蛋白质组学技术揭示超急性HIV-1感染的宿主反应机制
艾滋病的早期阶段（即超急性感染期，hAHI）对疾病进展至关重要。在这一阶段，病毒在体内迅速复制并引发强烈的免疫反应，通常伴随着急性逆转录病毒综合征 （ARS）的症状，如发热、皮疹、淋巴结肿大等。研究表明，超急性期的病毒载量峰值和免疫激活程度会显著影响患者的疾病进程和预后。然而，由于超急性期持续时间短暂，从病毒血症开始到病毒载量峰值通常仅数周，对这一阶段宿主蛋白质组动态变化的研究一直非常有限。过去的研究多集中于少数细胞因子和趋化因子的“细胞因子风暴”现象，而对血浆中数千种蛋白质的整体变化缺乏系统分析。随着蛋白质组学技术的发展，尤其是数据非依赖性获取质谱（DIA-MS）的应用，如今能够同时定量血浆中数千种蛋白质，为揭示超急性HIV感染的宿主反应机制提供了新的契机。
2024年12月5日，撒哈拉以南非洲多中心团队在Nature communications上发表了一篇名为Dynamics of the blood plasma proteome during hyperacute HIV-1 infection的研究论文，该研究利用高深度质谱技术，首次绘制HIV-1感染最初30天内的血浆蛋白动态图谱，锁定一批可预测急性症状、病毒控制与疾病进展的“预警蛋白”。
研究设计
本研究采用了大规模纵向蛋白质组学分析方法，对来自非洲4个国家的54名HIV-1感染者在超急性感染期的系列血浆样本进行了深入研究。研究设计了三个关键时间点采集样本： 感染前（V0，约在估计感染日期前62天）、感染后约10天（V1，病毒血症初期）和感染后约31天（V2，接近病毒载量峰值后）。每位参与者在这三个时间点各提供一份血浆样本，总计157份样本。为了全面覆盖血浆蛋白的动态范围，研究团队对每份样本分别进行了未去除高丰度蛋白和去除14种高丰度蛋白的处理，然后利用DIA-MS技术进行蛋白质鉴定和定量。通过这种双策略质谱分析，研究共检测到1549种蛋白的表达谱，经过质量控制过滤掉在80%以上样本中未检测到的蛋白后，最终对1336种蛋白进行了深入分析。这些蛋白涵盖了分泌蛋白、组织渗漏蛋白和细胞内蛋白等多种类型，为全面刻画宿主蛋白响应提供了数据基础。
研究结果
1、血浆蛋白质组整体动态
为全面刻画HIV-1入侵最初4周内宿主血浆蛋白网络的瞬时与持续变化，研究采用DIA/SWATH质谱在未处理和去除高丰度蛋白两种模式下检测1336种蛋白；通过K-means+层次聚类划分表达轨迹，并用线性混合模型筛差异蛋白，GO与组织富集解析功能。结果发现6条典型轨迹，分别是“快速下降-快速回升”、“逐渐下降”、“快速上升-快速下降”、“持续上升”、“快速下降-轻微回升”及“轻微下降-快速回升”，其中“逐渐下降”占32%，富集于免疫激活；“持续上升”占18%，富集于补体与病毒入侵。感染后1个月内共314种蛋白差异表达，涉及凝血、细胞迁移、组织损伤等多通路。
急性 HIV-1 感染会改变人血浆蛋白质组
2、急性逆转录病毒综合征（ARS）相关蛋白
为阐明哪些血浆蛋白可预测或反映ARS发生，为早期识别重症急性期患者提供分子依据，研究对IAVI队列33人基于11项症状使用潜类别分析（LCA）定义ARS，之后用PLS-DA联合10×5折交叉验证筛选ARS相关蛋白，并以线性混合模型（p<0.005）验证个体蛋白与ARS关联。结果显示33人中20人被诊断为ARS，PLS-DA模型识别出20种与ARS相关的蛋白质，其中ZYX、SCGB1A1和LILRA3较为显著，ZYX和SCGB1A1在ARS组下降8倍，LILRA3升高2倍，均为独立预测因子。提示ZYX/SCGB1A1/LILRA3可作为早期预警和治疗干预靶标。
