獲得性免疫缺陷綜合征(acquired immunodeficiency syndrome, AIDS)簡稱艾滋病,最早是由美國Gottlieb于1981年在同性戀患者中發(fā)現(xiàn)。1983年法國Montagnier等首次從一例慢性淋巴結(jié)腫大的男性同性戀患者血液中分離到一株新的逆轉(zhuǎn)錄病毒,稱為淋巴結(jié)腫大相關(guān)病毒(lymphadenopathyassociated virus,LAV)。1984年,美國Gallo等從艾滋病患者中也分離出相似的逆轉(zhuǎn)錄病毒,稱為嗜人T淋巴細(xì)胞病毒Ⅲ型(humanT-cell lymphotropic virus type Ⅲ,HTLV-Ⅲ)。1986年,國際病毒分類委員會將LAV和HTLV-Ⅲ統(tǒng)一命名為人類免疫缺陷病毒(huamnimmunodeficiency virus,HIV)。近二十多年來,由于尚無有效的疫苗和治療手段,艾滋病已經(jīng)席卷全球,成為人類“超級殺手”。
人類免疫缺陷病毒俗稱艾滋病病毒,屬逆轉(zhuǎn)錄病毒科慢病毒亞科(Lentiviruses),主要有兩型:HIV-1和HIV-2。病毒體呈球型,直徑約為100~120nm。內(nèi)部有一致密的圓錐狀蛋白核心,含有病毒RNA、逆轉(zhuǎn)錄酶(reversetranscriptase)、整合酶(integrase)、蛋白酶(protease)以及構(gòu)成核衣殼的結(jié)構(gòu)蛋白p17/18、p24/25等。病毒體的外層為包膜,其中嵌有g(shù)p120和gp41兩種糖蛋白(圖11-1)。gp120構(gòu)成病毒包膜刺突,gp41為病毒的跨膜蛋白。HIV的重要蛋白質(zhì)及其功能列于表11-1和圖11-2。
圖11-1 人類免疫缺陷病毒結(jié)構(gòu)示意圖
HIV基因組由2條相同的正鏈RNA組成,兩個單體在5'端通過部分堿基互補配對形成二聚體,目前尚不知道是否兩者均有活性。HIV-1RNA基因組全長為9.3kb,而HIV-2全長為9.7kb,均含有3個結(jié)構(gòu)基因(gag、pol、env)、3個調(diào)節(jié)基因(tat、rev、nef)和輔助基因(vif、vpu/vpx、vpr等)(圖11-2,表11-1)。
圖11-2 HIV-I 前病毒線型基因組及編碼產(chǎn)物
(注: LTR,長末端重復(fù)序列;RRE,Rev效應(yīng)元件;MA,核內(nèi)膜蛋白;CA,衣殼蛋白;NC,核蛋白;Pro,蛋白水解酶;RT,逆轉(zhuǎn)錄酶;RNase,核糖核酸酶H;IN,整合酶;p,蛋白質(zhì);gp,糖蛋白)
為了最大程度地使用有限基因,HIV-1基因編碼區(qū)有很多重疊,尤其是在基因組的3’端。HIV至少有4個功能性剪接供體位點(D1~D4)和7個剪接受體位點(A1~A7)。HIV有多種開放閱讀框,依剪接位置的不同可拼接成許多長短不一的mRNA鏈,產(chǎn)生調(diào)節(jié)蛋白或結(jié)構(gòu)蛋白。在HIVRNA 5'端有一帽狀結(jié)構(gòu)(m7G5ppp5GmpNp),3'端有poly(A)尾。在5'和3'端各含有相同的一段核苷酸序列,稱為長末端重復(fù)序列(longterminal repeat,LTR)(圖11-2)。
(一)LTR
LTR由U3區(qū)(453bp)、R區(qū)(98bp)和U5區(qū)(83bp)組成(圖11-3),含有啟動子、增強子、TATA序列等多個特定調(diào)控區(qū),對病毒基因組轉(zhuǎn)錄的調(diào)控起關(guān)鍵作用。LTR作為一個高度壓縮的啟動子起作用。HIVcDNA可整合到宿主細(xì)胞基因組中,成為宿主細(xì)胞的一個基因,其轉(zhuǎn)錄是一個復(fù)雜的過程,涉及LTR中順式調(diào)控序列與宿主細(xì)胞和病毒產(chǎn)生的反式作用蛋白的相互作用。RNA多聚酶Ⅱ與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子在啟動子部位發(fā)生作用。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子能特異地與啟動子兩側(cè)序列或RNA多聚酶結(jié)合。
一個細(xì)胞可能有好幾百個轉(zhuǎn)錄因子,包括雞卵白蛋白上游啟動子(chicken ovalbumin upstream promotor,COUP)、激活蛋白1(activator protein 1,AP1)、活化T細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子(nuclearfactor of activated T cells,NF-AT)、上游刺激因子(upstream stimulatory factor,USF)、核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclearfactor κgene binding,NF-κB)、刺激蛋白(stimulatory protein 1,SP1)、非翻譯區(qū)結(jié)合因子(untranslatedbinding factor 1,UBP-1)、LPS結(jié)合蛋白(LPS binding protein,LBP)等。
圖11-3 HIV長末端重復(fù)序列結(jié)構(gòu)示意圖
(二)結(jié)構(gòu)基因
gag基因 長約1 536bp,編碼病毒的核心蛋白,翻譯時先合成一個55kDa的蛋白前體(p55),然后被pol基因編碼的蛋白水解酶裂解成HIV的核內(nèi)膜或基質(zhì)蛋白(matrix)、衣殼蛋白和p15。p15進一步裂解為核蛋白p9和p7。其中衣殼蛋白的特異性較高,與多數(shù)其他的逆轉(zhuǎn)錄病毒無抗原性關(guān)系。
pol基因 長約3 045bp,編碼逆轉(zhuǎn)錄酶、蛋白水解酶和整合酶等病毒復(fù)制所必需的酶類。HIV的pol基因的核苷酸與其它逆轉(zhuǎn)錄病毒有明顯同源性,是逆轉(zhuǎn)錄病毒基因中最保守的基因。
env基因 長約2 589bp,首先編碼出一個88kDa的蛋白前體,經(jīng)糖基化后分子量增加至160kDa,形成HIV包膜糖蛋白前體gp160。gp160在蛋白水解酶作用下被切割為gp120和gp41兩種包膜糖蛋白(glycoprotein,gp)。其中g(shù)p120暴露于病毒包膜之外,而gp41則嵌于病毒包膜脂質(zhì)中(圖11-1)。在gp120的肽鏈上,有些區(qū)段(V1~V5)的氨基酸序列呈高度易變性,有些區(qū)段(C1~C4)的氨基酸序列則較為恒定。V3肽段的保守核苷酸序列少于30%,該肽段含有病毒顆粒與中和抗體結(jié)合的位點,是病毒體與宿主細(xì)胞表面的CD4分子結(jié)合的部位,呈現(xiàn)HIV的變異性,它的改變可直接影響病毒對細(xì)胞的親嗜性和gp120的抗原性。gp41的疏水性氨基酸末端具有介導(dǎo)病毒包膜與宿主胞膜融合的作用。
(三)調(diào)節(jié)基因
tat基因 由2個外顯子構(gòu)成,分別位于env之前和之中,編碼產(chǎn)物(p14)是一種反式激活的轉(zhuǎn)錄因子,即Tat蛋白(transactivator,Tat)。Tat與LTR結(jié)合后能促進病毒所有基因的轉(zhuǎn)錄,并能在轉(zhuǎn)錄后增強病毒mRNA的翻譯。tat基因高度保守,它的表達(dá)為病毒復(fù)制所必需。
rev 基因 也由2個外顯子組成,編碼產(chǎn)物(p19)是一種反式激活因子,即病毒顆粒蛋白表達(dá)調(diào)控蛋白(regulatorof expression of virion protein,Rev)。Rev主要與env基因的RNA序列相互作用,促進未經(jīng)拼接的大mRNA分子從胞核向胞漿轉(zhuǎn)運,并相對減少拼接后小mRNA分子的數(shù)量。能通過去抑制作用增加gag、pol和env基因的表達(dá),以合成相應(yīng)的病毒蛋白,即對病毒結(jié)構(gòu)蛋白表達(dá)有正調(diào)控作用,而對Tat、Rev和Nef調(diào)節(jié)蛋白的合成有負(fù)調(diào)控作用。
nef 基因 編碼負(fù)調(diào)控蛋白Nef(negativeregulation factor),對HIV的基因表達(dá)有正調(diào)控和負(fù)調(diào)控作用。Nef可與細(xì)胞內(nèi)的激酶結(jié)合促進HIV感染和增殖,同時,對病毒的結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)均有下調(diào)作用,其機制可能是通過抑制轉(zhuǎn)錄而阻止HIV的復(fù)制。研究發(fā)現(xiàn),nef基因缺失突變株可在患者體內(nèi)存在14年之久而不會發(fā)展成AIDS,CD4細(xì)胞不被破壞。
HIV復(fù)制與表達(dá)的調(diào)節(jié)過程,涉及極為復(fù)雜的核酸-蛋白質(zhì)之間的相互作用,其中,調(diào)節(jié)蛋白是通過與基因組內(nèi)某些特殊區(qū)域的結(jié)合而實現(xiàn)其調(diào)節(jié)作用的。與Tat蛋白結(jié)合的序列位于基因組5'端,在LTR的+1到+44之間,它本身可折疊形成一個莖環(huán)結(jié)構(gòu)(stem loop),稱為反式激活效應(yīng)元件,即TAR元件(transactivating responsiveelement)。Tat對TAR RNA的激活是在多種細(xì)胞轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的相互作用下完成的。
與Rev蛋白結(jié)合的序列全長234bp,也可形成特殊的莖環(huán)結(jié)構(gòu),其中含嘌呤堿的一個“泡”狀結(jié)構(gòu)對Rev有高度親和力,這一序列定位于衣殼蛋白的基因內(nèi),稱為Rev效應(yīng)元件(revresponsive element,RRE)(圖11-2)。
(四)輔助基因
vif基因 編碼產(chǎn)物p23是病毒感染性因子。vif基因缺失的HIV-1變異株的感染能力比親本株低1000倍。
vpu基因 vpu基因是HIV-1特有的,HIV-2不含vpu基因,但有一個功能不明的vpx基因。缺失vpu基因可使感染性病毒顆粒的生成降低5~10倍。
