【文献阅读】新型限制性因子慢病毒递送载体应对HIV感染

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艾滋病已成为全球面临的主要健康卫生问题，传统的联合抗逆转录病毒疗法“鸡尾酒疗法”尽管可以一定程度上控制HIV病程，但是高昂费用、病毒清除不完全和耐药性等问题限制了其疗效，亟需新的治疗方法应对HIV感染。近日，美国NIC和TSRI研究所Pathak团队在Molecular Therapy: Nucleic Acid期刊上发表题为Development of lentiviral vectors for HIV-1 gene therapy with Vif-resistant APOBEC3G的论文，研究利用抗Vif抗性的A3G-D128K构建了自激活慢病毒系统，特异性抑制T细胞中HIV复制，同时不易产生抗性突变。该项研究提供了一种潜在的HIV基因治疗方法。


艾滋病已成为全球面临的主要健康卫生问题，截止2018年全球有3790万人感染艾滋病，患病者数量仍稳定增加，而其中约40%的人群未获得抗逆转录病毒治疗。传统的联合抗逆转录病毒疗法“鸡尾酒疗法”尽管可以一定程度上控制HIV病程，但是高昂的治疗费用、严重的毒副作用、病毒清除不完全和耐药性等问题限制了其疗效，亟需新的治疗方法应对HIV感染。新型的基因治疗、免疫疗法、干细胞移植等方法可能成为HIV治疗新策略。



宿主限制性因子在天然免疫中发挥重要作用，能够干扰病毒基因组复制，进而阻断病毒感染与传播，其中以胞嘧啶脱氨酶APOBEC3G蛋白（A3G）抗病毒活性最为显著。但是HIV-1也演化出了相应对抗宿主限制性因子的策略，病毒衣壳蛋白Vif能够促进A3G的泛素化降解途径，从而避免病毒内包A3G。因此靶向病毒对抗限制性因子可能是阻断HIV-1感染的方法。



之前的研究已发现的A3G突变型A3G-D128K能够抗Vif介导的泛素降解，但是由于缺乏高效的递送系统，以及特异性表达调控方式，抗病毒效果不显著。Pathak等将A3G-D128K前后两个重叠的片段插入慢病毒载体，由于重叠片段间的重复序列能够在逆转录过程中删去，形成重组A3G-D128K，因此可以在HIV-1感染细胞中自发激活表达，而对慢病毒供体细胞影响较小。通过在融合蛋白间插入终止子、共表达A3G-D128K降解蛋白Vif2进一步优化了慢病毒载体转染效率、特异性和稳定性。





为验证慢病毒载体对HIV-1的抑制作用，研究者首先筛选了能够稳定表达A3G-D128K的T细胞株CEM、PM1，从细胞水平证明了A3G-D128K慢病毒载体能够有效抑制HIV-1多种亚型的复制，同时抑制效果与细胞表达A3G-D128K水平呈正相关。但是对于HIV-2和SIVmac239增殖无明显抑制作用。




研究者进一步探究了慢病毒递送载体导致HIV-1抗性株产生的可能性，无论是在有无内源性A3G细胞中，都未观察到明显的HIV-1抗性菌株自发产生，既使人为改造的HIV-1突变株也表现出严重的复制受阻现象。同时慢病毒载体在CD4+ T细胞和CD34+ 造血干祖细胞转染实验中也表现了高效性。



该研究构建并验证了能够高效转递抗vif限制因子的自激活慢病毒载体，该方法表现出良好的抗病毒效果、低抗性突变产生。对于靶向递送载体的进一步优化，以及相关的动物模型研究，将有助于新型HIV基因疗法应用于临床治疗。

  附文献信息：
ABSTRACT
Strategies to control HIV-1 replicationwithout antiviral therapy are needed to achieve a functional cure. To exploitthe innate antiviral function of restriction factor cytidine deaminase APOBEC3G(A3G), we developed self-activating lentiviral vectors that efficiently deliverHIV-1 Vif-resistant mutant A3G-D128K to target cells.  To circumvent APOBEC3 expression invirus-producing cells, which diminishes virus infectivity, a vector containingtwo overlapping fragments of A3G-D128K was designed that maintained the gene inan inactive form in the virus-producer cells. However, during transduction of target cells, retroviral recombinationbetween the direct repeats reconstituted an active A3G-D128K in 89-98% of transducedcells. Lentiviral vectors that expressed A3G-D128K transduced CD34+hematopoietic stem and progenitor cells with a high efficiency (>30%).  A3G-D128K expression in T cell lines CEM,CEMSS, and PM1 potently inhibited spreading infection of several HIV-1 subtypesby C-to-U deamination leading to lethal G-to-A hypermutation and inhibition ofreverse transcription.  SIVmac239 andHIV-2 were not inhibited since their Vifs degraded A3G-D128K. A3G-D128Kexpression in CEM cells potently suppressed HIV-1 replication for >3.5months without detectable resistant virus, suggesting a high genetic barrierfor emergence of A3G-D128K resistance. Taken together, A3G-D128K expression inHIV-1 target cells is potential anti-HIV gene therapy approach that could becombined with other therapies for the treatment and functional cure of HIV-1infection.  


原文链接：doi: https://doi.org/10.1016/j.omtn.2019.10.024.
本期编辑：Reynard Fox

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