HIV-1精英控制者的研究讨论帖

marine0425030

自1981年6月5日美国疾病控制与预防中心通报全球第一例艾滋病病毒感染以来，艾滋病在这30年中表现出的恐怖杀伤力让所有人闻艾色变。根据2011年的一份统计数据，艾滋病在这30年中已经夺取了超过3000万人的性命，成为有史以来最具破坏力的疾病之一。为了解除艾滋病毒对人类的生命威胁，全世界的科学家在艾滋病的致病机理、预防、治疗研究中付出了艰辛的努力，到目前为止却依然没有任何药物获得证实可以根治艾滋病。不过，也有一些“幸运儿”，他们逃脱了、甚至先天不惧艾滋病毒的魔掌。在艾滋病病毒感染者中，不到1%的人能够自发地抑制病毒复制，让病毒保持在无法被临床检测的状态。他们被称之为“精英控制者”，但精英控制者抑制艾滋病病毒背后的机制一直是不解之谜。

开此贴希望大家从病毒因素，免疫学，还有遗传学等所有你知道的角度，将现有研究结果或者你的个人意见在此发表。

本人会集中写着HLA和HIV-1方面的研究。

marine0425030

自己先抛砖引玉的写一个吧。

免疫学方面，研究证明人类的主要组织相容性复合体和HIV病情有关。


Influence of combinations of human major histocompatibility complex genes on the course of HIV–1 infection
Abstract: Major histocompatibility complex (MHC) genes (HLA in humans) regulate the immune response to foreign antigens. Molecular and serologic techniques were used to identify products of HLA class I, class II and transporter (TAP) genes (also part of the MHC) in homosexual seroconverters to human immunodeficiency virus type 1 (HIV–1). Comprehensive statistical analysis produced an HLA profile that predicted time from HIV–1 infection to the onset of AIDS. The profile was developed in a cohort of 139 men and evaluated in a second unrelated cohort of 102 men. In the evaluation cohort, the profile discriminated a sixfold difference between groups with the shortest and longest times to AIDS (P = 0.001). These findings support current theory about control of antigen processing by HLA genes and have implications for immunopathogenesis of HIV–1 and other infections.
PMID: 8597949 全文见附件


PS: The first large population study showing a modulating role for HLA class I alleles in HIV infection revealed a relationship between HLA profile and time to onset of AIDS, with HLA-B∗27 and HLA-B∗57 having the highest impact on slowing the course of disease.

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某些艾滋病病毒感染者（被称为控制病情发展的“精英”）长期不用治疗而能保持极低的病毒负荷。在这些人中，若干种HLA Class I等位基因富集，最显著的是HLA-B57。这篇论文提供了关于这些“精英”们何以可能产生针对艾滋病病毒的有效免疫反应的一个模型。根据该模型，HLA-B57结合较少的自身肽，导致一个具有增强的交叉反应性的T细胞库，并导致针对该病毒的一个更有效的T细胞反应。这项工作对于预防接种策略也许会有意义。


摘要：


Effects of thymic selection of the T-cell repertoire on HLA class[backcolor=transparent !important] I-associated control of HIV infection
Without therapy, most people infected with human immunodeficiency virus (HIV) ultimately progress to AIDS. Rare individuals (‘elite controllers’) maintain very low levels of HIV RNA without therapy, thereby making disease progression and transmission unlikely. Certain HLA class I alleles are markedly enriched in elite controllers, with the highest association observed for HLA-B57 (ref. 1). Because HLA molecules present viral peptides that activate CD8+ T cells, an immune-mediated mechanism is probably responsible for superior control of HIV.
Here we describe how the peptide-binding characteristics of HLA-B57 molecules affect thymic development such that, compared to other HLA-restricted T cells, a larger fraction of the naive repertoire of B57-restricted clones recognizes a viral epitope, and these T cells are more cross-reactive to mutants of targeted epitopes.
Our calculations predict that such a T-cell repertoire imposes strong immune pressure on immunodominant HIV epitopes and emergent mutants, thereby promoting efficient control of the virus. Supporting these predictions, in a large cohort of HLA-typed individuals, our experiments show that the relative ability of HLA-B alleles to control HIV correlates with their peptide-binding characteristics that affect thymic development.
Our results provide a conceptual framework that unifies diverse empirical observations, and have implications for vaccination strategies.

