HIV特异性CD8 + T细胞的功能研究进展
http://www.100md.com
中华中西医杂志 2003年7月 第4卷 第13期
【文献标识码】 A 【文章编号】 1606-8106(2003)13-1981-02
大多数免疫缺陷病毒(HIV)感染者体内存在HIV特异性CD8 + T细胞，这种病毒特异性细胞毒性T细胞(CTL)可通过直接的细胞毒作用和分泌可溶性细胞因子抑制HIV复制。急性病毒血症时，可检测到HIV特异性的CTL，而且缺少HIV特异性CTL的患者AIDS的病情进展增快 [1] ，表明CTL在控制病毒载量中起着重要的作用。尽管机体有许多HIV特异性CD8 + T细胞存在，但相应的免疫应答仍然不能停止免疫缺陷的进程，可能与CTL功能缺陷、HIV病毒逃逸、T细胞信号激活不完全、穿孔素表达功能下降等有关，国外学者对此进行了大量的研究，本文就相关问题综述如下。
1 HIV特异性细胞毒性T细胞功能缺陷
早期报道认为在HIV感染后6～16h内，约80%～90%感染者外周血单核细胞(PBMC)可表现为HIV特异性细胞毒作用。目前在4h镉释放分析研究中发现，感染者体内PBMC并无HIV特异性细胞毒作用。而体外试验发现，通过白细胞介素-2(IL-2)过夜培养，HIV特异性细胞毒作用得以加强 [2，3] 。细胞毒作用的快速增加，主要表现在效应器与靶器官的比率从25:1增为50:1。这种现象难以用特异性T细胞的克隆来解释。提示HIV特异性CTL细胞在体内存在功能性问题。即HIV特异性T细胞在再次遇到HIV时不能增殖或不能表达效应功能。另一试验比较体内HIV、CMV特异性CD8 + T细胞溶解作用，发现体内HIV特异性CD8 + T细胞数明显低于CMV特异性CD8 + T细胞数，也证实了HIV特异性细胞毒作用的缺陷 [3] 。这种缺少增殖或无细胞毒性称为限制性无反应性 [4] 。因此，提出HIV感染者免疫缺陷的进程与CD8 + T细胞的限制性无反应性相关 [5] 。
, 百拇医药
2 病毒逃逸引起CTL细胞溶解功能障碍
细胞溶解功能障碍主要表现为CTL对HIV感染靶细胞的再识别耐受和CTL本身效应器功能的缺乏。HIV病毒抗原表位序列的变异，可使HIV特异性CTL无法再识别病毒抗原。而且，变异病毒的抗原表位可以干扰野毒株序列的基因表达 [6] ，使HIV得以逃逸机体免疫功能的识别和溶解消除。多项研究表明这种病毒变异的存在可能是细胞溶解功能障碍的原因之一。另一病毒逃逸机制是由nef介导的主要组织相容性复合分子(MHC)Ⅰ类A、B分子功能下调所致 [7] 。CD8 + T细胞识别的主要抗原是nef，同时还可识别仅低度表达抗原肽-MHC复合物的靶细胞和未被nef修饰的MHC-IC类等位基因 [8] 。因此，nef介导的MHC-Ⅰ类等位基因的下调，虽不能阻断对HIV感染细胞的免疫识别，但可引起CD8 + T细胞的T细胞受体(TCR)与抗原肽的亲和力下降，进而影响特异性的细胞溶解作用。亦有报道，病毒可通过干扰抗原提呈细胞的抗原提呈过程，表现为低水平或无效加工提呈抗原，从而逃避CTL的识别和攻击 [9，10] 。
, 百拇医药
3 单核巨噬细胞抗原提呈功能障碍引起CTL功能障碍
