利用HIV-PULSE技术进行HIV-1病毒组特征分析以指导治疗及治愈干预策略

《eBioMedicine》：HIV-1 virome profiling using HIV-PULSE to guide therapeutic and curative interventions

　　

背景：持续性HIV-1潜伏病毒库是清除感染的主要障碍，需要深入了解其组成以支持靶向干预。方法：研究人员应用HIV前病毒唯一分子标识符介导的长读长测序技术（HIV Proviral Unique molecular identifier-mediated Long-read Sequencing, HIV-PULSE）对90名接受抑制性抗逆转录病毒治疗（Antiretroviral Therapy, ART）的个体进行病毒库表征。该技术可产生接近全长的单个前病毒序列，支持在HIV-1基因组范围内进行多层生物信息学分析。结果：数据支持构建参与者特异性的HIV病毒组特征谱，整合评估前病毒完整性、嗜性、遗传多样性、存档耐药突变（Drug Resistance Mutations, DRM）以及对选定免疫疗法的易感性，包括广谱中和抗体（bNAbs）和HIV特异性免疫动员单克隆T细胞受体疗法IMC-M113V。解释：研究表明HIV-PULSE为个体化病毒库特征分析提供了综合性平台，推动了未来治疗视角及实现HIV-1治愈的努力。资助：本研究属于2000HIV研究项目，由ViiV Healthcare资助。

研究背景方面，尽管抗逆转录病毒治疗（ART）能够将HIV-1感染者的血浆病毒载量长期控制在检测限以下，但病毒可在长寿的记忆CD4⁺T细胞中形成潜伏库，成为彻底清除感染的障碍。这一潜伏库不仅限制治愈目标的实现，还可能在治疗中断后引发病毒反弹。当前对潜伏库的组成解析主要依赖限制性稀释法或短片段扩增子测序，这些方法通量低、成本高，并且难以区分完整与缺陷型前病毒。此外，存档耐药突变（DRM）和免疫疗法靶点变异的存在，进一步增加了治疗与治愈策略设计的复杂性。因此，开发可规模化、高分辨率、能够同时获得多个功能信息的病毒库表征方法具有重要临床意义。

研究人员针对上述问题，开展了基于纳米孔长读长测序的HIV-PULSE技术应用研究。样本来自荷兰多中心的2000HIV前瞻性队列，共纳入90名接受ART且病毒载量持续抑制的HIV-1亚型B感染者。关键技术方法包括：利用HIV-PULSE从大块DNA中扩增并测序接近全长的单个前病毒基因组；结合唯一分子标识符（Unique Molecular Identifier, UMI）降低扩增偏倚；采用生物信息学流程进行前病毒分类（完整、包装信号缺陷、大片段缺失、超突变、提前终止密码子等）；通过Geno2pheno等工具预测共受体嗜性与亚型；使用斯坦福HIV耐药数据库算法分析耐药突变；基于bNAb-Resistance Predictor（bNAb-ReP）预测广谱中和抗体敏感性；针对IMC-M113V靶区Gag^77–85进行表位多态性分析并结合HLA分型评估潜在疗效。

研究结果方面，第一部分“参与者与病毒库基线特征”显示，入选个体中位感染时间13.7年，中位ART持续时间11.7年，总HIV-1 DNA中位数为712拷贝/10⁶CD4细胞，完整DNA中位数为32拷贝/10⁶CD4细胞。第二部分“HIV-PULSE高通量病毒序列分类”在83名成功测序的参与者中共鉴定到4507条前病毒序列，其中仅约3.7%为完整前病毒，其余主要为大片段缺失（81.5%）或包装信号缺陷（5.1%）。第三部分“检测前病毒的遗传冗余与克隆性”发现，完整前病毒中存在跨PCR重复检出的相同序列，提示克隆扩增现象，其中15.3%的完整序列具有克隆性。第四部分“HIV-PULSE识别混合嗜性前病毒少数亚群”表明，与传统env Sanger测序相比，HIV-PULSE检测到更高比例的混合嗜性个体（39.5% vs 12.3%），提升了少数X4嗜性变体的检出率。第五部分“HIV-PULSE实现精细亚型判定”在确认多数参与者仍为亚型B的同时，发现了此前未检出的重组型（如BC、29_BF、39_BF）。第六部分“HIV-PULSE验证定量病毒库检测的靶点准确性”通过模拟Rainbow dPCR探针匹配情况，揭示了多位点靶向可显著提高完整前病毒判定的精确性。第七部分“HIV-PULSE揭示与多次感染一致的独特病毒谱系”在一例个体中发现超过4%的遗传多样性，并通过系统发育和重组分析支持多重感染的可能。第八部分“前病毒多样性反映免疫状态、治疗启动时机及病毒嗜性”的多变量模型显示，延迟ART启动、较低治疗前CD4计数及混合嗜性与更高病毒库多样性显著相关。第九部分“存档耐药突变的特征分析”在60名参与者中检测到DRM，其中9.0%位于完整前病毒，且存在同一前病毒携带多类耐药突变的现象，部分与历史血浆序列一致，部分为新发现的存档突变。第十部分“基于序列的bNAbs敏感性预测”显示，完整前病毒对CD4结合位点类bNAbs的中位敏感率达69.5%，而对V1–V2顶端类仅为22.4%；缺陷型前病毒总体敏感性更低，但包装信号缺陷型保留了类似完整型的敏感性模式。第十一部分“IMC-M113V靶区Gag^77–85多态性分析”发现，72.1%的序列匹配已知可被IMC-M113V识别的表位变体，且43名参与者存在个体内表位异质性；结合HLA分型，约41.0%的参与者可能适合该疗法。

讨论与结论部分，研究人员指出，HIV-PULSE能够在单次实验中提供涵盖结构、功能及耐药信息的多维病毒库特征，为个体化治疗与治愈策略设计提供了可靠依据。与传统方法相比，它在检测少数亚群、解析重组形式、优化定量检测靶点等方面具有明显优势。尽管无法直接证明前病毒复制能力，该方法仍能显著提升对潜伏库组成的理解，并在临床试验分层、候选者筛选及资源优化配置方面发挥重要作用。此项研究发表于《eBioMedicine》，为未来HIV-1治愈研究奠定了方法学基础与实践参考。