HIV-1在人类基因组上的整合：位点选择性及其与疾病进展和潜伏库形成的关系

Integration into host genome is the crucial step for the replication of human immunodeficiency virus (HIV). A few frequency of CD4+ T cells that contain integrated viral genome exhibit a state of transcriptional silence and become viral reservoirs that always is the biggest challenge for antiretroviral therapy (ART). Studies from in vitro HIV-infected cell lines or small-size clinical samples have found that some viral integration sites are associated with viral replication and disease progress, and that the integration sites in resting CD4+ T cells, the potential viral reservoirs, have special selection preference. However, in whole-genome wide, the effect of viral integration site selection on disease progress and establishment of HIV-1 reservoirs is still not clear. In this proposal, we plan to take the advantage of high-throughput viral integration detection (HIVID) and next generation sequencing (NGS) to confirm three important issues including: (1) integration characteristics of viral genomes in peripheral blood CD4+ T cells (both features from virus and host genome), (2) influence of viral integration site selection on the disease progress, and (3) influence of viral integration site selection on the establishment for viral reservoirs in resting CD4+ T cells. This work will provide new evidences for HIV-1 pathogenesis and possibly discover of new targets for novel antiretroviral drugs to reactivate and then kill the viral reservoirs.

整合是人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus)复制的必需过程。少数整合病毒的CD4+ T细胞处于转录沉默状态，成为病毒潜伏库，给抗病毒治疗带来极大的困难。体外细胞系和小样本临床病例研究发现，病毒的某些整合位点影响病毒复制和疾病进展，而且在潜伏库细胞中，病毒整合位点具有特殊选择性，但这种选择性对疾病进展及潜伏库形成的意义尚不明确。本项目拟采用目前最先进的高通量病毒整合检测技术和深度测序技术，探讨：（1）HIV-1在外周血CD4+ T细胞染色体上的整合特征和病毒基因序列特点；（2）病毒整合的差异与疾病进展的关系；（3）病毒整合的差异与静息CD4+ T细胞中病毒潜伏库形成的关系。本项目的完成，将为研究HIV-1的致病机制新提供新的证据，也将为研究针对病毒潜伏库的新型抗病毒药物提供新的可能靶点。

HIV-1整合在基因组上的位置影响病毒基因表达和病毒复制，可能影响病毒的致病性和疾病进展。整合酶是HIV-1病毒整合的关键基因，整合酶基因特征影响HIV-1的整合能力和整合位点的选择。因此，分析HIV-1整合相关的病毒基因特征及其与疾病进展的相关性是很必要的。本项目收集了黑龙江HIV-1感染者的血液样本，并分析了病毒基因特征，发现CRF01_AE已经成为本地区的优势亚型，CRF01_AE感染病例逐年增多，而最初优势的B亚型病毒逐渐减少。CRF01_AE与其他亚型的共同流行加速了本地区新重组亚型的产生，共获得70余株新型重组病毒，其中90%以上含有CRF01_AE病毒基因，说明CRF01_AE病毒的流行加剧了我国HIV-1病毒的复杂性，为病毒感染防控提出了新问题。临床数据显示，CRF01_AE感染者比non-CRF01_AE感染者疾病进展快，CRF01_AE毒株的致病性更强。通过比较CRF01_AE和non-CRF01_AE病毒整合酶序列，发现整合酶E11、R14、A21等氨基酸位点使用频率存在明显差异。体外细胞实验表明，改变整合酶基因后影响伪病毒的感染能力，但是否对病毒在细胞基因组中的整合位置存在影响还有待于进一步验证。在CRF01_AE感染者中，CD4数低于200个/微升者与CD4数高于200个/微升者体内病毒整合酶序列多个位点的氨基酸类型和使用频率也存在明显差异。但是，同一CRF01_AE病毒感染者ART后不同时间点体内潜伏库病毒基因（gag、env、nef）序列无明显差异。.综上，本项目从病毒基因序列特点方面探讨了HIV-1整合和致病的可能机制，验证了研究假设；建立和完善了多个实验技术和研究团队，为后续研究提供技术和人员保障。本项目获得的科学发现为研究病毒整合和致病性的关系提供了研究基础。.