通过拉曼光谱技术在人类死后脑组织中揭示了神经HIV与甲基苯丙胺共病的分子特征

《Brain Research》：Molecular signatures of neuro-HIV and methamphetamine co-morbidity revealed by Raman spectroscopy in postmortem human brain tissue

HIV与甲基苯丙胺共病通过拉曼光谱揭示脑组织分子损伤机制。研究利用显微拉曼光谱分析HIV-METH+、HIV-METH-及对照组脑皮层组织，发现HIV+及HIV+METH+组在1040-1140cm?1波段（与碳水化合物、磷脂及核酸骨架相关）信号减弱，而METH+组出现显著脂质堆积（1700cm?1附近）和核酸损伤（1300-1500cm?1特征峰）。SVD降维和ROC分析显示分类准确率＞0.7，证实拉曼光谱能同步检测代谢紊乱（如CH?饱和度）、炎症标志物及结构损伤，为神经HIV诊断提供新生物标志物。

　　这项研究聚焦于人类大脑组织在HIV感染和甲基苯丙胺（METH）使用情况下的分子变化。通过使用共聚焦拉曼显微光谱技术，研究人员对来自对照组（HIV-METH-）、单纯HIV感染组（HIV?+?METH-）以及同时患有HIV和METH的组（HIV?+?METH?+?）的福尔马林固定、石蜡包埋的皮层组织样本进行了分析。拉曼光谱的波长范围为950–1800?cm?1，通过奇异值分解（SVD）和分类建模方法，研究人员能够识别出不同组别之间显著的光谱差异。此外，关键的拉曼波段被赋予了生化意义，并与定量聚合酶链反应（QPCR）获取的基因表达数据进行了关联。研究结果揭示了HIV和METH共同作用下大脑组织的复杂分子变化，为未来诊断和治疗提供了新的视角。

HIV感染在早期阶段就会侵入中枢神经系统（CNS），并在微胶质细胞和星形胶质细胞中建立持久的病毒库，从而引发慢性神经炎症。即使在抗逆转录病毒治疗（ART）成功抑制了体液中的病毒复制后，HIV仍能在CNS中维持潜伏状态，导致神经炎症和神经认知障碍的持续存在。这些神经认知障碍被统称为HIV相关神经认知障碍（HAND）。HAND的表现包括注意力、记忆力、执行功能等认知能力的下降，严重影响患者的生活质量。

METH的使用在HIV感染者中非常普遍，它不仅与HIV病毒复制的增加有关，还可能导致血脑屏障的破坏和神经元的进一步损伤。METH暴露会促进氧化应激，增强胶质细胞的激活，并损害线粒体功能，从而加剧HIV引起的神经病理变化。METH和HIV的共同作用会引发更严重的神经炎症和神经毒性，甚至导致神经退行性变化。这种双重因素的相互作用使得HAND的诊断和治疗更加复杂。

目前，HIV相关的神经病变诊断主要依赖于神经心理学测试和有限的神经影像技术。然而，这些方法缺乏分子层面的解析能力，难以全面捕捉HIV和METH共同作用下的生化变化。因此，研究人员需要一种新的、高分辨率的无标签检测工具，以更深入地理解HAND的分子机制。拉曼光谱技术作为一种新兴的光学方法，能够在不破坏组织的情况下，通过单色光的非弹性散射来获取组织的生化指纹。它能够检测脂质、蛋白质和核酸的分子振动，而无需使用任何标记物。这一特性使得拉曼光谱在神经科学研究中具有独特的优势。

尽管拉曼光谱技术在阿尔茨海默病、胶质瘤和中风等疾病研究中已显示出潜力，但其在HIV相关神经病变中的应用尚未被广泛探索。本研究首次利用拉曼光谱技术分析了HIV感染与METH使用共同作用下的大脑组织样本，旨在识别关键的光谱特征，并探索可能的神经退行性变化和METH引起的生化紊乱的生物标志物。通过这一研究，研究人员希望揭示HIV和METH共同作用下大脑组织的分子变化，并为未来的诊断和治疗提供新的思路。

在方法上，研究人员从国家神经艾滋病组织联盟（NNTC）获得了脑组织样本，包括来自三个组别的额叶皮层组织：HIV感染但无METH使用（HIV?+?METH???）、HIV感染且有METH使用（HIV?+?METH?+?）以及年龄匹配的对照组（HIV???METH???）。在样本采集前，研究人员回顾了受试者的流行病学资料、ART治疗史、病毒载量、METH依赖史以及神经认知测试记录。这一详尽的数据收集为后续分析提供了坚实的基础。

拉曼光谱分析的结果显示，三个组别之间存在显著的光谱差异。通过SVD方法，研究人员能够清晰地区分这些组别，并识别出与HIV感染和METH暴露相关的生化变化。具体来说，某些特定的拉曼波段（如570、780、938、975、1040、1080、1120和1140?cm?1）的强度在实验组中较对照组有所下降，这可能反映了糖类、磷脂和核酸结构的破坏。而另一些波段的强度则升高，这可能与脂质堆积、DNA损伤以及CH?饱和度增加有关。这些变化在同时受到HIV和METH影响的大脑组织中尤为显著。