HIV感染者的单核细胞、巨噬细胞MHC-Ⅱ类分子和联合刺激因子CD80、CD86的表达较正常人群减少，同时上调FAS、FASL、CD16的表达，因而可触发HIV特异性CD4 + T细胞的凋亡。体外试验亦证实HIV感染者巨噬细胞FASL的表达增多。在HIV感染者中，巨噬细胞在诱导TH1和CTL反应时产生IL-12减少，而产生IL-10增多 [11] ，这种细胞因子的异常表达可以再次引起辅助性CD4 + T细胞减少。HIV感染者单核巨噬细胞的异常表达分子对抗原提呈具有重要意义，特别是对HIV特异性CD8 + T细胞的再刺激起重要作用。因此HIV特异性CD4 + T细胞的增殖障碍势必会引起CD8 + T细胞细胞毒性的缺乏。CD4 + T、CD8 + T细胞的无反应性是树突细胞和巨噬细胞抗原提呈障碍的结果 [12] ，并不能通过抗病毒治疗得以纠正。
, http://www.100md.com
4 穿孔素介导的HIV感染的靶细胞清除降低
CTL细胞通过胞吐途径释放含有穿孔素和(或)颗粒酶的细胞毒颗粒，或通过与细胞死亡域相连的受体如FAS、肿瘤坏死因子受体衔接杀伤靶细胞。颗粒介导途径是机体对多数病毒的免疫防范途径。缺乏穿孔素的小鼠对许多病毒易感。患有遗传性疾病、缺乏穿孔素基因的儿童多死于病毒感染。HIV初次感染的T细胞主要通过颗粒介导的穿孔素杀伤靶细胞 [13] 。纯真CD8 + T细胞在初次遇到抗原时仅表达有限的功能，并不能产生细胞毒性和分泌有效的细胞因子。大约5天后纯真CD8 + T细胞分化为成熟CTL方可表达细胞毒效应，同时穿孔素和颗粒酶功能上调。HIV感染者与正常人比较，含有细胞溶解颗粒如颗粒蛋白酶GZˉMA的CD8 + T细胞在循环中占非常高的比例。绝大多数的HIV四聚体CD8 + T细胞表达颗粒蛋白酶GZMA [2]。但是在外周淋巴结中穿孔素和颗粒蛋白酶的表达是分离的，在外周淋巴结中存在含高颗粒蛋白酶的CD8 + T细胞，而含有穿孔素的细胞却非常稀少。后者减少并非因近期脱颗粒所致，若因脱颗粒引起穿孔素减少，则颗粒酶也应减少。大约30%以上的CD8 + T细胞是穿孔素阳性的细胞，可经穿孔素作用溶解HIV感染的靶细胞，因此穿孔素的减少直接影响HIV特异性CTL的细胞毒性功能 [14] 。上述现象在急、慢性HIV感染的个体中均可存在。
, http://www.100md.com
5 HIV特异性CD8 + T细胞产生IFN减少
转基因小鼠试验表明，IFN在抗病毒免疫方面起着重要的作用。随着艾滋病的进展，病情越重，对HIV免疫应答产生IFN的细胞越少，而在HAART治疗初期，产生IFN的细胞数量可以随着治疗的有效而增加 [15] 。在HIV检测阴性的患者，增加IL-2对IFN的产生没有影响，而在病毒载量检测阳性的患者，增加IL-2可使产生IFN的细胞增加4～5倍。在无症状HIV感染者及CD8 + T细胞数在650以上的患者，可检测到高比例的产生IFN的四聚体CD8 + T细胞。而处于中、晚期的患者，产生IFN的四聚体CD8 + T细胞不足25%。体外实验表明:在含IL-15和IL-2液中培养四聚体细胞可以使其由无反应细胞转变为产生IFN的CD8 + T细胞 [2] 。因此，对于HIV感染者，特别是艾滋病终末期的患者，可能因IL-2的缺乏而影响CD8 + T细胞功能，进而产生IFN减少 [2，16] 。
, 百拇医药
