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啪啪啪时艾滋病是如何传染的?科学家用实时成像技术记录下重要过程(多图)

IVD从业者网  · 公众号  ·  · 2025-02-01 23:38

正文

文章来源:奇点网


艾滋病,作为一种全球性的公共卫生挑战,长久以来一直受到广泛关注。它由人类免疫缺陷病毒(HIV)引发,这种病毒极为特殊,主要将人体免疫系统中扮演关键角色的 CD4+ T 淋巴细胞作为攻击目标。在众多传播途径中,性传播是艾滋病的主要传播方式,这一传播途径在全球范围内导致了大量的新增感染病例。

尽管性传播是艾滋病的主要传播途径,但令人遗憾的是,大部分人并不清楚其背后的确切机制,即便在科学界,这也是一个尚未完全明晰的领域。这种对性传播机制认知的不足,是艾滋病至今难以被彻底治愈的主要阻碍之一。攻克艾滋病的关键在于全面了解病毒的传播和感染过程,只有这样,才能研发出更有效的治疗方法和预防策略。

来自法国巴黎第五大学的 Morgane Bomsel 团队取得了重大突破。他们的研究成果发表在《细胞》旗下的 Cell Reports 上 。Bomsel 团队运用先进的实时成像技术,在艾滋病研究领域实现了一项创举 —— 首次用 8 段视频完整记录下了 HIV 通过 “性传播” 的过程。

在这些视频中,被感染的 T 细胞将病毒传染给其他免疫细胞的画面令人震撼,也为深入研究艾滋病性传播机制提供了直观且珍贵的资料。这一研究成果无疑为艾滋病的防治工作带来了新的曙光,后续有望基于此展开更深入的研究,推动艾滋病治疗和预防手段的革新。



接下来我就带大家一起看录像的截屏。

(看到这里是不是有点儿激动?赶紧看看旁边有没有人偷看。不过,最好不要跟奇点糕一样想多了。这个并不是一边啪啪啪,一边录的。当然,技术肯定也没达到那个水平。)


Bomsel团队的研究建立在对艾滋病性传播机制深度探索的基础之上。为了实现这一目标,团队在严格的实验室环境下,运用先进的组织工程技术,精心重建了部分生殖组织。这并非一项简单的工作,研究人员需要模拟生殖器官的生理结构与细胞组成,力求最大程度地还原真实的生理环境。在完成生殖组织重建后,他们通过特定的实验设计模拟性行为场景,借助精准的实验控制,让HIV在模拟环境中进行传播,目的是为了捕捉到HIV感染的每一个关键步骤。
在实验观测环节,观察HIV的传播路径是一大挑战。为此,Bomsel团队选用了经过特殊改造的携带 绿色荧光蛋白的gag-iGFP HIV-1 。这种设计的精妙之处在于,利用绿色荧光蛋白的荧光特性,使得HIV在传播过程中能够被清晰地追踪。
在后续记录实验过程的动图和视频资料里,呈现出的绿色部分有着明确的指示意义,绿色既可能是自由状态下的HIV,也可能标记着已经被HIV成功入侵并感染的免疫T细胞。而画面中除绿色之外的其他颜色,则代表着依旧保持健康、尚未被HIV感染的生殖器官组织细胞。

先打个照面,简单的认识下。

绿色那个就是被HIV感染的T细胞,蓝色的那一群是没有被HIV感染的尿路上皮细胞


由于各种各样的原因,在啪啪啪的过程中,会有一些T细胞出现。如果这个T细胞恰巧是被携带绿色荧光蛋白的gag-iGFP HIV-1感染的话,我们看到的T细胞就是下面这个样子。


但是生殖器官组织一般都是有一层上皮细胞作为保护屏障的,T细胞一般是过不去,那HIV是如何从被感染的T细胞出来,再感染另一个人的呢?当然,还有一种方式是,T细胞外的 HIV 颗粒可以穿过上皮细胞进入人体内。不过这种方式的效率很低。更高效的进入方式如下图所示。


够不到,还差一点儿点儿~(红色的是未被感染的巨噬细胞)


看到了吗?那个被感染的T细胞突然长出一个爪爪, 这个爪爪的学名叫做病毒学突触(virological synapse) 。这个爪爪可厉害,它就是我在上面提到的高效传播感染机制, 更厉害的是这个爪爪可以帮助病毒躲避药物的追杀


注意看,就在电光火石之间,一道绿色闪电击中了红色的巨噬细胞。

成功逃离T细胞,进入另一个细胞


不过,在人体内,T细胞里的 HIV 想要感染中间隔了一层上皮细胞的巨噬细胞就没那么容易了。那它又是如何突破上皮细胞这层屏障的呢?


