CD4+ T Cells Expressing Viral Proteins Induce HIV-Associated Endothelial Dysfunction and Hypertension Through Interleukin 1α-Mediated Increases in Endothelial NADPH Oxidase 1

Keywords: CD4-positive T-lymphocytes; HIV; endothelium; hypertension; interleukin-1alpha; oxidative stress; viral proteins.

心血管疾病（CVD）現(xiàn)已成為HIV感染者（PLWH）的主要死因，而高血壓是CVD的主要風(fēng)險因素，在聯(lián)合抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法（cART）治療下的PLWH中非常普遍。盡管HIV相關(guān)高血壓的流行病學(xué)問題已經(jīng)明確，但其病因仍然大多未知，且缺乏關(guān)于其潛在機制的實驗研究。

較高的非傳染性合并癥數(shù)量已被證明不足以解釋PLWH中較高的高血壓患病率，這支持病毒學(xué)或治療相關(guān)因素對病理生理學(xué)的貢獻。有趣的是，接受cART治療的PLWH  患者的高血壓患病率始終高于cART初治患者，而cART初治患者則低于未感染者。這些觀察表明，CD4+ T淋巴細(xì)胞（T細(xì)胞），在接受cART治療的PLWH中含量高，在cART初治患者中含量低，可能與高血壓有關(guān)。

CD4+ T細(xì)胞是cART治療的PLWH中zuida且zuiwei明確的HIV儲存庫。HIV仍保持轉(zhuǎn)錄活性在CD4+ T細(xì)胞中，病毒蛋白表達依然存在。HIV衍生蛋白在cART治療的PLWH體內(nèi)循環(huán)并創(chuàng)造促進CVD的炎癥環(huán)境。因此，可假設(shè)雄性和雌性小鼠中表達HIV衍生蛋白的CD4+ T細(xì)胞通過釋放促炎細(xì)胞因子誘導(dǎo)高血壓。為驗證這一假設(shè)，美國南阿拉巴馬大學(xué)莫比爾分校血管生物學(xué)中心及奧古斯塔大學(xué)喬治亞醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和分子生物學(xué)系團隊在一項研究中結(jié)合了骨髓移植（BMT）的Tg26 HIV小鼠模型與及T細(xì)胞過繼性轉(zhuǎn)移，并分析了PLWH中主動脈標(biāo)本。研究成果發(fā)表于Circulation 期刊題為“CD4+ T Cells Expressing Viral Proteins Induce HIV-Associated Endothelial Dysfunction and Hypertension Through Interleukin 1α-Mediated Increases in Endothelial NADPH Oxidase 1 "。

首先，為研究病毒蛋白在HIV相關(guān)高血壓發(fā)病機制中的作用，使用Tg26轉(zhuǎn)基因小鼠，提供了一種非傳染性的HIV模型，類似于接受抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療的PLWH 。實驗報告顯示，在正常雄性和雌性Tg26小鼠中病毒蛋白的表達在保持晝夜節(jié)律的同時，血壓（BP）有所增加（圖1 A、B、D、E），但不影響心率。基于血管系統(tǒng)在控制血壓中的關(guān)鍵作用以及HIV對血管功能的已知有害影響，評估了二級腸系膜動脈的血管反應(yīng)性。Tg26小鼠中病毒蛋白的表達導(dǎo)致雄性和雌性（圖1 C、F）小鼠對乙酰膽堿（ACh）的血管舒張反應(yīng)明顯受損，而對硝普鈉（SNP）的血管舒張反應(yīng)則未改變，這支持內(nèi)皮細(xì)胞水平的功能障礙。這些數(shù)據(jù)表明。Tg26小鼠中病毒蛋白的表達會提高血壓并損害內(nèi)皮依賴性血管舒張反應(yīng)。

為了檢驗造血細(xì)胞衍生的病毒蛋白是否可能導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙和高血壓，采集并移植了WT小鼠和Tg26小鼠的骨髓（圖1 G）。通過尾袖測量血壓顯示，相較于WT-WT，Tg26-WT小鼠的BMT顯著提高了雄性和雌性小鼠的收縮壓（SBP）（圖1 H、I）。從WT到Tg26小鼠的BMT消除了上述雄性和雌性Tg26小鼠報告的高血壓表型，并將血壓水平降低至WT-WT組（圖1 H、I）。值得注意的是，血管反應(yīng)性研究的結(jié)果與BP數(shù)據(jù)相符。事實上，從Tg26到WT小鼠的BMT重現(xiàn)了正常Tg26小鼠中的腸系膜動脈內(nèi)皮功能障礙，而從WT小鼠到Tg26小鼠的BMT則恢復(fù)了腸系膜動脈對ACh的舒張反應(yīng)（圖1 J、K）。在腸系膜動脈中觀察到，從Tg26到WT小鼠的BMT損傷了主動脈內(nèi)皮功能，而從WT到Tg26小鼠的BMT則恢復(fù)了導(dǎo)管動脈對ACh的反應(yīng)而不影響SNP介導(dǎo)的舒張反應(yīng)。這些結(jié)果表明，源自造血細(xì)胞的病毒蛋白是雄性和雌性Tg26小鼠內(nèi)皮功能障礙和高血壓的根源。

