《病毒学报》网络论文：人类免疫缺陷病毒感染与肠道菌群的变化研究进展

病毒学报 病毒学报 Chinese ournal of virology 2切Ss1008CN11!65/R 《病毒学报》网络首发论文 题目 人类免疫缺陷病毒感染与肠道菌群的变化研究进展 作者 余邹邹,李云,宋银宏 DOI 10. 13242/j cnki. bingduxuebao. 003358 收稿日期 2017-10-10 网络首发日期:2018-04-09 引用格式: 余邹邹,李云,宋银宏.人类免疫缺陷病毒感染与肠道菌群的变化研究进展.病 毒学报.htps:/ doi. org/10.13242 j cnki. bingduxuebao.003358 n*知 www.cnki.net 网络首发:在编辑部工作流程中,稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶 段。录用定稿指内容已经确定,且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期 刊特定版式(包括网络呈现版式)排版后的稿件,可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出 版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出 版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定:学术研究成果具有创新性、科学性和先进性,符合编 辑部对刊文的录用要求,不存在学术不端行为及其他侵权行为:稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑 出版的技术标准,正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等 为确保录用定稿网络首发的严肃性,录用定稿一经发布,不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容, 只可基于编辑规范进行少量文字的修改 出版确认:纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊(光盘版)》电子杂志社有限公司签约,在《中国 学术期刊(网络版)》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版,以单篇或整期出版形式,在印刷 出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊(网络版)》是国家新闻出 版广电总局批准的网络连续型出版物(ISSN2096-4188,CN116037/Z),所以签约期刊的网络版上网络首 发论文视为正式出版

病毒学报 Chinese Journal of Virology ISSN 1000-8721,CN 11-1865/R 《病毒学报》网络首发论文 题目： 人类免疫缺陷病毒感染与肠道菌群的变化研究进展 作者： 余邹邹，李云，宋银宏 DOI： 10.13242/j.cnki.bingduxuebao.003358 收稿日期： 2017-10-10 网络首发日期： 2018-04-09 引用格式： 余邹邹，李云，宋银宏．人类免疫缺陷病毒感染与肠道菌群的变化研究进展．病 毒学报. https://doi.org/10.13242/j.cnki.bingduxuebao.003358 网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶 段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期 刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出 版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出 版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编 辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、 出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。 为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容， 只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国 学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷 出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出 版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首 发论文视为正式出版

