HIV感染與慢性阻塞性肺疾病機制研究進展

于子情 孫鐵英

中國醫學科學院北京協和醫學院研究生院100010

獲得性免疫缺陷病毒感染 (human immunodeficiency virus,HIV)感染和COPD,作為全球問題的重要性與日俱增。截止2010年[1-2]COPD 從1990年世界第四大死亡原因上升為世界第三。在1990～2010年,艾滋病作為全球死亡原因上升幅度更大,已經從第35位上升到第6位。近年來越來越多的研究顯示,HIV 感染是COPD 的獨立危險因素,二者之間相關的機制尚不清楚。現就 HIV 感染與COPD 之間相關機制進行綜述。

1 HIV感染與COPD的流行病學

近年來,越來越多的人提出HIV 感染者COPD 患病率增高。一項薈萃分析納入了來自WHO 分布區域的30項研究共計151 686例受試者,COPD 總體患病率依據正常下限診斷為10.5% (95%CI：6.2～15.7),依據固定比值診斷為10.6% (95%CI：6.9～15.0)。COPD 在歐洲以及在當前或者曾經吸煙者中患病率更高,并且隨著收入水平的提高和可檢測到艾滋病毒載量的參與者比例的增加而增加。HIV 感染組患者的COPD 患病率顯著高于HIV 陰性對照組 (合并OR為1.14;95%CI：1.05～1.25;I2=63.5%;11項研究)校正煙草消費量后COPD 患病率仍然增高 (合并OR為2.58;95%CI：1.05～6.35;I2=74.9%;4 項研究)。目前二者之間相關機制尚不清楚。

2 HIV感染與COPD相關機制

2.1 HIV 感染加速肺部老化 端粒酶長度 (absolute telomere length,a TL)作為復制衰老的量度是由重復的TTAGGG 序列組成,位于染色體的末端,在細胞分裂過程中保證結構完整性。對于每個分裂周期,復制這些末端的保真度是不完美的,每個分區損失大約25～200個堿基對(base pairs,bp)[3],最終達到關鍵的端粒長度,從而細胞增殖停止并且細胞凋亡隨之發生。Liu等[4]通過測量了來自231例HIV 感染成人的外周白細胞的絕對端粒長度,與691名未感染HIV 的受試者相比,HIV 感染患者的平均a TL明顯縮短27 kbp/基因組 (P＜0.001),艾滋病毒攜帶者 (persons living with human immunodeficiency virus,PLWH)中的外周血白細胞端粒長度明顯短于HIV 陰性對照受試者,肺功能的嚴重程度通過1 秒內的用力呼氣量(forced expiratory volume in 1s,FEV1)與端粒長度減少相關。Xu等[5]對24例艾滋病病毒感染者和41例艾滋病毒陰性參與者,利用通過胸部計算機斷層攝影掃描進行定位,并排除有肺結節、腫塊或浸潤,通過支氣管鏡檢查進行細胞學刷洗獲得小氣道上皮 (Small airway epithelium,SAE)細胞,利用定量聚合酶鏈反應方法測量氣道上皮細胞端粒長度,發現端粒長度明顯縮短。出現這種現象可能解釋：HIV 加速小氣道中的上皮細胞更新,或者HIV 影響產生SAE的基底干/祖細胞的端粒長度。這些可能性中的任何一種都可能是病毒本身的結果。SAE 中復制衰老是否有助于PLWH 內未來COPD 的發展需要更大的前瞻性和縱向研究。

2.2 HIV 感染促進肺部慢性炎癥 氣道上皮充當物理屏障保護肺免受外部環境的影響。這種區分作用通過細胞-細胞間連接作用包括緊密連接,黏附連接和橋粒的上皮實現。這些連接點,特別是緊密連接點和黏附連接點,也將上皮細胞的頂端和基底膜分開,從而有助于維持細胞的極性。細胞間的連接損傷可以允許某些細胞因子和生長因子與其通常受空間限制的受體相互作用,從而增加上皮的信號轉導,使其得以修復[6-7]。E-鈣黏蛋白是黏附連接中的關鍵跨膜蛋白,在調節細胞-細胞黏附以及啟動信號級聯作用起著關鍵作用,這些信號級聯在組織重塑和修復中起關鍵作用[8]。根據病毒進入細胞的共同受體對HIV 毒株進行分類,X4向性病毒使用CXCR4 共受體進入細胞,而R5 病毒使用CCR5共受體。Brune等[8]分別從支氣管鏡刷檢標本液中分離出正常人原代支氣管上皮細胞和HIV 感染者的原代肺上皮細胞,并將其融合,使其在氣-液界面上分化,以評估HIV 對肺上皮細胞的影響。發現HIV 病毒以劑量和時間依賴的方式改變氣道上皮細胞的細胞旁路通透性,降低E-鈣黏蛋白濃度。氣道上皮細胞依賴CXCR4將X4向性病毒內化,破壞肺氣道上皮,產生促炎性上皮細胞,從而證明HIV 通過與肺上皮CXCR4受體相互作用來改變細胞黏附連接并激活促炎信號傳導途徑,這些變化可能導致氣道局部炎癥,導致HIV 患者肺功能下降,從而促進COPD 的發展。