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具有保護性且特異性辨識HIV的CD8+ T細胞會逃脫Treg的抑制

摘要：

HIV的感染會使得人體內的CD4+ T細胞的數量減少，最後發展形成愛滋病(AIDS)。但是，有一小群被HIV感染的人稱作long-term nonprogressor(LTNPs)，他們可以有效控制病毒的數量，並且維持一定的CD4+ T細胞數目。這些可以有效控制HIV的患者(LTNPs)通常帶有特定的human leukocyte antigens(HLAs)，像是HLA-B*57和HLA-B*27。過去的研究證實那些特定經由HLA-B*57或HLA-B*27所活化的CD8+T細胞，可以有效的控制HIV並延緩形成愛滋病的時間，但是其中的機制並不清楚。在這一篇文章中，作者發現那些可以特異性辨識HIV抗原且經由HLA-B*57和HLA-B*27所活化的CD8+ T細胞和經由其他HLA活化的CD8+ T細胞相比，HLA-B*57/B*27所活化的CD8+ T細胞比較能抵抗Treg的抑制。HLA-B*57/B*27所活化的CD8+ T細胞容易增生且不被Treg表達的galectin-9(Gal-9)抑制的原因在於它表達比較少量Gal-9的受體：T cell immunoglobulin domain and mucin domain-3(Tim-3)。除此之外，HLA-B*57/B*27所活化的CD8+ T細胞還能藉由表達比較多量的granzyme B直接殺死Treg來逃脫Treg的抑制。另外，值得注意是這些HLA-B*57/B*27所活化的CD8+ T細胞在對付其他chronic viruses時，一樣能藉著逃脫Treg的抑制而有效的控制chronic viruses的感染。有趣的是這些帶有HLA-B*57或HLA-B*27的個體不管有沒有感染HIV，體內的Treg都比較少，這或許就能解釋為何帶有HLA-B*57或HLA-B*27的個體也常出現自體免疫疾病。因此，HLA-B*57或HLA-B*27就像把雙面刃：它能有效的控制chronic viruses的感染，但也常導致自體免疫疾病的發生。

摘要：

Protective HIV-specific CD8+ T cells evade Treg cell suppression

Specific human leukocyte antigens (HLAs), notably HLA-B*27 and HLA-B*57 allele groups, have long been associated with control of HIV-1. Although the majority of HIV-specific CD8+ T cells lose proliferative capacity during chronic infection, T cells restricted by HLA-B[backcolor=transparent !important]*27 or HLA-B[backcolor=transparent !important]*57 allele groups do not. Here we show that CD8+ T cells restricted by 'protective' HLA allele groups are not suppressed by Treg cells, whereas, within the same individual, T cells restricted by 'nonprotective' alleles are highly suppressed ex vivo. This differential sensitivity of HIV-specific CD8+ T cells to Treg cell–mediated suppression correlates with their expression of the inhibitory receptor T cell immunoglobulin domain and mucin domain 3 (Tim-3) after stimulation with their cognate epitopes. Furthermore, we show that HLA-B*27– and HLA-B*57–restricted effectors also evade Treg cell–mediated suppression by directly killing Treg cells they encounter in a granzyme B (GzmB)-dependent manner. This study uncovers a previously unknown explanation for why HLA-B[backcolor=transparent !important]*27 andHLA-B[backcolor=transparent !important]*57 allele groups are associated with delayed HIV-1 disease progression.

marine0425030

当我们注意到即使HIV感染的病人带有HLA-B27或者是B57，也不是所有的病人都能变成精英控制者。但是其中的原因尚未解明，
哈佛医学院的科学家们对这一现象的其中一方面做了解释。

人类免疫缺陷病毒（HIV）是导致艾滋病的致命病毒，但也有极少数感染者天生具有抵抗这种病毒的能力。此前研究发现，在300个感染HIV的人中，约有1人能不用药物而通过一种叫做细胞毒素T淋巴细胞（CTL）的“杀伤”细胞株自然地控制住这种病毒。

据物理学家组织网6月10日报道，一个由4国研究人员组成的国际小组上周日宣布，他们已经发现了这种天然抵抗力的秘密，为开发HIV疫苗带来了光明前景。相关论文发表在最近出版的《自然—免疫学》上。

在新研究中，来自美国、日本、加拿大和德国的研究人员进行深入研究后发现，秘密的关键不在于杀伤性细胞的数量，而在于它们发挥作用的原理：这些极少数个体的CTL细胞株上有一种受体分子，能更好地识别被HIV感染的白细胞而攻击它们。