DOl:10.13242/ cnki. bingduxuebao.003358网络首发时间:2018-04-0909:06:20 网络首发地址:http://kns.cnki.net/kcms/detai/11.1865.r.20180408.1518.004.html 病毒学报 CHINESE JOURNAL OF VIROLOGY 人类免疫缺陷病毒感染与肠道菌群的变化研究进展 余邹邹1,李云12,宋银宏1 (1.三峡大学医学院,感染与炎症损伤研究所宜昌443002;2.三峡大学人民医院,心内科宜昌443000) 摘要:人类免疫缺陷病毒(HIV)感染CD4T细胞,造成免疫系统功能紊乱,导致适应性免疫和固有免疫均发生异 常。肠道是人体重要的CD4+T细胞库,因此,肠道也是病毒感染的主要目标,此外,人肠道内居住着数以亿计的微 生物,近年来发现这些微生物群在人类健康中起关键作用。HIV感染除了直接改变肠道CD4+T细胞组成,也改变 了肠道微生物的组成和功能。本文综述了HIV引起的肠道微生物改变,并探讨这些改变在HIV感染个体中产生的 局部及系统效应与相关的系统病理损伤,以及用肠道微生物进行靶向调节HIV感染和相关治疗的研究进展。 关键词:HIVv;AIDS;肠道;微生物群;CD4+T细胞 中图分类号:R373.9文献标识码:A 自美国1981年报道首例获得性免疫缺陷综合提供庇护场所,并且进一步损伤肠道粘膜屏障功 征( acquired immunodeficiency syndrome,AIs)以能,导致细菌成分渗漏至主循环中。通过这些潜在 来,其致病因子人类免疫缺陷病毒( human immuno-的机制,HIⅤ感染造成长期免疫性疾病、感染、代谢 deficiency virus,HⅣV,最初被法国巴斯德研究所病及肿瘤,这些表现即为HV的“炎性衰老”(in Bare- Senoussi报道为T淋巴细胞逆转录病毒)amm- aging)4。本文着重阐述HV、宿主肠道及 对人类免疫系统特别是对CD4+T细胞的损伤效应肠道微生物群复杂的相互关系,以及这些相互作用 已得到深入研究。高效抗逆转录病毒疗法( highly可能造成宿主免疫及非免疫的后果。 active antiretroviral therapy, HAART)是由三种或三1HV感染后肠道免疫反应的变化 种以上针对HIV病毒生命周期不同阶段的药物组 HIV的感染分为急性期、慢性潜伏期及晚期 合的疗法,此疗法使HIV相关的发病率和死亡率显其临床表现与宿主免疫缺陷出现相关。CD4+T细 著下降,但HART并不能彻底清除体内的HIV。胞减少贯穿于所有阶段,其原因是慢性系统性的免 与此同时,有效的抗逆转录病毒疗法( antiretroviral疫激活,使共受体表达增强,病毒进入未感染的T therapy,ART)常伴随着长期HIV感染及治疗相关细胞,产生细胞病变效应以及细胞毒性T细胞攻击 的心血管疾病、神经系统疾病、肿瘤、骨疾病及其他感染细胞,从而使被感染的CD4+T细胞死亡。晚 代谢疾病等23。关于病毒对宿主产生不利影响的期阶段,病毒载量上升,循环CD4+T细胞数量下降 许多机制至今仍不清楚 至200个/mm3,同时出现多种机会性感染以及免疫 肠道微生物包括细菌、真菌及病毒等。HIV感缺陷相关的肿瘤和神经性疾病。在过去的20多 染引起肠道微生物的变化主要指肠道细菌的变化。年里,联合抗逆转录病毒治疗( combined antiretrovi 近来肠道细菌已成为HIV研究的一个热点。肠道 ral therapy,cART)疗法已成功减少了血浆病毒载 细菌可能在与HIV感染的许多疾病表现中起直接量,甚至在血浆中检测不到病毒,因此在接受治疗 作用:在局部促进病毒感染,给病毒抵抗ART治疗的病人中,AIDS相关的病理现象显著减少。 1.1HV感染急性期肠道免疫反应的变化 收稿日期:2017-10-10;修回日期:2017-1027 在HIV感染急性期,最初明显的CD4+T细胞 基金项目:国家自然科学基金(81671397),题目:含穿膜肽重组 转录因子FOXN1-TAT对衰老小鼠胸腺重建的作用及其细胞和减少通常发生在肠道粘膜,可能是由于与外周血相 比,肠道中CD4+T细胞高表达CCR5共受体,HIV 作者简介:余邹邹(199-)男(汉族)湖北宜昌,临床医学本易于进入并复制。猴免疫缺陷病毒感染模型已表 科生;李云(1977—),女(汉族),湖北宜昌,副主任医师 明,肠道CD4T细胞的快速删除发生于感染后7天 ←通讯作者:宋银宏,女,(1972一),博士,副教授,硕土研究生 内口。在急性感染早期,粘膜内活化的记忆性CD4+ 导师,从事感染免疫与免疫器官发育研究,邮箱:syh728126 及CD8T细胞均会发生凋亡,损伤粘膜屏障功能, 这是由于炎性细胞因子TNF-a,Ⅱ-6及IL-8的

病 毒 学 报 CHINESE JOURNAL OF VIROLOGY 人类免疫缺陷病毒感染与肠道菌群的变化研究进展 余邹邹 1# ，李云 1，2# ，宋银宏 1* （1.三峡大学医学院，感染与炎症损伤研究所 宜昌 443002；2.三峡大学人民医院，心内科 宜昌 443000） 摘要：人类免疫缺陷病毒（HIV）感染 CD4+ T 细胞，造成免疫系统功能紊乱，导致适应性免疫和固有免疫均发生异 常。肠道是人体重要的 CD4+ T 细胞库，因此，肠道也是病毒感染的主要目标，此外，人肠道内居住着数以亿计的微 生物，近年来发现这些微生物群在人类健康中起关键作用。HIV 感染除了直接改变肠道 CD4+ T 细胞组成，也改变 了肠道微生物的组成和功能。本文综述了 HIV 引起的肠道微生物改变，并探讨这些改变在 HIV 感染个体中产生的 局部及系统效应与相关的系统病理损伤，以及用肠道微生物进行靶向调节 HIV 感染和相关治疗的研究进展。 关键词：HIV；AIDS；肠道；微生物群；CD4+ T 细胞 中图分类号：R373.9 文献标识码：A 自美国 1981 年报道首例获得性免疫缺陷综合 征（acquired immunodeficiency syndrome，AIDS）以 来，其致病因子人类免疫缺陷病毒（human immuno⁃ deficiency virus，HIV，最 初 被 法 国 巴 斯 德 研 究 所 Barré- Sinoussi 报道为 T 淋巴细胞逆转录病毒［1］ ） 对人类免疫系统特别是对 CD4+ T 细胞的损伤效应 已得到深入研究。