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目的: 人类免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus,HIV)是获得性免疫缺陷综合症(acquired immune defiency syndrome,AIDS)即艾滋病的病原体。HIV感染后感染者的疾病进程存在较大差异,研究影响HIV疾病进程的因素及生物学标志,将会对艾滋病治疗、免疫调节和疫苗研究具有重要意义。 自然杀伤细胞(natural killer cells,NK cells)是天然免疫系统的主要组成部分,对病毒感染细胞和肿瘤细胞均发挥着重要的杀伤作用,其免疫应答早于获得性免疫,是机体的第一道防线。目前研究表明,HIV感染的疾病进程取决于感染早期的免疫应答情况[1],因此,在感染早期就发挥作用的NK细胞越来越受到人们的关注。国际上的研究和我们课题组的报道亦证明,NK细胞的功能与HIV疾病进程密切相关。 microRNA(miRNA,miR)是生物体内源性的长度约为21-25个核苷酸的单链非编码小RNA,通过与靶mRNA形成完全或不完全互补配对,在转录后水平对基因表达调控有重要影响。miRNA通过调控转录相关蛋白和信号通路中的关键分子,进而调控着细胞的发育和功能应答。研究表明miRNA能够调节NK细胞的发育和功能应答。在HIV感染过程中,NK细胞功能的变化是否受到miRNA的调控?HIV感染是否可引起某些miRNA的变化,进而影响NK细胞的功能,导致HIV疾病进程不同?目前HIV感染者miRNA研究主要集中在外周血单个核细胞(Peripheral Blood Mononuclear Cell,PBMC),关于HIV感染者NK细胞miRNA的研究还未见报道。 本研究采用流式细胞分选技术分选出HIV典型进展者(typical progressors,TPs)、快速进展者(rapid progressors,RPs)感染早期(120天)NK细胞以及健康对照者NK细胞,采用实时定量PCR技术进行NK细胞miRNA表达谱(510种)全筛检测及验证检测,并对miRNA靶mRNA进行预测,以探索HIV感染对NK细胞miRNA的影响,以及miRNA水平对HIV疾病进程的影响。 材料与方法: 1、研究对象 本研究选取37例未经过高效抗病毒治疗(High active antiretroviral therapy,HAART)的HIV早期感染者(early HIV infection,EHI),以及5例HIV血清抗体检测阴性的健康者(HIV negative control,HNC)。HIV早期感染的定义符合国际标准[20]。37例EHI被分到2组,即快速进展者组(RP组)(感染一年后CD4+T细胞数量<350 cells/μl)和典型进展者组(TP组)(感染一年后CD4+T细胞数量≥500 cells/μl)。所有HIV感染者NK细胞miRNA采样时间均为HIV感染120天。在miRNA全筛研究阶段(miRNA training group),我们对5例RP,5例TP及5例HNC的NK细胞510种miRNA进行检测。只有在RP组和TP组表达含量有明显差异(即P<0.05)的miRNA才能进入miRNA验证检测研究阶段(miRNAvalidation group)。在miRNA验证研究阶段,我们选取11例RP和16例TP进行研究。37例HIV感染者均来自中国医科大学附属第一医院红丝带门诊确诊HIV感染的男男性接触人群。5例HIV血清抗体检测阴性的健康人,符合以下标准:HIV抗体阴性,血常规及肝肾功正常,乙型肝炎表面抗原及抗丙型肝炎抗体阴性,无免疫系统疾病,未暴露于HIV的正常人。所有研究对象都签署了知情同意书。 2、CD4+T细胞绝对计数、NK细胞绝对计数 (1) CD4+T淋巴细胞绝对计数 应用流式细胞仪FACSCalibur,MULTISET软件检测外周全血并进行自动分析,计算CD4+、CD8+、CD3+T淋巴细胞绝对值及相应比值。 (2) NK细胞绝对计数 应用流式细胞仪FACSCalibur,MULTISET软件检测外周全血并进行自动分析,计算NK细胞绝对值及相应比值。 3、病毒载量的检测 采用Roche公司COBAS(R) AMPLICOR HIV-1 MONITORTM Test, Version1.5试剂盒在COBAS(R)TaqMan(R)系统进行全自动PCR反应体系制备及病毒载量检测。 4、NK细胞分选及纯度检测 复苏液氮冻存的PBMC样本,离心400g,4℃,10分钟。离心结束后弃上清,将复苏的PBMC转移到流式管内。用TriTEST CD3 FITC/CD16+56 PE/CD45 PerCP试剂进行细胞表面染色,注意避光,4℃,30分钟。染色结束,洗去未结合染料,加入3ml/管无菌PBS,离心350g,4℃,5分钟。离心结束后弃上清,加入1.5ml无菌PBS,混匀细胞。PBMC样本在流式细胞分选仪FACSAriaⅡ进行分选,分选出NK细胞并进行纯度检测。 5、NK细胞miRNA表达量的检测 (1)总RNA的分离 用预冷的PBS清洗细胞并计数,300g离心10min收集细胞样本;小心吸取出PBS后,加入650μl Lysis Buffer;涡旋振荡使细胞完全裂解。按照细胞与组织TotalRNA提取试剂操作说明书标准方法提取总RNA。 (2) miRNA反转录生成cDNA 首先在miRNA的3'尾部添加Poly A(A-Plus),然后cDNA链的合成(RT-PCR)。全部操作按照Quanto-miR cDNA合成试剂操作说明书的标准方法进行。 (3) qPCR反应 miRNA反转录生成cDNA进行qPCR反应。全部特异性引物均来自microRNAprimer system(北京旷博生物技术有限公司,中国)。全部操作按照Quanto-miR检测试剂说明书进行,采用2-△△CT方法,检测miRNA的表达水平。 6、靶mRNA预测及Pathway enrichment分析 用miRecords(http://mirecords.biolead.org/)进行miRNA的靶mRNA基因预测。从结果中选择至少有3种算法能共同预测出的靶基因。然后将这些靶基因通过GeneGO MetacoreTM软件进行Pathway enrichment分析,设置P<0.05。 7、统计学分析 用SPSS17.0统计软件及GraphPad Prism5.0软件进行统计分析。TP组,RP组及HNC组各组患者的基本信息、免疫学指标及病毒载量的比较,分类变量采用卡方检验,连续型变量采用独立样本t检验,非参数变量采用Mann-Whitney U检验。miRNA的表达水平与免疫学指标和病毒载量间的相关性分析采用Spearman秩相关检验。不同组间miRNA表达水平的差异用Mann-Whitney U检验分析。HIV感染者的血浆病毒载量用自然对数(log10)表示。受试者工作特征曲线(Receiveroperating characteristic curve,ROC curve)用来评价NK细胞miRNA表达水平预测疾病进程的诊断价值。Kaplan-Meier生存分析来分析感染早期NK内miRNA表达不同高低水平患者的生存情况。P<0.05认为有统计学差异。 实验结果: 一、HIV感染者的基本情况 HIV感染者CD4+T细胞绝对数、NK细胞绝对数及百分比均低于健康对照者。通过Loess曲线拟合观察到快速进展者CD4+T细胞绝对数及NK细胞绝对数持续高于典型进展者,病毒载量持续低于典型进展者。 二、NK细胞分选纯度及总R队质量评估 所有研究对象NK细胞分选纯度均在99%以上。从RNA浓度、A260/A280以及qPCR扩增实验来看,所有样本的RNA都成功提取,且cDNA质量也均通过质控。 三、HIV感染者NK细胞miRNA全筛结果 1、HIV感染者(HIV组)和健康对照者(HNC组)NK细胞miRNA差异表达 与HNC组相比,HIV组NK细胞miRNA大多数表达含量下降,有41种miRNA相对含量显著下降,6种miRNA相对含量显著升高(P<0.05)。 2、TP组与HNC组NK细胞miRNA差异表达 与HNC组相比,TP组有14种miRNA相对含量显著下降,6种miRNA相对含量显著升高(P<0.05)。 3、RP组与HNC组NK细胞miRNA差异表达 与HNC组相比,RP组有71种miRNA相对含量显著下降,12种miRNA相对含量显著升高(P<0.05)。 4、TP组和RP组NK细胞miRNA差异表达 与TP组相比,RP组NK细胞有30种miRNA相对含量显著下降,有12种miRNA相对含量显著升高(P<0.05)。共计有显著差异变化的miRNA42种。 四、HIV感染者NK细胞miRNA验证研究结果 1、TP组与RP组验证研究结果 扩大样本(TP组11例,RP组16例),对筛选到的影响HIV疾病进程的42种miRNA进行验证检测。结果显示:miR-302d相对含量在RP组显著升高(P=0.00058)。 2、miR-302d的相对含量与CD4、病毒载量的相关性分析 miR-302d相对含量与患者感染早期(120天)、感染1年后CD4+T细胞绝对数均呈显著负相关性(P=0.0008,r=-0.6087; P=0.0002,r=-0.6656),但是与病毒载量无相关性。 3、ROC曲线分析miR-302d相对含量对HIV疾病快速进展的预测作用 ROC曲线分析显示,HIV感染早期NK细胞miR-302d的相对含量对预测HIV疾病快速进展有高准确性(P=0.00046,AUC=0.903)。 4、miR-302d相对含量不同的HIV感染者疾病进展的生存分析 将CD4+T细胞绝对数<350cells/μl,病毒载量>104.5copies/ml作为结局事件,进行Kaplan-Meier生存分析,我们发现:miR-302d相对含量高的HIV感染者(“≥median”组)CD4+T细胞数量下降速率快(P=0.0002,log-rank x2=13.68),病毒载量的下降速率无统计学差异。 5、miR-302d相对表达量与NK细胞数量分析 miR-302d相对含量与HIV感染早期(120天)、感染1年后NK细胞数量及百分比均无相关性。提示miR-302d是通过影响NK细胞功能,进而影响HIV疾病进程。 五、miR-302d靶mRNA预测分析结果 通过软件分析,预测了miR-302d靶mRNA基因,其主要在WNT signalingpathway, FAS signaling cascades,Granzyme B signaling pathway等信号通路中富集。推测在HIV早期感染时,miR-302d可能抑制发挥杀伤功能的mRNA表达,使杀伤功能下降,进而影响随后的疾病进程。 结论: 1、通过miRNA全筛研究发现,与典型进展者相比,快速进展者有30种miRNA表达显著下降,12种显著升高。 2、通过42种miRNA验证研究发现,HIV感染早期患者NK细胞miR-302d的相对含量与HIV疾病快速进展密切相关。 3、进一步分析结果证明,miR-302d对预测HIV感染快速进展具有潜在价值,是候选分子标志物。 4、通过miR-302d靶mRNA预测,提示miR-302d可能调节NK功能相关的靶mRNA基因。