他们观察了10位HIV感染者，其中5位需要服用抗逆转录病毒药物来控制HIV，而另外5位被称为“精英控制者”，不用服药也能保持健康。美国马萨诸塞州拉根研究所传染病专家布鲁斯·沃克解释说：“HIV感染者体内都有‘成吨’的杀伤性细胞，但让我们困惑的是，人们已经有了这么多杀伤性细胞，为何大多数人还会得艾滋病？我们发现，杀伤性细胞找到感染细胞和抗击它们的方法是不同的。那些精英控制者拥有的是含有T细胞受体的杀伤性细胞，它们才专长于识别那些感染细胞。这为我们研究怎样造出有效的杀伤细胞提供了途径。”

沃克指出，在研制HIV疫苗的尝试中人们一直失败，因为所制造出的T细胞受体并非有效类型。“下一步将研究这些受体为什么会具有这种能力。”沃克说，“HIV已经暴露了它的另外一个秘密，即某个特殊个体怎样来有效地控制病毒。HIV的每个秘密都让我们在与艾滋病的战争中处于更有利位置，最终造出控制它们的疫苗。”（来源：科技日报 常丽君）

【题目】TCR克隆型调节HIV-1感染中HLA I型分子的保护效应

【译文】当个体感染了人体免疫缺陷I型病毒（HIV-1）时，人白细胞抗原HLA-B*27和HLA-B*57联系起来抵抗艾滋病的发展，然而大多数带有编码HLA-B*27和HLA-B*57等位基因的个体仍不能控制HIV-1。本研究发现带有HLA-B*27限制性CD8+ T细胞的个体有能力控制UIV-1的感染（控制者）和那些感染HIV-1后发病的个体（进展者），并具有抑制病毒复制的不同能力，T细胞通过靶定HIV-1的群体相关抗原（Gag）免疫优势表位可抑制这种病毒复制。这与独特的T细胞抗原受体（TCR）的克隆型相关，以体外优越控制HIV-1的复制为特点，有较大的交叉反应性能并且提高了穿孔素的装载和传送。我们观察到在控制者和进展者中，特异性克隆型在对免疫优势的HLA-B*57限制性反应的抗病毒功效上存在差异。总之，这些所谓的“保护等位基因”的功效会受到自然感染中挑选出来的特异性TCR克隆型的调节，而这可作为不同HIV-1结果的功能解释。

TCR clonotypes modulate the protective effect of HLA class I molecules in HIV-1 infection
The human leukocyte antigens HLA-B*27 and HLA-B*57 are associated with protection against progression of disease that results from infection with human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1), yet most people with alleles encoding HLA-B*27 and HLA-B*57 are unable to control HIV-1. Here we found that HLA-B*27-restricted CD8+ T cells in people able to control infection with HIV-1 (controllers) and those who progress to disease after infection with HIV-1 (progressors) differed in their ability to inhibit viral replication through targeting of the immunodominant epitope of group-associated antigen (Gag) of HIV-1. This was associated with distinct T cell antigen receptor (TCR) clonotypes, characterized by superior control of HIV-1 replication in vitro, greater cross-reactivity to epitope variants and enhanced loading and delivery of perforin. We also observed clonotype-specific differences in antiviral efficacy for an immunodominant HLA-B*57-restricted response in controllers and progressors. Thus, the efficacy of such so-called 'protective alleles' is modulated by specific TCR clonotypes selected during natural infection, which provides a functional explanation for divergent HIV-1 outcomes.

相关阅读：Born this way? Understanding the immunological basis of effective HIV control

PS：不过该文章并没有阐明为什么有些病人不能产生很好的T细胞受体，而且他们也并没有做一个longitudinal样品来证明TCR的变化。

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那为什么这些特定的HLA对HIV能起到控制作用呢？科学家从遗传学的角度进行了分析，Science论文对此进行了解答。


HIV控制者中的遗传差异

研究人员已经发现了一组遗传变异，这些遗传变异看来可以决定哪些人是否会成为HIV“控制者”。HIV控制者指的是那些罕见的人：他们身上有着高浓度的HIV但却不会发展成艾滋病，他们也不需要服药。 这些遗传变异一共有300多个，它们会影响人的免疫系统通过所谓的HLA蛋白来识别HIV-感染细胞的方式，HLA蛋白会把该病毒的片段呈现在细胞的表面。