高效抗逆转录病毒疗法（highly active antiretroviral therapy，HAART）是由三种或三 种以上针对 HIV 病毒生命周期不同阶段的药物组 合的疗法，此疗法使 HIV 相关的发病率和死亡率显 著下降，但 HAART 并不能彻底清除体内的 HIV。 与此同时，有效的抗逆转录病毒疗法（antiretroviral therapy，ART）常伴随着长期 HIV 感染及治疗相关 的心血管疾病、神经系统疾病、肿瘤、骨疾病及其他 代谢疾病等［2，3］ 。关于病毒对宿主产生不利影响的 许多机制至今仍不清楚。 肠道微生物包括细菌、真菌及病毒等。HIV 感 染引起肠道微生物的变化主要指肠道细菌的变化。 近来肠道细菌已成为 HIV 研究的一个热点。肠道 细菌可能在与 HIV 感染的许多疾病表现中起直接 作用：在局部促进病毒感染，给病毒抵抗 ART 治疗 提供庇护场所，并且进一步损伤肠道粘膜屏障功 能，导致细菌成分渗漏至主循环中。通过这些潜在 的机制，HIV 感染造成长期免疫性疾病、感染、代谢 病 及 肿 瘤 ，这 些 表 现 即 为 HIV 的“ 炎 性 衰 老 ”（in⁃ flamm-aging）［4］ 。本文着重阐述 HIV、宿主肠道及 肠道微生物群复杂的相互关系，以及这些相互作用 可能造成宿主免疫及非免疫的后果。 1 HIV 感染后肠道免疫反应的变化 HIV 的感染分为急性期、慢性潜伏期及晚期， 其临床表现与宿主免疫缺陷出现相关。CD4+ T 细 胞减少贯穿于所有阶段，其原因是慢性系统性的免 疫激活，使共受体表达增强，病毒进入未感染的 T 细胞，产生细胞病变效应以及细胞毒性 T 细胞攻击 感染细胞，从而使被感染的 CD4+ T 细胞死亡。晚 期阶段，病毒载量上升，循环 CD4+ T 细胞数量下降 至 200 个/mm3 ，同时出现多种机会性感染以及免疫 缺陷相关的肿瘤和神经性疾病［5］ 。在过去的 20 多 年里，联合抗逆转录病毒治疗（combined antiretrovi⁃ ral therapy，cART）疗法已成功减少了血浆病毒载 量，甚至在血浆中检测不到病毒，因此在接受治疗 的病人中，AIDS 相关的病理现象显著减少。 1.1 HIV 感染急性期肠道免疫反应的变化 在 HIV 感染急性期，最初明显的 CD4+ T 细胞 减少通常发生在肠道粘膜，可能是由于与外周血相 比，肠道中 CD4+ T 细胞高表达 CCR5 共受体，HIV 易于进入并复制［6］ 。猴免疫缺陷病毒感染模型已表 明，肠道 CD4+T 细胞的快速删除发生于感染后 7 天 内［7］ 。在急性感染早期，粘膜内活化的记忆性 CD4+ 及 CD8+ T 细胞均会发生凋亡，损伤粘膜屏障功能， 这是由于炎性细胞因子 TNF-α，IL-6 及 IL-8 的 收稿日期：2017⁃10⁃10；修回日期：2017⁃10⁃27 基金项目：国家自然科学基金（81671397），题目：含穿膜肽重组 转录因子 FOXN1- TAT 对衰老小鼠胸腺重建的作用及其细胞和 分子机制的研究 作者简介：余邹邹（1996-），男（汉族），湖北宜昌，临床医学本 科生；李云（1977-），女（汉族），湖北宜昌，副主任医师 ∗ 通讯作者：宋银宏，女，（1972-），博士，副教授，硕士研究生 导师，从事感染免疫与免疫器官发育研究，邮箱：syh728@126.com DOI：10.13242/j.cnki.bingduxuebao.003358 网络首发时间：2018-04-09 09:06:20 网络首发地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1865.R.20180408.1518.004.html

病毒学报 分泌及活化破坏了紧密联结所导致的。由此可物的影响 见,虽然HIV感染急性期,外周血被感染的CD4+T2H感染进展与肠道微生物的变化 细胞特别少(0.01%~1%),但在肠道中,由于病2.1HIV阳性感染者和健康人的肠道微生物的 毒直接攻击和诱导肠黏膜的CD4+T细胞凋亡,使差异 肠道内CD4+T细胞大量快速减少,这些CD4+T细 时至今日,在HIV感染进展的随访中,CD4+T 胞主要是来自肠道存在淋巴组织中的活化的记忆细胞计数仍然是实验室检测的主要指标,然而,越 性CD4+T细胞亚群及Th17细胞,然后又需不断来越多的实验表明肠道微生物和HV感染亦有相 地从胸腺等处补充或循环的T细胞增殖来维持,最关性,因而也可能作为HIV感染的指证。人肠道上 后就会导致CD4+T细胞的负平衡 皮细胞层具有复杂的微生态系统,其微生物数量超 1.2HIV感染慢性期肠道免疫反应的变化 出宿主细胞10—100倍。正常肠道微生物群对于免 慢性HIⅤ感染导致肠道来源的CD4+T细胞再疫自稳非常关键,肠道免疫的破坏会造成肠道生态 次减少,并显著影响了肠道的生理功能,也导致了失调,肠道生态失调反过来又造成粘膜和外周的慢 肠道及上皮网络的失衡;此外,也会导致诸如性炎症,HV阳性个体中一般都有肠道生态失调造 Th7及CD103树突状细胞(DC)等关键免疫细胞成的粘膜和外周的慢性炎症。 Lozupone等发现 的减少及功能异常2。HV阳性病人血浆脂多糖HV阳性个体肠道微生物与HV阴性个体相比,普 ( lipopolysaccharide,LPS)的升高放大了肠道微生物氏菌属明显增多;然而这种微生物增多的效应至今 的易位,也与活化的CD8+T细胞数目相关,并且会仍不清楚。 Vazquez- Castellanos等则发现HIV 诱导单核细胞的慢性活化。 Dillon等还发现结肠阳性和对照组个体相比较,普氏菌属( Prevotella)及 内NKp44+固有淋巴细胞(NKp44+ innate lymphoid琥珀酸弧菌属( Succinivibriothese)在HIV阳性组中 cels,ILCs)表达的IFNx在HIV-1感染者体内明富集,拟杆菌属( Bacteroides)及粪杆菌( Faecalibac 显升高,与相对丰富的有害性的黄单胞菌科(Xan- terun)在健康人中富集。