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(xiǎn)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(jī)制的實(shí)驗(yàn)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(duì)病理生理學(xué)的貢獻(xiàn)。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(chǔ)存庫(kù)。HIV仍保持轉(zhuǎn)錄活性在CD4+ T細(xì)胞中，病毒蛋白表達(dá)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(jìn)CVD的炎癥環(huán)境。因此，可假設(shè)雄性和雌性小鼠中表達(dá)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(yàn)證這一假設(shè)，美國(guó)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(tuán)隊(duì)在一項(xiàng)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(dòng)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(jī)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(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示，在正常雄性和雌性Tg26小鼠中病毒蛋白的表達(dá)在保持晝夜節(jié)律的同時(shí)，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(duì)血管功能的已知有害影響，評(píng)估了二級(jí)腸系膜動(dòng)脈的血管反應(yīng)性。Tg26小鼠中病毒蛋白的表達(dá)導(dǎo)致雄性和雌性（圖1 C、F）小鼠對(duì)乙酰膽堿（ACh）的血管舒張反應(yīng)明顯受損，而對(duì)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(dá)會(huì)提高血壓并損害內(nèi)皮依賴性血管舒張反應(yīng)。

為了檢驗(yàn)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(cè)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(bào)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(shí)上，從Tg26到WT小鼠的BMT重現(xiàn)了正常Tg26小鼠中的腸系膜動(dòng)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(dòng)脈對(duì)ACh的舒張反應(yīng)（圖1 J、K）。在腸系膜動(dòng)脈中觀察到，從Tg26到WT小鼠的BMT損傷了主動(dòng)脈內(nèi)皮功能，而從WT到Tg26小鼠的BMT則恢復(fù)了導(dǎo)管動(dòng)脈對(duì)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(dá)會(huì)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(dòng)脈與脾臟來(lái)源的CD3+ T細(xì)胞或BM來(lái)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(dòng)脈暴露于Tg26 CD3+ T細(xì)胞會(huì)損害血管舒張反應(yīng)（圖2 B），但暴露于來(lái)自WT或Tg26小鼠的BM來(lái)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(hào)，進(jìn)一步研究了T細(xì)胞對(duì)HIV相關(guān)高血壓發(fā)病機(jī)制的貢獻(xiàn)。阿巴西普（Abatacept ）降低了平均動(dòng)脈壓（圖2 D、E）和舒張壓，同時(shí)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(duì)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(shí)驗(yàn)（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(huì)損害內(nèi)皮依賴性舒張反應(yīng)。進(jìn)一步測(cè)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(shí)也恢復(fù)了對(duì)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(jìn)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(dá)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(dá)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(lái)對(duì)完整和BMT小鼠的血漿進(jìn)行了Cytokine Panel分析，測(cè)量顯示，Tg26小鼠的病毒蛋白表達(dá)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(wú)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(dá)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(lái)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(wú)變化，且恢復(fù)阻力動(dòng)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(shí)，在IL-1α中和抗體存在下重復(fù)了T細(xì)胞-主動(dòng)脈共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn) IL-1α中和保護(hù)了主動(dòng)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(wú)異。這些數(shù)據(jù)支持，CD4+ T細(xì)胞來(lái)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(dá)會(huì)誘導(dǎo)IL-1α的表達(dá)，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(shí)驗(yàn)定量了主動(dòng)脈中NOX亞型轉(zhuǎn)錄物表達(dá)，發(fā)現(xiàn) Tg26小鼠的病毒蛋白表達(dá)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(dòng)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(dòng)脈中的NOX1，且WT大主動(dòng)脈暴露于Tg26 CD3+ T細(xì)胞僅增加NOX1。為驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)的可轉(zhuǎn)化性，測(cè)量了接受心臟搭橋手術(shù)的PLWH丟棄的主動(dòng)脈活檢標(biāo)本中NOX的表達(dá)，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(shí)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(lái)源的病毒蛋白通過NOX1依賴機(jī)制損害內(nèi)皮功能并升高BP。

研究人員假設(shè)IL-1α會(huì)增加內(nèi)皮NOX1表達(dá)。為驗(yàn)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(dá)（圖4 A），但NOX2、NOX4或NOX5（圖4 B-D）表達(dá)無(wú)顯著變化。此外，測(cè)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(dá)和活性氧產(chǎn)生增加的來(lái)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(jìn)內(nèi)皮NOX1表達(dá)的潛在機(jī)制，測(cè)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(huì)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(dòng)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(huì)增加NOX1表達(dá)，并誘導(dǎo)NOX2上升的趨勢(shì)，但未達(dá)到統(tǒng)計(jì)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(huì)增加人體血管NOX1表達(dá)。

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(shí)驗(yàn)證據(jù)，表明CD4+ T細(xì)胞中病毒蛋白的表達(dá)會(huì)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(jìn)而損害內(nèi)皮舒張功能并提高血壓。這是shouge機(jī)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(xiàn)：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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