圖1     雄性和雌性小鼠的造血細(xì)胞中HIV蛋白的表達會增加血壓，并損害阻力血管的內(nèi)皮功能。

研究人員試圖確定導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙和高血壓的免疫細(xì)胞亞型，因此開發(fā)了一種新系統(tǒng)（圖2 A），將WT胸主動脈與脾臟來源的CD3+ T細(xì)胞或BM來源巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)。與暴露于WT CD3+ T細(xì)胞相比，WT主動脈暴露于Tg26 CD3+ T細(xì)胞會損害血管舒張反應(yīng)（圖2 B），但暴露于來自WT或Tg26小鼠的BM來源巨噬細(xì)胞并未改變血管舒張反應(yīng)（圖2 C）。

基于T細(xì)胞參與高血壓需要共刺激的證據(jù)，通過用CTLA4-Ig（如abatacept）阻斷共刺激信號，進一步研究了T細(xì)胞對HIV相關(guān)高血壓發(fā)病機制的貢獻。阿巴西普（Abatacept ）降低了平均動脈壓（圖2 D、E）和舒張壓，同時恢復(fù)了阻力性（圖2 F）和傳導(dǎo)性血管的內(nèi)皮功能，但未影響平滑肌細(xì)胞依賴性血管舒張（圖2 G）。這些數(shù)據(jù)綜合提供了體外和體內(nèi)證據(jù)，表明源自T細(xì)胞的病毒蛋白對觀察到的BP升高和內(nèi)皮功能障礙有影響。

使用CD4+ 輔助T細(xì)胞和CD8+ 細(xì)胞毒性T細(xì)胞重復(fù)共培養(yǎng)實驗（圖2 A）以縮小參與的T細(xì)胞亞型，發(fā)現(xiàn)暴露于CD4+，而非CD8+，會損害內(nèi)皮依賴性舒張反應(yīng)。進一步測試CD4+ T細(xì)胞的作用，發(fā)現(xiàn)CD4+ 耗竭使Tg26小鼠的SBP水平降至WT小鼠水平，且未影響WT小鼠的血壓，同時也恢復(fù)了對ACh的血管舒張反應(yīng)，但未改變血管平滑肌細(xì)胞依賴性血管舒張。在缺失CD4+ 和 CD8+ T細(xì)胞的TCRα敲除小鼠中進行CD4+ T細(xì)胞的過繼性轉(zhuǎn)移，發(fā)現(xiàn)相較于從WT小鼠分離的CD4+ T細(xì)胞，Tg26 CD4+ T細(xì)胞的過繼性轉(zhuǎn)移顯著升高了SBP。這些結(jié)果共同支持，CD4+ T細(xì)胞表達的病毒蛋白在高血壓和內(nèi)皮功能障礙中的作用。

圖2     CD3+ T細(xì)胞中HIV蛋白的表達可誘發(fā)內(nèi)皮功能障礙和高血壓。

基于促炎細(xì)胞因子在高血壓發(fā)展中的作用，接下來對完整和BMT小鼠的血漿進行了Cytokine Panel分析，測量顯示，Tg26小鼠的病毒蛋白表達顯著提高了循環(huán)中的IL-1α水平（圖3 A、B），而其他促炎細(xì)胞因子則無顯著變化。從Tg26到WT小鼠的BMT增加，用WTs替代Tg26 BM降低IL-1α水平（圖3 C、D）。此外，較CD8+ T細(xì)胞，病毒蛋白表達在CD4+ T細(xì)胞中誘導(dǎo)IL-1α更顯著地增加（圖3 E、F）。阿巴西普抑制T細(xì)胞共刺激（圖3 G）和CD4+ T細(xì)胞耗竭（圖3 G）降低了Tg26小鼠血漿IL-1α水平，表明CD4+ T細(xì)胞是循環(huán)IL-1α升高的來源。

正常WT和Tg26小鼠接受IL-1α中和抗體處理，發(fā)現(xiàn)IL-1α中和使Tg26 小鼠BP水平降低（圖3 H、I），心率無變化，且恢復(fù)阻力動脈內(nèi)皮依賴性舒張（圖3 J），但未影響平滑肌細(xì)胞依賴性血管舒張。同時，在IL-1α中和抗體存在下重復(fù)了T細(xì)胞-主動脈共培養(yǎng)實驗，發(fā)現(xiàn) IL-1α中和保護了主動脈環(huán)免受Tg26 CD4+ T細(xì)胞誘導(dǎo)的內(nèi)皮功能障礙（圖3 K），且未影響SNP介導(dǎo)的舒張。將WT小鼠接受每日20 mg/kg的外源性IL-1α治療，發(fā)現(xiàn)IL-1α注射升高了SBP，并損害了內(nèi)皮依賴性血管舒張（圖3 L、M），但平滑肌細(xì)胞依賴性舒張無異。這些數(shù)據(jù)支持，CD4+ T細(xì)胞來源的IL-1α在HIV病毒蛋白相關(guān)的內(nèi)皮功能障礙和高血壓中的作用。