这些典型组分(也称为 thomonadaceae)和普氏菌科( Prevotellaceae)数量成第一主成分)与疾病进展的免疫分子之间具有一定 正相关,并活化结肠内成熟DC和T细胞,这提示炎的相关性。特别是HIV微生物群相关的第一主成 症性ILCs可能导致肠道粘膜和上皮屏障破坏,因此分和C反应蛋白(CRP)水平,及T细胞活化标记 Dillon等认为这是HIV-1感染导致肠道粘膜疾病如CD4+HLA-DR+CD38+,CD4+CD25+,CD8 的重要原因。Lu等证实,在肠系膜淋巴结中,HLA-DR+CD38+,及CD8+CD38+T细胞的百分 CD8+T细胞转变成CD4Foxp3调节T细胞,丰富比)一起变化。然而这些关联的因果关系并不清 了大肠固有层并抑制了化学或免疫介导的炎症损楚,这些关联也许是潜在的HIV感染中微生物失调 伤。在无菌条件下,转换的CD4+T细胞在肠系膜淋的重要机制。Elis等通过对16sRNA的定量分 巴结中表达,但在大肠固有层中不表达,肠道微生析,发现一般的16 SrRNA的总量在HIV阳性个体 物群的存在放大了宿主体内的内源可塑性,从而导和对照组中并无差异,然而,与对照组相比,HIV阳 致肠道粘膜的免疫耐受,这可能与HIⅤ感染、肿瘤性个体的革兰阴性的肠杆菌比例有增高的趋势1。 和自身免疫功能紊乱有关。Hel等还证实,接受 Perez- Santiago等发现乳酸杆菌目和CD4+T细胞 抗逆转录病毒治疗的HIV-1感染者肠道能分泌针计数呈明显正相关,甚至在ART治疗后也持续相 对特定种类肠道微生物和食物抗原的抗体,其中关。近来, Monaco等人报道了HVv阳性病人的 IgM水平显著升高,lgA/lgM和lgG/IgM抗体比率免疫缺陷与肠道微生物,特别是其中的病毒组分之 下降,这是由于粘膜B细胞从IgM向其他类型转换间存在相关性。较低的外周T细胞数量和总的 能力的降低,限制了其对肠道内抗原种类变化反应系统发育多样性的减少及肠道细菌种群的丰度有 的能力。微生物群特异性IgA和IgG能力下降可能关系,然而,特异的细菌,如和炎症相关且可能引起 导致微生物抗原穿过肠道体液免疫屏障并播散,从AIDS相关肠病的肠杆菌科,其数量又有增加。 而导致HIV感染者产生慢性炎症。因此,HIV感肠道内共生微生物群的改变与HV阳性感染者的 染由于CD4T细胞减少及免疫调节会对肠道免疫肠道免疫现象之间的相互作用决定机制值得进 功能造成复杂的影响,而且这一过程受到肠道微生步研究

病 毒 学 报 分泌及活化破坏了紧密联结所导致的［8］ 。由此可 见，虽然 HIV 感染急性期，外周血被感染的 CD4+ T 细胞特别少（ 0.01%～1% ）［9］ ，但在肠道中，由于病 毒直接攻击和诱导肠黏膜的 CD4 + T 细胞凋亡，使 肠道内 CD4+ T 细胞大量快速减少，这些 CD4+ T 细 胞主要是来自肠道存在淋巴组织中的活化的记忆 性 CD4+T 细胞亚群及 Th17 细胞［10］ ，然后又需不断 地从胸腺等处补充或循环的 T 细胞增殖来维持，最 后就会导致 CD4+ T 细胞的负平衡。 1.2 HIV 感染慢性期肠道免疫反应的变化 慢性 HIV 感染导致肠道来源的 CD4+ T 细胞再 次减少，并显著影响了肠道的生理功能，也导致了 肠 道 及 上 皮 网 络 的 失 衡［11］ ；此 外 ，也 会 导 致 诸 如 Th17 及 CD103+ 树突状细胞（DC）等关键免疫细胞 的减少及功能异常［12］ 。HIV 阳性病人血浆脂多糖 （lipopolysaccharide，LPS）的升高放大了肠道微生物 的易位，也与活化的 CD8+ T 细胞数目相关，并且会 诱导单核细胞的慢性活化［8］ 。Dillon 等还发现结肠 内 NKp44+ 固有淋巴细胞（NKp44+ innate lymphoid cells，ILCs）表达的 IFNɣ 在 HIV-1 感染者体内明 显升高，与相对丰富的有害性的黄单胞菌科（Xan⁃ thomonadaceae）和普氏菌科（Prevotellaceae）数量成 正相关，并活化结肠内成熟 DC 和 T 细胞，这提示炎 症性 ILCs 可能导致肠道粘膜和上皮屏障破坏，因此 Dillon 等认为这是 HIV-1 感染导致肠道粘膜疾病 的重要原因［12］ 。Lui 等证实，在肠系膜淋巴结中， CD8+ T 细胞转变成 CD4+ Foxp3+ 调节 T 细胞，丰富 了大肠固有层并抑制了化学或免疫介导的炎症损 伤。在无菌条件下，转换的 CD4+T 细胞在肠系膜淋 巴结中表达，但在大肠固有层中不表达，肠道微生 物群的存在放大了宿主体内的内源可塑性，从而导 致肠道粘膜的免疫耐受，这可能与 HIV 感染、肿瘤 和自身免疫功能紊乱有关［13］ 。Hel 等还证实，接受 抗逆转录病毒治疗的 HIV-1 感染者肠道能分泌针 对特定种类肠道微生物和食物抗原的抗体，其中 IgM 水平显著升高，IgA/IgM 和 IgG/IgM 抗体比率 下降，这是由于粘膜 B 细胞从 IgM 向其他类型转换 能力的降低，限制了其对肠道内抗原种类变化反应 的能力。微生物群特异性 IgA 和 IgG 能力下降可能 导致微生物抗原穿过肠道体液免疫屏障并播散，从 而导致 HIV 感染者产生慢性炎症［14］ 。因此，HIV 感 染由于 CD4+ T 细胞减少及免疫调节会对肠道免疫 功能造成复杂的影响，而且这一过程受到肠道微生 物的影响。 2 HIV 感染进展与肠道微生物的变化 2.1 HIV 阳 性 感 染 者 和 健 康 人 的 肠 道 微 生 物 的 差异 时至今日，在 HIV 感染进展的随访中，CD4+ T 细胞计数仍然是实验室检测的主要指标，然而，越 来越多的实验表明肠道微生物和 HIV 感染亦有相 关性，因而也可能作为 HIV 感染的指证。