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目的:
艾滋病,即获得性免疫缺陷综合症(Acquired immune deficiency syndrome,AIDS),是由人类免疫缺陷病毒(HIV)引起的一种严重传染病。
NK细胞是固有免疫应答中一类重要的效应细胞。它无需抗原预先刺激与活化,且不受主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)限制,即可直接对肿瘤或病毒感染细胞发挥杀伤作用。NK细胞根据其表面标志CD56/CD16的表达可分为CD56bright、CD56dim和CD56-CD16+三个亚群。由于NK细胞在机体早期防御HIV感染中发挥着至关重要的作用,近年来对于NK细胞的研究逐渐受到关注。然而,NK细胞在早期发挥抗HIV感染的同时,也受到HIV感染影响。在HIV感染过程中对NK细胞数量变化及功能变化的研究结果也不尽相同。早期有研究提示HIV感染的个体尽管NK细胞总数保持不变,但功能已受到损伤。而后期研究认为在HIV感染后NK细胞的数量和功能都下降,HAART治疗后NK细胞分泌IFN-r和CD107a的功能有所恢复(1-5)。有研究结果表明在HIV感染后,NK细胞亚群的分布也发生了改变。在HIV感染后,CD56dim亚群减少,该亚群是NK细胞亚群中数量最多、表型最成熟、杀伤功能最强的亚群,该功能亚群减少势必影响NK功能的发挥。那么是什么原因导致CD56dim的减少尚不清楚。在HIV感染后还发现CD56-CD16+亚群的增加,那么其增加的原因是什么也仍不清楚。除此之外,对于NK细胞亚群数量的报道多为百分数变化情况,然而百分数不能完全反应体内真实变化情况,其绝对数是如何变化的目前尚无报道。而且,关于HIV感染后NK变化的研究多为HIV慢性感染者,对于HIV早期感染NK细胞及其亚群变化情况的研究较少。据报道,MSM人群HIV感染后疾病进展较快,该人群的NK细胞及其亚群是如何变化的也鲜有报道。
本研究对HIV感染后NK功能及其亚群的变化进行研究,分析HIV感染后,细胞凋亡,增殖,活化及衰老等变化对NK及其亚群的影响,为进一步明确HIV感染后NK亚群变化的原因提供线索。
材料与方法:
1、研究对象
本研究共选取实验对象85例,其中,未接受过抗逆转录病毒治疗的HIV感染者29例,均来自中国医科大学附属第一医院红丝带门诊的感染HIV的男男性接触人群。31例HAART治疗者,入选标准为经过严格的至少两年的HAART治疗后,HIV病毒RNA<40copies/ml。25例正常对照组(HIV-negative normal control,NC)符合以下标准:HIV抗体阴性,血常规及肝肾功正常,乙型肝炎表面抗原及抗丙型肝炎抗体阴性,无免疫系统疾病,未暴露于HIV的正常人。
2、CD4+T细胞和NK细胞绝对数检测
将20μl BD公司CD4 FITC/CD8 PE/CD3 PerCP试剂和CD3 FITC/CD56PE/CD16 PE/CD45 PerCP试剂分别加入绝对计数管中,每管分别用逆向加样法加入50μl混匀的抗凝全血,室温避光15min,每管加入1×免洗溶血素450t1,室温避光15min,应用FACS Calibur流式细胞仪进行检测,MultiSET软件分析结果,得到CD4+T淋巴细胞和NK细胞的绝对数。
3、NK细胞各亚群百分数、绝对数检测
200ul新鲜全血中加入4ml溶血素,10分钟后,离心,洗涤2次后加anti-CD3-FITC、anti-CD56-PEcy7、anti-CD16-APC荧光抗体,室温染色20分钟后,洗涤,使用BD LSRII流式细胞仪检测NK细胞各亚群百分比。计算其与该样本NK细胞绝对数的乘积即为NK细胞各亚群绝对数。
4、NK细胞活化、凋亡、增殖及衰老指标检测