此外，研究人员还发现，METH的使用在HIV感染者的神经退行性变化中起到了加剧作用。METH不仅促进了氧化应激，还放大了胶质细胞的激活和线粒体功能的紊乱，从而加重了HIV引起的神经病理变化。通过SVD聚类和ROC分析，研究人员获得了较高的分类准确率（F1?>?0.7），这表明拉曼光谱技术在区分不同组别和识别生物标志物方面具有显著的潜力。

研究结果还表明，HIV和METH共同作用下，大脑组织的代谢、炎症和结构通路均出现了协调性的紊乱。这些紊乱可能包括脂质重塑、糖类减少以及核酸损伤等。这些变化为HIV和METH引起的神经病理变化提供了新的生化证据，同时也表明拉曼光谱技术在检测这些变化方面具有高度的敏感性。通过拉曼光谱技术，研究人员能够更精确地捕捉到与神经病变相关的分子变化，为未来诊断和治疗提供新的工具。

在讨论部分，研究人员进一步探讨了拉曼光谱技术在HIV相关神经病变研究中的应用前景。他们指出，HIV感染和METH使用共同作用下，大脑组织的生化变化具有显著的特征性，而这些特征可以通过拉曼光谱技术进行检测和区分。同时，研究人员强调了SVD方法在揭示这些变化中的重要性，表明该方法能够有效解析HIV和METH对神经生化的影响。

研究还指出，HIV和METH的共同作用可能导致更严重的神经退行性变化，这可能与脂质稳态的破坏、核酸结构的不稳定性以及蛋白质的异常折叠有关。这些变化不仅影响了大脑的正常功能，还可能导致神经认知能力的进一步下降。通过拉曼光谱技术，研究人员能够更精确地识别这些变化，并为未来的治疗提供新的方向。

结论部分指出，这项研究提供了有力的证据，表明拉曼光谱技术能够有效地检测和区分与HIV感染和METH使用相关的生化特征。这些生化特征的变化可能反映了大脑组织在代谢、炎症和结构通路上的协调性紊乱。研究人员还强调，METH的使用在HIV相关神经退行性变化中起到了加剧作用，可能通过改变脂质稳态、破坏核酸结构以及影响蛋白质的正常功能来实现。这些发现不仅为HIV和METH引起的神经病理变化提供了新的视角，还为未来的诊断和治疗提供了重要的工具。

此外，研究还提到，METH的使用在HIV感染者的神经退行性变化中起到了重要的促进作用。METH可能通过改变脂质稳态、破坏核酸结构以及影响蛋白质的正常功能来加剧HIV引起的神经病变。这些变化在同时受到HIV和METH影响的大脑组织中尤为显著，表明两者的共同作用可能导致更严重的神经退行性变化。因此，拉曼光谱技术不仅能够识别这些变化，还可能为未来的治疗提供新的靶点。

这项研究的意义在于，它填补了HIV相关神经病变诊断中的一个关键空白。传统的诊断方法缺乏分子层面的解析能力，难以全面捕捉HIV和METH共同作用下的生化变化。而拉曼光谱技术提供了一种高分辨率、无标签的检测方法，能够更精确地识别这些变化，并为未来的治疗提供新的方向。通过这一研究，研究人员不仅揭示了HIV和METH共同作用下的分子机制，还为HIV相关神经病变的诊断和治疗提供了新的工具。

研究还指出，拉曼光谱技术的应用能够帮助研究人员更深入地理解HIV和METH共同作用下的神经病理变化。通过分析不同组别之间的光谱差异，研究人员能够识别出关键的生物标志物，并为未来的临床和转化神经科学研究奠定基础。这项研究不仅为HIV相关神经病变的诊断提供了新的方法，还为METH使用对神经退行性变化的影响提供了新的证据。

研究人员还强调，HIV和METH共同作用下，大脑组织的代谢、炎症和结构通路均出现了协调性的紊乱。这些紊乱可能包括脂质重塑、糖类减少以及核酸损伤等。这些变化不仅影响了大脑的正常功能，还可能导致神经认知能力的进一步下降。通过拉曼光谱技术，研究人员能够更精确地识别这些变化，并为未来的治疗提供新的方向。

总之，这项研究利用拉曼光谱技术对HIV感染和METH使用共同作用下的大脑组织进行了深入分析，揭示了与神经退行性变化相关的生化特征。这些发现不仅为HIV相关神经病变的诊断提供了新的工具，还为未来的治疗提供了重要的线索。同时，这项研究也为拉曼光谱技术在神经科学研究中的应用提供了新的证据，表明该技术能够有效检测和区分与神经病变相关的分子变化。通过这一研究，研究人员希望为HIV相关神经病变的诊断和治疗提供新的思路，并推动拉曼光谱技术在临床和转化神经科学中的进一步应用。