2.3 HIV 感染致肺部微生物組發生改變 微生物定植可能在HIV 感染患者的COPD 發病機制中起作用。Cui等[2]通過對65 例 HIV 感染者進行口腔沖洗 (oral washes,OW)、誘導痰 (induced sputa,IS)支氣管肺泡灌洗液(broncho alveolar lavages,BAL),進行了18S和內部轉錄間隔測序,發現肺孢子蟲和其他真菌在HIV 感染者合并COPD 的患者中檢出率明顯升高。Sze等[9]通過對21 例HIV 感染者進行支氣管刷采集進行微生物組進行分析,表明HIV 肺部微生物群與宿主特異性免疫反應有關。但是這一反應是否也在非艾滋病毒感染者身上出現,需要進一步研究。Morris等[10]在42例HIV 感染者的隊列中,通過口腔清洗或誘導痰,利用PCR 技術檢測線粒體大亞基r RNA,在具有肺孢子蟲的患者中氣流受限更加明顯。在HIV 感染的獼猴模型[11]中,被肺孢子蟲定植的獼猴 (檢測肺部或氣道樣本中的肺孢子蟲DNA)會產生更嚴重的氣流阻塞和肺氣腫。

2.4 氧化應激 有文獻證明HIV 與氧化應激有關[12],肺部氧化劑/抗氧化劑失衡可能是氣道損傷的可能機制之一。Cota-Gomez等[13]、Lassiter等[14],通過動物實驗模型證實HIV,特別是gp120,能夠引起氧化應激和肺泡上皮屏障功能障礙,而抗氧化劑谷胱甘肽 (glutathione,GSH)在HIV 血清反應陽性的個體的血清[15-16]和肺部[17-18]均會減少,可能不會恢復正常的抗逆轉錄病毒治療 (antiretroviral therapy,ART)[19]。同時,在 HIV 血清陽性吸煙者和非吸煙患者的具有更多肺氣腫的肺上葉中存在代償性GSH 反應[20]。氧化應激參與COPD 的發病機制。例如,GSH 被減少與受損的核因子紅細胞2 相關因子反應相關[21],這一點也在HIV 感染中被證實[12]。氧化應激的與抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸相關性以被證實,這一點可以減少 COPD 惡化[22]。

2.5 免疫激活 持續存在于高效逆轉錄療法 (highly active antiretroviral therapy,HAART)的免疫激活可能與COPD 發病機制有關。Diaz等[23]觀察 HIV 肺氣腫與肺部細胞毒性T 細胞數量增加有關,這與Leung等[24]、Attia等[25]研究發現是一致的：肺功能異常與異常免疫激活方式包括CD8 T 細胞活化,CD4 T 細胞死亡受體表達以及在痰、灌洗液、血液中IL-6、sCD14、D-二聚體的水平。艾滋病毒引起的炎癥在實質損害中的重要性得到了一項研究的支持,該研究分別對吸煙者和從不吸煙者進行了分析,發現在不吸煙人群中一氧化碳擴散能力 (carbon monoxide diffusing capacity,DLCO)受損,并且在這組人群中,DLCO 與氣道炎癥相關,但與吸煙者中肺氣腫的FEV1/用力肺活量 (forced vital capacity,FVC)的比值或CT 測量無關[26]。

2.6 HIV 病毒蛋白直接作用 HIV 病毒及其分泌的蛋白質也可能直接導致肺損傷。gp120 可誘導氣管上皮細胞分泌黏液并對其造成損傷[27-28],并且在肺的肺氣腫區域檢測更高水平的HIV RNA[29]。這一發現不僅與接受高效逆轉錄病毒治療有關,還有研究發現接受HAART 治療的獼猴和病毒抑制的個體的肺泡空間可能是一個具有持續病毒復制的獨特隔間[30-31]。

2.7 Alpha-1抗胰蛋白酶 (alpha-1 antitrypsin,AAT)缺乏 AAT 是人體中最豐富的絲氨酸蛋白酶抑制劑,其主要功能是保護肺免受中性粒細胞彈性蛋白酶的蛋白水解損傷。AAT 缺乏與COPD 風險增加有關。Thudium 等[32]通過測定1 011例HIV 感染者以及1 192例HIV 未感染者的Alpha-1抗胰蛋白酶并進行肺功能檢查,研究發現HIV 感染與AAT 濃度升高獨立相關。AAT 似乎沒有降低肺功能或者降低HIV 病毒攜帶者 (people living with HIV,PLWH)中 CD4T 細胞計數。Stephenson 等[33]通過對 21 例 HIV(+)和29例HIV (-)患者的血漿及支氣管肺泡灌洗液中AAT 水平,發現無論是否存在肺氣腫,與HIV (-)患者相比,HIV (+)患者BALF 中總AAT 升高,但是血漿中AAT 并不升高。在HIV (+)患者的BALF 中檢測到更高含量的氧化形式的AAT,這可能是Alpha-1抗胰蛋白酶活性降低的原因。這些研究結果表明,在HIV 感染的患者中的肺部,AAT 的翻譯后修飾導致這種關鍵彈性蛋白酶抑制劑的 “功能缺陷”,可能有助于肺氣腫的發展。

3 小結與展望

時至今日,與HIV 感染相關的肺部健康惡化的發病機制仍需充分闡明,可能需要采用新的動物模型。需要更大樣本量的前瞻性實驗進行進一步探討。明確二者之間的病理機制,有望探尋COPD 治療新靶點。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突