大约每300个感染HIV的人中会有一位是HIV控制者。研究人员希望通过了解这些控制者是如何抑制该病毒的复制过程的，这样他们可能会发现研发某种疫苗或其它治疗方法的新线索。Florencia Pereyra及其一个大型的研究团队对参加国际HIV控制者研究的患者开展了一个在整个基因组范围内的关联分析。一个基因组范围内的关联研究是将不同个体的基因组进行比较以寻找某个人与另一个人之间的与疾病或其它特性有关联的差别。研究人员将欧洲人、非洲裔美国人及西语裔的后裔中的HIV控制者与HIV的进展者进行了比较。他们发现了300多个具有基因组范围内意义的变异体。所有这些变异体都位于第6条染色体的某个区域，而该区域正是HLA基因所在的地方。他们接着分析了位于HLA蛋白内的个体氨基酸的功效，他们发现了6个独立的有意义的残基，其中有5个残基是顺着与病毒颗粒结合的肽的沟槽排列的。尽管人们必需要做更多的研究来弄清这些差异究竟是如何造成对HIV的控制力的，但这些发现表明，该过程是以病毒肽抗原结合HLA蛋白的方式开始的，而这一结合接着影响了可识别和摧毁感染细胞的T细胞的激活。

Science DOI: 10.1126/science.1195271

The Major Genetic Determinants of HIV-1 Control Affect HLA Class I Peptide Presentation

The International HIV Controllers Study*

Infectious and inflammatory diseases have repeatedly shown strong genetic associations within the major histocompatibility complex (MHC); however, the basis for these associations remains elusive. To define host genetic effects on the outcome of a chronic viral infection, we performed genome-wide association analysis in a multiethnic cohort of HIV-1 controllers and progressors, and analyzed the effects of individual amino acids within the classical HLA proteins. We identified >300 genome-wide significant SNPs within the MHC and none elsewhere. Specific amino acids in the HLA-B peptide binding groove, as well as an independent HLA-C effect, explain the SNP associations and reconcile both protective and risk HLA alleles. These results implicate the nature of the HLA-viral peptide interaction as the major factor modulating durable control of HIV infection.

The results of this procedure provided evidence that multiple amino acid positions in the peptide binding groove are indeed associated with host control, including positions 62, 63, 67, 70, and 97, thus providing a structural basis for the effect of HLA-B on host control(见图).

PS：目前还没有研究在细胞水平或者分子水平上解释为什么这些位点和疾病控制有关，看着这五个位点都和抗原结合是有关系的，这或许和抗原呈递，表位绑定能力，T细胞或者NK识别有关。

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marine0425030 发表于 2015-4-13 18:43
那为什么这些特定的HLA对HIV能起到控制作用呢？科学家从遗传学的角度进行了分析，Science论文对此进行了解 ...

上面的文章说明了几个HLA上的位点对于HIV控制非常重要，我想补充一个想法。目前已经有很多TCR-pMHC的晶体结构已经被解析啦。
2006年在年度免疫学综述杂志上有这样的一篇文章，How TCRs bind MHCs, peptides, and coreceptors (PMID 16551255).
他们根据24个晶体结构，总结了MHC和TCR相互作用的位点，非常有趣的是，他们发现了共性和保守位点62，65，69，72
还有另外a2上的158，155，151，150位点。


我觉得非常有趣的事，他们和位点62, 63, 67, 70, and 97只有一个位点62是重合的，其他都是不重合的，我们是不是想象下，当TCR受体识别pMHC的时候
这些位点的结合能力是不是决定了TCR-pMHC功能。问题是，该如何去证明呢？

marine0425030

marine0425030 发表于 2015-4-13 18:11
当我们注意到即使HIV感染的病人带有HLA-B27或者是B57，也不是所有的病人都能变成精英控制者。但是其中的原 ...

补充一个过去的研究

这篇文章主要从精英控制者的CD8能够更好更多的释放颗粒酶。这与2012 陈华标博士的文章有类似之处，该文阐述了特定T细胞可以更多更好的释放穿孔素,颗粒酶更好的进入细胞 。不过他文章更多的是强调T细胞受体克隆性的差别导致了功能上的区别。