人肠道上 皮细胞层具有复杂的微生态系统，其微生物数量超 出宿主细胞 10-100 倍。正常肠道微生物群对于免 疫自稳非常关键，肠道免疫的破坏会造成肠道生态 失调，肠道生态失调反过来又造成粘膜和外周的慢 性炎症，HIV 阳性个体中一般都有肠道生态失调造 成的粘膜和外周的慢性炎症［15］ 。Lozupone 等发现 HIV 阳性个体肠道微生物与 HIV 阴性个体相比，普 氏菌属明显增多；然而这种微生物增多的效应至今 仍不清楚［15］ 。Vázquez-Castellanos 等则发现 HIV 阳性和对照组个体相比较，普氏菌属（Prevotella）及 琥珀酸弧菌属（Succinivibriothese）在 HIV 阳性组中 富集，拟杆菌属（Bacteroides）及粪杆菌（Faecalibac⁃ terium）在健康人中富集［16］ 。这些典型组分（也称为 第一主成分）与疾病进展的免疫分子之间具有一定 的相关性。特别是 HIV 微生物群相关的第一主成 分 和 C 反 应 蛋 白（CRP）水 平 ，及 T 细 胞 活 化 标 记 （如 CD4+ HLA- DR+ CD38+ ，CD4+ CD25+ ，CD8+ HLA- DR+ CD38+ ，及 CD8+ CD38+ T 细胞的百分 比）一起变化。然而这些关联的因果关系并不清 楚，这些关联也许是潜在的 HIV 感染中微生物失调 的重要机制［16］ 。Ellis 等通过对 16S rRNA 的定量分 析，发现一般的 16SrRNA 的总量在 HIV 阳性个体 和对照组中并无差异，然而，与对照组相比，HIV 阳 性个体的革兰阴性的肠杆菌比例有增高的趋势［17］ 。 Pérez-Santiago 等发现乳酸杆菌目和 CD4+ T 细胞 计数呈明显正相关，甚至在 ART 治疗后也持续相 关［18］ 。近来，Monaco 等人报道了 HIV 阳性病人的 免疫缺陷与肠道微生物，特别是其中的病毒组分之 间存在相关性［19］ 。较低的外周 T 细胞数量和总的 系统发育多样性的减少及肠道细菌种群的丰度有 关系，然而，特异的细菌，如和炎症相关且可能引起 AIDS 相关肠病的肠杆菌科，其数量又有增加［19］ 。 肠道内共生微生物群的改变与 HIV 阳性感染者的 肠道免疫现象之间的相互作用决定机制值得进一 步研究。 · 2 ·

余邹邹,等.人类免疫缺陷病毒感染与肠道菌群的变化研究进展 22药物治疗与HⅣⅴ阳性感染者肠道微生物的性病。然而,尽管病毒载量被抑制,免疫亦可重建 变化 但感染个体仍面对预期寿命减少及发病率和死亡 ART治疗过的病人中,在病毒被抑制时,其微率的增加。HⅣV的慢性化带来了后期进展及治疗 生物菌群并没有完全恢复至HV阴性水平。Vi-的挑战,因为慢性感染病人具有多样的非AIS失 lanueva- Millan等证实核苷类逆转录酶抑制剂(nu-调症,这些与长期病毒感染、ART治疗、免疫失调及 cleoside reverse transcriptase inhibitors, NRTIS)依潜在的微生物群失调相关2。 赖的ART治疗与系统性炎症水平及微生物群多样3.1心血管疾病与肠道菌群失调 性有关,此疗法使由于感染HIV导致粪便中细菌多 慢性的HⅣ感染通常具有增强的动脉粥样硬 样性减少得到了恢复。使用 NRTIS+蛋白酶抑制化表现,这会导致心血管疾病的发生,包括心肌梗 剂( protease inhibitor,Pls)疗法的患者与使用其他塞和脑血管疾病及周围性血管疾病。wang等证 抗逆转录病毒药物治疗的患者相比,抑制有害细菌实HIⅤ阴性个体中,肠道菌群会增加胆碱( choline) 生长的作用更强。 NRTIS+整合酶链转移抑制剂向三甲胺( trimethylamine,TMA)代谢,而三甲胺会 ( integrase strand transfer inhibitors, INSTIS)可使脱进一步氧化为三甲胺一氮一氧化物( trimethyl 硫弧菌科( Desulfovibrionaceae)和毛螺菌科(Lach- amine-N- oxide,TMAO),这具有潜在的导致动 nospiraceae)的细菌明显增多,然而使许多未分类的脉粥样硬化的风险。最近 Srinivasa等用计算机 梭菌目( Clostridiales)显著减少。因此不同的断层扫描血管造影术观察发现,与未受感染个体相 ART疗法与不同的肠道微生物群组成的表型有关。比,HIV阳性患者表现出恶化的钙化冠状动脉斑块 23HIV阳性感染者代谢途径改变与肠道细菌的特征,并且这些影像学特征和血清中TMA及LPS 变化 水平相关,这也在一定程度上说明微生物群和这些 运用全基因组鸟枪测序法, Vazquez- Castella系统性疾病风险有潜在关联。与此相似,另一项 nos等人研究了HⅣV感染病人肠道微生物代谢途径研究发现在HIV阳性个体中,血清中TMAO水平 的改变以及其与免疫活化及炎症之间的相关性。与无症状心肌缺血相关。HV阳性病人中,即使 发现在HIV阳性组中,LPS合成途径增强,这也是是在进行 HAART疗法之后,也会出现导致动脉粥 区别HV阳性组与阴性组的一个指标;该研究小组样硬化的免疫活化。 Hausman等对50位未经治 还证实LPS合成基因的表达升高和菌群多样性下疗和50位cART治疗的HIV感染者血浆样本进行 降及革兰阴性细菌比例升高相关。血浆中LPS检测,结果显示,不管cART治疗与否,TMAO和 浓度升高是一个已确定的HIV感染进展的标志,并HIV感染者的血小板受刺激后的聚集反应并没有 且LPS是一个众所周知的免疫刺激物,也许与感染相关性;但发现微生物群迁移和单核细胞活化可能 病人的系统性免疫活化有关。 