郑永唐/吴东东团队基于基因组和HIV-1感染转录组研究北平顶猴H

缺乏直接感染HIV-1的动物模型是制约艾滋病研究的关键瓶颈之一。平顶猴是目前报道唯一可感染HIV-1的旧大陆猴，国内分布的平顶猴物种为北平顶猴。在前期研究中，郑永唐研究员课题组在国际上首次发现平顶猴宿主限制因子TRIM5ɑ与CypA发生融合，TRIMCyp蛋白丧失了限制HIV-1复制的功能，从而阐明了平顶猴易感HIV-1的分子机制(Liao CH et al, 2007, AIDS; Kuang YQ et al, 2009, Retrovirology)。首次了建立HIV-1感染北平顶猴(Macaca leonina)艾滋病动物模型，发现HIV-1在北平顶猴体内呈现持续性低水平复制(Pang W et al, Sci Bull, 2017)，宿主限制因子APOBEC3也诱导了HIV-1病毒的超突变(Pang W et al, Front Immunol, 2018)，北平顶猴APOBEC3G异常剪切降低了其对HIV-1基因组编辑压力(Zhang XL et al, J Virol, 2020)。转录因子ZNF683和干扰素IFN-α/γ可能是抑制HIV在北平顶猴体内复制及延缓发病的重要因素(Lu Y et al, Viruses, 2022; He WQ et al, Microbes Infect, 2022)。从stHIV-1sv感染137周的北平顶猴体内分离出一株HIV-1 VpuG53D适应性突变体，发现该突变株体外感染性远强于原始株和其它时间点分离的病毒，VpuG53D获得了更强拮抗北平顶猴限制因子Tetherin的能力并显著增强了HIV-1子代病毒的释放(Lu Y et al, J Virol, 2023)。比较SIV感染北平顶猴和猕猴的病毒-免疫特征及病程进展，发现北平顶猴感染病毒后肠道完整性明显维持的更好，微生物易位水平更低，免疫活化水平低，SIV感染北平顶猴能维持更好的CD4+ T细胞稳态及减缓的疾病进展(Zhang et al, Eur J Immunol, 2018; Zhang et al, Zool Res, 2019)。相对SIV感染猕猴而言，HIV-1感染北平顶猴也表现出更低的免疫活化水平和更低的炎症反应。 

　　为构建可直接感染HIV-1并发展为艾滋病的合适非人灵长类动物模型，郑永唐课题组和吴东东课题组合作，基于北平顶猴基因组和HIV-1感染后转录组，研究了北平顶猴HIV-1 持续性感染的免疫调控机制。 

　　我们首次对北平顶猴基因组测序，组装了北平顶猴的参考基因组，发现北平顶猴基因组全长2.85*109 bp，注释出编码23,570个蛋白。将北平顶猴与其它13种非人灵长类和人类比较，构建了北平顶猴系统进化树，发现北平顶猴与猕猴分歧时间为6.22百万年，与南平顶猴分歧时间为3.93百万年。因此，北平顶猴进化地位可能与其独特的免疫反应和病毒感染特征相关。推测在各种病原体与宿主之间漫长的协同进化过程中，免疫相关基因会受到正选择的作用，而这些正选择的基因可能会与HIV-1感染北平顶猴后的病毒-免疫特征相关。 

　　我们将北平顶猴编码蛋白的所有基因与猕猴、南平顶猴、食蟹猴和非洲绿猴比较，从中选择在北平顶猴中受到正选择的基因，发现其中3个基因(TLR8、MAVS和CR2)与HIV-1复制密切相关。北平顶猴的TLR8与猕猴相比，有9个正选择位点突变的氨基酸，但北平顶猴的TLR8表达并未受影响，与人和猕猴相似。功能实验发现北平顶猴TLR8激活炎症反应的能力减弱，这可能是HIV-1感染北平顶猴后免疫活化低的原因之一。 

　　我们对SIVmac239、HIV-1NL4-R3A、stHIV-1sv感染北平顶猴后连续时间点的外周血单个核细胞进行了转录组测序。整合基因组和转录组数据，筛选与HIV-1复制水平低下相关的候选基因。发现在HIV-1感染北平顶猴后上调的基因中，有一部分干扰素诱导基因(ISG)在感染1-2周迅速上调，其中IFI27基因上调最显著。北平顶猴的IFI27基因与人的同源基因相比发生大量突变。在体外过表达和敲低实验中，均发现北平顶猴IFI27可能是北平顶猴特异的HIV-1限制因子，可特异地抑制HIV-1复制，但不抑制SIV复制，这可能也是HIV-1在北平顶猴中低水平复制的机制之一。 

　　本研究首次基于基因组学和感染转录组学研究了北平顶猴HIV-1 持续性感染的免疫调控机制，为构建合适的HIV-1非人灵长类动物模型提供了科学数据。相关研究论文 “Genomic evidence for the nonpathogenic state in HIV-1-infected northern pig-tailed macaques”近日在线发表在国际知名学术期刊Molecular Biology and Evolution上(2023 May 3:msad101. DOI: 10.1093/molbev/msad101)。中国科学院昆明动物研究所郑永唐课题组的副研究员庞伟、博士生路莹、何文强和吴东东课题组的副研究员邵永，博士生庄晓琳为共同第一作者，郑永唐研究员和吴东东研究员为共同通讯作者。该研究得到NSFC-云南联合基金、国家重点研发专项等项目资助。 


　　图1. 基于基因组学和感染转录组学研究了北平顶猴HIV-1 持续性感染的免疫调控机制。A）病毒感染动物69周内，HIV-1感染北平顶猴致病不明显，SIV感染北平顶猴致病进程较慢，而SIV感染猕猴致病进程较快。B）比较基因组发现与HIV-1感染相关的北平顶猴基因。 C）北平顶猴TLR8激活炎症反应的能力减弱。D）北平顶猴IFI27特异地抑制HIV-1复制但不抑制SIV复制。