vpr基因 編碼產(chǎn)物為Vpr蛋白,功能尚不很清楚。已知Vpr非病毒復(fù)制所必需,但可作用于HIV-1LTR,使HIV復(fù)制水平提高2~3倍。
表11-1 HIV基因與基因產(chǎn)物
基因 | 蛋白 | 蛋白名稱* | 存在位置 | 功能 |
結(jié)構(gòu)基因 gap
pol
env 調(diào)節(jié)基因 tat rev nef 輔助基因 vif
vpr vpu | 基質(zhì)蛋白 核心抗原 核蛋白 逆轉(zhuǎn)錄酶 蛋白酶 整合酶 包膜糖蛋白 跨膜蛋白 Tat Rev Nef Vif Vpr Vpu | p17/18 p24/25 p9 p7 p66/p51 p10 p31 gp120 gp41 p14 p19 p27 p23 p18 p15 | 病毒包膜內(nèi)側(cè) 病毒核衣殼 病毒核心 病毒核心 病毒核心 病毒核心 病毒核心 病毒刺突 病毒包膜 受感染細(xì)胞核內(nèi) 受感染細(xì)胞核內(nèi) 受感染細(xì)胞膜上 受感染細(xì)胞 病毒顆粒 受感染細(xì)胞表面 | 構(gòu)成核衣殼內(nèi)膜 衣殼結(jié)構(gòu)蛋白 RNA結(jié)合蛋白 RNA結(jié)合蛋白,輔助病毒出芽釋放 具依賴RNA的DNA聚合酶和核糖核酸酶活性 裂解蛋白前體為有特定功能的成熟蛋白 將病毒cDNA整合到宿主基因組中 與易感細(xì)胞受體和輔助受體結(jié)合 固定gp120,介導(dǎo)包膜與靶細(xì)胞膜融合 引起基因反式激活 調(diào)節(jié)病毒mRNA的表達(dá),促進晚期轉(zhuǎn)錄 調(diào)節(jié)CD4分子和IL-2的表達(dá) 輔助病毒感染,可能會影響游離HIV的感染性、病毒體的產(chǎn)生和體內(nèi)傳播 尚不清楚 對HIV的有效復(fù)制及病毒體的裝配與出芽釋放是必需的 |
*:數(shù)字代表大致分子量(kDa)
HIV的復(fù)制是一個特殊而復(fù)雜的過程(圖11-4),主要包括:
圖11-4 HIV復(fù)制示意圖
吸附 表達(dá)CD4分子(跨膜糖蛋白)的細(xì)胞最易受到HIV攻擊,因此,Th細(xì)胞和單核-巨噬細(xì)胞是主要的靶細(xì)胞。HIV依靠刺突gp120吸附到敏感細(xì)胞表面的特異性受體CD4分子上,這一特異性反應(yīng)決定病毒能否進入細(xì)胞內(nèi)。在自然條件下,如果細(xì)胞沒有受體分子,病毒很難侵入。因此,深入研究CD4的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系及其與HIVgp120的相互作用,有助于闡明HIV的致病機制,指導(dǎo)HIV疫苗或抗病毒藥物的研制。
研究發(fā)現(xiàn),gp120與CD4分子結(jié)合及其構(gòu)型的改變還不足以使HIV侵入靶細(xì)胞,還有賴于靶細(xì)胞上多種特異的趨化因子受體(chemokinereceptor),即輔助受體或協(xié)同受體(coreceptor),共同形成高級結(jié)構(gòu)復(fù)合物,進而促進病毒包膜與靶細(xì)胞膜的融合(圖11-5)。
圖11-5 HIV吸附靶細(xì)胞示意圖
迄今已證實可能有10多種輔助受體與HIV-1感染有關(guān)。其中,嗜T細(xì)胞型(T-tropic)HIV毒株主要以CXCR4作為輔助受體,嗜巨噬細(xì)胞型(M-tropic)HIV毒株則需要輔助受體CCR5,雙嗜性(dual-tropic)HIV毒株能夠使用CXCR4或CCR5。CCR3在神經(jīng)系統(tǒng)HIV-1感染的過程中發(fā)揮作用。
在感染早期,主要是利用CCR5的嗜巨噬細(xì)胞HIV毒株占優(yōu)勢。之后衍變成雙嗜性HIV和嗜T細(xì)胞型HIV。病毒從適應(yīng)CCR5受體到CXCR4受體的親嗜性轉(zhuǎn)變可能是引起發(fā)病的關(guān)鍵所在?梢,闡明輔助受體的表達(dá)和調(diào)節(jié)有助于揭示HIV-1的致病機制。能封閉CCR5和CXCR4的化合物或特異單克隆抗體可用于AIDS治療。
近年發(fā)現(xiàn),在內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、結(jié)腸細(xì)胞中難以檢出CD4分子,但這些細(xì)胞也能被HIV感染,因而認(rèn)為可能還存在其他受體或病毒侵入機制。
穿入 gp120和gp41以非共價連接,在病毒顆粒表面以多聚體(常為三聚體)的形式存在。gp120與細(xì)胞表面CD4分子及輔助受體結(jié)合后,其自身構(gòu)象發(fā)生改變,與gp41分離。gp41的C端固定在包膜上,N端是一段富含甘氨酸的疏水多肽,被稱為融合多肽或融合功能區(qū)。gp41與gp120解離后,暴露出融合多肽,可插入靶細(xì)胞的膜中,造成病毒包膜與細(xì)胞膜融合,病毒核衣殼穿入宿主細(xì)胞(圖11-5)。
脫殼 核衣殼進入細(xì)胞質(zhì)內(nèi),在酶作用下脫殼,釋放出HIV核心內(nèi)容物,包括各種酶和完整的病毒RNA。
生物合成 HIV在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制需要病毒RNA的DNA拷貝與宿主細(xì)胞染色體整合形成前病毒DNA,大致可分為以下幾個階段:
1.ssRNA轉(zhuǎn)變?yōu)閐sDNA 以病毒RNA為模板,藉宿主細(xì)胞的tRNA作引物,在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下產(chǎn)生互補的負(fù)鏈DNA,構(gòu)成RNA∶DNA雜交體。雜交體中的親代RNA鏈在逆轉(zhuǎn)錄酶的核糖核酸酶H活性的作用下降解去除。再經(jīng)逆轉(zhuǎn)錄酶的催化,以負(fù)鏈DNA為模板,產(chǎn)生正鏈DNA,組成雙鏈DNA。此時基因組的兩端形成LTR序列。
2.整合 大致可分為三個步驟,即:
(1)3'加工(3'process)。整合酶在細(xì)胞質(zhì)中與病毒的線狀雙鏈DNA結(jié)合,形成一個穩(wěn)定的核蛋白復(fù)合物,在3'末端各切除2個堿基,露出高度保守的CA-OH-3'端。
(2)鏈轉(zhuǎn)移(strand transfer)反應(yīng)。病毒核蛋白復(fù)合物轉(zhuǎn)運到細(xì)胞核中,整合酶在宿主細(xì)胞染色體DNA雙鏈上切開一個5bp的交錯切口,將HIVDNA的3'端與細(xì)胞DNA的5'端共價連接,形成整合中間體。
(3)宿主細(xì)胞的酶修補病毒DNA與宿主DNA之間的裂隙,成為整合體。HIVDNA的整合是隨機進行的,可以整合入細(xì)胞染色體的任何位置。整合的HIV雙股DNA即前病毒(provirus)在宿主細(xì)胞核內(nèi)呈潛伏狀態(tài),隨細(xì)胞分裂而進入子代細(xì)胞。在一定的條件下,隱伏的前病毒被激活,進入病毒復(fù)制周期。
3.病毒蛋白和RNA的合成 當(dāng)有誘發(fā)作用的宿主轉(zhuǎn)錄因子和病毒LTR序列結(jié)合后,可刺激前病毒中的基因進行復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和表達(dá)(圖11-2)。當(dāng)前病毒活化而進行自身轉(zhuǎn)錄時,LTR有啟動和增強轉(zhuǎn)錄的作用。在宿主細(xì)胞的RNA多聚酶Ⅱ的作用下,病毒DNA轉(zhuǎn)錄形成RNA。一部分RNA經(jīng)拼接而成為mRNA,在細(xì)胞核糖體上轉(zhuǎn)譯成病毒的結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白;另一部分RNA經(jīng)加帽加尾則可作為病毒子代基因組RNA。
在生物合成過程中,逆轉(zhuǎn)錄酶、整合酶和蛋白水解酶起關(guān)鍵性作用,因此,可作為篩選抗HIV藥物的重要靶位。
裝配 有3種蛋白參與構(gòu)成新的病毒顆粒。一種是包膜蛋白,是由2或3個單位構(gòu)成的復(fù)合物,每個單位由一個外部的球形分子及一個穿膜蛋白分子組成;另二種是長度不一的前體蛋白,較長的來自pol,較短的來自gag。當(dāng)這些蛋白在細(xì)胞膜上集合時,則開始加工。Gag前體蛋白附著2條病毒RNA鏈進入新包裝的病毒顆粒內(nèi)。由蛋白水解酶將自身從長的Pol前體蛋白分子中切割出來,并進一步切割成為整合酶、逆轉(zhuǎn)錄酶和核酸核酸酶。蛋白水解酶亦可將Gag前體蛋白切割成p17/18、p24/25以及p9、p6。最后,病毒結(jié)構(gòu)蛋白與病毒RNA在細(xì)胞膜上裝配成核衣殼,并由宿主細(xì)胞膜獲得包膜構(gòu)成完整的有感染性的子代病毒。
釋放 新的病毒顆粒以出芽方式釋放到細(xì)胞外,再去侵犯其他的靶細(xì)胞,進入新的復(fù)制周期。這一過程進展緩慢,不損害宿主細(xì)胞。如果病毒復(fù)制過程迅速發(fā)展,CD4+T細(xì)胞則大量受損、溶解或破裂。如果不受抑制,HIV在一個受感染的個體內(nèi)每天大約可復(fù)制產(chǎn)生1010個新病毒顆粒,導(dǎo)致數(shù)百萬CD4+T細(xì)胞被破壞。
HIV的一個最顯著的特征是具有高度的變異性,這是HIV在宿主強大免疫防御及抗病毒藥物作用下仍能得以生存的重要機制。
HIV主型(main genotype) 目前已知HIV有2個型:HIV-1、HIV-2。HIV-1是從歐洲和美洲分離毒株的總稱,是引起全球性艾滋病蔓延的主要毒株;HIV-2是從中非的妓女中分離獲得,僅在西非呈地區(qū)性流行。HIV-2與猴免疫缺陷病毒(simianimmunodeficiency virus,SIV)更為相似,而與HIV-1只有40%的同源性。
HIV亞型(subtype) HIV變異率非常高,比DNA病毒高100萬倍,原因在于逆轉(zhuǎn)錄酶無3'外核酸酶的校正功能,在病毒RNA逆轉(zhuǎn)錄為DNA時容易發(fā)生錯誤。一旦錯誤發(fā)生,病毒逆轉(zhuǎn)錄酶和宿主細(xì)胞的聚合酶都不能去除錯誤的堿基對,故逆轉(zhuǎn)錄病毒的變異是不可避免的。HIV病毒復(fù)制周期越多,突變株也就越多,大多為缺陷型或不能有效復(fù)制的病毒,因此,一個HIV感染者可能攜帶多種突變株。據(jù)測定,HIV感染者體內(nèi)每天至少產(chǎn)生108變異病毒,不同變異株之間的差異可達(dá)10%~15%。不過,突變發(fā)生是在免疫壓力下選擇的結(jié)果,有利于病毒逃避宿主的免疫反應(yīng)和產(chǎn)生耐藥性。