McHardy等运用影响未经治疗HIV患者的TMAO水平,同时 l6 SrRNA测序,研究了HIV感染及随后ART治疗 Haussmann等认为未经治疗的HIV感染者体内可溶 过程中肠道粘膜细菌组成的变化,并推断细菌群体性CD14( soluble cd14,sCD14)是TMAO的独立 的功能,他们认为不仅细菌组分发生了变化,而且预测因子。这种微生态失调主要是普氏菌属 与之相关的代谢功能,包括氨基酸代谢及维生素合( Prevotella)的富集,因为这种细菌具有产生TMA 成也发生了变化,这表明在不同的研究人群之间,的能力。 Vujkovic- Cijin等还发现,通过超声波 养分有效性发生了变化{1。 扫描术测量的颈总动脉内膜厚度与血清中sCD14 总之,这些初步结果表明,HIV干扰了精细的及I-6相关;而且色氨酸分解代谢的改变可能会 肠道粘膜免疫平衡,破坏了肠道耐受,又反过来促增加心血管疾病风险,当犬尿酸比色氨酸( kynuren 进了HIⅤ阳性个体的生态失调;生态失调又导致免ine-to- tryptophan)比率升高时,患者表现出增强 疫细胞的活化,并促进细菌转位,从而引起系统性的动脉粥样硬化。因为色氨酸代谢途径是干扰素 炎症。 和细菌产物激活的,生态失调可能在这个代谢途径 3HV感染的非免疫方面表现与肠道菌群失调的转变中起关键作用。总之,这些发现表明肠道菌 关系 群的改变可能对HIV阳性病人的心血管疾病起着 HAART疗法的出现使HIV感染成为一种慢要作用。此外,在HIV阳性个体中,微生物易位诱

余邹邹，等 . 人类免疫缺陷病毒感染与肠道菌群的变化研究进展 2.2 药 物 治 疗 与 HIV 阳 性 感 染 者 肠 道 微 生 物 的 变化 ART 治疗过的病人中，在病毒被抑制时，其微 生物菌群并没有完全恢复至 HIV 阴性水平［15］ 。Vil⁃ lanueva-Millán 等证实核苷类逆转录酶抑制剂（nu⁃ cleoside reverse transcriptase inhibitors，NRTIs）依 赖的 ART 治疗与系统性炎症水平及微生物群多样 性有关，此疗法使由于感染 HIV 导致粪便中细菌多 样性减少得到了恢复。使用 NRTIs+蛋白酶抑制 剂（protease inhibitor，PIs）疗法的患者与使用其他 抗逆转录病毒药物治疗的患者相比，抑制有害细菌 生长的作用更强。NRTIs+整合酶链转移抑制剂 （integrase strand transfer inhibitors，INSTIs）可使脱 硫弧菌科（Desulfovibrionaceae）和毛螺菌科（Lach⁃ nospiraceae）的细菌明显增多，然而使许多未分类的 梭 菌 目（Clostridiales）显 著 减 少［20］。 因 此 不 同 的 ART 疗法与不同的肠道微生物群组成的表型有关。 2.3 HIV 阳性感染者代谢途径改变与肠道细菌的 变化 运用全基因组鸟枪测序法，Vázquez-Castella⁃ nos 等人研究了 HIV 感染病人肠道微生物代谢途径 的改变以及其与免疫活化及炎症之间的相关性。 发现在 HIV 阳性组中，LPS 合成途径增强，这也是 区别 HIV 阳性组与阴性组的一个指标；该研究小组 还证实 LPS 合成基因的表达升高和菌群多样性下 降及革兰阴性细菌比例升高相关［16］ 。血浆中 LPS 浓度升高是一个已确定的 HIV 感染进展的标志，并 且 LPS 是一个众所周知的免疫刺激物，也许与感染 病 人 的 系 统 性 免 疫 活 化 有 关 。 McHardy 等 运 用 16S rRNA 测序，研究了 HIV 感染及随后 ART 治疗 过程中肠道粘膜细菌组成的变化，并推断细菌群体 的功能，他们认为不仅细菌组分发生了变化，而且 与之相关的代谢功能，包括氨基酸代谢及维生素合 成也发生了变化，这表明在不同的研究人群之间， 养分有效性发生了变化［21］ 。 总之，这些初步结果表明，HIV 干扰了精细的 肠道粘膜免疫平衡，破坏了肠道耐受，又反过来促 进了 HIV 阳性个体的生态失调；生态失调又导致免 疫细胞的活化，并促进细菌转位，从而引起系统性 炎症。 3 HIV 感染的非免疫方面表现与肠道菌群失调的 关系 HAART 疗法的出现使 HIV 感染成为一种慢 性病。然而，尽管病毒载量被抑制，免疫亦可重建， 但感染个体仍面对预期寿命减少及发病率和死亡 率的增加。HIV 的慢性化带来了后期进展及治疗 的挑战，因为慢性感染病人具有多样的非 AIDS 失 调症，这些与长期病毒感染、ART 治疗、免疫失调及 潜在的微生物群失调相关［22］ 。 3.1 心血管疾病与肠道菌群失调 慢性的 HIV 感染通常具有增强的动脉粥样硬 化表现，这会导致心血管疾病的发生，包括心肌梗 塞和脑血管疾病及周围性血管疾病［23］ 。Wang 等证 实 HIV 阴性个体中，肠道菌群会增加胆碱（choline） 向三甲胺（trimethylamine，TMA）代谢，而三甲胺会 进 一 步 氧 化 为 三 甲 胺 - 氮 - 氧 化 物（trimethyl⁃ amine- N- oxide，TMAO），这具有潜在的导致动 脉粥样硬化的风险［24］ 。最近 Srinivasa 等用计算机 断层扫描血管造影术观察发现，与未受感染个体相 比，HIV 阳性患者表现出恶化的钙化冠状动脉斑块 特征，并且这些影像学特征和血清中 TMA 及 LPS 水平相关，这也在一定程度上说明微生物群和这些 系统性疾病风险有潜在关联［25］ 。与此相似，另一项 研究发现在 HIV 阳性个体中，血清中 TMAO 水平 与无症状心肌缺血相关［26］ 。HIV 阳性病人中，即使 是在进行 HAART 疗法之后，也会出现导致动脉粥 样硬化的免疫活化［27］ 。