虽然抗逆转录病毒疗法（ART）在抑制HIV 复制方面具有有效性，但 HIV 储存库的持续存在仍然是实现 HIV 感染治愈的主要障碍。HIV 储存库由受感染细胞组成，其中 HIV-1 基因组作为前病毒整合到宿主基因组中，处于潜伏状态并逃避免疫系统的识别。了解HIV 储存库的动态变化以及病毒持续存在的机制，对于开发针对性的治疗策略以消除储存库并实现功能性治愈至关重要。近日，加州大学洛杉矶分校Jocelyn T. Kim通讯在《Nature communications》发表论文“Barcoded HIV-1 reveals viral persistence driven by clonal proliferation and distinct epigenetic patterns”，采用了一种使用条形码标记的 HIV-1 的新方法，在人源化小鼠中分析 HIV 储存库。通过将合成的遗传条形码引入全长 R5 嗜性 HIV-1 NFNSX 的基因组中，他们能够以高灵敏度和精度追踪病毒谱系和整合位点。利用测序，作者在体内单个 RNA 或 DNA 分子水平上检索到890 个病毒 RNA 条形码和 504 个与 15305 个整合位点相关的前病毒条形码。这一全面的数据集使他们能够探索病毒储存库的遗传多样性及其在早期感染、ART 治疗和病毒反弹期间的变化。
这项研究的关键发现之一是，虽然存在细胞克隆增殖和反弹病毒的病毒播种现象，前病毒储存库仍保持遗传多样性。这表明储存库并非是受感染细胞的同质群体，而是多种病毒谱系的集合。在感染的所有阶段，前病毒谱系的遗传稳定性表明，任何针对储存库的干预措施都需要有效地针对广泛的前病毒变体，才能成功实现根除。作者还研究了细胞克隆增殖在病毒持续存在中的作用。他们发现，增殖但并非大规模扩增的细胞克隆有助于前病毒扩增和病毒血症。增殖的细胞克隆更有可能携带与病毒血症相关的前病毒，表明它们在推动病毒持续存在方面发挥着重要作用。相比之下，非增殖的细胞克隆可能是与转录激活和病毒血症相关的前病毒被清除的结果。这些发现表明，靶向增殖的细胞克隆可能是缩小病毒储存库规模和预防病毒反弹的有前景的策略。此外，该研究探索了增殖和非增殖细胞克隆中前病毒的表观遗传模式。增殖细胞克隆中的前病毒与转录激活相关，因为它们更有可能定位于富含激活组蛋白修饰的区域，并且更接近转录起始位点。相比之下，具有激活染色质特征、与病毒血症相关的前病毒被大量清除，留下具有更多抑制性染色质特征的前病毒。然而，在增殖细胞克隆中，与病毒血症相关的前病毒并不定位于有利于转录抑制的染色质区域，这表明它们具有持续性。增殖细胞克隆中前病毒的表观遗传景观随时间变化。在 ART 抑制期间，增殖细胞克隆中的前病毒不再与早期感染期间观察到的一些激活组蛋白标记相关。然而，在病毒反弹感染期间，它们重新获得了其中一些标记。这表明在 ART 抑制期间，转录活跃的前病毒的清除不足以抗衡细胞克隆增殖，这凸显了需要额外的治疗方法来靶向增殖细胞克隆中的持续性细胞亚群。
总之，这项研究为 HIV 储存库的复杂动态提供了有价值的见解。使用条形码标记的 HIV-1 能够在体内全面评估病毒水平、谱系、整合位点、克隆增殖和前病毒表观遗传模式。这些发现强调了增殖细胞克隆在病毒持续存在中的重要性，并为治疗干预提供了潜在靶点。未来的研究应侧重于进一步阐明增殖细胞克隆中病毒持续存在的机制，并开发消除 HIV 储存库的策略。
https://doi.org/10.1038/s41467-025-56771-4
