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EMBO Reports | 吉林大学魏伟课题组揭示HIV-1病毒感染引起神经细胞损伤的新机制

病毒学界 病毒学界 2024年09月13日 15:47

高效抗逆转录病毒治疗（highly active anti-retroviral therapy, HAART）已经能够有效地抑制艾滋病病毒（HIV）的复制，使艾滋病逐步变为一种可控的慢性疾病。随着HIV携带者生存期延长，相关临床并发症，尤其是与HIV相关的神经认知功能障碍（HIV-associated neurocognitive disorder, HAND），对携带者的生活质量产生了严重影响，成为当前一个重要的临床挑战。真实世界数据显示约50%的HIV-1携带者伴有不同程度的神经认知障碍，其中部分甚至出现不可逆性神经系统损伤。目前关于HAND的研究主要集中在公共卫生统计和临床案例分析上，然而我们对于HIV病毒引起神经毒性的分子机制了解仍十分匮乏。
TDP-43是由TARDBP基因编码的异质性核糖核蛋白，在RNA剪接、转录、mRNA运输与稳定性维持等生理过程中发挥着重要调控作用。TDP-43目前在神经退行性疾病中备受关注，被认定为肌萎缩性侧索硬化症（又称渐冻症，ALS）、额颞叶痴呆（FTLD）等退行性神经疾病的病理标志蛋白。TDP-43蛋白在ALS和FTLD患者的神经元和神经胶质细胞中大量聚集形成蛋白斑块，并产生细胞毒性，导致神经细胞死亡，进而引起患者运动障碍、认知功能损害。

近日，吉林大学第一医院的魏伟教授团队在EMBO reports杂志上发表了题为HIV-1 Vpu induces neurotoxicity by promoting Caspase 3-dependent cleavage of TDP-43的研究论文，首次揭示了HIV-1病毒感染可引起TDP-43蛋白出现病理性斑块形成，产生神经毒性。机制性探究显示HIV-1编码的Vpu蛋白能够选择性激活宿主Caspase 3蛋白酶活性，触发Capase 3依赖的TDP-43蛋白剪切；剪切产物在丧失正常TDP-43功能的同时，发生细胞质易位和寡聚形成蛋白斑块，产生细胞毒性，诱发神经细胞死亡。

研究人员起初意外在HIV-1感染后的人原代分离神经胶质细胞中检测到TDP-43蛋白出现细胞质易位，并以包涵体样蛋白聚点形式存在，提示HIV-1感染可能引起TDP-43的细胞内状态改变。随后，生化实验进一步证实了HIV-1感染可导致TDP-43蛋白剪切，使其从正常的可溶性状态转变为不可溶的聚集体状态。通过对HIV-1感染后不同神经细胞系与原代神经细胞的分析比较，研究人员证实HIV-1感染可导致类似于神经退行性疾病患者中观察到的TDP-43病理状态出现。

进一步的，通过对HIV-1编码的病毒蛋白进行无差别筛选，研究人员鉴定出HIV-1 Vpu是病毒感染引起TDP-43蛋白的剪切、可溶性改变以及细胞质聚集的关键病毒蛋白。并发现Vpu诱导TDP-43剪切与异常聚集在不同HIV-1病毒亚型进化中高度保守。研究人员还发现病毒蛋白Vpu能够激活宿主蛋白酶Caspase 3的剪切活性，并依赖Caspase 3对TDP-43分子上第89位天冬氨酸残基进行切割，阐明了Vpu /Caspase 3剪切TDP-43的分子机制。

有趣的是，研究人员发现HIV-1 Vpu导致的TDP-43剪切产物具有显性失活突变体的活性，少量的剪切产物就能够发挥非常高效的蛋白斑块“种子”作用，持续引起细胞内源性全长TDP-43发生不可溶性的聚积。功能性实验证实HIV-1 Vpu是TDP-43蛋白功能的强效抑制因子：不仅使TDP-43丧失对HIV-1基因表达的抑制作用，还引起UNC13A隐藏外显子（cryptic exon inclusion）等剪接事件增加，最终产生神经毒性，引起神经细胞死亡。研究人员发现阻断Vpu/Caspase 3作用轴可有效缓解HIV-1感染引起的神经细胞死亡，表明了Vpu是一个新的HIV-1病毒神经毒性因子，在诱导神经细胞死亡中发挥着重要作用。

总的来说，本研究揭示了HIV-1病毒感染引起神经细胞毒性的新机制，发现HIV-1 Vpu是一个重要的病毒神经毒性因子，并阐明了Vpu/Caspase 3导致TDP-43蛋白病理斑块形成的分子机制，可作为缓解HIV-1急性或慢性感染引起神经系统损伤的潜在药物干预靶点。特别是，在当前HAART已基本实现有效控制HIV-1病毒体内复制与艾滋病发病进程，有效减轻HIV-1携带者出现神经认知障碍将大大提升患者的生活质量。TDP-43蛋白的病理变化与超过97%渐冻症患者发病进程密切相关。因此，这项研究不仅突显了HIV-1病毒在中和TDP-43抗病毒活性过程中产生神经毒性的“副作用”，更强调了病毒感染增加神经退行性疾病风险的的潜在可能，亟待后续基础和临床医学密切关注和进行更为深入地机制探究。

吉林大学第一医院魏伟教授为该论文的独立通讯作者。吉林大学第一医院助理研究员杨佳新为第一作者。吉林大学郑翔宇教授、郭浩然副教授，浙江大学于晓方教授对本课题的完成提供了大力支持。本研究获得了国家自然科学基金优秀青年科学基金、国家自然科学基金面上项目、吉林省科技发展计划、教育部器官再造与移植教育部重点实验室开放课题等项目支持。

吉林大学魏伟教授课题组长期从事病毒元件与宿主互作机制研究，相关研究成果发表在《Cell Host & Microbe》、《Nature Microbiology》、《Nature Communications》、《EMBO Reports》、《Cell Reports》、《mBio》、《Journal of Virology》等学术期刊。课题组常年招收博士后和研究助理，欢迎直接发送邮件联系。

本期编辑：ChemLT

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