Haissman 等对 50 位未经治 疗和 50 位 cART 治疗的 HIV 感染者血浆样本进行 检测，结果显示，不管 cART 治疗与否，TMAO 和 HIV 感染者的血小板受刺激后的聚集反应并没有 相关性；但发现微生物群迁移和单核细胞活化可能 影 响 未 经 治 疗 HIV 患 者 的 TMAO 水 平 ，同 时 Haissman 等认为未经治疗的 HIV 感染者体内可溶 性 CD14（soluble CD14，sCD14）是 TMAO 的 独 立 预 测 因 子［28］。 这 种 微 生 态 失 调 主 要 是 普 氏 菌 属 （Prevotella）的富集，因为这种细菌具有产生 TMA 的能力［29］ 。Vujkovic-Cvijin 等还发现，通过超声波 扫描术测量的颈总动脉内膜厚度与血清中 sCD14 及 IL-6 相关；而且色氨酸分解代谢的改变可能会 增加心血管疾病风险，当犬尿酸比色氨酸（kynuren⁃ ine- to- tryptophan）比率升高时，患者表现出增强 的动脉粥样硬化。因为色氨酸代谢途径是干扰素 和细菌产物激活的，生态失调可能在这个代谢途径 转变中起关键作用［30］ 。总之，这些发现表明肠道菌 群的改变可能对 HIV 阳性病人的心血管疾病起着 要作用。此外，在 HIV 阳性个体中，微生物易位诱 · 3 ·

病毒学报 导的系统性内毒素血症会促发肥胖症、胰岛素抵进而导致显著的持续性免疫系统活化,同时,持续 抗、糖尿病、高血压、血脂异常、动脉粥样硬化和血的肠道屏障破坏和菌群移位导致了更进一步的炎 管内皮功能障碍,这可能增加患心血管疾病的症及免疫刺激。慢性免疫激活诱导免疫系统的 风险2 过早老化,而免疫老化又是造成免疫激活的一个潜 3.2代谢疾病与肠道菌群失调 在因素,两者在人体防御系统中的持续存在会导致 脂肪代谢障碍常见于HIV阳性个体,这些患者免疫功能的恶性循环。这样势必造成一些与免疫 的普氏菌增加而拟杆菌减少促进了代谢病的发生,激活及炎症密不可分的非艾滋病相关并发症。 食用高脂肪食物时尤其如此。 Shulzhenko等发现 所有的这些受微生物改变而调控的HIV感染 其他与HⅣⅤ感染相关的非免疫病理也可能与生态的临床表现,其机制都值得进一步研究。随着微生 失衡有关,包括肝损伤,它可能是由于易位微生物物菌群的研究进展,肠道细菌对于其他肠道外临床 产物通过门静脉循环造成;HIⅣⅤ相关“消耗综合表现的影响也应可以得到阐明,并且,宿主免疫系 征”,特点是吸收不良,体重减轻,脂肪痢,这些可能统和病毒之间的相互作用中的一些缺失的环节也 是由于肠道菌群、受损的免疫反应及不正常的肠道可能是由于细菌功能所介导。 上皮之间的异常相互作用造成的。最近 Vester-4益生菌和潜在的HIv治疗 backa等证实,精英控制者( Elite controllers,EC HIⅤ病毒与宿主肠道上皮细胞、微生物菌群之 指自身可以对抗艾滋病病毒的人)粪便中的微生物间的相互作用,促进了治疗HIV感染的新的发展 群数量组明显高于ART治疗的HIV感染者。EC即靶向微生物菌群相关的临床表现或改变肠道微 中产生的琥珀酸弧菌属( Succinivibrio)、萨特氏菌生物,进行口腔或阴道益生菌的补充,这些都旨在 属( Sutterella)、根瘤菌( Rhizobium)、代尔夫特菌改善疾病状态。补充益生菌预计将促进CD4+T细 ( Delftia)、厌氧细杆菌属( Anaero/um)和颤螺旋菌胞数目增加,改善HV病毒感染症状,如腹泻、体重 属( Oscillospira)更丰富,但布劳特氏菌属( claudia)减轻和心血管疾病,或者逆转HIV阳性儿童的发育 和丁酸弧菌( Anaerostipes)缺失。此外,糖类代谢和不良情况,因为这些症状在ART治疗期间仍然是 次胆汁酸合成通路相关基因在EC中表达减少 个主要问题。 Trois等给77个HV-1感染儿童 相反脂肪酸代谢、氧化物酶体增殖物激活受体补充富含双歧杆菌( Bifidobacterium bifidum)和嗜 (PPAR)信号和脂质生物合成蛋白通路在EC中相热链球菌( Streptococcus thermophilus)的配方或者 对增多。色氨酸代谢的犬尿氨酸原通路在HIV感标准配方,2个月后发现,补充益生菌组CD4+T细 染者的疾病进展中被改变,且与微生物群的丰度成胞计数平均增加118个/mm3至791个/mm3,而对照 负相关。因此, Vesterbacka等认为EC人群有比未组减少42个/mm2至538个/mm3。 Cunning 经治疗HIV感染者更丰富的肠道微生物,并具有独ham- Rundles等做了类似研究,对HIV阳性的14 特的细菌特征和不同的微生物表达谱,从而可能具个儿童进行了至少1个月的植物乳杆菌( Lactobacil 有控制HIV的作用 lus plantarun299v)的补充,这其中有12个儿童在 3.3HIV感染的非免疫方面其他表现与肠道菌群ART治疗前或治疗后被确诊为生长不良,和对照组 失调 相比,这些儿童体重明显增加。 除心血管疾病及代谢疾病外,还存在其他的 在ART治疗使HIVⅤ阳性个体预期寿命增加的 HIⅤ感染的非免疫方面的临床表现,如神经系统疾同时,慢性炎症仍然是HIV发病机理的核心问题。 病、骨疾病以及肿瘤等在HIV感染的病人中比相应d' Ettore等给ART治疗的20名HIV阳性病人补充 年龄阶段的一般人更加普遍。同时两种或两种以益生菌,包括链球菌( Streptococcus)、双歧杆菌(Biji 上的非感染合并症的现象在41-51岁的HIV感染 bacteria)及乳酸杆菌( Lactobacillus),每天两次 者中较常见,这和51-61岁未感染HIV者的情况较共持续48周,检测了这些病人接收益生菌补充前后 相似。肠道黏膜屏障在HIV感染发病机制中处各种免疫活化标志(如CD4+、CD8+、CD38+及 于中心地位,肠腔内微生物组成改变,微生物及微HLA一DR淋巴细胞数量及高敏感性CRP),和未 生物产物如LPS、细菌鞭毛蛋白、微生物DNA、肽聚补充益生菌的健康人群进行比较。在补充益生菌 糖、脂磷壁酸等从损伤的肠道内移位到循环系统,48周后,许多免疫活化标志显著下降,其水平和健

