通过单细胞多组学揭示HIV免疫无应答者免疫耗竭新机制

摘要：免疫重建不全或免疫无应答的HIV感染者，面临更高的机会性感染、非艾滋病相关疾病及死亡风险，其机制尚未完全阐明。2025年4月，中国医学科学院北京协和医院李太生教授团队在《柳叶刀》子刊《eBioMedicine》发表题为“Single-cell multi-om

编者按：免疫重建不全或免疫无应答的HIV感染者，面临更高的机会性感染、非艾滋病相关疾病及死亡风险，其机制尚未完全阐明。2025年4月，中国医学科学院北京协和医院李太生教授团队在《柳叶刀》子刊《eBioMedicine》发表题为“Single-cell multi-omics profiling uncovers the immune heterogeneity in HIV-infected immunological non-responders”的论著[1]，通过单细胞测序技术系统解析INRs外周免疫细胞的分子特征，并揭示了干扰素（IFN）信号异常驱动CD4+ T细胞耗竭的关键机制，为改善此类HIV感染者的免疫恢复提供了新靶点。该论文的第一作者为清华大学刘晓笙博士，通讯作者为北京协和医院李太生教授。

HIV感染者的免疫恢复差异一直是临床治疗的难点。尽管抗反转录病毒治疗（ART）能有效抑制病毒复制，但约10%～40%的感染者无法实现CD4+ T细胞的充分恢复[2]，无法重建免疫功能，此类感染者被称为“免疫无应答者（INRs）”，面临更高的机会性感染、非艾滋病相关疾病及死亡风险。既往研究提示，慢性免疫激活（尤其是IFN通路的持续激活）可能与INRs的免疫耗竭相关[3-6]，但具体机制不明。单细胞测序技术的兴起为解析免疫细胞异质性提供了新工具，目前国内外已有多项针对INRs的单细胞研究[7-9]，然而INRs的系统性大规模单细胞研究仍属空白。

研究团队整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）、单细胞VDJ测序（scVDJ-seq）和批量RNA测序（bulk RNA-seq），对33例受试者，包括10例INRs、14例免疫应答者（IRs）、9例健康对照（HCs）的外周血单个核细胞（PBMCs）单细胞转录组测序数据进行分析，共获得232 369个细胞的高质量测序数据。

为克服传统分析方法的局限性，团队开发了两项关键工具：（1）scGeneANOVA，一种混合模型差异基因分析工具，可更精准识别单细胞队列中的差异表达基因，避免个体样本偏差导致的假阳性；（2）VILDA（病毒识别与载量检测分析工具），通过分析未比对至人类基因组的RNA测序数据，高效检测14 328种病毒转录本，揭示潜伏病毒库与宿主免疫的相互作用。

研究结果发现INRs中存在IFN异常激活，驱动CD4+ T细胞耗竭，主要表现为以下几方面。

单细胞图谱显示，INRs的CD4+ T细胞比例显著低于IRs和HCs（10.4% vs. 27.5% vs. 26.2%），且呈现明显的亚群偏移，如CD4T_c01-LEF1亚群比例降低表明初始T细胞（Naive）减少；CD4T_c08-TIGIT（高表达TIGIT、LAG3等抑制性受体）比例升高，表明耗竭T细胞（Exhausted）增加；而RNA速度分析和伪时间轨迹显示，INRs的CD4+ T细胞分化异常，更倾向于向耗竭路径分化，而非效应路径。

基因集富集分析（GSEA）表明，INRs的CD4+ T细胞中IFN-γ反应通路显著激活。进一步的伪时间动力学分析发现，耗竭路径中干扰素刺激基因（ISGs，如OAS1）与耗竭相关基因（如TIGIT）的表达随分化逐步升高，且与CD4+ T细胞比例呈负相关。体外实验的公开数据分析证实，IFN-β处理可诱导初始CD4+ T细胞表达PD-1、TIM-3等耗竭标志物，敲除IRF/STAT转录因子后耗竭表型减弱，提示IFN信号直接驱动T细胞耗竭。

通过VILDA工具，团队发现INRs的PBMCs中HIV-1转录本水平显著高于IRs，且与IFN信号强度正相关。qPCR验证显示，INRs的CD4+ T细胞内HIV总DNA和细胞相关RNA（caRNA）水平更高，表明潜伏病毒库的持续转录可能通过模式识别受体（如cGAS-STING）激活IFN通路，形成恶性循环。

△HIV-1转录本和IFN特征在INRs感染者CD4+ T细胞分化中的作用示意图

这项研究为HIV免疫无应答者的机制探索开辟了新视角，其开发的分析工具scGeneANOVA和VILDA可为感染与免疫领域的单细胞研究提供重要方法论支持。研究结果表明IFN信号在INRs中可能参与CD4+ T细胞衰竭，对关键基因和信号通路的鉴定可为此类脆弱人群的免疫恢复提供潜在的生物标志物和治疗靶点，例如：（1）CD4+ T细胞的IFN特征基因、耗竭相关基因及潜伏HIV转录本可作为INRs的潜在生物标志物；（2）靶向IFN通路（如JAK抑制剂）或免疫检查点抑制剂（如PD-1抑制剂）可能有助于清除病毒库，打破免疫耗竭循环；（3）此外，纠正B细胞发育障碍、调节NK细胞活化状态等综合策略或可改善免疫重建。

李太生教授指出：“这项研究在单细胞层面揭示了INRs的免疫图谱，明确了IFN异常信号的核心地位。未来需进一步探索IFN-I与IFN-II的贡献差异，并通过纵向研究追踪治疗干预后的免疫动态。”他同时指出，该研究的局限性包括样本量较小、缺乏组织驻留免疫细胞数据等。团队计划开展多中心队列研究，并整合空间转录组学（spatial transcriptomics）深入解析淋巴组织中的免疫互作网络。

参考文献

[1]Liu X, Zhang L, Li X, et al. Single-cell multi-omics profiling uncovers the immune heterogeneity in HIV-infected immunological non-responders. EBioMedicine. Published online April 3, 2025. doi:10.1016/j.ebiom.2025.105667

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