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为探究 HIV 感染者感染结核杆菌（M.tuberculosis）后易患结核病机制，研究人员开展单细胞转录组学研究，发现相关免疫缺陷，为治疗提供方向。
结核病（Tuberculosis，TB）是由结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis，Mtb）感染肺部引起的疾病，在人类免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus，HIV）感染者中，结核病是导致死亡的主要原因之一。尽管抗逆转录病毒疗法（Antiretroviral Therapy，ART）能显著改善 HIV 感染者的临床结局，但接受 ART 治疗的 HIV 感染者（People Living with HIV，PLWH）患结核病的风险仍比未感染 HIV 者高 4 倍。这表明，HIV 感染者的肺部免疫反应存在缺陷，无法有效抵御 Mtb 等呼吸道病原体的侵袭。
为了深入探究这一现象背后的机制，美国埃默里大学（Emory University）的研究人员开展了一项研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为理解 HIV 感染者对 Mtb 感染的免疫反应提供了新的视角，有望为开发针对这一群体的治疗策略奠定基础。
研究人员主要运用了单细胞转录组学（single cell transcriptomic profiling，scRNA-seq）、高维流式细胞术（high - dimensional flow cytometry）以及细胞通讯分析（CellChat）等技术。研究样本来自接受 ART 治疗的 HIV 感染者和未感染 HIV 的健康对照者的支气管肺泡灌洗液（Bronchoalveolar Lavage Fluid，BALF）中的细胞。
研究结果如下：
- 免疫细胞群分布相似：研究人员收集了 7 名接受 ART 治疗的 HIV 感染者和 9 名健康对照者的 BALF 样本。通过多参数流式细胞术分析发现，两组人群支气管肺泡灌洗液中的免疫细胞群分布相似，肺泡巨噬细胞（Alveolar Macrophages，AMs）均为主要免疫细胞类型。
- 单细胞转录组分析揭示基因表达变化：对样本进行单细胞转录组测序分析，结果显示，Mtb 感染后，PLWH 和健康对照者的多种细胞类型出现显著的转录变化。在感染 Mtb 后，PLWH 与健康对照者相比，有更多差异表达基因（Differentially Expressed Genes，DEGs）。且在多种细胞类型中，PLWH 感染 Mtb 后，参与促炎细胞因子信号通路的基因表达较低，这表明 PLWH 对 Mtb 感染的炎症反应存在缺陷。
- 肺泡巨噬细胞和 T 细胞谱改变：进一步分析发现，Mtb 感染后，PLWH 的 AMs 中多种细胞因子和趋化因子基因下调，如 IL - 6、TNF 等，这意味着 PLWH 的 AMs 对 Mtb 感染无法产生强烈的促炎和抗菌反应。同时，PLWH 的 CD4 T 细胞、CD8 T 细胞和 NK 细胞表现出免疫激活和炎症增强的特征，但细胞毒性 T 细胞反应减弱。
- T 细胞亚群反映免疫激活和失调：研究人员对 T 细胞亚群进行分析，发现 Mtb 感染导致 PLWH 和健康对照者的 T 细胞亚群发生变化。在健康对照者中，Mtb 感染促使静息 CD4 和 CD8 T 细胞分化为具有抗菌基因表达谱的效应记忆 T 细胞；而在 PLWH 中，Mtb 感染导致独特的效应记忆 CD8 T 细胞亚群产生，且这些细胞功能存在缺陷，同时 Tregs 表现出免疫激活增强的特征，可能促进免疫抑制性肺微环境的形成。
- 细胞间通讯网络反映免疫反应差异：利用 CellChat 分析细胞间通讯网络，发现健康对照者感染 Mtb 后，IL - 6、IL - 1、TNF 等信号网络以及共刺激和 MHC - I 信号通路显著诱导；而在 PLWH 中，这些相互作用网络缺失或显著降低。在健康对照者中，AMs 与淋巴细胞之间存在强烈的相互作用，而在 PLWH 中，抗炎性的 AMs 与 T 细胞之间的相互作用占主导，这表明 TNFSF 网络在 PLWH 中失调，可能阻碍宿主对 Mtb 感染的有效防御。
- TNF - TNFR 信号通路受损：研究人员计算炎症反应通路评分，发现 PLWH 感染 Mtb 后，炎症反应通路和 TNF - TNFR 信号通路的活性评分显著低于健康对照者。在 AMs 中，参与 TNF 信号通路的多个基因在 PLWH 感染 Mtb 后表达较低，且多种促炎细胞因子在 PLWH 中的水平显著低于健康对照者，这表明 PLWH 的 AMs 在 TNF 及其下游信号通路的激活方面存在缺陷。
- M1 样 AMs 诱导受损：通过 Seurat 聚类分析，研究人员鉴定出 5 种不同的 AM 转录亚群。其中，AM3 亚群具有激活的、强烈促炎的 M1 样特征。在健康对照者中，Mtb 感染后 AM3 亚群显著增加，并获得 TNF - TNFR 信号；而在 PLWH 中，AM3 亚群的激活和 TNF 信号诱导受损，这表明 PLWH 的 AMs 在分化为具有抗菌功能的 M1 样效应细胞方面存在缺陷。
- AMs 与 T 细胞串扰缺陷：CellChat 分析显示，在健康对照者中，激活的 M1 样 AM3 亚群与 CD4 效应记忆 T 细胞存在强烈相互作用；而在 PLWH 中，这种相互作用显著减弱或缺失，取而代之的是与慢性免疫激活的 CD8 T 细胞亚群和 Tregs 的相互作用，这表明 PLWH 中针对 Mtb 感染的有效免疫所需的 AM - T 细胞相互作用网络缺失。
- AMs 呈现抗炎和免疫抑制特征：通过流式细胞术分析和细胞内细胞因子染色，研究人员发现 PLWH 感染 Mtb 后，分泌 TNF 的 AMs 频率较低，且其他激活和共刺激标记的表达也较低。高维分析进一步表明，PLWH 中存在表达 IL - 10 和免疫抑制受体 CD200R 的 AM 亚群，这表明 PLWH 的 AMs 具有抗炎和免疫抑制的特征，可能抑制促炎反应，阻碍对 Mtb 感染的有效免疫。
研究结论和讨论部分指出，本研究首次对接受 ART 治疗的 HIV 感染者进行单细胞转录组分析，揭示了 PLWH 对 Mtb 感染的免疫反应缺陷。TNF 信号通路在控制 Mtb 感染中起着关键作用，而 PLWH 的 AMs 无法有效激活 TNF - TNFR1 信号网络，导致其对 Mtb 感染的易感性增加。此外，AM 代谢状态的改变、AM 与 T 细胞相互作用的异常以及免疫抑制性 AM 亚群的存在，共同导致了 PLWH 对 Mtb 感染的免疫功能障碍。未来的研究可以进一步探索通过提供外源性 TNF 或调节 AM 代谢来恢复 PLWH 的免疫功能，这将为开发针对 HIV 感染者和结核病患者的辅助治疗策略提供新的思路。
总之，这项研究为深入理解 HIV 感染者对 Mtb 感染的免疫反应提供了重要依据，有望推动相关治疗方法的发展，改善 HIV 感染者和结核病患者的临床结局。