由于HIV-1基因高度變異,故在傳播流行過程中可產(chǎn)生許多具有相對獨立的基因序列特性的亞型,并在全球范圍內(nèi)形成一定的地區(qū)性分布。根據(jù)HIV基因組中變異最大、同時也是研究最多的包膜蛋白基因(env)核苷酸和氨基酸的同源性,目前已確定了由A~J、M、O等至少10多個亞型。各亞型之間的基因差異率是20%~35%,亞型內(nèi)是7%~20%,個體內(nèi)是0%~9%。而O亞型與A~H亞型間的差異率則高達(dá)50%以上。
我國已成為HIV亞型最多、最齊全的國家之一,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)A、B、C、D、E、F、M7個亞型和2個B亞型變種(即泰國B亞型及歐美B亞型),以B、C、E和A亞型流行為主,其中泰國B亞型占47.5%,C亞型34.3%。此外,在我國首次發(fā)現(xiàn)新型艾滋病毒—重組毒株,是在由云南向新疆傳播過程中逐漸取代父代和母代病毒。重組毒株傳播速度快、范圍廣、發(fā)病期短,超過世界上所有其他類型的艾滋病病毒。從各型病毒,特別是重組病毒流行蔓延的趨勢看,我國在控制艾滋病方面所面臨的任務(wù)緊迫、形勢極為嚴(yán)峻。
此外,根據(jù)HIV能否使T細(xì)胞在體外形成合胞體,可分為誘導(dǎo)合胞體(syncytiuminducing,SI)和不誘導(dǎo)合胞體(NSI)的病毒,前者主要利用CXCR4為輔助受體進入細(xì)胞,是T細(xì)胞嗜性病毒,偏向于感染原代CD4+T細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞系,但不能感染原代單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞;后者主要利用CCR5為輔助受體,是巨噬細(xì)胞嗜性的病毒,偏向于感染原代單核-巨噬細(xì)胞和原代CD4+T細(xì)胞,但不能感染轉(zhuǎn)化的CD4+T細(xì)胞系。
HIV基因變異可能影響病毒的感染性和復(fù)制能力,進而影響它對宿主免疫功能的破壞程度,并造成體內(nèi)HIV準(zhǔn)種的存在,尤其是編碼包膜糖蛋白基因的變異,使發(fā)展有效的HIV疫苗遇到了極大的困難。
HIV抵抗力不強,對酸很敏感,當(dāng)pH為6,病毒滴度則大幅度下降;pH為3時,10min內(nèi)病毒滴度可下降4個對數(shù);pH為2時,HIV完全滅活。HIV耐堿,pH>9時,病毒的滴度仍下降不多。HIV對溫度較敏感。60℃ 30min可滅活6個對數(shù)病毒;在37℃病毒滅活率為1log/100min,在室溫(20~22℃)液體環(huán)境中病毒可存活7d以上。HIV在干燥情況下,在數(shù)小時內(nèi)病毒滴度可下降90%~99%。
HIV對消毒劑和去污粉等化學(xué)因素相當(dāng)敏感。70%乙醇、2%甲醛、0.1%次氯酸鈉等均可滅活病毒。
傳染源 主要是病人和無癥狀帶毒者,尤以后者意義較大。艾滋病在一個地區(qū)的傳播流行一般都由高危人群(吸毒者、賣yin婦女、同性戀者)開始,然后傳播到一般人群,主要感染20~50歲年齡段人口。
傳播途徑 HIV感染者血液、精液、陰道分泌物、乳汁、唾液、腦脊液、骨髓、皮膚以及中樞神經(jīng)組織等標(biāo)本,均可分離到病毒。流行病學(xué)調(diào)查證明,血液、精液、陰道分泌液和乳汁能傳播HIV,主要傳播方式有:
1.性接觸傳播 這是最主要的傳播途徑。同性戀者、性亂者仍是高風(fēng)險人群。通過同性或異性間的性行為,HIV可以從男性傳給男性或女性,也可從女性傳給男性,但從女性傳給男性的概率約為男性傳給女性的1/10。艾滋病起初發(fā)生在同性戀人群中,在男性同性戀中,HIV陽性者的精液中有大量的病毒(每毫升精液可含106個病毒),而肛門粘膜的上皮細(xì)胞又為單層,較陰道粘膜易受損傷,病毒容易侵入,使接受被動肛門性交者的發(fā)病率高于插入肛門性交者。之后也發(fā)生在異性性交人群中,特別在妓女以及性濫交的人群中。目前,異性間的傳播已成為十分嚴(yán)重的問題。全球80%HIV感染者經(jīng)異性傳播,在非洲高達(dá)90%。同性傳播在一些美洲、歐洲國家和澳大利亞占很高比例。經(jīng)性途徑傳播將可能成為我國艾滋病傳播的主要方式。
性傳播疾病增加精液或陰道分泌物中受感染的白細(xì)胞數(shù)量,生殖器粘膜因開放性小傷口或糜爛而失去抗感染的天然屏障,從而加速HIV通過異性間性交傳播。與HIV感染者發(fā)生一次陰道性交,感染HIV的危險性為0.1%,肛門性交的危險性為1%。性傳播疾病的存在將使HIV感染發(fā)生率增加10倍。
HIV感染與毒株也有關(guān)系,在郎格漢斯細(xì)胞繁殖較好的E亞型病毒較B亞型病毒更容易經(jīng)女性陰道傳染。
2.血液傳播 通過輸血或血液制品、器官或骨髓移植以及人工受精等可傳播HIV。我國最早發(fā)現(xiàn)的4例HIV感染者,就是用了同一批Ⅷ因子后于1984年感染的。1985年,在法國曾有3000多名血友病患者由于使用了未經(jīng)篩檢的血液制品,到1997年其中1200多人感染上HIV。在非洲,供血者中HIV感染率高達(dá)5%~30%。盡管血液須經(jīng)ELISA法檢測HIV抗體,但仍不能完全排除感染的危險性,因為HIV感染與抗-HIV抗體出現(xiàn)之間存在窗口期(windowperiod)。
靜脈藥癮者共用污染的注射器及針頭也是重要的傳播途徑,傳染的危險性與注射器使用的次數(shù)和時間長短有關(guān)。我國某些地區(qū)在吸毒者中出現(xiàn)艾滋病的暴發(fā)流行,感染率可達(dá)60%以上,目前艾滋病感染在吸毒人群中仍以驚人的速度擴散。在醫(yī)療范圍內(nèi)經(jīng)血行傳播可發(fā)生于針頭刺傷的意外,僅200ul 新鮮血液就足以引起感染。
3.母嬰傳播 胎兒期和圍產(chǎn)期都可感染HIV。感染HIV-1的母親容易分娩未成熟的早產(chǎn)和低能兒,且在出生后四周內(nèi)即死亡。從陰道分娩的雙胞胎嬰兒中,第一胎HIV-1感染率為第二胎的2倍以上,剖腹產(chǎn)嬰兒的HIV-1感染率低于從陰道分娩出生的嬰兒。用PCR和血清學(xué)檢測(P24/25)均可在乳汁中發(fā)現(xiàn)HIV-1。因此,HIV-1母嬰傳播的途徑一般認(rèn)為是:宮內(nèi)感染、產(chǎn)道感染、乳汁感染。多數(shù)感染發(fā)生在孕期后3個月或產(chǎn)期,12%嬰兒可經(jīng)HIV感染母親的乳汁傳播。通常HIVRNA水平或病毒載量(viral load)高和CD4+T細(xì)胞數(shù)低的母親容易將HIV-1傳給嬰兒。另外,母體的免疫狀態(tài)也可直接影響母嬰傳播,特別是宮內(nèi)感染取決于母體免疫功能的強弱。不經(jīng)過治療干預(yù)的母嬰傳播在歐洲約為15%,在非洲約為45%,美國為20%~30%。
目前,我國艾滋病流行的特點主要是:吸毒(靜脈)引起的遠(yuǎn)高于性傳播者,相差約10倍;高危人群中,性病患者陽性率低,暗娼陽性率低;性病發(fā)病率高,艾滋病發(fā)病率低;婦女在艾滋病流行中未起中心作用,使得母嬰傳播率極低;目前的預(yù)防對象仍以男性吸毒者為主,但要密切保護婦女,避免使其在流行中的中心作用。
對照顧艾滋病患者的醫(yī)務(wù)工作者進行多年觀察后,證明他們被感染的機會非常低。有文獻報告,外科醫(yī)生、護士及HIV實驗室工作者被HIV感染的例子,多是被HIV污染的針頭、器械或血液感染的。另外,對艾滋病感染者和艾滋病患者家屬的調(diào)查研究表明,偶然接觸唾液、淚液、汗液或呼吸道飛沫不會引起感染,一般的社交接觸,包括握手、共同進餐、禮節(jié)性接吻、游泳,以及昆蟲(蚊子等)叮咬是不會傳染HIV的。因此,對HIV既不能掉以輕心,也不必抱有恐懼心理。
全球流行狀況 HIV感染呈世界性分布。目前,全球已有199個國家和地區(qū)報告發(fā)現(xiàn)AIDS或HIV感染者。至2000年7月,全球HIV的感染者已達(dá)5310萬(包括艾滋病人),AIDS死亡人數(shù)達(dá)1880萬。2000年新增感染人數(shù)530萬(其中年齡<15歲者有60萬),AIDS患者230萬,約300萬人死亡。HIV/AIDS流行正以1.6萬人/天的速度迅速發(fā)展。
全球流行趨勢已由西方的同性戀群體移向非洲和亞洲廣大發(fā)展中國家的貧困人口和最得不到人權(quán)尊重的群體。目前,非洲是艾滋病流行的重災(zāi)區(qū),全世界HIV感染人數(shù)中3 000多萬在非洲,已有16個國家的成人HIV感染率超過10%,有些地區(qū)高達(dá)20%~50%。亞洲近年感染人數(shù)也呈直線上升趨勢,迄今HIV感染者已達(dá)500萬,并以倍數(shù)逐年遞增。例如,印度在短短幾年內(nèi)發(fā)展成為世界上HIV感染人數(shù)最多的國家,高達(dá)400多萬?傮w看來,全球艾滋病重災(zāi)區(qū)中心正從非洲轉(zhuǎn)向亞洲。如果目前的流行趨勢持續(xù)下去的話,那么,在未來的20年南亞和東南亞地區(qū)、南美洲以及前蘇聯(lián)地區(qū)將要承受沉重的負(fù)擔(dān)。
我國流行狀況 1985年我國發(fā)現(xiàn)第一例艾滋病患者。艾滋病發(fā)展蔓延分為三個階段:①傳入期(1985~1988年):當(dāng)時只有7個省份報告發(fā)現(xiàn)HIV感染者,絕大多數(shù)為來華的外國人或海外華人;②擴散期(1989~1994年):截止1994年,我國共篩選4202 104人,HIV抗體陽性者1 774例(包括艾滋病人65例),其中以吸毒者最多(1 132例,其中34例為艾滋病人),占全部抗體陽性者的63.8%;其次是回國人員(151例,其中艾滋病人7例);③快速增長期(1995年~):從1995年起進入快速增長期,HIV感染人數(shù)以每年30%的速度遞增。1995年當(dāng)年發(fā)現(xiàn)的感染例數(shù)幾乎達(dá)到前10年的總和,流行區(qū)域也迅速擴大。1999年9月底,HIV感染者達(dá)15088例,而實際感染人數(shù)估計超過50萬。2000年9月底,全國已有31個省、自治區(qū)、直轄市報告HIV感染者20 711例,AIDS患者741例,而實際感染人數(shù)估計超過60萬,亦有專家估計超過100萬,尤為擔(dān)憂的是,HIV感染者中大多數(shù)是青壯年。由于艾滋病病毒感染人數(shù)逐年快速增長,艾滋病加速流行形勢十分嚴(yán)峻,因此,如果不能有效控制這種增長勢頭,21世紀(jì)我國將有可能成為世界上HIV感染人數(shù)最多的國家之一。
