2022年5月，来自中国人民解放军总医院第五医学中心王福生院士团队在 Military Medical Research 杂志上发表了题为“Activation-induced pyroptosis contributes to the loss of MAIT cells in chronic HIV-1 infected patients”的研究论文，该研究借助单细胞转录组测序技术探索了黏膜相关恒定 T 细胞 （MAIT）在人类免疫缺陷病毒1型 (HIV-1) 感染患者中被耗尽的机制。该研究中的单细胞转录组测序服务由博奥晶典提供。

【发表期刊】Military Medical Research

【发布时间】2022年5月

【影响因子】34.915

【检测技术】单细胞RNA-seq、ELISA、免疫组化

研究背景

黏膜相关恒定 T 细胞（MAIT）在人类免疫缺陷病毒 1 型 (HIV-1) 感染患者中被系统性耗尽，即使在联合抗逆转录病毒治疗（cART）后也不会得到补充。该研究旨在确定 MAIT 细胞耗竭的机制。

研究路线

主要结果

1.

在未联合抗逆转录病毒治疗的患者中，MAIT 细胞丢失与疾病进展、系统性 T 细胞活化、微生物移位和肠道黏膜损伤相关

作者检测了 HIV-1 感染者外周血 CD3+T 细胞中 MAIT 细胞的数量，发现未治疗病人（TPs）中的 MAIT 细胞数量明显低于健康对照（HCs）。MAIT 细胞的丢失与疾病进展相关，精英控制者（ECs）中也出现了 MAIT 细胞的丢失。

接下来作者又检测了 HCs、ECs 和 TPs 患者血浆中的单核/巨噬细胞活化标志物 sCD14 的水平，发现 sCD14 的血浆水平在 TPs 中显着升高；作者又检测了肠黏膜损伤标志物 I-FABP 的水平，发现与 HCs 相比，TPs 中的 I-FABP 水平升高，MAIT 细胞数量与 TPs 中 I-FABP 水平呈负相关。由于 MAIT 细胞在保护黏膜防御微生物入侵和组织修复方面发挥着关键作用，该发现说明 MAIT 的减少可能会降低这种保护作用。CD4+T 细胞是 MAIT 细胞的一个子集，可能作为 HIV-1 的靶标，作者发现 ECs 和 TPs 中 CD4+MAIT 细胞的百分比显着降低，TPs 中 CD4+MAIT 细胞占比与血浆 HIV 病毒载量显著相关。作者还发现，1 例 EC 患者中，在 HIV-1 复制失控后，MAIT 细胞及 CD4+MAIT 的细胞频率和绝对数量均下降。以上数据丰富了慢性 HIV-1 感染患者外周血 MAIT 细胞深度耗竭的临床特征。

2.

scRNA-seq 揭示了 MAIT 细胞与激活和细胞焦亡相关的独特转录特征

作者通过磁珠细胞分选技术分别对 HCs（n  = 4）、EC（n  = 1）、TPs-CD4high（n=3）、TPs-CD4low（n  = 6）和 ARTs（n  = 5）不同人群的 PBMC 进行 CD4+T 和 CD8+T 细胞分选，然后进行 scRNA-seq，通过特异性 marker 定义了 MAIT 细胞亚群。作者比较了不同样本间 T 细胞不同标志物（增殖、活化、耗竭等）的表达。比较了 TPs 和 HCs 之间的 DEGs，以及富集功能的差异。
作者又依据 CASP1 表达水平的高低将所有样本分为 2 组，在每种条件下，分别比较了 CASP1high 和 CASP1low MAIT 细胞的 DEGs，发现较高的 CASP1 表达可能与 MAIT 细胞中较高的激活状态和较高的效应功能相关。
接下来，作者通过流式细胞术验证了激活标志物的表达，证实了 TP-MAIT 细胞具有活化表型并且功能受损。以上发现说明，在 HCs 和慢性 HIV-1 感染患者中，MAIT 细胞表现出不同的转录特征，可以连接活化状态与细胞焦亡。

3.

在未联合抗逆转录病毒治疗的患者中，焦亡MAIT细胞的增加与MAIT细胞的丢失、疾病进展、系统性T细胞活化、微生物移位和黏膜损伤相关

作者检测了 HCs 和 HIV-1 感染患者的 MAIT 细胞中 FLICA caspase-1 的表达，比较了不同类型的 TPs（CD4+T 细胞计数 ≥ 350 细胞/µl、CD4+T 细胞计数 < 350 细胞 /μl ）MAIT 中的 FLICA caspase-1 的表达，比较了 ECs、TPs 和 HCs 的 CD4+MAIT 细胞中 FLICA caspase-1+MAIT 细胞的频率，该部分结果证实了 MAIT 细胞焦亡与慢性 HIV-1 感染期间 MAIT 细胞损失和疾病进展相关的假设。

4.

MAIT 细胞在 HIV-1 感染患者的结直肠组织中积聚

肠趋化性是 MAIT 细胞的功能特征之一，在该研究中，作者检测了 TPs 和 HCs 的 MAIT 细胞中肠道归巢受体整合素 α4β7（B7）和 CCR9 的表达。发现，CCR9-B7highMAIT 细胞在 TP 中显着增加，而 CCR9+B7highMAIT 细胞减少。

为了检测 HIV-1 感染患者和 HIV-1 阴性对照的肠黏膜中 MAIT 细胞的绝对数量和组织分布，作者对 HIV-1 患者和 HIV-1 阴性对照结直肠组织中的 MDR1+（MAIT 替代标记）细胞进行了染色，发现 HIV-1 患者的结直肠黏膜表现出更多的 MDR1+ 细胞。作者又通过检测 IL-18Rα+TCR Vα7.2+ 双阳性细胞（组织驻留 MAIT 细胞）进行了进一步验证。

5.