圖3     CD4+ T細(xì)胞中病毒蛋白的表達會誘導(dǎo)IL-1α的表達，從而損害內(nèi)皮功能并誘發(fā)高血壓。

過量的活性氧，尤其是高NAD（P）H氧化酶衍生的活性氧，與HIV和T細(xì)胞介導(dǎo)的高血壓和血管功能障礙有關(guān)。因此，實驗定量了主動脈中NOX亞型轉(zhuǎn)錄物表達，發(fā)現(xiàn) Tg26小鼠的病毒蛋白表達增加了NOX1，但非NOX2和NOX4的顯著增加，CD4+ 耗竭降低了完整小鼠主動脈中的NOX1水平，NOX2和NOX4水平未顯著變化。與上述發(fā)現(xiàn)一致，從Tg26到WT小鼠的BMT僅增加了主動脈中的NOX1，且WT大主動脈暴露于Tg26 CD3+ T細(xì)胞僅增加NOX1。為驗證這些發(fā)現(xiàn)的可轉(zhuǎn)化性，測量了接受心臟搭橋手術(shù)的PLWH丟棄的主動脈活檢標(biāo)本中NOX的表達，發(fā)現(xiàn)PLWH患者的NOX1水平高于血清陰性患者。使用選擇性NOX1抑制劑GKT771，發(fā)現(xiàn)其消除了WT與Tg26雄性小鼠之間的血管舒張差異，也消除了WT-WT及Tg26-WT BMT小鼠之間的差異。NOX1的缺失可防止病毒蛋白誘導(dǎo)的高血壓和內(nèi)皮功能障礙，同時未改變血管平滑肌細(xì)胞依賴性舒張。這些數(shù)據(jù)表明，CD4+ 來源的病毒蛋白通過NOX1依賴機制損害內(nèi)皮功能并升高BP。

研究人員假設(shè)IL-1α會增加內(nèi)皮NOX1表達。為驗證這一假設(shè)，將hMVECs暴露于IL-1α，發(fā)現(xiàn) IL-1α增加了內(nèi)皮NOX1表達（圖4 A），但NOX2、NOX4或NOX5（圖4 B-D）表達無顯著變化。此外，測量了8-羥基-2'-脫氧鳥苷水平（8-OHdG，活性氧誘導(dǎo)氧化損傷的指標(biāo)），發(fā)現(xiàn)IL-1α顯著提高了hMVECs中的 8-OHdG水平（圖4 E），表明 IL-1α是NOX1表達和活性氧產(chǎn)生增加的來源。使用NOX1抑制劑GKT771，發(fā)現(xiàn)抑制 NOX1消除了IL-1α處理小鼠與載體處理小鼠腸系膜血管舒張差異（圖4 F）。為探究IL-1α促進內(nèi)皮NOX1表達的潛在機制，測試了NF-κB和caspase 1的作用。發(fā)現(xiàn)抑制 NF-κB和caspase 1均能防止IL-1α誘導(dǎo)的內(nèi)皮依賴性舒張受損（圖4 G）以及IL-1α介導(dǎo)的內(nèi)皮NOX1增加（圖4 H、I）。這表明，IL-1α會增加hMVECS中的NOX1和氧化應(yīng)激。

最后，為確定CD4+ T細(xì)胞是否能介導(dǎo)NOX1增加，將接受心臟搭橋手術(shù)的血清陰性患者丟棄的人類主動脈標(biāo)本暴露于WT或Tg26 CD4+ T細(xì)胞條件培養(yǎng)基（圖4 J），發(fā)現(xiàn)暴露于CD4+ T細(xì)胞培養(yǎng)基會增加NOX1表達，并誘導(dǎo)NOX2上升的趨勢，但未達到統(tǒng)計顯著性（圖4 K-N）。這些結(jié)果表明，源自CD4+ T細(xì)胞的病毒蛋白會增加人體血管NOX1表達。

圖4     IL-1α和CD4+ T細(xì)胞增加內(nèi)皮NOX1和活性氧的水平。

總之，該研究shouci提供了實驗證據(jù)，表明CD4+ T細(xì)胞中病毒蛋白的表達會導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子IL-1α的分泌，從而提高內(nèi)皮細(xì)胞的NOX1水平，進而損害內(nèi)皮舒張功能并提高血壓。這是shouge機制性研究介紹了NOX1抑制劑、IL-1α抗體和IL-1受體阻斷，作為緩解PLWH 患者高血壓患病率上升的潛在治療途徑。

參考文獻：Kress TC, Barris CT, Kovacs L, Khakina BN, Jordan CR, Bruder-Nascimento T, Stepp DW, MacArthur R, Patel VS, Chen J, Pacholczyk R, Kennard S, Belin de Chantemèle EJ. CD4+ T Cells Expressing Viral Proteins Induce HIV-Associated Endothelial Dysfunction and Hypertension Through Interleukin 1α-Mediated Increases in Endothelial NADPH Oxidase 1. Circulation. 2025 Apr 22;151(16):1187-1203. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.124.070538. Epub 2025 Feb 5. PMID: 39907014; PMCID: PMC12011537.

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