目前,艾滋病病毒已從邊疆、沿海地區(qū)迅速蔓延到內(nèi)地,從大、中城市傳播到農(nóng)村,業(yè)已遍及全國31個省、自治區(qū)和直轄市,地理分布以云南最多,其次為新疆、河南、四川、廣東和廣西。HIV感染者已經(jīng)從吸毒者等高危人群擴展到社會各個階層,從事各種職業(yè),絕大多數(shù)人并不知道自己已感染上HIV。我國HIV-1的主要來源是:①由泰國和印度經(jīng)緬甸傳入我國云南南方邊境;②由泰國傳至廣東、福建等;③由非洲傳入。我國輸出非洲的勞工較多,少數(shù)經(jīng)性接觸感染HIV后回國;④其它來源傳至各大城市,如上海、北京等。
(一)HIV感染周期
原發(fā)感染 HIV主要通過含感染細(xì)胞的體液(常為血液、精液、陰道分泌物)而傳播。最早可能在生殖道或直腸組織巨噬細(xì)胞和粘膜下層淋巴細(xì)胞中增殖,然后轉(zhuǎn)移到淋巴結(jié)中,侵入CD4+T細(xì)胞內(nèi)大量復(fù)制。感染后第2~4周,50%感染者可能出現(xiàn)類似單核細(xì)胞增多樣癥狀,即為HIV原發(fā)感染急性期。此時,感染者血中HIV濃度迅速升高,血清中可出現(xiàn)HIV抗原(高病毒血癥),HIV可播散到其它淋巴組織。之后,由于CD8+細(xì)胞毒T細(xì)胞的活化,殺傷HIV感染的靶細(xì)胞,導(dǎo)致血液中的CD4+T細(xì)胞數(shù)量急劇下降(圖11-6)。
圖11-6 未經(jīng)治療患者外周血中HIV抗原、抗體水平及CD4+細(xì)胞數(shù)量的動態(tài)變化
病毒潛伏和慢性感染 由于抗體和細(xì)胞免疫的出現(xiàn),病毒血癥和癥狀大約1個月左右消失,機體進入無癥狀潛伏期。此時,免疫系統(tǒng)獲得了對病毒的控制,外周血中CD4+T細(xì)胞數(shù)量回升。盡管淋巴結(jié)中有大量受感染的CD4+T細(xì)胞,但HIV僅僅在極少數(shù)外周血T細(xì)胞中復(fù)制。故血中HIV抗原的含量很低或檢測不到。大約經(jīng)過6個月,病毒復(fù)制速率達(dá)到最低,血液中病毒載量(Viralloading)或HIV RNA水平急劇下降(圖11-6)。
過去認(rèn)為HIV感染后出現(xiàn)潛伏期與病毒處于靜止?fàn)顟B(tài)有關(guān)。但隨著病毒RNA拷貝的檢測方法敏感性的提高,發(fā)現(xiàn)即使在潛伏期宿主每天仍產(chǎn)生大量病毒,破壞許多CD4+T細(xì)胞。只是機體同時也能產(chǎn)生超乎異常數(shù)量的CD4+T細(xì)胞,以維持相對穩(wěn)定的CD4+細(xì)胞水平,可對其他疾病保持防御性應(yīng)答。
HIV引起的潛伏或慢性持續(xù)性感染與其能逃避宿主免疫系統(tǒng)的防御作用有關(guān),例如,①HIV直接損傷CD4+T細(xì)胞,影響CTL活性的激活;②病毒基因組與細(xì)胞染色體整合,長期處于潛伏狀態(tài),細(xì)胞不表達(dá)或僅表達(dá)少量病毒結(jié)構(gòu)蛋白而形成“無抗原”狀態(tài),不被免疫系統(tǒng)所識別;③病毒包膜糖蛋白基因的高度變異性導(dǎo)致不斷出現(xiàn)新抗原,使原有的中和抗體失去作用。同時,病毒抗原突變后,肽段的方向性或暴露給TCR的氨基酸殘基發(fā)生改變,從而影響抗原與MHC或TCR的結(jié)合,逃避CTL的攻擊;④受感染的單核-巨噬細(xì)胞是病毒長期的儲存細(xì)胞,其結(jié)果使機體免疫系統(tǒng)處于一種相對無能狀態(tài);⑤HIVTat、Vpr或Nef能引起感染細(xì)胞表面MHCⅠ類分子表達(dá)下調(diào),從而使HIV感染細(xì)胞不被CTL識別和破壞。可見,機體一經(jīng)感染便終身攜帶病毒。
病毒激活 隨著感染時間的延長,機體免疫功能漸趨削弱,當(dāng)機體受到各種因素(如病毒、細(xì)菌或真菌感染、有絲分裂原、同種細(xì)胞抗原、細(xì)胞因子等)的激發(fā),潛伏感染的病毒又重新開始大量復(fù)制,并造成免疫系統(tǒng)的進行性損傷,血液中CD4+T細(xì)胞濃度急劇下降,病毒載量大量增加,進而發(fā)展到持續(xù)性全身性淋巴結(jié)腫大、艾滋病相關(guān)綜合征,最后當(dāng)每微升血液中CD4+T細(xì)胞數(shù)低于200時(正常人為12000/mm3),就發(fā)展成為艾滋。▓D11-6)。
(二)致病機制
多數(shù)學(xué)者認(rèn)為,艾滋病的發(fā)生是免疫性發(fā)病機制,主要包括:
HIV損害CD4+T淋巴細(xì)胞 HIV感染和致病主要是CD4+T細(xì)胞數(shù)量顯著減少和功能嚴(yán)重受損。在感染的早期,HIV主要破壞記憶性T細(xì)胞;在感染晚期,T淋巴母細(xì)胞分化成Th1和Th2的調(diào)節(jié)失控,Th1細(xì)胞大大減少,CD4+T細(xì)胞急劇下降而CD8+T細(xì)胞相對增多,導(dǎo)致免疫調(diào)節(jié)功能紊亂,最終引起嚴(yán)重的細(xì)胞免疫功能缺陷。
HIV損傷CD4+細(xì)胞的機制尚未完全闡明,可能通過以下方式起作用:
(1)HIV病毒在細(xì)胞內(nèi)大量繁殖,其產(chǎn)生的包膜糖蛋白插入細(xì)胞膜或病毒出芽釋放,導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性增加。
(2)HIV增殖時產(chǎn)生大量未整合的病毒cDNA以及無功能的病毒mRNA,干擾細(xì)胞的正常代謝功能而使細(xì)胞死亡。
(3)受感染的CD4+細(xì)胞膜上的包膜糖蛋白gp120與未受感染細(xì)胞表面CD4分子結(jié)合,介導(dǎo)細(xì)胞融合。1個受感染細(xì)胞可與多達(dá)500個未受感染的CD4+細(xì)胞融合。
(4)受感染細(xì)胞膜上表達(dá)的HIV包膜糖蛋白抗原,或暴露的自身抗原,能被特異性CTL細(xì)胞所識別,或與特異性抗體結(jié)合后,通過ADCC作用而破壞細(xì)胞。
(5)HIV gp120與正常的CD4+細(xì)胞上的受體結(jié)合,使該細(xì)胞被免疫系統(tǒng)誤認(rèn)為是病毒感染細(xì)胞而遭殺滅。
(6)gp120和Tat蛋白可能誘導(dǎo)未受感染的CD4+細(xì)胞發(fā)生凋亡。
HIV除能造成大量CD4+T細(xì)胞死亡外,還能導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞功能下降,可能途徑有:①HIVgp120能與Th細(xì)胞受體結(jié)合,使CD4受體被封閉,進而影響其免疫輔助功能;②gp120 可刺激機體產(chǎn)生抗gp120 CD4結(jié)合部位的抗獨特型抗體,此抗體是抗CD4受體的抗自身抗體,可阻斷Th細(xì)胞的功能;③HIV可能產(chǎn)生超抗原,使特定T細(xì)胞亞群缺失,造成免疫防御系統(tǒng)出現(xiàn)一些漏洞,使機體對某些致病微生物處于無反應(yīng)狀態(tài)。
HIV影響其他免疫細(xì)胞功能 HIV不侵犯B淋巴細(xì)胞,但可多克隆性激活B細(xì)胞,使其功能出現(xiàn)異常,主要表現(xiàn)為,在病程早期,血清中免疫球蛋白的水平往往增高,即高免疫球蛋白血癥,循環(huán)免疫復(fù)合物和自身抗體含量亦增高。隨著疾病的進展,IL-4、IL-5合成減少,B淋巴細(xì)胞不能被激活分化為產(chǎn)生抗體的漿細(xì)胞,故而針對抗原(或疫苗)的抗體應(yīng)答能力下降。
單核-巨噬細(xì)胞為病毒攻擊的首批細(xì)胞,以早期感染為主的病毒株常稱為“嗜巨噬細(xì)胞性”。CD4+T細(xì)胞在感染HIV數(shù)天內(nèi)死亡,而感染的巨噬細(xì)胞可持續(xù)存活數(shù)月,因而巨噬細(xì)胞可能作為HIV潛藏和復(fù)制的場所,特別是在感染的早期,以逃避免疫系統(tǒng)的清除作用。在AIDS晚期,某些組織中的巨噬細(xì)胞成為患者血中高水平病毒載量的主要來源。HIV在單核-巨噬細(xì)胞內(nèi)持續(xù)存在,可部分地解釋HIV特異性免疫應(yīng)答為什么不能完全清除體內(nèi)的病毒。另外,單核-巨噬細(xì)胞能通過血-腦脊液屏障,將HIV帶入中樞神經(jīng)系統(tǒng),引起腦部病變。
HIV gp120與CD4分子結(jié)合后,可干擾CD4+T細(xì)胞與抗原提呈細(xì)胞(單核-巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等)的相互作用,導(dǎo)致后者免疫功能失調(diào),表現(xiàn)為IL-12、MHCⅡ類分子和CD80/86的下調(diào),IL-10表達(dá)上調(diào),使受HIV感染的CD4+T細(xì)胞不受免疫攻擊,有利于HIV在其中存在和復(fù)制。
除主要表達(dá)CD4分子的Th淋巴細(xì)胞、單核-巨噬細(xì)胞外,皮膚的Langerhans細(xì)胞、淋巴結(jié)的濾泡樹突狀細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,以及神經(jīng)元細(xì)胞等亦表達(dá)少量CD4受體。因此HIV也侵入這些細(xì)胞,常常造成病人中樞神經(jīng)系統(tǒng)、肺、腸及其他器官感染。有證據(jù)表明,HIV可感染并損傷干細(xì)胞,誘發(fā)各類血細(xì)胞減少癥。
(三)所致疾病
HIV所致AIDS的顯著特點是免疫功能缺陷,在此基礎(chǔ)上發(fā)生各種機會性感染及淋巴系統(tǒng)的腫瘤,這是認(rèn)識和把握本病的關(guān)鍵。
臨床表現(xiàn) AIDS可累及人體各組織器官的全身疾病,臨床表現(xiàn)十分復(fù)雜。根據(jù)國際通用的分期方法,可將HIV感染至發(fā)展為典型艾滋病分為四個時期,即急性感染期、早期(無癥狀病毒攜帶期或潛伏期)、中期(艾滋病前期)、晚期(典型艾滋病期)。
1.急性感染期 為期約1個月。新近感染者中約90%無臨床癥狀,往往在檢測血清抗-HIV抗體時才發(fā)現(xiàn)。一般認(rèn)為,經(jīng)輸血感染者的血清抗體轉(zhuǎn)陽時間為2~8周;經(jīng)性接觸感染,血清抗體轉(zhuǎn)陽時間為2~3個月,有的達(dá)16個月或更久。部分病人早期出現(xiàn)類似傳染性單核細(xì)胞增多樣癥狀,如發(fā)熱、盜汗、淋巴結(jié)腫大、皮膚斑丘疹、肌肉痛、頭痛和粘膜潰瘍等自限性癥狀,一般1~3周自愈,常被忽略。血常規(guī)白細(xì)胞總數(shù)正常,CD4/CD8比值正常。
