类似于某些肿瘤微环境的组织微环境促进HIV持续存在

《Frontiers in Immunology》：A tissue microenvironment analogous to certain tumor microenvironments facilitates HIV persistence

　　

摘要：早期感染时建立并在组织中持续存在的HIV储存库仍是实现功能性治愈的主要障碍。尽管在血液室和特定细胞类型的储存库研究方面取得了进展，但对于促进持续存在的组织微环境仍存在知识空白。一种新型免疫PET/CT引导的空间转录组学流程的开发，使研究人员能够定位组织中病毒感染的病灶，这些罕见事件难以采样。先前利用该流程的研究描述了病毒微环境（VME）的基因特征、细胞类型和相互作用，以及病毒持续存在的宿主转录组基因驱动因子。对VME的详细表征揭示了其与某些肿瘤微环境（TME）的多个共同特征，表明存在共同的免疫调节和存活机制。在本研究中，研究人员在SIV_mac239/恒河猴模型中应用免疫PET/CT引导的空间转录组学流程，以定义持续性HIV/SIV储存库与短暂性HIV/SIV储存库背后的免疫机制。研究人员采用系统方法，突出VME与TME转录程序、基因通路、局部组织邻域、细胞-细胞相互作用以及宿主转录组驱动因子之间的相关性。对广泛转录程序的分析揭示了SIV定位的空间富集与多种癌症亚型相关的基因。持续性储存库以“冷”TME（例如，上皮-间充质转化，TGFβ激活）的基因通路为特征，而短暂性储存库则类似于具有细胞毒性免疫激活的“热”TME。细胞-细胞相互作用分析将调节性T细胞确定为持续性储存库和短暂性储存库中相互作用的关键介质。机器学习确定了KRT8、EPCAM和RRM2（这些基因在介导癌变中具有已知作用）是持续性VME的TME表型的主要宿主转录组驱动因子。总体而言，本研究的发现为HIV/SIV持续存在的关键机制提供了新颖且变革性的见解，并揭示了旨在破坏或清除储存库以实现HIV功能性治愈的免疫治疗策略的潜在靶点。

**论文解读：基于空间转录组学揭示HIV/SIV持续性储存库与肿瘤微环境的相似性及免疫治疗靶点**

**研究背景与问题**
抗逆转录病毒疗法（ART）虽能有效抑制HIV复制，但病毒在组织中的长期潜伏储存库仍是实现功能性治愈的主要障碍。现有研究多依赖血液样本，忽略了组织微环境对病毒持续存在的关键作用，尤其是黏膜和淋巴组织中的免疫细胞和非免疫细胞间复杂的空间互动。常规血液分析无法揭示这些组织中的病毒储存库特性，导致对病毒持续存在机制的理解存在重大空白。为此，研究人员开发了免疫PET/CT引导的空间转录组学流程，并利用SIV_mac239/恒河猴模型，系统比较了持续性储存库与短暂性储存库的微环境差异。先前研究已发现病毒微环境（VME）与多种肿瘤微环境（TME）存在共享特征，例如免疫抑制、应激反应、代谢重编程等，提示两者可能依赖相似的免疫调控和生存机制。本研究旨在通过系统水平的空间转录组学分析，明确VME与TME之间的转录程序、基因通路、局部组织邻域、细胞-细胞相互作用及宿主转录组驱动因子的相关性，从而揭示病毒持续存在的免疫机制，并为免疫治疗策略提供靶点。

**主要技术方法**
研究人员采用免疫PET/CT引导的空间转录组学流程，结合免疫荧光（IF）病毒检测、转录数据解卷积和机器学习（ML）建模。研究样本来自7只恒河猴（持续性储存库组：4只，静脉感染SIV后约10周启动ART，持续12个月后接受分析治疗中断（ATI）；短暂性储存库组：3只，阴道/直肠感染SIV后4天启动ART，持续4-6个月后ATI），在ATI后的反弹隐伏期（4-6天）进行尸检，获取升结肠、横结肠、空肠、降结肠组织共18个切片。通过10x Visium空间转录组平台进行基因表达分析，并将空间数据与SIV Gag蛋白的IF检测结果整合，将斑点分为SIV阳性、SIV邻域和SIV阴性三类。利用decoupleR进行疾病本体富集分析，ESTIMATE方法评估免疫和基质浸润，SpottedPy进行局部邻域分析，SOAPy推断细胞-细胞相互作用，并使用XGBoost回归模型识别ESTIMATE评分的关键基因驱动因子。

**研究结果**

**1. 持续性SIV储存库形成具有高表达多种癌症相关基因的结构化微环境**
通过疾病本体（DO）空间富集分析，发现持续性储存库中SIV阳性区域显著富集多种癌症相关通路（如器官系统癌、肝细胞癌等），而短暂性储存库中癌症基因空间分布虽也定位于SIV高密度区域，但胶原纤维化相关通路不显著。持续性储存库的SIV阳性区域表现出高度局部的癌症基因表达，而SIV阴性区域则富集细胞外基质、胶原和纤维化相关通路，提示其形成于纤维化环境包围的癌性转录程序激活的微环境中。

