《GLIA》：Single-Nucleus Multiomic Analysis Reveals Immune–Metabolic Reprogramming Consistent With Maladaptive Trained Immunity in HIV-Associated Neurocognitive Disorders
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尽管抗逆转录病毒治疗（ART）有效，HIV相关神经认知障碍（HAND）在HIV感染者（PWH）中仍然普遍存在，这表明持续的免疫激活导致了进行性的神经功能障碍。适应不良的获得性免疫（TRIM）——一种以持续炎症反应、代谢重编程和表观遗传重塑为特征的长期先天免疫重
尽管抗逆转录病毒治疗（ART）有效，HIV相关神经认知障碍（HAND）在HIV感染者（PWH）中仍然普遍存在，这表明持续的免疫激活导致了进行性的神经功能障碍。适应不良的获得性免疫（TRIM）——一种以持续炎症反应、代谢重编程和表观遗传重塑为特征的长期先天免疫重编程——被提出作为一种持续机制。研究人员对患有HIV相关痴呆（HAD）或无症状神经认知损伤（ANI）的PWH的死后脑组织进行了单核RNA测序（snRNA-seq）和ATAC测序（snATAC-seq），并将这些数据与已发表的HIV未感染者（PWoH）数据集进行了比较。与PWoH相比，PWH中以小胶质细胞为首的胶质细胞显示出先天免疫信号通路的富集以及包括NLRP3、TLR2和TLR4在内的炎症介质的上调。同时，胶质细胞表现出协调的胆固醇重塑，表现为外排转运体和载脂蛋白上调以及低密度脂蛋白受体（LDLR）下调，以及部分小胶质细胞糖酵解重编程（PFKFB3、HK2、PGK1上调）。染色质可及性分析显示在炎症、胆固醇调控（尤其是RXRA和APOE）以及糖酵解相关基因位点存在一致的增加。HAD与ANI的比较揭示了选择性重组而非均匀扩增，表现为少突胶质细胞中脂质清道夫受体可及性增加，而胆固醇外排和糖酵解位点的可及性降低。神经元主要表现出旁观者表观遗传变化。三个特征将此模式与单纯的慢性炎症区分开来，并与获得性免疫的标志一致：炎症位点在转录和染色质水平上的协调启动、糖酵解和胆固醇代谢的平行重编程，以及尽管长期病毒抑制仍持续存在。这些多组学数据与适应不良的获得性免疫在HAND中维持神经炎症的模型相符，但需要功能验证。
**论文解读：HIV相关神经认知障碍中适应不良获得性免疫的细胞特异性多组学图谱**
**研究背景与问题**
HIV相关神经认知障碍（HAND）是影响HIV感染者（PWH）生活质量的重大临床问题。尽管联合抗逆转录病毒治疗（ART）能有效抑制病毒复制，但高达50%的PWH仍受轻度认知障碍困扰，表现为记忆、执行功能和心理运动速度受损。这些缺陷在病毒载量检测不到的个体中持续存在，提示HAND并非单纯由病毒直接神经毒性引起，而是涉及慢性神经炎症和先天免疫失调的多因素疾病。目前，HAND的发病机制尚不完全清楚。早期模型强调病毒蛋白（如Tat、gp120、Nef）的直接神经毒性，但在ART抑制的个体中，这些蛋白水平通常很低。近年来，由HIV感染细胞释放并携带HIV衍生因子（如Nef）的细胞外囊泡（EVs）被认为能在血脑屏障中穿梭并诱发神经炎症。此外，慢性神经炎症是HAND的标志，其特征是小胶质细胞和星形胶质细胞的持续激活以及促炎细胞因子的持续产生。最近的研究提出，适应不良的获得性免疫（TRIM）——一种由初始病原体暴露引发的先天免疫细胞长期重编程，导致二次刺激时炎症反应增强——可能是解释病毒复制停止后神经炎症持续存在的新机制。为了全面捕捉HAND的复杂性，需要系统层面的研究方法。整合转录组、表观基因组、蛋白质组和代谢组数据的多组学技术为识别新的疾病机制和治疗靶点提供了框架。本研究通过对诊断为HAD或ANI的PWH死后脑组织进行单核多组学测序分析，并与已发表的PWoH对照数据比较，朝着这一整合方向迈出了第一步。
**关键技术方法**
本研究主要采用了单核多组学测序技术。研究人员从美国国家神经艾滋病组织联盟（NNTC）获取了经ART治疗的PWH的死后颞中回（MTG）脑组织样本，包括两名HAD患者和两名ANI患者。作为对照，从已发表研究中获取了四名年龄匹配的PWoH个体的背外侧前额叶皮层（DLPFC）单核RNA-seq和ATAC-seq数据。所有样本的单核多组学文库均使用10x Genomics Chromium系统构建，并在Illumina NovaSeq X Plus平台上测序。数据分析采用Seurat和Signac软件包进行质量控制、聚类、整合和差异分析。差异基因表达和染色质可及性分析采用基于供体的伪批量方法，使用DESeq2进行统计检验。基因集富集分析（GSEA）使用clusterProfiler进行。研究还进行了批次校正验证、细胞类型比例分析和峰-基因相关性分析。
**研究结果**
**1. 细胞类型组成与疾病状态聚类概述**
UMAP分析显示，主要的神经和胶质细胞群在所有组别中都得到良好保留，验证了注释质量和数据整合。