6 HIV特异性CD8 + T细胞的信号分子CD3、CD28下调
T细胞应答分为一系列步骤，任何一个环节缺陷都可能损害CTL的效应。当TCR与抗原结合，同时与CD3分子非共价结合，信号通过转导复合物传导入细胞。HIV特异性CTL细胞溶解作用的障碍可能与CTL的TCR识别减弱及TCR-CD3复合物信号传导异常有关，也可能与脱颗粒(主要为穿孔素)分子表达的减少及靶细胞对细胞溶解作用的耐受有关 [13] 。HIV特异性四聚体CD8 + T细胞CD3、CD28均下调，导致HIV感染者T细胞信号转导缺陷 [17，18] ，不能产生细胞毒性作用。在其他病毒感染时，也发现CD8 + T细胞中CD3、CD28减少，故认为这种现象可能是正常免疫调节的一部分 [19]。T细胞在活化和产生细胞因子时所需要的刺激阈是不一致的，产生细胞因子所需的刺激阈较高。这种阈值上调，可起到某种保护宿主的作用，避免T细胞对低亲和力的自身抗原发生应答而致细胞溶解，或避免非靶细胞发生免疫病理损伤。然而在HIV感染者，特异性CD8 + T细胞的CD3、CD28下调，则可影响细胞毒性作用及干扰素的产生等 [18，20] ，进而影响对靶细胞的清除。
, http://www.100md.com
7 外源性IL-2重建CTL功能
研究发现，当T细胞激活后，含有CD3、CD28下调的CD8 + T细胞仍可少量产生IFN，但不能产生IL-2 [18，20] 。以100U/ml浓度的IL-2体外培养HIV特异性CD8 + T细胞，发现其细胞毒性作用和IFN的产生均加强 [2] 。在大多数患者，需要IL-2引发细胞毒性，同样，IFN的产生也需要IL-2的加入，特别是在病情进展的患者。高浓度的IL-2触发低亲和力的IL-2R，低浓度的IL-2触发高亲和力的IL-2R。活化的CD8 + T细胞由于CD3的下调并不表达高亲和力IL-2R，需要高浓度的IL-2以增强其功能。因此，体内大剂量IL-2治疗HIV感染可能不仅升高CD4 + T细胞数目，而且增高CD8 + T细胞的功能。说明CD8 + T细胞功能与IL-2相关，在改善CD8 + T细胞功能方面，CD4 + T细胞及其分泌的细胞因子尤其是IL-2起到重要作用。在HIV 感染者体内，因为缺乏CD4 + T细胞的帮助，抗原特异性CD8 + T细胞的免疫保护性减弱 [19] 。尽管这种体外试验很有说服力，但目前尚缺乏体内的直接证据。
, http://www.100md.com
8 结论
HIV特异性CD8 + T细胞在HIV感染的免疫保护方面起重要的作用，但同时存在功能缺陷，综合分析其原因:一方面，一些CD8 + T细胞功能障碍是保护宿主免受病理损伤的正常免疫调节，如CD3、CD28的功能下调;另一方面，CD8 + T细胞功能障碍与穿孔素表达下降及病毒特异性CD4 + T细胞的缺乏有关。全面了解CD8 + T细胞的功能对于正确理解HIV引起的免疫病理，明确免疫干预的策略至关重要。
参考文献
1 Borrow P.Nat Med，1997，3:205-211.
2 Shankar P.Blood，2000，96:3094-3101.
, http://www.100md.com 3 Appay V.J Exp Med，2000，192:63-75.