慢性 HIV-1 感染患者结直肠黏膜中 MAIT 细胞发生活跃的细胞焦亡

通过双重免疫染色，作者发现 HIV-1 感染患者肠黏膜中 GSDMD+MDR1+ 双阳性细胞（伴有弥漫性细胞肿胀）主要定位于肠绒毛的肠腔侧，而 HIV-1 阴性对照的双阳性细胞则随机分布于肠绒毛。HIV-1 感染患者中每个高倍视野的 GSDMD+MDR1+ 细胞数量高于 HIV-1 阴性对照。作者又检测了 HIV-1 阴性对照和 HIV-1 感染患者的结直肠黏膜中 CD4+MDR1+ 双阳性细胞的数量，发现 HIV-1 感染患者的 CD4+ MDR1+ 双阳性细胞少于 HIV-1 阴性对照。以上发现说明，慢性 HIV-1 感染患者的结直肠粘膜中的 MAIT 细胞经历了活跃的细胞焦亡。

6.

激活诱导的 MAIT 细胞焦亡可能导致未接受 cART 治疗患者的 MAIT 细胞丢失

HIV 介导的细胞死亡已被广泛研究，然而 HIV 病毒是否能诱导 MAIT 细胞焦亡仍未阐明。作者利用 HIV-1 R5 毒株（JR-CSF）感染 HCs 的 PBMC，发现感染后的 HC-MAIT 细胞表达更高水平的 FLICA caspase-1，且 HC-CD4+MAIT 细胞在病毒攻击后表现出更高水平的 FLICA caspase-1。而 TP-MAIT 和 TP-CD4+MAIT 细胞在毒株攻击和条件培养基（CM）处理之间没有显示出 FLICA caspase-1 水平的明显增加。接下来，作者又比较了不同刺激下 HC-MAIT 和 TP-MAIT 细胞中 FLICA caspase-1 表达水平。作者假设持续暴露于高病毒载量和促炎细胞因子可能会诱导 MAIT 的细胞焦亡，为了验证这一假设，作者在含有 20% HCs 或 TPs 血浆的培养基中培养健康供体的 PBMC。发现 FLICA caspase-1+MAIT 细胞频率在 TPs 血浆孵育后显著增加。作者又比较了 HCs 和慢性 HIV 感染患者血浆中 IL-12 和 IL-18 的水平。发现在持续感染 HIV-1 的情况下，IL-12 和 IL-18 的血浆水平失调可能有助于 MAIT 细胞的活化，而活化诱导的 MAIT 细胞焦亡可能导致 TPs 中 MAIT 细胞的丢失。

7.

在接受长期 cART 的患者中，增加的焦亡 MAIT 细胞与较差的免疫重建相关

作者在临床观察到两组不同的长期 cART 治疗患者，即治疗完全响应（CRs）和免疫无应答者（INRs）。作者比较了两组 MAIT 细胞的特征。发现 INRs 中的 MAIT 细胞频率和绝对数明显低于 CRs。作者又分析了两组血浆中的 sCD14 或 I-FABP 水平、FLICA-caspase-1 的水平等，发现 INR-MAIT 细胞中的细胞焦亡水平更高。以上说明，INR-MAIT 的细胞焦亡与 INR 患者中的 MAIT 细胞丢失、微生物移位和黏膜损伤有关。

接下来，作者检测了 CR-MAIT 和 INR-MAIT 细胞对 TCR 依赖性或 TCR 非依赖性刺激的反应性。作者发现，与 CR-MAIT 细胞相比，INR-MAIT 细胞在体外对抗 CD3/抗 CD28、IL-12/IL-18、大肠杆菌联合刺激的反应中，FLICA-caspase-1 表达显著增加。这些数据表明，激活可以诱导 CRs 和 INRs 中的 MAIT 的细胞焦亡，INRs 中的反应比 CRs 更敏感。作者还检测了 IL-12 和 IL-18 的血浆水平，发现持续接触高水平的促炎细胞因子可能会导致这些患者的 MAIT 细胞凋亡。
以上发现说明，长期接受 cART 治疗患者的焦亡 MAIT 细胞的增加与免疫重建不良相关。

研究结论

综上所述，作者推测，慢性 HIV-1 感染期间的 MAIT 细胞可能在多种攻击（如 HIV-1 病毒、IL-12 和 IL-18 刺激）的刺激下持续激活并驱动焦亡，其表现为外周血中的 MAIT 细胞减少，但在肠道黏膜中增加，具有明显的细胞焦亡表型。因此，受损的胃肠道很难修复，这意味着更多的微生物和/或微生物产物可以进入血液循环并引起全身免疫激活、先天细胞因子释放增加和 MAIT 细胞损失增加。这种不良循环回路也可能在 INR 患者中起作用，并影响 cART 期间的免疫恢复。这些发现对评估 MAIT 细胞焦亡作为改善 HIV-1 相关免疫病理学的新治疗靶点具有重要意义。

参考文献

Xia P, Xing XD, Yang CX, et al. Activation-induced pyroptosis contributes to the loss of MAIT cells in chronic HIV-1 infected patients. Mil Med Res 2022;9(1):24.