每管200ul的肝素抗凝全血中加入4ml溶血素,10分钟后,离心,洗涤2次后加anti-CD3-FITC、anti-CD56-PEcy7、anti-CD16-APC荧光抗体进行NK表面染色和HLA-DR-PerCP、CD57-PE的活化和衰老标志染色;凋亡指标检测中,NK细胞表面染色20分钟,洗涤后进行Annexin-v、7AAD染色,15分钟后加入200ul凋亡洗液,直接在LSR上检测,该试验需在一小时内完成检测;NK细胞的核增殖活化水平检测是在标记出NK细胞后,破膜20分钟,用破膜洗液洗涤2次后进行胞内ki-67-PE染色。
5、NK细胞体外增殖能力检测
新鲜全血提取PBMC后进行细胞计数,用不完全1640调整细胞浓度为2million/ml,进行CFSE染色后37度避光孵育15分钟,冰上避光终止5分钟后,用完全1640洗涤2次,加入96孔培养板中,200ul/孔,刺激孔加入浓度为25ul/ml的IL-15,培养5天,三天时换液,培养5天后收集细胞,洗涤,进行NK细胞的表面染色,在LSR上检测NK的体外增殖情况。
6、NK细胞杀伤功能及细胞因子分泌功能检测
新鲜全血提取PBMC后进行细胞计数,按E:T分别为2∶1和16∶1调整K562细胞浓度,加入到PBMC中,在48孔板中刺激6小时,收集细胞后,洗涤一次,进行Annexin-v和7AAD染色,15分钟后在LSR检测K562细胞的凋亡情况。NK分泌功能为分选CD56dim和CD56-CD16+细胞亚群,rIL-12、rIL-15刺激,同时加入抗CD107a-PE和Brefeldin-A1ul/ml或Monensin0.7ul/ml,6小时后进行NK表面染色,洗涤后破膜10分钟,进行胞内IFN-r-APC染色,检测其分泌IFN-r。
7、HIV病毒载量测定
采用Roche公司The COBAS(R) AmpliPrep(R)/COBAS(R) TaqMan(R) HIV-1 Test试剂盒在COBAS(R)TaqMan(R)系统进行全自动PCR反应体系制备及病毒载量检测。
8、统计学分析
应用SPSS17.0软件包进行统计分析,所有数据以中位数表示,两组间实验指标的比较采用Mann-Whitney U检验,相关性分析采用Spearman秩相关检验,P<0.05为有统计学意义。
实验结果:
一、HIV感染者及HAART治疗后NK细胞数量、表型及功能变化研究
1、HIV感染及HAART治疗后NK细胞百分数和绝对数变化
本研究对HIV感染者、HAART治疗者及NC进行CD3/CD56/CD16表面染色,检测NK细胞百分比及绝对数。结果显示:NK细胞百分比在三组中无明显差异,绝对数则在HIV组低于NC组(p=0.049)。 HAART治疗后NK细胞绝对数有所恢复,但无统计学意义。NK细胞的绝对数与病毒载量有负相关趋势。根据病毒载量高低分组:病毒载量≥104.5拷贝/ml组NK细胞绝对数低于载量低组(p=0.025)。
2、HIV感染及HAART治疗后NK细胞表型变化
本研究对HIV感染者、HAART治疗者及NC进行CD3/CD56/CD16表面染色及活化标志(HLA-DR)和凋亡标志(Annexin-v)染色,破膜后进行细胞核增殖活跃指标(ki-67)染色。结果显示:NK细胞在HIV组中活化指标高于NC组(p=0.015)。凋亡指标高于NC组(p=0.015)。细胞核活跃指标亦高于NC组(p=0.026)。
3、NK细胞体外增殖功能及杀伤功能变化
rIL-12、rIL-15刺激PBMC,5天后检测NK细胞增殖情况。结果显示:HIV组体外增殖能力低于NC组(p=0.042)。K562与PBMC共同孵育6小时后,检测PBMC对K562杀伤情况,结果显示:HIV感染组PBMC杀伤K562能力低于NC组(p=0.043)。
二、HIV感染后NK亚群的异常变化研究
1、HIV感染后CD56bright亚群数量、表型及功能变化情况
本研究对CD56bright亚群百分数、绝对数的检测结果显示:HIV组CD56bright的百分数与NC组无差异,但显著低于HAART组(p=0.015),绝对数均低于NC和HAART组(p=0.018,p=0.000),且都与感染时间呈负相关(p=0.009,R=-0.494;p=0.013,R=-0.443)。HIV组CD56bright亚群活化指标和细胞核活跃指标均高于NC组及HAART组(p<0.001;p=0.014);而在rIL-12、rIL-15刺激下CD56bright的体外增殖能力显著低于NC组(p=0.042)。
