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HIV病毒抑制后的并发症机制解析:多组学揭示“炎症风暴”与“衰老加速”之谜

77 人阅读发布时间:2025-09-15 09:16

研究背景
抗逆转录病毒疗法(ART)的出现和广泛的临床应用,变革了艾滋病感染的管理模式,使HIV感染从致死性疾病转变为可控的慢性病。然而,病毒抑制的HIV感染者(PLHIV)仍面临显著升高的非艾滋病相关共病风险,包括心血管疾病(CVD)、慢性阻塞性肺病(COPD)等。这种临床现象与持续的全身性炎症和早衰过程密切相关,但个体易感性差异的分子机制尚未阐明。
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德国亥姆霍兹感染研究中心领衔的国际团队在《Nature Medicine》发表的题为" Genetic and molecular landscape of comorbidities in people living with HIV "的研究,通过多组学整合分析揭示了PLHIV共病风险和个体易感性差异的分子基础,为HIV感染者精准医疗提供了新的方向。

 

研究方法

研究队列

基于荷兰2000HIV项目,纳入了1,342例病毒抑制的PLHIV(89%为男性,中位年龄54岁,中位感染时长10年),并将其分为发现队列(N=1,075)和验证队列(N=267)。

 

多组学研究

通过五维多组学数据(基因组学,表观基因组学,转录组学,蛋白质组学和代谢组学)进行了系统性研究,并评估了外周血单个核细胞(PBMCs)的体外细胞因子产生能力。其中,Olink Explore平台提供了2,367种蛋白质的准确定量数据,覆盖了全面的主要生物学通路,为生物学机制的关键发现奠定了基础。

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核心突破

 ●  多组学模型揭示疾病相关分子特征

研究人员运用“多组学因子分析”(MOFA)模型,整合了除基因组外的所有组学,识别出21个潜在因子(LFs),其中19个与白细胞介素-1β(IL-1β)驱动的全身性炎症显著相关。

此外,研究发现多个LFs与特定临床并发症存在显著关联:

LF6:在合并颈动脉斑块的PLHIV人群中显著升高,其组成以血浆蛋白质为主,其显著富集于先天免疫激活和NF-κB信号通路;

• LF8:与心血管疾病(CVD)和内分泌失调呈负相关,主要由蛋白质和代谢物构成,在合并心肌梗死或高血压的感染者中水平显著降低;

• LF11:与COPD风险正相关,特征为CD8⁺ T细胞功能增强,提示了细胞免疫功能失调在肺部疾病中的作用;

• LF20:与疾病快速进展(HIV感染后CD4⁺ T细胞急剧下降)显著相关,其特征是DNA甲基化主导和 dSKAPI基因表达的降低。

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 ● QTL描绘“基因调控网络图”

研究人员进行了大规模的“数量性状位点”(QTL)分析,绘制出一张详尽的“基因调控网络图”, 鉴定出了5,962个研究范围内显著的分子QTL。

研究发现,PLHIV中的eQTL、pQTL和mQTL与健康人群中的效应高度一致(>98%方向一致),在蛋白质水平(pQTL)上,与英国生物样本库(UK Biobank)数据的效应方向一致性高达99.94%。这表明HIV感染和ART并未普遍改变基础的遗传调控架构。

 

此外,研究鉴定出42个cis-eQTL 在PLHIV中表现出与健康人群相反的调控效应,提示存在HIV感染特异性的遗传调控机制。这一发现为理解HIV感染导致的分子水平改变提供了新的视角。研究还发现了13个新的cQTL(细胞因子QTL),揭示了两个已知的免疫反应相关多态性区域,发现了两个位于基因上游的调控位点,它们能够调节 CCL2(MCP-1)和 CCL3(MIP-1α)的细胞因子表达水平以和蛋白质浓度。

 

● 逆转炎症反应的“钥匙”

为了探究循环分子如何通过因果关系调控艾滋病病毒感染者的免疫反应,研究人员进行了孟德尔随机化(MR)分析,确定了313个基因、55种蛋白质和14种代谢物与细胞因子反应存在显著的因果关联。其中, LINC00173(一种长链非编码RNA)的表达水平在遗传上与11种不同的细胞因子应答呈现出因果关系。LINC00173高表达的个体,其免疫细胞在受到刺激后产生多种促炎细胞因子(尤其是IL-1Ra)的能力显著降低。这表明,在HIV感染下,激活或模拟LINC00173的功能,或许能成为一种全新的抗炎治疗策略。

研究还发现了与多种细胞因子刺激组合存在关联的蛋白质,其中IL-17D的高表达能够因果性地降低免疫细胞在接触到HIV病毒包膜蛋白后产生的两种关键促炎细胞因子——CCL3和IL-1β。这表明,提升IL-17D水平或活性,可能有助于打破导致持续炎症的恶性循环。

 

NLRP12基因座的关键作用
研究人员通过QTL分析发现,潜在因子LF6与 NLRP12 基因座之间的关联最为显著。该基因座作为蛋白质组层面的调控热点(pQTL hotspot),其核心变异位点rs34436714(错义突变)展现出广泛的多效性调控特征:与2个基因,2种代谢物和292种蛋白质相关。

变异位点rs34436714与292种蛋白水平显著相关,表明了它在调控蛋白质网络中的作用;与2种代谢物(AMP和牛磺酸) 的水平相关,这两种代谢物均与细胞能量代谢和炎症调节有关。在转录组层面,rs34436714的G等位基因与 NLRP3 炎症小体蛋白的浓度呈正相关,同时与该基因的转录呈负相关,揭示了一种复杂的反馈调节机制。此外,对免疫细胞比例的检测表明,该位点还与外周血中单核细胞亚群的比例相关,而单核细胞也是动脉粥样硬化斑块形成的关键参与者。

 

综上表明,NLRP12 位点通过不同分子层面对炎性小体途径进行了全身性调节,从而在 PLHIV 中引发全身性炎症,并促进了颈动脉斑块的形成。

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写在最后
该研究通过多组学系统性研究,捕捉了生命活动的复杂和动态性,为我们展现了PLHIV的“分子地图”。

这项里程碑工作为理解PLHIV并发症机制和开发精准治疗奠定了坚实基础,标志着HIV研究进入多组学数据整合的新时代。但研究队列主要集中于欧洲裔男性,缺乏其他种族和女性群体的数据。基于已发现的分子特征与机制,未来的研究具有多个方向,包括:利用多组学特征构建非艾滋病相关共病的个体化风险预测模型,开发针对关键通路的靶向治疗策略,建立基于遗传背景与分子表型的HIV患者分层等。我们期待这些方向能取得更多突破性进展,为HIV感染者带来更精准、更有效的医疗干预措施。

 

参考资料:

1.Botey-Bataller, J., van Unen, N., Blaauw, M. et al. Genetic and molecular landscape of comorbidities in people living with HIV. Nat Med (2025). 

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