文章内容

该研究发表于2008年某期的《Immunity》上，从T细胞免疫角度部分解释了为什么精英控制者可抑制艾滋病病毒，以及如何消灭体内受艾滋病感染的细胞。MarkConnors说：“有些人（小于0.5%）第一次感染艾滋病后几十年都不犯病，因为他们控制了病毒的扩散，同时让病毒死于无形之中。曾经有研究表明这种控制能力与体内的一种免疫细胞――CD8+T淋巴细胞有关，这种免疫细胞能发现并消灭被病毒感染的细胞。但当时无法解释究竟为什么会这样。现在康诺斯和他的研究团队发现有较多CD8+T细胞的人通过将毒液输送到受感染的细胞，从而控制艾滋病的发作。为了获得这一发现，科学家们制订了一系列敏感的测试，分析存在的这些T细胞，以及它们消灭感染艾滋病毒的能力。

他们发现CD8+T细胞在受感染的人身上生长得非常迅速，从而比一般人更能控制艾滋病。但他们同时还发现不仅仅是CD8+T淋巴细胞数量增多的问题，还与这些细胞的作用方式紧密相关，因为它们能够生长和提供一对特别的分子“穿孔素”和“颗粒酶B”。穿孔素，顾名思义，就是能够在靶细胞膜上穿孔的物质。细胞被穿孔了，颗粒酶B就能够进入并破坏受感染的细胞。

原始出处：

Immunity，doi:10.1016/j.immuni.2008.10.010，

Lytic Granule Loading of CD8+ T Cells Is Required for HIV-Infected Cell Elimination Associated with Immune Control

marine0425030

周五了，今天不准备在实验室苦逼下去，出去活跃脑子之前补个帖子吧。

之前讲的更多的是遗传上HLA和HIV的关系，还有部分T细胞的数据。这里在补充一个HLA-B27-KK10的研究吧。
HLA-B27 可以呈递HIV病毒Gag部分一段长度10个氨基酸的抗原，那就是有名的KK10. KK10的免疫反应是相当免疫显性的(immunodominant).
这个帖子主要围绕我们的一个合作者victor appay 的研究来写。

2013年我们实验室和法国实验室共同发表了一篇文章在immunity上，主要讲述了一个病毒和T细胞进化的故事，这个故事结局比较完美
因为T细胞最终控制住了病毒，而目前我正准备发表的一篇文章，里面的T细胞则没那么强大，它输给了病毒，见刊后再和大家分享。

标题为：
A Molecular Basis for the Control of Preimmune Escape Variants by HIV-Specific CD8+ T Cells

   主要阐述HLA-B27的病人感染后，病人会产生野生型特异性的KK10 T细胞去拼命的杀死感染的细胞。然而，你也是知道的，病毒们可不想死啊，他们就会想尽一切办法逃逸，于是有几个病毒找到了T细胞的弱点，在KK10抗原上产生了一个位点的变化，结果使得野生型T细胞无法去杀死感染的细胞。
   病毒原以为自己可以自在的繁殖后代，可没想到的是，带有HLA-B27的病人体内早已经为他们准备了比野生型还狠的交叉识别T细胞，接下来又是一阵子厮杀啊。
病毒兄弟们又只剩下了几个，于是有些毒毒们选择了放弃，世界这么大，其实不属于我们，于是病人就变成了精英控制者。
     可是总有那么一群病毒，他们是多么的不甘心啊，世界这么大，他们是多么想再出去看看。他们想着即使残废了也要活下去，于是乎他们再次选择逃逸，这次逃逸和上次不一样，这次他们需要自残来付出代价(fitness cost)。他们终于逃逸成功了，再次美美的吃上了肥嘟嘟的CD4 T细胞。经过一番休整之后，他们想残废了没准动个小手术还能变正常，于是乎他们挑啊挑，终于找了方案。他们改造了自己另外一个部位，结果手术很成功，他们最终打败了免疫系统，彻底征服了这个病人。


这个故事可以概括成图1



进一步阅读

1. 为什么KK10特异性的T细胞会这么的牛逼？

• Superior control of HIV-1 replication by CD8+ T cells is reflected by their avidity, polyfunctionality, and clonal turnover. PMID: 17893201
• CD8+ T cell efficacy in vaccination and disease. PMID: 18535580
• Antigen sensitivity is a major determinant of CD8+ T-cell polyfunctionality and HIV-suppressive activity. PMID: 19389882
  

2. 病毒是如何逃逸的？
    Escape from highly effective public CD8+ T-cell clonotypes by HIV. PMID: 21734237

3. 为什么KK10会这么immunodominant 呢？
    Immunodominance of HLA-B27-restricted HIV KK10-specific CD8(+) T-cells is not related to naïve precursor frequency. PMID: 23068784