ZYX、SCGB1A1 和 LILRA3 水平与 ARS 相关
3、病毒控制相关蛋白
进一步为鉴定在病毒峰值前后即决定长期病毒载量“设定点”的宿主蛋白，助力发现天然控制HIV-1的分子特征，研究对45名未进行早期治疗者，用三次样条拟合VL轨迹并基于欧氏距离层次聚类，划分病毒控制组（VL<10⁴拷贝/ml）与非控制组；再以线性混合模型比较两组蛋白差异。结果发现控制组在V1–V0和V2–V0阶段NAPA升高>2倍、RAN升高>3倍，而急性期蛋白ITIH4降低4倍，这反映了它们在病毒装配释放环节有更强的宿主限制机制以及更轻微的全身炎症反应。
NAPA、RAN 和 ITIH4 水平与 HIV-1 控制相关
4、疾病进展相关蛋白
为寻找在感染后最初几周内即可预测CD4+ T细胞快速下降的蛋白，以便及早干预延缓病程，研究以感染后12个月内CD4<500/μl为事件，采用Cox比例风险模型，校正年龄与队列，分析V1–V0、V2–V0、V2–V1三个时段蛋白水平与进展风险关系。结果发现感染早期HPN、PRKCB每升高1 log2，疾病进展风险增加30–40%；ITGB3在V2–V0升高同样预示快速进展；而GSTM2、LTBP1升高则降低风险，并且所有蛋白均经数据库验证可与HIV-1蛋白直接互作。这提示“蛋白酶-激酶-整合素”轴不仅促进病毒进入/复制，也加速CD4耗竭；并且这些蛋白可作为高优先级靶点开发早期阻断药物。
HPN、PRKCB 和 ITGB3 水平与 HIV-1 疾病进展相关
5、纵向动态图谱
为了直观展示关键蛋白随时间变化的群体平均轨迹，帮助临床理解“何时干预”窗口期，研究用局部加权回归为每名参与者绘制蛋白相对基线变化曲线，再按ARS状态、病毒控制与否、快慢进展者分组取平均轨迹。结果发现ARS相关蛋白在感染后2周即出现剧烈波动；病毒控制相关蛋白在感染后3–4周达峰并维持高位；进展相关蛋白则持续攀升至6周。明确了“感染后10-30天”是干预ARS、强化病毒控制、延缓疾病进展的关键黄金窗口。
超急性 HIV-1 感染中的纵向蛋白质动力学
研究总结
本研究利用前沿的蛋白质组学技术，系统揭示了超急性HIV-1感染期间宿主蛋白网络的复杂动态，其意义深远且具有多重应用前景。首先，研究鉴定出一系列与急性症状、病毒控制和疾病进展密切相关的蛋白标志物，为开发HIV早期诊断和个体化预后评估工具提供了宝贵的候选分子。其次，通过深入分析这些蛋白的功能，研究为阐明HIV致病机制和寻找新型抗病毒治疗靶点开辟了新途径。更重要的是，本研究不仅证实了“细胞因子风暴”的存在，还创新性地提出了“蛋白低谷”现象，强调了下调蛋白在疾病进程中的同等重要性，为理解宿主反应提供了全新视角。总之，这项工作充分展示了蛋白质组学在破解复杂病毒感染机制中的强大威力，其研究范式和发现将有力推动艾滋病乃至其他重大传染病的防治研究进入一个系统生物学的新时代。
文献原文：Nazziwa J, Freyhult E, Hong MG, et al. Dynamics of the blood plasma proteome during hyperacute HIV-1 infection. Nat Commun. 2024;15(1):10593. Published 2024 Dec 5. doi:10.1038/s41467-024-54848-0