《Advanced Science》：Molecular Signatures of HIV-Induced Neuroinflammation and Neurodegeneration in Human Cerebral Organoids: Identification of Therapeutic Targets for NeuroHIV
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HIV相关神经系统并发症仍然是HIV感染者（PWH）面临的主要问题，即使在联合抗逆转录病毒治疗（cART）实现有效病毒抑制的情况下也是如此，这凸显了驱动HIV相关神经退行性变的机制尚未明确。为弥补这一空白，研究人员使用含有小胶质细胞的HIV-1感染人脑类器官（
HIV相关神经系统并发症仍然是HIV感染者（PWH）面临的主要问题，即使在联合抗逆转录病毒治疗（cART）实现有效病毒抑制的情况下也是如此，这凸显了驱动HIV相关神经退行性变的机制尚未明确。为弥补这一空白，研究人员使用含有小胶质细胞的HIV-1感染人脑类器官（hCOs）作为中枢神经系统（CNS）的生理相关三维模型，并在猿猴免疫缺陷病毒（SIV）感染、cART治疗的恒河猴模型脑区验证了关键发现。整合单核RNA测序与ATAC-seq（多组学）分析，识别出hCOs中神经和胶质细胞群体内双重先天免疫驱动的炎症信号通路的细胞类型特异性改变。小胶质细胞优先被感染并激活，启动涉及IFN-γ/STAT1、CEBPB和NF-κB信号的IL-17A介导级联反应。这些通路与cGAS-STING和Notch–NEURL1信号汇聚，二者均与神经炎症和突触功能障碍相关。cART抑制了病毒复制，减少了IL-17A介导的神经炎症，改善了线粒体功能，并恢复了突触基因表达。总体而言，这些发现将IL-17A、STAT1、CEBPB和cGAS-STING信号失调识别为HIV相关神经炎症的关键分子驱动因素，并建立了IL-17A信号与小胶质细胞重塑之间潜在的机制联系，为PWH中CNS靶向治疗的发展提供了转化框架。
HIV相关神经系统并发症即使在有效联合抗逆转录病毒治疗（cART）下仍是HIV感染者（PWH）的主要问题，提示驱动HIV相关神经退行性变的机制尚未阐明。为研究这一空白，研究人员利用含有小胶质细胞的HIV-1感染人脑类器官（hCOs）作为中枢神经系统（CNS）的生理相关三维模型，并在猿猴免疫缺陷病毒（SIV）感染、cART治疗的恒河猴模型脑区验证了关键发现。通过整合单核RNA测序（snRNA-seq）与ATAC-seq的多组学分析，研究人员识别出hCOs中神经和胶质细胞群体内双重先天免疫驱动的炎症信号通路的细胞类型特异性改变。小胶质细胞优先被感染并激活，启动IL-17A介导的级联反应，涉及IFN-γ/STAT1、CEBPB和NF-κB信号。这些通路与cGAS-STING和Notch–NEURL1信号汇聚，二者均与神经炎症和突触功能障碍相关。cART抑制病毒复制、降低IL-17A介导的神经炎症、改善线粒体功能并恢复突触基因表达。总体而言，这些发现将IL-17A、STAT1、CEBPB和cGAS-STING信号失调识别为HIV相关神经炎症的关键分子驱动因素，并建立了IL-17A信号与小胶质细胞重塑之间潜在的机制联系，为PWH中CNS靶向治疗的发展提供了转化框架。
论文解读
HIV相关神经系统并发症，特别是HIV相关神经认知障碍（HAND），在联合抗逆转录病毒治疗（cART）时代仍影响30%–50%的HIV感染者（PWH）。尽管全身病毒载量被抑制，大脑中持续的低水平HIV复制被认为是慢性神经炎症的驱动因素，但其潜在分子机制尚不完全清楚。为解析这一机制，研究人员利用含有小胶质细胞的人脑类器官（hCOs）模拟HIV-1感染，并结合猿猴免疫缺陷病毒（SIV）感染的恒河猴模型进行跨物种验证，旨在识别早期神经HIV发病的关键分子通路和治疗靶点。该研究成果发表在《Advanced Science》。