4 Maier CC.Immunol Res，1998，17:133-140.
5 Dagarag M.J Virol，2003，77(5):3077-3083.
6 Vogel TU.J Immunol，2002，169(8):4511-4521.
7 Collins KL.Nature，1998，391:397-401.
8 Cohen GB.Immunity，1999，10:661-671.
9 Tortorella D.Annu Rev Immunol，2000，18:861-926.
, 百拇医药
10 Lieberman J.N Engl J Med，2002，347(15):1203-1204.
11 Chougnet C.J Infect Dis，1996，174:46-53.
12 Lange CG.J Antimicrob Chemother，2003，51(1):1-4.
13 Zhang D.Blood，2003，101(1):226-235.
14 Chen G.Blood，2001，98:156-164.
15 Huang XL.Clin Diagn Lab Immunol，2000，7:279-287.
16 Goepfert PA.J Virol，2000，74:10249-10255.
, http://www.100md.com
17 Buseyne F.J Virol，2002，76(24):12414-12422.
18 TrimbleLA.J Virol，2000，74:7320-7330.
19 Altfeld M.Curr Opin Immunol，2000，12:375-380.
20 Trimble LA.Blood，2000，96:1021-1029.
作者单位:100054首都医科大学北京佑安医院
(编辑维 兰), 百拇医药(张永宏(综述))
大多数免疫缺陷病毒(HIV)感染者体内存在HIV特异性CD8 + T细胞，这种病毒特异性细胞毒性T细胞(CTL)可通过直接的细胞毒作用和分泌可溶性细胞因子抑制HIV复制。急性病毒血症时，可检测到HIV特异性的CTL，而且缺少HIV特异性CTL的患者AIDS的病情进展增快 [1] ，表明CTL在控制病毒载量中起着重要的作用。尽管机体有许多HIV特异性CD8 + T细胞存在，但相应的免疫应答仍然不能停止免疫缺陷的进程，可能与CTL功能缺陷、HIV病毒逃逸、T细胞信号激活不完全、穿孔素表达功能下降等有关，国外学者对此进行了大量的研究，本文就相关问题综述如下。
1 HIV特异性细胞毒性T细胞功能缺陷
早期报道认为在HIV感染后6～16h内，约80%～90%感染者外周血单核细胞(PBMC)可表现为HIV特异性细胞毒作用。目前在4h镉释放分析研究中发现，感染者体内PBMC并无HIV特异性细胞毒作用。而体外试验发现，通过白细胞介素-2(IL-2)过夜培养，HIV特异性细胞毒作用得以加强 [2，3] 。细胞毒作用的快速增加，主要表现在效应器与靶器官的比率从25:1增为50:1。这种现象难以用特异性T细胞的克隆来解释。提示HIV特异性CTL细胞在体内存在功能性问题。即HIV特异性T细胞在再次遇到HIV时不能增殖或不能表达效应功能。另一试验比较体内HIV、CMV特异性CD8 + T细胞溶解作用，发现体内HIV特异性CD8 + T细胞数明显低于CMV特异性CD8 + T细胞数，也证实了HIV特异性细胞毒作用的缺陷 [3] 。这种缺少增殖或无细胞毒性称为限制性无反应性 [4] 。因此，提出HIV感染者免疫缺陷的进程与CD8 + T细胞的限制性无反应性相关 [5] 。
, 百拇医药
2 病毒逃逸引起CTL细胞溶解功能障碍
细胞溶解功能障碍主要表现为CTL对HIV感染靶细胞的再识别耐受和CTL本身效应器功能的缺乏。HIV病毒抗原表位序列的变异，可使HIV特异性CTL无法再识别病毒抗原。而且，变异病毒的抗原表位可以干扰野毒株序列的基因表达 [6] ，使HIV得以逃逸机体免疫功能的识别和溶解消除。多项研究表明这种病毒变异的存在可能是细胞溶解功能障碍的原因之一。另一病毒逃逸机制是由nef介导的主要组织相容性复合分子(MHC)Ⅰ类A、B分子功能下调所致 [7] 。CD8 + T细胞识别的主要抗原是nef，同时还可识别仅低度表达抗原肽-MHC复合物的靶细胞和未被nef修饰的MHC-IC类等位基因 [8] 。因此，nef介导的MHC-Ⅰ类等位基因的下调，虽不能阻断对HIV感染细胞的免疫识别，但可引起CD8 + T细胞的T细胞受体(TCR)与抗原肽的亲和力下降，进而影响特异性的细胞溶解作用。亦有报道，病毒可通过干扰抗原提呈细胞的抗原提呈过程，表现为低水平或无效加工提呈抗原，从而逃避CTL的识别和攻击 [9，10] 。
