T细胞计数相近，但鼻腔中性粒细胞的积累在长期治疗者中尤为突出，表明ART未能逆转鼻腔固有的免疫失衡状态。

PLHIV鼻腔中性粒细胞呈现活化状态并伴随炎症标志物升高

通过UMAP（Uniform Manifold Approximation and Projection）对匹配的外周血和鼻腔样本进行聚类分析，发现了一个在鼻腔黏膜富集的活化成熟中性粒细胞亚群（CD11b⁺⁺CD10⁺CD63^-CD62L^-），该亚群在PLHIV-ART>1yr个体中频率更高。同时，鼻腔灌洗液中的髓过氧化物酶（MPO）水平在PLHIV-ART>1yr组也显著升高，且MPO水平与鼻腔中性粒细胞数量呈正相关，而与单核细胞数量无关，证实了中性粒细胞是鼻腔炎症的主要贡献者。

上皮细胞与中性粒细胞间的通讯在长期ART的PLHIV中增强

单细胞RNA测序揭示了鼻腔细胞的11个主要转录簇，包括多种上皮细胞和免疫细胞。细胞间通讯分析（使用Multinichenet软件）发现，在PLHIV-ART>1yr个体中，上皮细胞与中性粒细胞之间的相互作用信号网络显著扩展。具体而言，基底细胞、分泌细胞、杯状细胞、鳞状细胞和纤毛细胞等上皮亚群高表达诸如CXCL1-CXCR1、MIF-CD44和ADGRE5-CD55等与中性粒细胞招募和激活相关的配体-受体对。这表明上皮细胞可能是驱动PLHIV鼻腔中性粒细胞炎症的关键“指挥者”。

长期ART的PLHIV其鼻腔中性粒细胞表现出应激和衰老的转录特征

对中性粒细胞的差异基因表达分析发现，PLHIV-ART>1yr组的中性粒细胞上调了与线粒体应激（如MT-ND4, MT-CO1）和衰老相关分泌表型（SASP）相关的基因。基因共表达模块分析进一步确认，一个与稳态调节和SASP相关的基因模块（M1）在PLHIV-ART>1yr组的中性粒细胞中特异性富集。功能实验表明，尽管PLHIV外周血中性粒细胞的吞噬能力正常，但其氧化爆发能力（一种关键的杀菌机制）相对于HIV未感染个体显著受损。这些发现提示，长期ART下的中性粒细胞虽被招募至鼻腔，但其功能可能因细胞应激和衰老状态而大打折扣。

长期ART的PLHIV其鼻腔T细胞呈现耗竭、衰老和凋亡倾向

对鼻腔T细胞的转录组分析揭示了类似的异常状态。PLHIV-ART>1yr组的T细胞上调了与免疫激活（HLA-B, HLA-DQA1）、炎症趋化（CXCR4, CCL4）以及衰老（FKBP5）相关的基因。基因集评分显示，与T细胞耗竭、衰老和内在凋亡相关的通路在PLHIV，尤其是长期治疗者中更为活跃。这表明鼻腔黏膜中的适应性免疫细胞也处于功能失调状态。

中性粒细胞炎症与长期ART的PLHIV中肺炎链球菌定植相关

最关键的发现在于，鼻腔炎症与肺炎链球菌定植的临床结局直接关联。在PLHIV-ART>1yr组中，肺炎链球菌携带者的鼻腔中性粒细胞丰度显著高于非携带者。更重要的是，携带者外周血中性粒细胞的氧化爆发功能比非携带者更差。鼻腔活化中性粒细胞（CD11b⁺⁺）的比例与定植密度呈负相关，暗示这些细胞可能试图控制但无法彻底清除细菌。这种关联在HIV未感染个体或刚接受ART治疗的PLHIV中并未观察到。

本研究得出结论，尽管ART实现了系统性的病毒抑制，但在PLHIV的鼻腔黏膜中，却存在着一种由上皮细胞驱动的、持续的免疫失调状态，其特征是中性粒细胞炎症、中性粒细胞功能受损（表现为SASP和氧化爆发能力下降）以及T细胞耗竭/衰老。这种独特的黏膜免疫环境，特别是中性粒细胞的炎症和功能障碍，与肺炎链球菌的定植增加密切相关，形成了一个“炎症促进定植，定植可能又加剧炎症”的恶性循环。

这项研究的意义重大，它首次在单细胞分辨率上系统描绘了长期ART治疗后PLHIV上呼吸道黏膜的免疫图谱，并揭示了上皮-中性粒细胞轴失调和细胞衰老是导致持续感染易感性的关键机制。这挑战了“病毒抑制即等于免疫完全恢复”的传统观点，强调了黏膜免疫重建的特殊性和复杂性。研究结果指出，未来的干预策略不应仅满足于病毒控制，还需针对黏膜局部的免疫病理状态，例如开发靶向上皮-免疫细胞信号传导、增强中性粒细胞功能或拮抗SASP的新型疗法（如senotherapeutics），从而有望真正降低PLHIV的呼吸道感染负担，改善其长期预后。