研究人员将HIV-1 ADA株感染的iPSC来源小胶质细胞表面接种至60天大的hCOs，建立生理相关的感染模型，并给予cART（ATRIPLA，含依非韦伦、恩曲他滨、替诺福韦）处理。主要技术方法包括：单核RNA测序（snRNA-seq）和单核ATAC测序（snATAC-seq）的多组学整合分析，以解析细胞类型特异性的转录和染色质可及性变化；通过免疫印迹、实时定量PCR（qPCR）、ELISA和免疫荧光验证关键分子表达；并重新分析了公开的恒河猴脑组织snRNA-seq数据集（健康对照：GSE233278；SIV感染并cART治疗：GSE209606）进行跨物种验证。
研究结果分述如下：
2.1 hCOs的发育、成熟和分化：人iPSC系（#iPS15）分化形成的hCOs在60天时表达神经干细胞标志物SOX2、PAX6、Ki67、FOXG1，以及神经元标志物MAP2、星形胶质细胞标志物GFAP和小胶质细胞标志物Iba1，表明成功建立了包含多种神经细胞类型的三维模型。
2.2 HIV-1 ADA感染小胶质细胞整合进hCOs：表面接种感染HIV-1 ADA的小胶质细胞后，hCOs上清中p24抗原水平随时间显著升高，cART处理有效降低p24水平及TNF-α表达，确认病毒复制和药物抑制效果。
2.3 单细胞转录和染色质可及性变化：整合snRNA-seq和snATAC-seq识别出神经干细胞（NSCs）、神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞、少突胶质细胞等主要细胞类型。HIV-1感染导致少突胶质前体细胞（OPCs）和成熟多巴胺能神经元（mDNs）比例增加，提示病毒影响神经谱系动态。
2.4 双重先天免疫通路驱动炎症反应：差异基因和通路富集分析显示，HIV-1感染上调细胞因子/干扰素信号、Toll样受体（TLR）信号、线粒体电子传递等通路，尤其在星形胶质细胞和小胶质细胞中。S100A8/S100A9表达显著下调，而NF-κB2、NEURL1、CEBPB、STAT1等转录因子的染色质可及性改变。
2.5 HIV-1感染和cART对神经炎症信号的影响：snRNA-seq和qPCR验证显示，HIV-1感染上调促炎因子（TNF-α、IL-1β、IL-6、CXCL10）及转录调控因子（CEBPB、STAT1、NFKB1/2等），cART部分抑制这些变化。
2.6 HIV-1促进TLR4和IL-17A介导的神经炎症：免疫印迹显示TLR4、C3/C3b、CD24、IL-17A、TGF-β、IFN-γ及iNOS/亚硝酸盐水平升高，cART降低多数炎症介质，但对补体C3影响不显著。
2.7 IL-17A通过CSF1R和STAT1信号促进神经炎症：HIV-1感染上调磷酸化STAT1(Y701)、CSF1R、cGAS、STING及IFI6，cART恢复其表达。小胶质细胞高表达CEBPB、CSF1等炎症调节因子，显示细胞类型特异激活。
2.8 cART减弱HIV诱导的线粒体损伤与代谢失调：snRNA-seq显示线粒体氧化磷酸化基因（NDUF家族、ATP合酶）表达改变，蛋白水平NDUFB9、NDUFA9、磷酸化AMPKα升高，而PGC1α降低，提示线粒体应激。cART部分恢复这些变化。此外，鉴定出多个差异表达的lncRNA（如LINC01186、NDUFB9-AS1）可作为潜在治疗靶点。
2.9 HIV诱导神经元功能障碍、Tau病理和BIN1上调：NEURL1 mRNA下调但蛋白表达升高，Notch-1升高，突触蛋白PSD95和MAP2降低。HIV-1感染增加总Tau和磷酸化Tau水平，并上调BIN1，cART减轻Tau聚集并恢复部分突触标志物。
2.10 SIV感染恒河猴转录组改变：重新分析SIV感染并cART治疗的恒河猴脑组织snRNA-seq数据，发现与hCOs相似的免疫激活特征，包括STAT1、IFI6、CEBPB等上调，以及线粒体Complex I和ATP合酶基因表达增加，验证了hCOs模型的跨物种一致性。
讨论部分指出，IL-17A/CEBPB信号和NEURL1-Notch轴是HIV相关CNS功能障碍的关键调控网络。小胶质细胞激活启动炎症级联，经STAT1、NF-κB和cGAS-STING通路扩散至星形胶质细胞和神经元，导致突触损伤和线粒体功能障碍。cART虽能部分逆转这些扰动，但无法完全消除神经炎症，提示需要针对这些通路的辅助治疗。研究结论认为，该研究提供了早期神经HIV发病机制的多组学分子特征，识别出IL-17A、STAT1、CEBPB和cGAS-STING作为潜在治疗靶点，为开发保护神经元和减轻神经炎症的CNS靶向疗法奠定了基础。