, 百拇医药
3 单核巨噬细胞抗原提呈功能障碍引起CTL功能障碍
HIV感染者的单核细胞、巨噬细胞MHC-Ⅱ类分子和联合刺激因子CD80、CD86的表达较正常人群减少，同时上调FAS、FASL、CD16的表达，因而可触发HIV特异性CD4 + T细胞的凋亡。体外试验亦证实HIV感染者巨噬细胞FASL的表达增多。在HIV感染者中，巨噬细胞在诱导TH1和CTL反应时产生IL-12减少，而产生IL-10增多 [11] ，这种细胞因子的异常表达可以再次引起辅助性CD4 + T细胞减少。HIV感染者单核巨噬细胞的异常表达分子对抗原提呈具有重要意义，特别是对HIV特异性CD8 + T细胞的再刺激起重要作用。因此HIV特异性CD4 + T细胞的增殖障碍势必会引起CD8 + T细胞细胞毒性的缺乏。CD4 + T、CD8 + T细胞的无反应性是树突细胞和巨噬细胞抗原提呈障碍的结果 [12] ，并不能通过抗病毒治疗得以纠正。
, http://www.100md.com
4 穿孔素介导的HIV感染的靶细胞清除降低
CTL细胞通过胞吐途径释放含有穿孔素和(或)颗粒酶的细胞毒颗粒，或通过与细胞死亡域相连的受体如FAS、肿瘤坏死因子受体衔接杀伤靶细胞。颗粒介导途径是机体对多数病毒的免疫防范途径。缺乏穿孔素的小鼠对许多病毒易感。患有遗传性疾病、缺乏穿孔素基因的儿童多死于病毒感染。HIV初次感染的T细胞主要通过颗粒介导的穿孔素杀伤靶细胞 [13] 。纯真CD8 + T细胞在初次遇到抗原时仅表达有限的功能，并不能产生细胞毒性和分泌有效的细胞因子。大约5天后纯真CD8 + T细胞分化为成熟CTL方可表达细胞毒效应，同时穿孔素和颗粒酶功能上调。HIV感染者与正常人比较，含有细胞溶解颗粒如颗粒蛋白酶GZˉMA的CD8 + T细胞在循环中占非常高的比例。绝大多数的HIV四聚体CD8 + T细胞表达颗粒蛋白酶GZMA [2]。但是在外周淋巴结中穿孔素和颗粒蛋白酶的表达是分离的，在外周淋巴结中存在含高颗粒蛋白酶的CD8 + T细胞，而含有穿孔素的细胞却非常稀少。后者减少并非因近期脱颗粒所致，若因脱颗粒引起穿孔素减少，则颗粒酶也应减少。大约30%以上的CD8 + T细胞是穿孔素阳性的细胞，可经穿孔素作用溶解HIV感染的靶细胞，因此穿孔素的减少直接影响HIV特异性CTL的细胞毒性功能 [14] 。上述现象在急、慢性HIV感染的个体中均可存在。
, http://www.100md.com
5 HIV特异性CD8 + T细胞产生IFN减少
转基因小鼠试验表明，IFN在抗病毒免疫方面起着重要的作用。随着艾滋病的进展，病情越重，对HIV免疫应答产生IFN的细胞越少，而在HAART治疗初期，产生IFN的细胞数量可以随着治疗的有效而增加 [15] 。在HIV检测阴性的患者，增加IL-2对IFN的产生没有影响，而在病毒载量检测阳性的患者，增加IL-2可使产生IFN的细胞增加4～5倍。在无症状HIV感染者及CD8 + T细胞数在650以上的患者，可检测到高比例的产生IFN的四聚体CD8 + T细胞。而处于中、晚期的患者，产生IFN的四聚体CD8 + T细胞不足25%。体外实验表明:在含IL-15和IL-2液中培养四聚体细胞可以使其由无反应细胞转变为产生IFN的CD8 + T细胞 [2] 。因此，对于HIV感染者，特别是艾滋病终末期的患者，可能因IL-2的缺乏而影响CD8 + T细胞功能，进而产生IFN减少 [2，16] 。
, 百拇医药
6 HIV特异性CD8 + T细胞的信号分子CD3、CD28下调
T细胞应答分为一系列步骤，任何一个环节缺陷都可能损害CTL的效应。当TCR与抗原结合，同时与CD3分子非共价结合，信号通过转导复合物传导入细胞。HIV特异性CTL细胞溶解作用的障碍可能与CTL的TCR识别减弱及TCR-CD3复合物信号传导异常有关，也可能与脱颗粒(主要为穿孔素)分子表达的减少及靶细胞对细胞溶解作用的耐受有关 [13] 。HIV特异性四聚体CD8 + T细胞CD3、CD28均下调，导致HIV感染者T细胞信号转导缺陷 [17，18] ，不能产生细胞毒性作用。在其他病毒感染时，也发现CD8 + T细胞中CD3、CD28减少，故认为这种现象可能是正常免疫调节的一部分 [19]。T细胞在活化和产生细胞因子时所需要的刺激阈是不一致的，产生细胞因子所需的刺激阈较高。这种阈值上调，可起到某种保护宿主的作用，避免T细胞对低亲和力的自身抗原发生应答而致细胞溶解，或避免非靶细胞发生免疫病理损伤。然而在HIV感染者，特异性CD8 + T细胞的CD3、CD28下调，则可影响细胞毒性作用及干扰素的产生等 [18，20] ，进而影响对靶细胞的清除。