2.無癥狀病毒攜帶期(asymptomatic carrier,AC) 所有病人急性感染后均經(jīng)歷無癥狀期,血清抗體(包膜和核心抗體)持續(xù)性強陽性。經(jīng)輸血制品而感染的的急性病人的潛伏m.zxtf.net.cn/yishi/期最短。其它途徑感染的可超過5年,最長者達(dá)14年。成人平均為1~8年,嬰幼兒1年左右。此期感染者為健康無癥狀的HIV攜帶者,成為重要的傳染源。
3.艾滋病前期(pre-AIDS) 又稱艾滋病相關(guān)綜合征期(AIDS related complex,ARC),位于潛伏期之后,大約持續(xù)0.5~1年。病人出現(xiàn)明顯與艾滋病相關(guān)的癥狀和體征,血清病毒載量越來越高。50%感染者持續(xù)低熱(38℃左右)或呈周期性,長達(dá)數(shù)月。發(fā)熱時伴有疲倦無力、全身不適、肌肉疼痛、盜汗、口腔假絲酵母菌病。約1/3病人體重減輕達(dá)10%,有的持久腹瀉,有的精神抑郁或焦慮,有的精神錯亂或神經(jīng)感覺障礙。最常見的體征是淺表淋巴結(jié)腫大,無觸痛,持續(xù)時間長,直至典型艾滋病期才縮小,常伴有條件致病菌感染。
4.艾滋病期 具有三個基本特征:①嚴(yán)重的細(xì)胞免疫缺陷,尤其CD4+T細(xì)胞嚴(yán)重缺損;②發(fā)生各種致死性機會性感染,特別是卡氏肺孢菌感染,它是AIDS病人死亡的最重要原因;③發(fā)生各種惡性腫瘤,尤其是Kaposi肉瘤。進入此期的病人往往是HIV的侵犯和機會性感染及腫瘤相繼或同時發(fā)生。如不治療,一般AIDS患者1~2年內(nèi)死亡。
AIDS患者臨床表現(xiàn)為長期發(fā)熱、乏力、食欲缺乏、不可抗拒的體重下降、并伴有慢性腹瀉、呼吸短促、舌上出現(xiàn)白斑(口腔假絲酵母菌病和毛樣白斑)和淋巴腺腫。因免疫功能嚴(yán)重缺損,AIDS患者的抗感染能力顯著下降,一些對正常機體無明顯致病作用的條件致病性微生物,包括病毒(如巨細(xì)胞病毒)、細(xì)菌(如結(jié)核分枝桿菌、鳥-胞內(nèi)分枝桿菌)、真菌(如白假絲酵母菌、卡氏肺孢菌、毛霉、新生隱球菌)和原蟲等,常可造成艾滋病患者的致死性感染,尤其是鳥-胞內(nèi)分枝桿菌已成為AIDS病人最常見的條件致病菌(表11-2)。病變部位遍及全身各組織器官,尤以腦、肺、骨髓、腸道、淋巴結(jié)、皮膚、口腔常見,病變特點多為非特異性炎癥。
部分病人可并發(fā)Kaposi肉瘤和惡性淋巴瘤,以及白血病、口腔癌、肺癌、肝癌等。腫瘤多分化程度低、生長迅速、易于擴散,病人最終因腫瘤廣泛生長,損傷組織器官功能和過度消耗、衰竭而死亡。在同性戀的AIDS患者中,腫瘤的發(fā)生率為40%,其中90%是Kaposi肉瘤,10%是惡性淋巴瘤。Kaposi肉瘤是一種血管瘤,來源于表皮層、粘膜、淋巴結(jié)和內(nèi)臟的內(nèi)皮細(xì)胞。
在AIDS最晚期,約1/2病人出現(xiàn)不同程度的神經(jīng)異常,包括HIV腦病、脊髓病變、周圍神經(jīng)炎和嚴(yán)重的AIDS癡呆綜合征,原因是一些HIV毒株通過感染的單核-巨噬細(xì)胞侵入腦,對神經(jīng)細(xì)胞有親嗜性,最易侵犯中樞神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞。
表11-2 AIDS患者常見并發(fā)征及其主要病原體
所致疾病 | 常見病原體 |
間質(zhì)性肺炎 | 卡氏肺孢菌(P.carinii)、EB病毒、巨細(xì)胞病毒 |
腸炎 假絲酵母菌性食管炎 皰疹 全身性感染 桿狀血管瘤和肝紫癜 Kaposi肉瘤 | 隱孢子菌(Crytosporidium)、 白假絲酵母菌、EB病毒 新生隱球菌(C.neoformans)、鼠弓形體(T.gondii)、JC病毒 結(jié)核分枝桿菌、鳥-胞內(nèi)分枝桿菌、巨細(xì)胞病毒、新生隱球菌 巨細(xì)胞病毒、巴爾通體(Bartonella) 人皰疹病毒8型、巨細(xì)胞病毒 人乳頭瘤病毒 |
成人HIV感染和AIDS的各個重要階段 艾滋病病人主要根據(jù)血中CD4淋巴細(xì)胞數(shù)量遞減情況和HIV載量增加情況來判斷病情的輕重。CD4細(xì)胞數(shù)量越低,病毒載量越高,病情越嚴(yán)重,條件致病菌感染和惡性腫瘤的發(fā)生越頻繁。一般規(guī)律是:
CD4>500/mm3:淋巴結(jié)腫大、復(fù)發(fā)性陰道白假絲酵母菌病。
CD4 200~499/mm3:肺炎鏈球菌性肺炎、肺結(jié)核、帶狀皰疹、鵝口瘡、宮頸表皮發(fā)育不全、貧血、Kaposi肉瘤、非霍奇金淋巴瘤。
CD4 100~200/mm3:卡氏肺孢菌性肺炎、艾滋病癡呆復(fù)合征、消瘦。
CD4 50~100/mm3:弓形體病、隱球菌病。
CD4 <50/mm3:巨細(xì)胞病毒性視網(wǎng)膜炎、鳥-胞內(nèi)分枝桿菌復(fù)合征、隱孢子蟲病、進行性多灶性腦白質(zhì)病和原發(fā)性中樞神經(jīng)淋巴瘤。
體液免疫 在HIV感染過程中,宿主對HIV的體液免疫和細(xì)胞免疫應(yīng)答本質(zhì)尚不完全清楚。多數(shù)研究表明,在HIV-1感染早期,隨著血漿病毒載量達(dá)到峰值后開始下降時,宿主才產(chǎn)生高滴度的抗HIV多種蛋白的抗體(圖11-6),臨床上稱之為抗體轉(zhuǎn)陽期(seroconvertion)。如果抗HIV-1表面抗原gp120、核心抗原p24均不被檢出的時期,稱為窗口期,一般在急性臨床癥狀產(chǎn)生后2~6周。而中和自身感染病毒的抗體則在急性臨床癥狀出現(xiàn)后3個月以上才能被檢出,稱之為中和抗體產(chǎn)生的滯后現(xiàn)象,原因可能與病毒持
續(xù)性感染有關(guān)。
中和抗體(如抗gp120、gp41抗體)具有一定的保護作用,可能通過與病毒抗原結(jié)合而阻斷HIV與靶細(xì)胞的吸附和融合過程,或阻止病毒的擴散。研究發(fā)現(xiàn),在長期不發(fā)病的HIV-1感染者(longterm non-progressor,LTNP)體內(nèi),中和抗體滴度很高,可廣泛中和HIV-1實驗株(T cell line adapted,TCLA)、原發(fā)株(primaryisolate)和自身感染病毒,且長時間維持高水平,而外周血和淋巴組織中的HIV-1 RNA拷貝數(shù)則一直處于較低水平,提示中和抗體可降低血清中的病毒抗原量,但仍不能清除體內(nèi)的病毒。
而進展型感染者(progressor)體內(nèi)的中和抗體一般僅能中和一些長期體外傳代的HIV-1實驗株,而不能中和HIV-1的原發(fā)株和自身感染病毒,表明病毒發(fā)生變異后,中和抗體失去對自身感染病毒的中和作用。事實上,HIV-1的TCLA株與多數(shù)體內(nèi)實際感染的病毒株在表型上存在差異。另外,HIV感染者體內(nèi)亦可能存在干擾抗體,能與病毒顆;蚴芨腥炯(xì)胞結(jié)合,從而阻斷中和抗體的作用。
在感染早期產(chǎn)生的非中和抗體,特別是IgM,能夠介導(dǎo)細(xì)胞毒反應(yīng),與病毒載量的早期下降密切相關(guān)。不少研究顯示,與抗Env抗體相比,抗Gag抗體反應(yīng)與HIV-1感染的發(fā)展關(guān)系更大,Gag抗體缺失的感染者其發(fā)病惡化較快。
細(xì)胞免疫 目前認(rèn)為,機體抗HIV主要通過CTL所誘發(fā)的細(xì)胞免疫應(yīng)答,尤其是在感染初期,中和抗體尚未產(chǎn)生。CTL通過TCR與受感染細(xì)胞膜上表達(dá)的、結(jié)合了病毒抗原肽的MHCⅠ類分子相互作用,啟動TCR結(jié)合的信號傳遞級聯(lián)反應(yīng),使CTL中的蛋白酶、穿孔素和顆粒酶等釋放,促使受HIV感染的靶細(xì)胞溶解。CTL還可通過其FasL與受感染細(xì)胞上的Fas結(jié)合,誘導(dǎo)靶細(xì)胞凋亡,同時滅活HIV。此外,CTL可分泌一些細(xì)胞因子如IFN-γ,抑制病毒復(fù)制,亦能釋放巨噬細(xì)胞炎性蛋白(MIP-1α,β)與輔助受體CCR5結(jié)合,阻止HIV侵入單核-巨噬細(xì)胞。因此,特異性細(xì)胞免疫應(yīng)答,特別是CTL對HIV感染細(xì)胞的殺傷以及阻止病毒經(jīng)細(xì)胞接觸而擴散的過程中起著重要作用,但CTL也不能徹底清除有HIV潛伏感染的細(xì)胞。
通過對HIV感染者的長期觀察發(fā)現(xiàn),無癥狀HIV帶毒者的Th1型免疫應(yīng)答增強。當(dāng)病程進入有癥狀階段時,主要表現(xiàn)為Th2型免疫反應(yīng)?梢,Th1型為主的反應(yīng)對宿主是有保護作用的。
目前AIDS的診斷標(biāo)準(zhǔn)是:CD4細(xì)胞<200/ mm3 的任何HIV感染者,都可以確診(不管是否發(fā)生特異性機會感染、惡性腫瘤,亦不必考慮病毒載量)。HIV感染的診斷最主要依據(jù)血檢指標(biāo),包括HIV抗體、病毒載量和CD4細(xì)胞數(shù)量。微生物學(xué)檢查法有二大類:一類是測定抗體;另一類是檢測病毒及其組分。常用的標(biāo)本有血清、血漿、唾液以及尿液。
抗體檢測 抗體可分為IgM和IgG抗體,前者可在HIV感染后2周出現(xiàn),持續(xù)12~41周消退,亦可推延至18個月才出現(xiàn)。當(dāng)檢出HIV抗體時,即可認(rèn)為有病毒存在。采用血清學(xué)方法檢測HIV抗體,為本病主要實驗室檢測手段。
1.酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA) 敏感性可達(dá)95%以上,但特異性不高,是目前最常用的初篩方法。為減少假陽性檢出率,建議作2次ELISA檢測,如果均為陽性,再作免疫印跡試驗予以確證。
2.免疫印跡試驗(WB) 敏感性與特異性均高,主要用于HIV初篩陽性結(jié)果的確診試驗,是最常用的確證方法(金標(biāo)準(zhǔn))。陽性結(jié)果至少要檢測到2種HIV抗體,其一為包膜蛋白(gp41、gp120或gp160)的抗體,另一為Gap蛋白或Pol蛋白的抗體。
3.間接免疫熒光法(IIF) 較其他方法可更早地檢出IgM及IgG抗體,快速且費用較低,但有假陽性。該法還可用于鑒別HIV-1型及HIV-2型感染。
4.乳膠凝集試驗 敏感性和特異性均較好,操作簡便,可作為初篩試驗。