病 毒 学 报 导的系统性内毒素血症会促发肥胖症、胰岛素抵 抗、糖尿病、高血压、血脂异常、动脉粥样硬化和血 管 内 皮 功 能 障 碍 ，这 可 能 增 加 患 心 血 管 疾 病 的 风险［23］ 。 3.2 代谢疾病与肠道菌群失调 脂肪代谢障碍常见于 HIV 阳性个体，这些患者 的普氏菌增加而拟杆菌减少促进了代谢病的发生， 食用高脂肪食物时尤其如此［15］ 。Shulzhenko 等发现 其他与 HIV 感染相关的非免疫病理也可能与生态 失衡有关，包括肝损伤，它可能是由于易位微生物 产 物 通 过 门 静 脉 循 环 造 成 ；HIV 相 关“ 消 耗 综 合 征”，特点是吸收不良，体重减轻，脂肪痢，这些可能 是由于肠道菌群、受损的免疫反应及不正常的肠道 上皮之间的异常相互作用造成的［31］ 。最近 Vester⁃ backa 等 证 实 ，精 英 控 制 者（Elite Controllers，EC， 指自身可以对抗艾滋病病毒的人）粪便中的微生物 群数量组明显高于 ART 治疗的 HIV 感染者。EC 中产生的琥珀酸弧菌属（Succinivibrio）、萨特氏菌 属（Sutterella）、根 瘤 菌（Rhizobium）、代 尔 夫 特 菌 （Delftia）、厌氧细杆菌属（Anaeroflum）和颤螺旋菌 属（Oscillospira）更丰富，但布劳特氏菌属（Blautia） 和丁酸弧菌（Anaerostipes）缺失。此外，糖类代谢和 二次胆汁酸合成通路相关基因在 EC 中表达减少。 相 反 脂 肪 酸 代 谢 、氧 化 物 酶 体 增 殖 物 激 活 受 体 （PPAR）信号和脂质生物合成蛋白通路在 EC 中相 对增多。色氨酸代谢的犬尿氨酸原通路在 HIV 感 染者的疾病进展中被改变，且与微生物群的丰度成 负相关。因此，Vesterbacka 等认为 EC 人群有比未 经治疗 HIV 感染者更丰富的肠道微生物，并具有独 特的细菌特征和不同的微生物表达谱，从而可能具 有控制 HIV 的作用［32］ 。 3.3 HIV 感染的非免疫方面其他表现与肠道菌群 失调 除 心 血 管 疾 病 及 代 谢 疾 病 外 ，还 存 在 其 他 的 HIV 感染的非免疫方面的临床表现，如神经系统疾 病、骨疾病以及肿瘤等在 HIV 感染的病人中比相应 年龄阶段的一般人更加普遍。同时两种或两种以 上的非感染合并症的现象在 41-51 岁的 HIV 感染 者中较常见，这和 51-61 岁未感染 HIV 者的情况较 相似［33］ 。肠道黏膜屏障在 HIV 感染发病机制中处 于中心地位，肠腔内微生物组成改变，微生物及微 生物产物如 LPS、细菌鞭毛蛋白、微生物 DNA、肽聚 糖、脂磷壁酸等从损伤的肠道内移位到循环系统， 进而导致显著的持续性免疫系统活化，同时，持续 的肠道屏障破坏和菌群移位导致了更进一步的炎 症及免疫刺激［34］ 。慢性免疫激活诱导免疫系统的 过早老化，而免疫老化又是造成免疫激活的一个潜 在因素，两者在人体防御系统中的持续存在会导致 免疫功能的恶性循环。这样势必造成一些与免疫 激活及炎症密不可分的非艾滋病相关并发症。 所有的这些受微生物改变而调控的 HIV 感染 的临床表现，其机制都值得进一步研究。随着微生 物菌群的研究进展，肠道细菌对于其他肠道外临床 表现的影响也应可以得到阐明，并且，宿主免疫系 统和病毒之间的相互作用中的一些缺失的环节也 可能是由于细菌功能所介导。 4 益生菌和潜在的 HIV 治疗 HIV 病毒与宿主肠道上皮细胞、微生物菌群之 间的相互作用，促进了治疗 HIV 感染的新的发展， 即靶向微生物菌群相关的临床表现或改变肠道微 生物，进行口腔或阴道益生菌的补充，这些都旨在 改善疾病状态。补充益生菌预计将促进 CD4+ T 细 胞数目增加，改善 HIV 病毒感染症状，如腹泻、体重 减轻和心血管疾病，或者逆转 HIV 阳性儿童的发育 不良情况，因为这些症状在 ART 治疗期间仍然是 一个主要问题。Trois 等给 77 个 HIV-1 感染儿童 补充富含双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum）和嗜 热 链 球 菌（Streptococcus thermophilus）的 配 方 或 者 标准配方，2 个月后发现，补充益生菌组 CD4+ T 细 胞计数平均增加 118 个/mm3 至 791 个/mm3 ，而对照 组 减 少 42 个/mm3 至 538 个/mm3［35］ 。 Cunning⁃ ham- Rundles 等做了类似研究，对 HIV 阳性的 14 个儿童进行了至少 1 个月的植物乳杆菌（Lactobacil⁃ lus plantarum 299v）的补充，这其中有 12 个儿童在 ART 治疗前或治疗后被确诊为生长不良，和对照组 相比，这些儿童体重明显增加［36］ 。 在 ART 治疗使 HIV 阳性个体预期寿命增加的 同时，慢性炎症仍然是 HIV 发病机理的核心问题。 d’Ettorre 等给 ART 治疗的 20 名 HIV 阳性病人补充 益生菌，包括链球菌（Streptococcus）、双歧杆菌（Bifi⁃ dobacteria）及乳酸杆菌（Lactobacillus），每天两次， 共持续 48 周，检测了这些病人接收益生菌补充前后 各 种 免 疫 活 化 标 志（如 CD4+ 、CD8+ 、CD38+ 及 HLA- DR+ 淋巴细胞数量及高敏感性 CRP），和未 补充益生菌的健康人群进行比较。在补充益生菌 48 周后，许多免疫活化标志显著下降，其水平和健 · 4 ·