2、HIV感染后CD56dim亚群数量、表型及功能变化情况
本研究对CD56dim亚群百分数、绝对数的研究结果显示:无论是百分数还是绝对数,HIV组CD56dim都显著低于健康对照组(p<0.001,p=0.007),而且CD56dim的绝对数与感染时间未见相关性,与治疗时间呈正相关(p=0.012,R=0.496)。HIV组CD56dim亚群的凋亡指标(Annexin-v)及细胞核活跃指标(ki-67)均高于NC组及HAART组(p=0.048; p=0.043);而在rII-12、rIL-15刺激下CD56dim的体外增殖能力显著低于NC组(p=0.029)。
3、CD56-CD16+亚群数量、表型及功能变化情况
本研究对CD56-CD16+亚群百分数、绝对数的研究结果显示: CD56-CD16+无论是百分数还是绝对数在HIV组都显著高于NC组及HAART组(p<0.001,p<0.001,p<0.001,p=0.035)。在HIV组中, CD56-CD16+百分数与感染时间呈正相关(p=0.027,R=0.390)。在HAART组中, CD56-CD16+百分数与治疗时间有负相关趋势。对该亚群的活化、凋亡、细胞核活跃水平及增殖情况检测结果为:HIV组与健康对照及HAART组无显著性差别
三、CD56-CD16+亚群变化机制研究
1、CD57衰老标志在CD56-CD16+亚群上的表达情况
本研究对CD56-CD16+亚群进行表面衰老标志CD57的检测,结果显示:HIV感染者CD56-CD16+亚群表达细胞衰老标志在三群中无显著差别,推测该亚群不是从CD56dim亚群衰老后转化而来,可能仍是较为幼稚的细胞亚群。
2、体外直接HIV感染,未见CD56-CD16+细胞增加
为进一步探索CD56-CD16+亚群是否由HIV感染后CD56dim衰老转化而来,我们用HIV感染健康人PBMC,7天后检测CD56-CD16+亚群百分数,结果显示:感染后CD56-CD16+亚群百分数较对照未见有增加趋势。
3、CD56-CD16+体外培养向CD56dim转化
将CD56-CD16+亚群分选后,用rIL-12、rIL-15分别刺激6小时、24小时,检测其重新表达CD56分子情况,结果显示:随着刺激时间的延长,CD56-CD16+亚群表达CD56分子的百分数逐渐增加,提示该亚群在体刺激下可以继续向CD56dim亚群转化。
4、HIV感染者血清抑制CD56-CD16+向CD56dim转化
为了进一步研究HIV感染后增加的CD56-D16+亚群是否由于HIV感染者血浆中某些物质抑止了其继续向CD56dim分化发育导致,我们用rIL-12、rIL-15刺激分选后的CD56-CD16+亚群,并分别与健康人血浆或HIV感染者血浆共同孵育24小时,结果显示:与加入健康者血浆的CD56-CD16+细胞表达的CD56分子相比,加入HIV感染者血浆的CD56-CD16+细胞表达的CD56分子低,提示HIV感染者血浆可能有抑止CD56-CD16+继续向CD56dim亚群发育的物质存在。
5、CD56-CD16+与CD56dim功能比较
将HIV感染者CD56dim和CD56-CD16+细胞分选后,检测其分泌IFN-r情况,结果显示:与CD56dim亚群相比,HIV感染者CD56-CD16+亚群无分泌功能。
结论:
HIV感染后NK功能及亚群分布发生改变,CD56brright、CD56dim亚群减少,同时CD56-CD16+亚群增加。CD56dim功能亚群减少可能与CD56bright增殖能力降低进而导致向CD56dim分化减少和CD56dim自身复制补充不足有关。同时,CD56-CD16+亚群的分化发育成CD56dim受阻,导致了HIV感染者该亚群的增多,这是可能导致CD56dim减少的又一原因。HIV感染后CD56bright亚群和CD56dim亚群增殖能力均下降,而CD56-CD16+亚群增殖能力未见改变。HIV感染导致NK细胞增殖功能和杀伤功能均降低。HAART治疗后功能有所恢复。