5.放射免疫沉淀法(RIA) 可檢出HIV中的各種基因產(chǎn)物,是最敏感和特異的確診試驗。
抗原檢測 HIV感染后P24/25抗原是首先被檢測出的病毒標(biāo)志,常用ELISA法檢測血清中的P24/25抗原,用于確診急性感染者。潛伏期P24/25為陰性,到出現(xiàn)典型的艾滋病癥狀時,P24/25可再度升高。在新生兒血清中檢出該抗原,可證明新生兒感染。艾滋病腦病患者腦脊液中亦可檢出該抗原。
基因檢測 已建立PT-PCR、等溫擴增、多探針分支信號放大和Amplicor HIV monitor等方法,其中后二者可被用于HIV RNA的測定。目前,PCR法敏感性極高,可檢出極微量的病毒基因,但易因污染產(chǎn)生假陽性,故一般不用于常規(guī)檢查,僅適用于下列情況:①了解HIV陽性母親所生新生兒的感染狀況;②HIV變異株分型及HIV感染的法醫(yī)鑒定,即通過包膜基因區(qū)的序列分析進行鑒定;③對逆轉(zhuǎn)錄酶或蛋白酶基因組片段進行序列分析,對耐藥株及治療效果進行監(jiān)測。
病毒分離培養(yǎng) 用正常人外周血分離單個核細(xì)胞加入植物血凝素等促有絲分裂原,與被檢的外周血單個核細(xì)胞共培養(yǎng),如能逐漸出現(xiàn)細(xì)胞病變,尤其是見到多核巨細(xì)胞,表明有病毒增殖。此外,還可采用傳代的T細(xì)胞系分離HIV 。病毒培養(yǎng)是診斷艾滋病的重要依據(jù),但是,由于病毒分離及培養(yǎng)技術(shù)復(fù)雜,目前僅用于實驗研究。
艾滋病是一個嚴(yán)重威脅人類的全球性問題,所有國家的政府和人民都必須緊急行動起來,加強人權(quán)保護,防止HIV的感染,給感染者良好的照顧,減少發(fā)病和死亡。自1990年以來,WHO將每年12月1日定為世界艾滋病日,每年提出一個預(yù)防艾滋病的中心問題,有力地推動了全球艾滋病的預(yù)防工作。各國在WHO預(yù)防艾滋病規(guī)劃的基礎(chǔ)上,應(yīng)制訂本國的防治計劃并確定本國的主要措施。
一、一般預(yù)防措施
由于尚無有效的疫苗,預(yù)防HIV感染寄希望于公共衛(wèi)生措施。在我國重點是建立全國性HIV感染和AIDS的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),加強國境檢疫,對高危人群進行篩檢和控制吸毒傳播,制訂法規(guī),控制艾滋病的流行蔓延。
對病人和感染者的管理 對高危人群進行篩檢,對象主要包括靜脈吸毒者、注射進口血液制品者,在艾滋病流行區(qū)逗留并有性接觸史者,入境的外國人等。對艾滋病按乙類傳染病報告,要求發(fā)現(xiàn)病人或HIV感染者后,12h內(nèi)向當(dāng)?shù)匦l(wèi)生行政部門報告。對病人應(yīng)采用隔離措施,送指定醫(yī)院治療。應(yīng)將HIV感染者的病情告知本人,如本人同意,可通知其配偶,并采取相應(yīng)的社會保護措施。醫(yī)務(wù)人員有責(zé)任為HIV感染者保密。
對傳播途徑的預(yù)防措施 艾滋病可通過性接觸傳播、血液傳播、垂直傳播和醫(yī)源性傳播。鑒于吸毒和賣yin嫖娼現(xiàn)象很難從根本上消滅,因此,應(yīng)最大限度在廣大公眾,特別是仍在賣yin的婦女中普及預(yù)防性病和艾滋病知識與技能,提供性病療治服務(wù),改變一切不良性行為,保持忠誠的性伙伴關(guān)系,提倡性接觸時采用避孕套,及時治療性病。對于吸毒引起的艾滋病問題,一方面嚴(yán)厲打擊販毒和開展預(yù)防吸毒宣傳,另一方面對吸毒成癮者提供清潔的注射器和美沙酮替代維持。推廣一次性注射器和針頭,嚴(yán)禁非法采血,對供血者進行嚴(yán)格篩選,HIV抗體陽性者不可作供血者,也不得提供精液/卵子、器官。目前,包括我國在內(nèi)的許多國家已明文規(guī)定血液應(yīng)經(jīng)過HIV檢測,可采用β-丙內(nèi)酯對血液滅菌,可滅活HIV和肝炎病毒。為防止垂直傳播,要求HIV感染者不要妊娠,因為妊娠可加速和加重病情,并可經(jīng)胎盤將病毒傳給胎兒,危害后代。已妊娠者應(yīng)終止妊娠或接受抗病毒治療。對感染者生下的嬰兒,則不應(yīng)母乳喂養(yǎng),以防止哺乳期感染。
防止接觸性傳播 HIV一般不經(jīng)日常生活接觸傳播,但在特殊情況下,如果破損處接觸了被HIV污染的用品,也可感染。因此,要求接觸過病人或感染者血液及其他體液、分泌物、排泄物的皮膚粘膜,應(yīng)立即作消毒處理。對剃須刀和其他理發(fā)工具,應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行消毒后才可使用。如果家庭內(nèi)有艾滋病人或HIV感染者,則應(yīng)注意將病人送醫(yī)院隔離治療,對病人用過的所有物品均作消毒處理,應(yīng)采取生活隔離措施。
預(yù)防醫(yī)務(wù)人員感染 檢查艾滋病人時,應(yīng)防止刺傷出血。凡接觸病人或感染者血液、體液、污染物品時,應(yīng)穿隔離衣、戴口罩、戴手套,檢查后應(yīng)洗手、消毒。工作人員皮膚有破損時,接觸血液和其他液體的器材必須進行消毒處理。血液透析時要求采取一次性用具,工作人員不得接觸病人血液。
疫苗研制策略 WHO關(guān)于HIV疫苗發(fā)展戰(zhàn)略包括研制三類疫苗:即預(yù)防性疫苗、治療性疫苗和圍產(chǎn)期疫苗。預(yù)防性疫苗用于HIV陰性者,目的是保護機體免受HIV感染。HIV侵入機體后,若不被迅速中和,則會感染CD4細(xì)胞,并與宿主細(xì)胞DNA整合呈潛伏感染狀態(tài)。一經(jīng)感染,機體免疫系統(tǒng)就難以清除體內(nèi)的HIV病毒。預(yù)防性疫苗的作用是在病毒侵入細(xì)胞前將HIV清除,所以是人群最需要的,也是重點發(fā)展的疫苗。治療性疫苗是用于HIV感染者的疫苗,目的是阻斷或延緩HIV感染發(fā)展成AIDS的速率,減少感染者體內(nèi)的病毒載量和傳染他人的機會。圍產(chǎn)期疫苗主要用于HIV陽性的孕婦,阻斷母嬰傳播,并可延緩孕婦或產(chǎn)婦由HIV感染發(fā)展成AIDS的進程。
疫苗種類 已研制出多種實驗性HIV疫苗,其中30多種在全球進行各階段人體實驗,例如,雙價B亞型HIV-1 gp120亞單位疫苗正在進行Ⅲ期臨床試驗,進入Ⅱ期臨床試驗的是初免—加強免疫法,進入Ⅰ期臨床試驗的是2種DNA疫苗。疫苗在未受HIV感染的志愿者中是安全有效的。但是,迄今仍缺乏理想的疫苗在人類推廣應(yīng)用。
1.滅活疫苗 HIV經(jīng)滅活后,能以最自然的形式向免疫系統(tǒng)呈示Env蛋白,刺激B細(xì)胞產(chǎn)生大量的效價較高的保護性抗體。但是,該類疫苗可能存在含有某些活病毒的風(fēng)險,因此,要求失活程序相當(dāng)嚴(yán)格,而過于嚴(yán)格滅活處理又可能使HIV表面蛋白發(fā)生改變,使疫苗的效力降低甚至無效。另外,滅活疫苗所含的完整的病毒RNA仍有重組激活的可能。因此,研究者已放棄HIV滅活疫苗的研制。
2.減毒活疫苗 該類疫苗可激發(fā)機體產(chǎn)生體液免疫、細(xì)胞免疫和粘膜免疫,但HIV具有很高的基因突變率,且其遺傳物質(zhì)可整合到宿主細(xì)胞DNA中持續(xù)終身復(fù)制,造成不可預(yù)知的后果。減毒活疫苗可能在野生病毒株感染時發(fā)生重組而被激活,亦可能誘發(fā)腫瘤,故存在潛在的危害性,目前僅用在動物模型考察疫苗的效果。
3.活載體疫苗(live vector-based vaccine) 將HIV抗原(如gp120)基因克隆到一種不致病的病毒載體(或卡介苗)中,借助重組病毒在宿主細(xì)胞中表達(dá)HIV蛋白,從而誘發(fā)體液免疫和細(xì)胞免疫應(yīng)答。較為理想的病毒載體有痘病毒、金絲雀痘病毒(canarypox)、腺病毒、桿病毒等,其中,金絲雀痘病毒為鳥類病毒,在人體細(xì)胞中沒有完整的復(fù)制周期,不能組裝成新的病毒顆粒,但可啟動蛋白質(zhì)的合成,誘發(fā)包括CTL在內(nèi)的免疫應(yīng)答。腺病毒可產(chǎn)生粘膜免疫,這對防止HIV感染非常重要,但誘導(dǎo)的抗體水平低。活載體疫苗目前正在進行Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗。
4.亞單位疫苗 這是HIV疫苗研究的重點,其中研究最多的是gp160、gp120和gp41,因為這些糖蛋白位于病毒顆粒表面,在吸附與穿入靶細(xì)胞中起重要作用?筛鶕(jù)包膜蛋白的結(jié)構(gòu)特點來設(shè)計和改造免疫原,以誘生有效的中和抗體。研究發(fā)現(xiàn),①用細(xì)胞培養(yǎng)的HIV包膜糖蛋白(gp120)制備的亞單位疫苗,僅對同株病毒有預(yù)防作用,價格昂貴,對CD4+T淋巴細(xì)胞有傷害,目前僅試用于高危人群;②將gp120抗原決定簇基因在哺乳動物細(xì)胞中表達(dá)成功而制備的亞單位疫苗,經(jīng)黑猩猩免疫試驗,可產(chǎn)生中和抗體,對CD4+T淋巴細(xì)胞無毒性作用;③在節(jié)肢動物細(xì)胞中表達(dá)gp160而制備的疫苗,經(jīng)猴子、猩猩、小鼠試驗證明,能誘生中和抗體,美國FDA已批準(zhǔn)試用于人體,獲得較好的效果,誘導(dǎo)的抗體可中和多株病毒的致病作用;④在大腸桿菌中表達(dá)的HIV疫苗,抗原性強,對CD4+T淋巴細(xì)胞無損害,但只對同株病毒有預(yù)防作用。以上亞單位疫苗不能有效激活CTL細(xì)胞免疫應(yīng)答。
5.病毒樣顆粒疫苗 假病毒顆粒是一種與病毒顆粒十分相似的人造結(jié)構(gòu),它可將嵌在其上的Env蛋白呈示給免疫系統(tǒng),而且不含可能傳播HIV的基因,因此,該類疫苗比完整的滅活病毒安全,可激發(fā)機體對HIV的體液免疫。我國學(xué)者研制的假病毒顆粒疫苗經(jīng)動物實驗證實后,于2001年申請進入人體試驗階段,這是我國首次艾滋病疫苗人體試驗。
6.DNA疫苗 是指注入HIV-1的基因以模擬病毒感染,所表達(dá)的病毒蛋白以天然抗原的形式誘導(dǎo)較持久的細(xì)胞免疫和體液免疫。動物實驗表明,接種含有一個或多個HIV基因的DNA疫苗,可誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫應(yīng)答和針對各種相應(yīng)抗原的特異性體液免疫應(yīng)答。DNA疫苗Ⅰ期臨床試驗表明,DNA疫苗可誘導(dǎo)多種形式的免疫應(yīng)答,但這種免疫應(yīng)答不持續(xù)且具有明顯的個體差異。研究還發(fā)現(xiàn),在DNA疫苗免疫之初聯(lián)用亞單位疫苗,可促進體液免疫應(yīng)答提早出現(xiàn)。目前,DNA疫苗作為一種主要誘導(dǎo)病毒抗原特異性CTL應(yīng)答的免疫策略,對于HIV-1感染的防治具有重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。