蓝色是尿道上皮细胞,整个传递过程看上去与上面的没啥区别


上图是被感染的T细胞 通过病毒学突触给上皮细胞传递 HIV 的过程。咋一看,与前面两张给巨噬细胞传毒的过程似乎没啥区别。都是电光火石之间,一个 病毒学突触形成,传毒成功。


Bomsel团队看清真相的时候,还是吓了一大跳。


可以清晰看见 病毒学突触穿过蓝色的上皮细胞


原来被感染的T细胞形成的 病毒学突触可以 直接穿过尿道上皮细胞,进入到被上皮细胞保护的基质 而巨噬细胞就在上皮细胞后面等着吞噬透过来的异物。不知不觉中,巨噬细胞就被感染了


更让 Bomsel团队吃惊的是,上皮细胞并没有被 HIV 感染。这就好像被包裹的 HIV 跟上皮细胞借了个道儿。病毒就这样大摇大摆过去了。不仅如此, 被感染的T细胞会一路走,一路形成 病毒学突触穿过上皮细胞传毒


被感染的T细胞到处游走,散播HIV病毒


一个可以清晰看见 病毒学突触的连续静态图


在做完整个研究之后, Bomsel团队用下面这张示意图总结了她们的发现。


在啪啪啪之后的数周时间内,整个感染过程。 绿色代表被感染的T细胞,以及形成的 病毒学突触和被包裹的病毒;中间蓝色代表尿道上皮细胞;红色代表巨噬细胞;黄色代表基质;黄色小圆圈代表巨噬细胞释放的HIV;红色小圆圈代表潜伏在巨噬细胞里的HIV。


在性行为发生后的数周内,HIV 感染遵循着一系列复杂且有序的过程:

  • 被 HIV 感染的 T 细胞首先与上皮细胞发生接触,这是整个感染过程的起始点,也是后续一系列感染事件的基础。

  • 随着接触的发生,病毒学突触逐渐形成,这一结构在病毒传播中扮演着关键角色,为病毒的跨细胞传递提供了通道。

  • 被特殊包裹的 HIV 借助上皮细胞,成功进入基质区域,随后被巨噬细胞所吞噬。在这一过程中,上皮细胞作为病毒进入机体深层组织的 “桥梁”,发挥着重要的转运作用。

  • 一旦进入巨噬细胞,HIV 便将自身的遗传物质整合到巨噬细胞的基因组中,随后大量复制产生新的 HIV 病毒,巨噬细胞成为了病毒的 “生产工厂”。

  • 随着感染进程的发展,部分病毒进入潜伏状态,不再活跃,静静地潜伏在巨噬细胞内部,这也为后续的治疗带来了极大的困难。

值得一提的是,此次法国巴黎第五大学的 Morgane Bomsel 团队,首次运用实时成像技术,完整且清晰地记录下了艾滋病在性传播过程中的感染步骤。在此之前,科学界从未知晓被感染的 T 细胞是通过上皮细胞来感染巨噬细胞的,并且明确了上皮细胞本身并不会被 HIV 感染这一关键特性。

此外,该研究还揭示了一个重要发现:在性行为导致 HIV 感染后,巨噬细胞迅速转变为病毒储存库。这一发现给当前的药物研发工作带来了巨大挑战,因为现阶段大多数抗 HIV 药物主要靶向 CD4 T 细胞中的 HIV 病毒,例如近期香港大学团队研发并引发广泛关注的新药 [2],同样是基于此靶点。

不过,这一研究成果也为未来艾滋病的预防指明了新的方向。研发靶向上皮细胞的黏膜 HIV 疫苗显得尤为必要,倘若能够有效阻止 HIV 通过病毒学突触穿过上皮细胞进入基质,那么从理论上来说,就能够成功预防艾滋病的性传播,为全球艾滋病防治工作带来新的希望。







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