**2. 肿瘤微环境评分揭示持续性与短暂性储存库中免疫和基质转录特征的差异分布**
ESTIMATE评分分析显示，持续性储存库的ESTIMATE评分显著低于短暂性储存库，表明其更接近TME样转录状态。在持续性储存库中，SIV阳性与邻域区域的免疫浸润评分无显著差异，但均低于SIV阴性区域，提示免疫浸润受限；而短暂性储存库中，从SIV阴性到邻域到阳性区域，免疫浸润评分呈阶梯式显著增加，表明广泛的免疫浸润。基质浸润评分在两类储存库中均为SIV阴性区域显著高于SIV阳性及邻域区域，与先前研究一致。

**3. 局部组织邻域分析揭示持续性储存库类似“冷”TME，短暂性储存库类似“热”TME**
利用SpottedPy进行地理统计分析，识别SIV阳性高密度与低密度区域。在持续性储存库中，效应量最大的TME通路（如上皮-间充质转化EMT2、TMEscoreB_CIR、TGFβ响应特征、癌症相关成纤维细胞等）更接近SIV阳性低密度区域，这些通路典型代表“冷”TME的基质和纤维化过程；而SIV阳性高密度区域则富集代谢和DNA修复通路，与T细胞过程关联有限。相反，短暂性储存库中，效应量最大的通路（如T细胞共抑制、CD8⁺ T细胞相关过程、免疫细胞浸润等）更接近SIV阳性高密度区域，典型代表“热”TME的免疫激活特征。通路表达趋势支持局部和广泛的组织微环境重塑。

**4. 调节性T细胞在持续性与短暂性储存库微环境中具有中心但机制不同的作用**
通过SOAPy进行细胞-细胞相互作用分析，发现调节性T细胞（Tregs）在两类储存库中均参与大量相互作用，但方向性不同。在持续性储存库中，SIV阴性Tregs主要接收来自先天免疫细胞（如肥大细胞、ILCs、巨噬细胞）的短距离接触信号，以及来自记忆B细胞和LYVE1巨噬细胞的长距离分泌信号，介导免疫抑制微环境（“冷”TME）。在短暂性储存库中，SIV阴性Tregs主要向适应性免疫细胞（如Tcm、Th17、Tfh）发送信号，而SIV阳性Th17与CD8⁺ T细胞之间的接触相互作用可能驱动细胞毒性免疫激活（“热”TME）。

**5. 宿主转录组基因驱动TME表型并介导储存库持续存在**
XGBoost回归模型识别出持续性储存库中ESTIMATE评分的前五位独特基因驱动因子：KRT8、EPCAM、MLEC、RRM2和CA1，这些基因与上皮结构、细胞粘附、DNA复制修复及癌变过程相关，其中KRT8、EPCAM和RRM2在子宫体子宫内膜癌（UCEC）中显著上调。短暂性储存库的前五位独特基因为KRT18、TSPAN8、SASH3、CLCA1和ATP1A1，与免疫激活和分化相关。KEGG富集分析显示，持续性储存库的驱动因子富集于氧化磷酸化和神经退行性疾病通路，与先前发现的整合应激反应和氧化应激相关。

**6. 持续性储存库的多个TME表型驱动因子在人类肿瘤样本中上调**
通过TCGA数据库分析，持续性储存库的前五位基因驱动因子在UCEC中突变频率最高，且RNA测序数据（Luo等人）显示，KRT8、EPCAM、RRM2、GPI、TKT、IDH1和KRT19在UCEC中显著上调，提示这些基因可作为免疫治疗靶点用于清除持续性储存库。

**讨论与结论**
本研究系统揭示了持续性HIV/SIV储存库在转录、细胞和结构水平上类似于免疫学“冷”TME，而短暂性储存库类似于“热”TME。局部邻域分析表明，持续性储存库中SIV高密度区域周围存在基质和纤维化重塑（如EMT、TGFβ），可能形成保护性结构“隔绝”免疫清除；短暂性储存库则呈现广泛的免疫浸润和细胞毒性T细胞激活。Tregs在两类储存库中发挥关键但方向性相反的调节作用。基因驱动因子分析揭示了与上皮癌变和应激反应相关的分子状态，其中KRT8、EPCAM、RRM2等已作为癌症治疗靶点，提示其可用于靶向清除HIV储存库。研究结论指出，持续性储存库的特征与“冷”TME一致，而短暂性储存库与“热”TME一致，这些发现为免疫疗法（如抑制TGFβ、EMT或激活细胞毒性免疫）将“冷”TME转化为“热”TME以实现病毒清除提供了新策略，有助于实现HIV功能性治愈。