疫苗研制存在的問題 人類已具有制備病毒疫苗的經(jīng)驗與能力,并有成功利用病毒疫苗消滅、預(yù)防和控制一些病毒性傳染病的范例,但在研制抗HIV疫苗中卻遇到了前所未有的困難,主要原因是:
1.HIV的高變異率。HIV基因特別是編碼外膜蛋白的env基因的高度變異,造成體內(nèi)大量HIV準(zhǔn)種的存在,且同一亞型之間缺乏明顯的保護作用,使得HIV能逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)視,這是疫苗研制的主要障礙。因此,可采用混合型疫苗依次免疫。
2.HIV的基因具有整合功能,潛伏于宿主細(xì)胞內(nèi),受感染細(xì)胞在其表面不表達(dá)或僅表達(dá)少量HIV抗原,造成“無抗原”狀態(tài)。
3.HIV能通過多核巨細(xì)胞的形成而在細(xì)胞之間直接擴散,不需接觸血液,故抗體雖能中和游離病毒,但不能阻止HIV通過細(xì)胞-細(xì)胞間蔓延。
4.HIV可直接侵犯免疫系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng),相應(yīng)抗體的保護作用差。
5.缺乏容易獲得、價格低廉、如實產(chǎn)生人類AIDS的動物模型,在很大程度上限制了疫苗免疫效果的評價。
因此,除了考慮安全性之外,新一代HIV-1侯選疫苗的研制還必須兼顧以下幾點:特定區(qū)域流行的優(yōu)勢株;有多個抗原決定簇,并考慮人群MHC的多態(tài)性;能同時誘導(dǎo)體液免疫和細(xì)胞免疫,以清除病毒感染細(xì)胞;剔除有負(fù)面作用的位點;明確HIV-1的基本中和表位,證實中和抗體的保護作用;誘導(dǎo)機體產(chǎn)生粘膜免疫;如何延長疫苗保護期等。為了誘發(fā)體液免疫和細(xì)胞免疫,可采用初免—加強免疫法(primeboost)接種,即首先接種能激發(fā)細(xì)胞免疫的疫苗,如攜帶多個HIV抗原基因的金絲雀痘病毒,然后再接種亞單位疫苗如HIV gp120,刺激抗體的產(chǎn)生,以加強或促進免疫應(yīng)答。
針對HIV/AIDS的治療,主要包括:①高效抗HIV治療;②宿主免疫重建;③治療機會性感染和惡性腫瘤。
(一) 抗HIV治療
研究表明,影響未經(jīng)治療患者預(yù)后的因素主要是:①病毒載量:任何階段的病毒水平都與病情發(fā)展有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)每ml血漿中HIV RNA拷貝數(shù)>30 000時,70%的患者在6年內(nèi)死亡。而HIV RNA拷貝數(shù)<500時,6年內(nèi)死去的人數(shù)所占比例不到1%;②CD4+T細(xì)胞水平:當(dāng)每ml血漿中HIVRNA拷貝數(shù)>30 000時,如果血液中CD4+細(xì)胞>500/mm3,則4年內(nèi)約50%患者死亡;若CD4+細(xì)胞<200/mm3,則90%的患者將在4年內(nèi)死亡。因此,抗病毒是治療AIDS的關(guān)鍵,宜在病人免疫系統(tǒng)尚未引起不可逆損傷前即開始治療,使病毒載量在盡可能長的時間內(nèi)處于較低的水平,或使每微升血液中CD4+細(xì)胞維持較高水平,對延長生命至關(guān)重要。
抗病毒藥物種類及作用機制 逆轉(zhuǎn)錄酶和蛋白酶已成為AIDS治療的理想靶位。目前,經(jīng)美國FDA批準(zhǔn)用于抗HIV 治療的藥物有三大類,即核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(nucleosidereverse transcriptase inhibitors,NRTIs)、非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(NNRTIs)和蛋白酶抑制劑(proteinaseinhibitors)(表11-3)。作用于其他部位的藥物,如抗整合酶、抗蛋白質(zhì)翻譯的藥物及有效抗結(jié)合藥尚處于研究階段(圖11-4)。
表11-3 抗HIV藥物的作用部位
病毒復(fù)制周期 | 作用機制 | 藥物舉例 |
吸附與穿入 逆轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄、翻譯與裝配 | 抑制HIV與靶細(xì)胞受體結(jié)合 抑制逆轉(zhuǎn)錄酶,阻止前病毒cDNA形成 抑制蛋白酶,干擾病毒顆粒成熟與裝配 | D4T、硫酸葡聚糖 核苷類抑制劑:ZDV、ddI、ddC、d4T、3TC。非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑:NVP、DLV、LOV SQV、RTV、IDV、NFV |
1.核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑 齊多夫定或疊氮胸苷(zidovudine,ZDV,原名AZT)是最早用于臨床和目前最常用的藥物,也是唯一被美國FDA批準(zhǔn)可單獨用于預(yù)防HIV-1母嬰傳播的藥物,在兒童中亦廣泛使用。AZT在體內(nèi)形成三磷酸化鹽,能競爭性抑制HIV逆轉(zhuǎn)錄酶,阻止其DNA鏈的延伸,從而有效地抑制HIV敏感株的復(fù)制,使血漿中的病毒RNA拷貝數(shù)迅速減少(圖11-7)。ZDV可于不同年齡(<3個月嬰兒除外)的各期病人,包括有中樞神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)的病人。用藥后,病人的CD4+細(xì)胞回升,免疫功能改善,推遲機會性感染、神經(jīng)疾病及腫瘤的發(fā)生,卡氏肺孢菌肺炎的病死率降低。但是,不能阻止AIDS的進展,長期單獨用藥易產(chǎn)生耐藥性,因不良反應(yīng)而停藥者約為9%。
圖11-7 逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑ZDV作用機制
以后依次推出的核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑有地達(dá)諾新(didanosine,ddI)、扎西他賓(zalcitabine,ddC)、司他夫定(stavudine,d4T)和拉米夫定(lamivudine,3TC)等。其中,ddI是目前治療HIV的一線藥物,適用于耐ZDV者或用ZDV后病情惡化或出現(xiàn)不良反應(yīng)難以繼續(xù)用藥者。d4T的抗病毒作用比ddI強,適用于對ZDV、ddI、ddC不能耐受或無效的患者。d4T不僅能更持久更顯著地增加CD4細(xì)胞數(shù)目,降低病毒載量,而且能明顯增加體重,改善患者身體一般狀況。3TC對HIV-1、HIV-2和耐ZDV的毒株均有活性,具有很強的抑制逆轉(zhuǎn)錄酶活性,單用時可使HIV-1感染者一周內(nèi)病毒載量下降10~100倍,若與AZT聯(lián)用有協(xié)同作用,使CD4淋巴細(xì)胞數(shù)量上升較快。
2.非核苷酸逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑 其作用機制與核苷類似物作用不同,它們與逆轉(zhuǎn)錄酶的特殊部位結(jié)合而抑制逆轉(zhuǎn)錄酶的功能。領(lǐng)先的化合物是nevirapine(NVP)、delavirdine(DLV)和 loviride(LOV),在體外作用很強,但病毒很快產(chǎn)生耐藥性。目前通過加大劑量,或與核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑和/或蛋白酶抑制劑聯(lián)用等,以減少耐藥性的發(fā)生。
3.蛋白酶抑制劑 通過抑制蛋白水解酶,進而阻止病毒多聚蛋白前體裂解,干擾Gap、Pol等蛋白的聚合,使病毒難以完成裝配,導(dǎo)致病毒復(fù)制終止,延緩HIV在細(xì)胞間蔓延。蛋白酶抑制劑是近年來開發(fā)的最有希望的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物。最先獲得FDA批準(zhǔn)的蛋白酶抑制劑是saquinavir(SQV),在體外,它是一種強有力的HIV復(fù)制的抑制劑。
蛋白酶抑制劑還有ritonavir(RTV)、indinavir(IDV)和nelfinavir(NFV),Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗顯示其生物利用度好,且毒性比許多核苷類藥物小。其中,ritonavir和indinavir的抗病毒活力最強,在治療HIV感染時發(fā)現(xiàn),它們單獨使用或與核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑聯(lián)用,幾乎可以使艾滋病死亡率及其晚期合并征的發(fā)生率減少一半,在12~16周內(nèi)可使血漿病毒載量減少1.5~2.0log,甚至減少到檢測不到的水平,同時CD4細(xì)胞數(shù)量明顯增加。目前主要用于治療進展期與晚期病人。
4.整合酶抑制劑 整合酶是理想的設(shè)計和篩選抗AIDS藥物的靶分子,因為整合酶是逆轉(zhuǎn)錄病毒基因表達(dá)和復(fù)制所必需的酶,宿主細(xì)胞內(nèi)不存在與該酶分子結(jié)構(gòu)類似的組分。
HIV耐藥性 HIV耐藥性的產(chǎn)生是長期抗病毒藥物治療的結(jié)果,是在活躍的復(fù)制過程中高頻率地自發(fā)突變的產(chǎn)物。HIV在人體內(nèi)每天可產(chǎn)生108~1010新病毒顆粒,而突變率為每復(fù)制周期3×10-5核苷。因此,HIV感染者體內(nèi)存在多種準(zhǔn)種耐藥變異毒株可能在藥物治療前已存在,使用藥物將選擇性抑制敏感株,耐藥株趁機大量復(fù)制而取代敏感株,導(dǎo)致治療失敗。
