揭秘猴免疫缺陷病毒早期播散瓶颈：通过基因标记病毒解析黏膜与静脉感染恒河猴后的传播动力学

《Journal of Virology》：Dissecting the steps in early simian immunodeficiency virus dissemination following mucosal and intravenous infection of rhesus macaques

本研究利用基因标记的猴免疫缺陷病毒（SIV）模型，系统性揭示了HIV/SIV早期感染阶段病毒谱系在播散过程中遭遇的瓶颈效应。通过对比黏膜（阴道内）与静脉感染恒河猴的病毒谱系大小异质性，并结合体外单细胞感染实验，文章量化了病毒生产异质性（约占23%–44%）与局部微环境解剖学差异（约占56%–77%）对早期播散瓶颈的贡献。结果表明，即使感染始于表型相同的病毒，个体谱系在感染后两周内病毒载量仍可存在高达105倍的差异，这为早期免疫干预（如中和抗体、CD8+T细胞应答）提供了关键的时间窗口。

　　

引言

HIV的传播是一个极低概率事件，且约80%的性传播案例仅由单个病毒粒子建立感染。感染建立后，病毒从少数感染细胞扩增并播散至全身系统存在显著延迟，此阶段病毒数量少、感染细胞有限，因此特别脆弱，易受免疫控制或清除。这一早期播散过程存在的限速步骤被称为“播散瓶颈”。理解其机制对于设计早期感染阶段的干预策略（如疫苗或免疫预防）至关重要。在SIV非人灵长类模型中，通过基因标记病毒可同时追踪多个病毒谱系的早期播散轨迹，为研究瓶颈提供了独特工具。

结果

1. SIV经阴道内与静脉感染后的播散及谱系大小异质性

通过比较经阴道内（黏膜）与静脉感染恒河猴后血浆中病毒谱系（条形码）的大小分布，研究者发现两种感染途径下，个体谱系大小均呈现对数正态分布，且其方差（σ₁₀²）无显著差异（黏膜感染平均1.24，静脉感染平均1.33 (log₁₀拷贝/mL)²）。这表明，黏膜感染所需的局部生殖道播散并未比静脉感染后在其他初始感染组织遭遇的瓶颈更为严苛。在单个动物内，不同谱系病毒载量差异可达10⁵倍，凸显了早期播散过程的高度随机性和异质性。

2. 体外谱系大小异质性的证据

为探究早期异质性的细胞来源，研究者在体外使用低感染复数（MOI）感染经刺激的恒河猴原代CD4⁺T细胞和均质的SupT1-R5细胞系，并利用抗逆转录病毒药物将病毒复制限制在单轮。测序分析显示，病毒生产量同样呈对数正态分布，但异质性显著低于体内观察。原代CD4⁺T细胞产生的谱系大小方差（σ₁₀²）为0.31，而SupT1-R5细胞系仅为0.17 (log₁₀拷贝)²。这表明，即使感染表型均一的细胞系，由病毒因素（如整合位点）导致的病毒生产异质性依然存在；而原代细胞更高的异质性则反映了靶细胞表型多样性的额外影响。

10尺度）经验分布（淡色线）及最佳拟合分布（深色线）。">

3. SIV播散过程中谱系大小异质性的来源

通过系统比较体内外不同实验设置下的谱系大小方差（σ₁₀²），研究者对早期播散瓶颈进行了量化分解。分析表明，由首个感染细胞的病毒生产异质性（包括病毒介导和细胞表型影响）可解释约23%至44%的总体播散瓶颈。值得注意的是，即使经过多轮复制模拟，体外实验观测到的异质性仍远低于体内（静脉感染）水平。因此，超过一半（56%–77%）的播散瓶颈可能源于体内解剖微环境的差异，例如初始感染部位靶细胞密度和激活状态的异质性，这些因素在体外均匀混合的培养体系中无法体现。

10谱系大小方差（σ₁₀²）图。(B) 播散瓶颈的成因比例分解图，从左至右分别为：不同解剖微环境、多轮复制累积的异质性（灰色）以及由细胞表型和病毒介导变异导致的首个感染细胞生产异质性。">

讨论

基因标记病毒模型揭示了早期SIV/HIV感染中，即使始于表型相同的病毒，个体谱系的生长轨迹也存在巨大差异。这种异质性主要源于两个层面：约四分之一可归因于感染首个细胞时的随机事件（如病毒生产差异），而超过一半则与体内复杂的解剖微环境差异相关。研究还发现，仅少数感染细胞产生了大部分病毒粒子，这提示靶向这类“精英”生产者或可有效抑制感染建立。这些发现强调了早期感染阶段病毒在局部低水平复制时的脆弱性，为通过中和抗体（bnAbs）、CD8⁺T细胞应答或抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）等机制实现免疫控制提供了关键的理论依据和时间窗口。