利用单核 RNA 测序灵敏检测人脑中的稀有 HIV 感染细胞

《Virology Journal》：Sensitive detection of rare HIV-infected cells in the human brain by single-nucleus RNA sequencing

　　

摘要

背景

HIV-1 在感染早期进入中枢神经系统，并建立一个长效储库，尽管经过抗逆转录病毒治疗，该储库依然存在。单细胞和单细胞核 RNA 测序为研究人脑中的 HIV 感染提供了强大的方法，但在这种数据集中识别罕见 HIV 感染细胞的标准化和高灵敏度方法仍然有限。在此，我们提出了一种可扩展的多参考框架，用于检测人类中枢神经系统单细胞核 RNA 测序数据中的 HIV RNA 阳性细胞。该流程整合了修改后的 HIV 参考基因组、针对受试者的变异更新 HIV 参考序列以及全面的 HIV 毒株集合，以提高病毒读长恢复率和特异性。

结果

我们将该框架应用于来自 SCORCH（HIV 背景下的阿片类药物单细胞反应）联盟的 250 个尸检脑样本，涵盖 12 个脑区和 102 位供体，包括 HIV 阳性人群和 HIV 阴性人群（PWH 和 PWoH）。筛选后，对来自 35 位供体的 48 个样本进行了深入分析，共计 559,207 个高质量细胞核。我们仅在来自 PWH 的样本中鉴定出 1,939 个 HIV RNA 阳性细胞。使用保守阈值，保留了 908 个高置信度感染细胞用于下游分析。HIV RNA 阳性细胞总体罕见，并在 HIV 脑炎病例中强烈富集。小胶质细胞构成了主要的感染群体（占 HIV RNA 阳性细胞的 79%），少突胶质细胞、星形胶质细胞和神经元的贡献要小得多。在非脑炎脑组织中，可检测到的感染主要局限于小胶质细胞，而在脑炎组织中，HIV RNA 阳性细胞分布在多个中枢神经系统谱系中。病毒 RNA 负荷呈长尾分布，小胶质细胞保留的 HIV 转录本数量高于其他细胞类型。恢复的 HIV 读长集中在 5′ LTR 的 U3 区域和 env 基因中，暗示调控区域和与进入相关的区域是脑中病毒多样性的焦点。

结论

综上所述，这些数据建立了一个协调一致的框架，用于识别中枢神经系统单细胞数据集中的罕见 HIV 感染细胞，并提供大规模定量证据表明，小胶质细胞代表了人脑中主要且最持久的 HIV 感染群体。这项研究为未来的神经 HIV 研究提供参考策略和资源，旨在定义、监测并最终靶向中枢神经系统病毒储库。