HIV對各種抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物耐藥性的產(chǎn)生機制可能是,在逆轉(zhuǎn)錄酶或蛋白酶的基因編碼區(qū)發(fā)生特異性的突變,致使單個氨基酸發(fā)生替換(圖11-8)。例如,用ZDV、ddC、ddI及d4T單藥治療6~12個月后可出現(xiàn)耐藥性,在逆轉(zhuǎn)錄酶第41、67、70、210、215和219位密碼子上發(fā)生突變,可導(dǎo)致對ZDV等耐藥。HIV-1多重耐藥性的產(chǎn)生與逆轉(zhuǎn)錄酶基因的69~70位密碼子之間插入一個6bp的片段有關(guān)。單個突變體引起低水平耐藥,對ZDV高水平耐藥則需要發(fā)生4種突變,即連續(xù)積累多重變異將發(fā)展為高水平耐藥。無癥狀者經(jīng)治療后,突變的出現(xiàn)是有一定規(guī)律,首先出現(xiàn)在70位密碼子,然后依此為密碼子215、41、67、219位突變。在逆轉(zhuǎn)錄酶基因第74或184位密碼子上發(fā)生突變和ddC與ddI之間的交叉耐藥有密切關(guān)系,第65、69、74和184位密碼子上的變異與ddC耐藥性有關(guān)。
耐藥性的出現(xiàn)提示體外檢測病毒藥物敏感性的重要性。目前需檢測HIV藥物敏感性的適應(yīng)征有:在用抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物治療后,HIV感染仍在發(fā)展,如血中HIVRNA濃度增高,或CD4+T細(xì)胞數(shù)量減少;用無環(huán)鳥苷治療HSV或VZV感染失敗,或出現(xiàn)新的皮膚損害;用丙氧鳥苷治療期間CMV感染仍不斷加重。一般認(rèn)為,經(jīng)化學(xué)藥物治療后,HIV感染者每隔3~6個月應(yīng)監(jiān)測一次CD4細(xì)胞數(shù)量或病毒載量。如CD4細(xì)胞數(shù)量下降或上升后又下降,以及病毒載量的下降值<0.5log或反而增加,均為耐藥性產(chǎn)生或藥物無效的依據(jù)。
圖11-8 HIV耐核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑基因突變位點
高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法 反對單藥治療、間斷治療及不足量治療也許是減少耐藥性產(chǎn)生的有效措施。目前公認(rèn)的最有效的抗HIV療法是美籍華裔何大一教授首創(chuàng)的“雞尾酒療法”,現(xiàn)稱為“高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法”(highlyactive anti-retroviral therapy,HAART),即3種藥物聯(lián)用,即2種逆病毒轉(zhuǎn)錄酶抑制劑(ZDV、ddI、ddC或3Tc)和1種蛋白酶抑制劑。經(jīng)治療后,病人血漿中的HIVRNA拷貝數(shù)顯著下降,甚至達(dá)到檢測不到的程度,病人的CD4細(xì)胞數(shù)量上升,機會性感染和腫瘤發(fā)病率平均下降80%~90%,病情顯著好轉(zhuǎn),有的病人已經(jīng)存活2年,病人的死亡數(shù)比單用ZDV治療時下降了2/3,并且能延緩耐藥株的出現(xiàn)。因此,該療法給艾滋病人帶來一線曙光。
然而,聯(lián)合用藥也有致命的難點,其一,耐藥性問題:病毒對化療藥物產(chǎn)生耐藥性是其生物學(xué)本能。經(jīng)過長期治療后,HIV易于發(fā)生耐藥性變異。聯(lián)合用藥只是推遲耐藥性產(chǎn)生而不可能根除耐藥;其二,藥物的過敏及毒副作用:用藥越多,過敏的機會越多。用藥越久,毒副作用積累越不可避免;其三,單純抗病毒療法不可能治愈艾滋。核幬锫(lián)合治療可殺滅活化的感染細(xì)胞中HIV,但對淋巴組織和神經(jīng)組織中潛伏感染的病毒cDNA卻不能識別,無能為力。在這些細(xì)胞中,HIV核酸即使達(dá)到測不出的水平卻能低水平復(fù)制,如果一旦停藥,則感染細(xì)胞很快活化,病毒載量大幅度上升;其四,治療費用昂貴:每名AIDS患者每年需花費2.5萬美元,無法在發(fā)展中國家普及應(yīng)用。
基因療法 HIV基因組結(jié)構(gòu)和復(fù)制周期的闡明為HIV感染的基因治療打開了希望之門;虔煼ㄖ饕ǎ▍⒁姷12章):
(1)轉(zhuǎn)移“自殺”基因,該基因只能在HIV感染細(xì)胞表達(dá),從而破壞病毒感染細(xì)胞。
(2)將干擾病毒復(fù)制周期不同階段的基因?qū)際IV易感細(xì)胞,減少病毒的復(fù)制,推遲AIDS的發(fā)生?赏ㄟ^反義RNA、核酶、RNA引誘劑等滅活或干擾調(diào)節(jié)基因tat或rev,以阻止受感染細(xì)胞制造關(guān)鍵的病毒蛋白,從而遏制病毒的復(fù)制和CD4+T細(xì)胞的耗損(圖11-9)。
圖11-9 核酶作用機制
(3)增強感染細(xì)胞的免疫原性或異源表達(dá)病毒抗原,通過宿主免疫系統(tǒng)消除靶細(xì)胞;虔煼ǹ杀苊庖虿《窘Y(jié)構(gòu)多變性帶來的治療上的失敗。
近年來,HIV輔助受體的發(fā)現(xiàn)為治療AIDS開辟了新途徑。研究發(fā)現(xiàn),如果CCR5基因發(fā)生缺失突變(如失去32bp),則不能編碼正常的CCR5受體蛋白,HIV就不能侵入巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞中,即攜帶CCR5缺失突變基因的人對HIV具有抵抗力。因此,以輔助受體為靶標(biāo),可采用以下策略治療HIV/AIDS:
(1)利用天然趨化因子類似物、一些低分子化合物或多肽、單克隆抗體封閉輔助受體CXCR4或CCR5,從而阻斷HIVgp120/p41與靶細(xì)胞m.zxtf.net.cn/yaoshi/膜上輔助受體的相互作用,阻止HIV的感染和AIDS的進展(圖11-10)。
圖11-10 輔助受體類似物阻斷HIV侵入靶細(xì)胞
(2)通過ex vivo法,在體外將造血干細(xì)胞中的CCR5基因突變?yōu)椤?2等位基因,再回輸給HIV感染者,使患者T細(xì)胞不能產(chǎn)生正常的CCR5。
(3)阻止輔助受體的表達(dá)。我國學(xué)者首次提出和建立了“細(xì)胞內(nèi)趨化因子”的新思路,將趨化因子的基因修飾后,導(dǎo)入人T淋巴細(xì)胞中表達(dá),在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中與新合成的HIV輔助受體結(jié)合,使輔助受體滯留在細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中,不能被運輸和呈現(xiàn)在細(xì)胞表面。CD4細(xì)胞表面缺少輔助受體,故不被HIV侵入。亦可采用細(xì)胞內(nèi)抗體與靶分子受體結(jié)合,阻止輔助受體在細(xì)胞外的表達(dá)和功能的發(fā)揮。
(4)利用CCR5特異的核酶在體內(nèi)降解CCR5 mRNA。
(5)利用CCR5做導(dǎo)向蛋白,將自殺基因?qū)氡磉_(dá)gp120/p41的細(xì)胞中,殺死受HIV感染的細(xì)胞。
上述方法均能限制HIV擴散,但卻通過兩種不同途徑實現(xiàn)。第一種途徑是通過作用于細(xì)胞水平殺死HIV感染細(xì)胞,如自殺基因轉(zhuǎn)入感染細(xì)胞導(dǎo)致細(xì)胞死亡,該細(xì)胞毒作用可通過直接途徑(如編碼白喉毒素)或間接途徑(如藥物前體激酶系統(tǒng))實現(xiàn),也可通過增強機體免疫力實現(xiàn)。第二種途徑是作用于分子水平,該方法不是直接殺死靶細(xì)胞,而是通過轉(zhuǎn)基因干擾病毒的轉(zhuǎn)錄、翻譯和釋放等環(huán)節(jié),阻止產(chǎn)生新的病毒顆粒,即細(xì)胞內(nèi)免疫。
中草藥制劑療法 自1985年開始,我國對應(yīng)用中草藥治療艾滋病進行了廣泛的研究,至1998年底已測定1000多種中草藥,發(fā)現(xiàn)60多種中草藥具有抗HIV的活性。結(jié)合現(xiàn)代藥理和傳統(tǒng)醫(yī)學(xué),按照中草藥復(fù)方配伍原則,辨證施治。經(jīng)臨床驗證取得了明顯的療效,為AIDS的治療提供又一有效的選擇。
治療的時機和選用藥物的原則 對于無癥狀的HIV-1感染是否給予治療仍存在爭議,但大多數(shù)人支持“越早、越狠和越好”(earlyand hard)的觀點,即凡HIV RNA>5 000~10 000拷貝/ml血漿,均推薦立即治療。最初的治療方案應(yīng)含有1種強有力的蛋白酶抑制劑和2種核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑,以盡早降低病毒載量至極低水平,達(dá)到最長久、最有效的抗病毒性能。如因毒性而改變治療方案,則可選用容易耐受、能長期堅持的藥物。如因治療失敗,則應(yīng)選用與原來的藥物無交叉耐藥的更強有力的藥物。應(yīng)教育患者按時、正確地服藥,按時隨訪。
很晚期的病人或CD4<50/mm3者,因持續(xù)抗病毒治療產(chǎn)生明顯的毒性和/或有生存質(zhì)量問題時,也許需停止抗病毒治療。
(二)宿主免疫功能的重建
實踐表明,沒有成功的免疫重建,就不會有真正成功的抗病毒治療;謴(fù)或重建患者免疫功能的方法有:①IL-2有促進T細(xì)胞繁殖的作用,患者可接受低劑量的IL-2治療;②將能保護細(xì)胞免疫HIV攻擊的HIV基因?qū)朐煅杉?xì)胞,再行體外擴增,轉(zhuǎn)化為對HIV具有抗性的T細(xì)胞,回輸給患者,以獲得持久的免疫重建;③從患者體內(nèi)分離出干細(xì)胞,并在實驗室條件下繁殖,然后將擴增了的細(xì)胞群體回輸入患者體內(nèi),以補償因HIV感染而損傷的免疫細(xì)胞。
(三)常見機會性感染的治療
對機會性感染應(yīng)依不同病原體,給予適當(dāng)治療,這是改善生活質(zhì)量、延長生存時間的重要措施?ㄊ戏捂呔窝壮S梦焱殡撸╬entamidine)、磺胺甲噁唑/甲氧芐啶等?谇话准俳z酵母菌感染可用克霉唑或制霉菌素,全身感染可用氟康唑或兩性霉素B。隱球菌感染常聯(lián)用兩性霉素B與氟胞嘧啶。鳥-胞內(nèi)鳥分枝桿菌感染用乙胺丁醇加利福平或氟苯吩嗪加環(huán)丙沙星。治療肺結(jié)核的方案,與無HIV合并感染者相同。單純皰疹、帶狀皰疹可用無環(huán)鳥苷或丙氧尿苷,巨細(xì)胞病毒感染可用丙氧尿苷、膦甲酸鈉等。由于AIDS患者免疫功能陷于癱瘓,對機會性感染和惡性腫瘤的治療不易見效。
(馬桂章 廣州醫(yī)學(xué)院)