**2. 胶质细胞的转录组和表观基因组变化**
* **转录组水平变化**：与PWoH相比，PWH的胶质细胞显示出代谢和炎症通路的细胞类型特异性失调。
* **胆固醇代谢**：胶质细胞中胆固醇外排转运体（ABCA1, ABCG1）和载脂蛋白（APOE）普遍上调，而胆固醇摄取受体（LDLR）和合成关键酶（HMGCR, HMGCS1）下调，提示胆固醇稳态重塑。
* **糖酵解**：部分糖酵解基因（如小胶质细胞中的PFKFB3、HK2、PGK1）上调，表明存在细胞类型特异性的部分糖酵解重编程。
* **炎症与免疫**：小胶质细胞显示出最显著的先天免疫传感器和炎症信号介质（如NLRP3、TLR2、TLR4、IL18、IRAK3）上调。星形胶质细胞和少突胶质细胞也表现出炎症信号通路的重塑（如HMGB1上调，IL1RAP下调）。
* **染色质可及性变化**：染色质可及性分析与转录变化基本一致，并提供了表观遗传层面的证据。
* **胆固醇代谢**：胶质细胞中胆固醇代谢相关通路和基因（如RXRA、APOE）的可及性普遍增加。
* **糖酵解**：小胶质细胞和少突胶质细胞中部分糖酵解基因位点（如HK2、GAPDH、PFKFB3）的可及性增加。
* **炎症**：小胶质细胞表现出最显著的炎症相关位点（如AIF1、IL10、NLRP3、TLR7）可及性增加。相比之下，星形胶质细胞和少突胶质细胞在PWH vs. PWoH比较中炎症染色质变化有限。
* **HAD与ANI的差异**：HAD与ANI的比较显示出选择性重组而非均匀扩增的模式。
* 少突胶质细胞在HAD阶段表现出脂质清道夫受体（MSR1、CD36）和炎症小体相关基因（IL1R1、NLRP3）可及性增加，但同时胆固醇外排（RXRA、ABCG1等）和糖酵解（ALDOC、ENO1等）相关位点的可及性降低。
* 星形胶质细胞在HAD阶段显示出部分炎症和代谢调控位点的可及性降低。
* 小胶质细胞的炎症表观遗传启动在HIV感染时已基本建立，HAD阶段额外变化有限，但出现了与线粒体导入（TOMM40）和转录因子（MZF1）相关的可及性降低，同时NF-κB通路相关位点（ASB17）可及性持续增加。
**3. 神经元的转录组和表观基因组变化**
* **转录组水平变化**：与胶质细胞不同，PWH神经元在胆固醇和糖酵解代谢通路上变化最小。然而，在HAD与ANI比较中，神经元表现出炎症相关通路（如细胞因子-细胞因子受体相互作用、JAK-STAT信号）的上调。
* PWH阶段，谷氨酸能神经元和GABA能神经元均显示出神经保护、应激反应和突触维持程序（如NPAS4、NR4A1、BCL6、HSPA6）的转录抑制。
* HAD阶段，谷氨酸能神经元出现部分代偿性反应（PRLR、TUBA1C上调）和TRIM36下调。GABA能神经元则表现出应激激酶、补体介导的突触修剪和促凋亡程序（DUSP8、SEZ6L、BID）的上调，同时抑制性回路相关基因（ANOS1、CNTNAP3B、VAMP2）下调。
* **染色质可及性变化**：神经元的表观遗传变化幅度小于胶质细胞。
* PWH神经元在糖酵解和线粒体通量相关位点（GAPDH、LDHA、PDHB等）可及性降低，同时上游调控节点（GPI、SRC）和线粒体伴侣蛋白TRAP1可及性增加，呈现失调的生物能量配置。
* 多个炎症调控基因（PARK7、PIN1、PRKCA、RIPK1、TBK1、JAK1）可及性降低。
* HAD阶段，谷氨酸能神经元身份维持相关基因（NEUROD2、HTR1B等）可及性降低，GABA能神经元中与抑制性回路稳定相关的基因（EPHB3、PCDHGC5/3）可及性降低。
**讨论与结论**
本研究揭示了HIV感染在人脑中引发了广泛但细胞类型特异性的转录组和表观基因组重编程，其模式与适应不良的获得性免疫模型一致。小胶质细胞表现出最完整的重编程特征，涵盖了炎症感知、细胞因子产生、糖酵解重编程和胆固醇失调，且这种重编程在HIV感染时即已建立并在HAND严重程度谱中持续存在。在痴呆终末期，出现了糖酵解和线粒体导入相关表观遗传位点收缩的迹象，这可能限制了进一步炎症重编程的能力，代表了一种潜在的自我限制特征。星形胶质细胞和少突胶质细胞表现出部分旁观者表观遗传重编程，与活化小胶质细胞分泌的炎症信号传导一致。在HAD阶段，少突胶质细胞表现出清道夫受体可及性加深、胆固醇外排和代谢灵活性丧失的矛盾现象，而星形胶质细胞则出现神经保护和稳态功能的进一步表观遗传沉默。在神经元中，旁观者表观遗传重编程产生了一种两阶段模式：先是线粒体和糖酵解失调，随后是抑制性和兴奋性回路维持程序的亚型特异性恶化，这与转录组发现一致。神经元在多个生物能量和炎症调控位点的表观遗传限制可能加剧了周围的胶质细胞神经炎症程序。
总之，这些发现支持了一个模型：HIV感染建立了一个持久的适应不良的小胶质细胞获得性免疫程序，该程序驱动了周围胶质细胞和神经元的表观遗传重编程，并且在HAD阶段更为明显。痴呆阶段的HAND反映了这种配置的巩固，同时伴随着HAD中神经保护调控位点可及性的进一步丧失。这种“遗产”可能持续存在，尽管病毒已被抑制，并代表了潜在的治疗干预靶点。这些结论基于小型横断面队列中的相关性多组学证据，需要在采用功能性获得性免疫检测的更大规模纵向研究中得到验证。