, http://www.100md.com
7 外源性IL-2重建CTL功能
研究发现，当T细胞激活后，含有CD3、CD28下调的CD8 + T细胞仍可少量产生IFN，但不能产生IL-2 [18，20] 。以100U/ml浓度的IL-2体外培养HIV特异性CD8 + T细胞，发现其细胞毒性作用和IFN的产生均加强 [2] 。在大多数患者，需要IL-2引发细胞毒性，同样，IFN的产生也需要IL-2的加入，特别是在病情进展的患者。高浓度的IL-2触发低亲和力的IL-2R，低浓度的IL-2触发高亲和力的IL-2R。活化的CD8 + T细胞由于CD3的下调并不表达高亲和力IL-2R，需要高浓度的IL-2以增强其功能。因此，体内大剂量IL-2治疗HIV感染可能不仅升高CD4 + T细胞数目，而且增高CD8 + T细胞的功能。说明CD8 + T细胞功能与IL-2相关，在改善CD8 + T细胞功能方面，CD4 + T细胞及其分泌的细胞因子尤其是IL-2起到重要作用。在HIV 感染者体内，因为缺乏CD4 + T细胞的帮助，抗原特异性CD8 + T细胞的免疫保护性减弱 [19] 。尽管这种体外试验很有说服力，但目前尚缺乏体内的直接证据。
, http://www.100md.com
8 结论
HIV特异性CD8 + T细胞在HIV感染的免疫保护方面起重要的作用，但同时存在功能缺陷，综合分析其原因:一方面，一些CD8 + T细胞功能障碍是保护宿主免受病理损伤的正常免疫调节，如CD3、CD28的功能下调;另一方面，CD8 + T细胞功能障碍与穿孔素表达下降及病毒特异性CD4 + T细胞的缺乏有关。全面了解CD8 + T细胞的功能对于正确理解HIV引起的免疫病理，明确免疫干预的策略至关重要。
参考文献
1 Borrow P.Nat Med，1997，3:205-211.
2 Shankar P.Blood，2000，96:3094-3101.
, http://www.100md.com 3 Appay V.J Exp Med，2000，192:63-75.
4 Maier CC.Immunol Res，1998，17:133-140.
5 Dagarag M.J Virol，2003，77(5):3077-3083.
6 Vogel TU.J Immunol，2002，169(8):4511-4521.
7 Collins KL.Nature，1998，391:397-401.
8 Cohen GB.Immunity，1999，10:661-671.
9 Tortorella D.Annu Rev Immunol，2000，18:861-926.
, 百拇医药
10 Lieberman J.N Engl J Med，2002，347(15):1203-1204.
11 Chougnet C.J Infect Dis，1996，174:46-53.
12 Lange CG.J Antimicrob Chemother，2003，51(1):1-4.
13 Zhang D.Blood，2003，101(1):226-235.
14 Chen G.Blood，2001，98:156-164.
15 Huang XL.Clin Diagn Lab Immunol，2000，7:279-287.
16 Goepfert PA.J Virol，2000，74:10249-10255.
, http://www.100md.com
17 Buseyne F.J Virol，2002，76(24):12414-12422.
18 TrimbleLA.J Virol，2000，74:7320-7330.
19 Altfeld M.Curr Opin Immunol，2000，12:375-380.
20 Trimble LA.Blood，2000，96:1021-1029.
作者单位:100054首都医科大学北京佑安医院
(编辑维 兰), 百拇医药(张永宏(综述))