HIV-1 Tat蛋白通过诱导内皮细胞形态异常和炎症反应破坏血脑屏障功能的机制研究

《Cellular and Molecular Neurobiology》：HIV-1 Tat Protein Exposure Alters the Morphological Characteristics and Gene Expression in the Primary Mouse Cortex Endothelial Cells and Human Brain Microvascular Endothelial Cells

本研究聚焦于HIV-1相关神经认知障碍（HAND）的早期发病机制，通过体外实验探讨HIV-1 Tat蛋白对小鼠皮层内皮细胞和人脑微血管内皮细胞（HBMVEC）的影响。研究发现，12.5 nM Tat蛋白暴露48小时后，CD31表达显著降低而phalloidin染色强度增加，表明内皮细胞连接破坏和肌动蛋白细胞骨架重构。RNA-seq分析显示Tat处理显著上调炎症反应通路（如IL6/JAK/STAT3），并激活细胞外基质组织、整合素信号等与细胞骨架重塑相关的通路。该研究为阐明HIV-1 Tat蛋白通过破坏血脑屏障完整性进而诱发神经炎症的分子机制提供了新证据。

　　

在联合抗逆转录病毒疗法（cART）广泛应用的今天，HIV-1相关神经认知障碍（HAND）的患病率仍高达39.6%，成为影响艾滋病患者生存质量的重要临床问题。越来越多的证据表明，持续暴露于HIV-1病毒蛋白是导致神经认知功能损伤的关键因素。其中，HIV-1反式激活因子（Tat）蛋白作为重要的病毒调控蛋白，即使在cART治疗下仍能在40-50%患者的脑脊液中检测到，但其破坏血脑屏障（BBB）的具体分子机制尚不完全清楚。

血脑屏障作为保护中枢神经系统的关键结构，由脑微血管内皮细胞（ECs）通过紧密连接蛋白构成，其完整性破坏被认为是认知功能障碍的早期生物标志物。HIV-1病毒及其蛋白可通过旁细胞途径或跨细胞途径穿越血脑屏障，触发炎症反应和氧化应激，最终导致神经元损伤。然而，HIV-1 Tat蛋白如何直接影响脑内皮细胞的形态和功能，进而参与HAND的神经病理过程，仍有待深入探索。

为此，研究人员在《Cellular and Molecular Neurobiology》上发表了最新研究成果，通过体外实验系统探讨了HIV-1 Tat蛋白对原代小鼠前额叶皮层内皮细胞和人脑微血管内皮细胞（HBMVECs）的形态学特征和基因表达的影响。

关键技术方法

研究采用原代培养的小鼠脑皮层内皮细胞和商品化人脑微血管内皮细胞（HBMVECs），通过12.5 nM重组Tat_1-86蛋白处理48小时。利用CD31和罗丹明标记的phalloidin免疫荧光染色分析细胞形态变化，并通过RNA测序（RNA-seq）进行转录组分析。采用基因集富集分析（GSEA）和Ingenuity Pathway Analysis（IPA）软件对差异表达基因进行通路富集分析。

研究结果

HIV-1 Tat降低内皮细胞CD31表达

研究人员发现，与培养基对照组或热灭活Tat组相比，12.5 nM rTat_1-86处理48小时后，小鼠内皮细胞CD31荧光强度降低13.3%（p=0.027），HBMVECs降低12.1%（p=0.001）。CD31（血小板内皮细胞黏附分子-1，PECAM-1）是维持血脑屏障完整性的关键跨膜蛋白，其表达下降提示Tat蛋白可能损害内皮细胞连接功能。

HIV-1 Tat破坏肌动蛋白细胞骨架结构

Phalloidin染色显示，Tat处理使小鼠内皮细胞和HBMVECs的荧光强度分别增加14.9%（p<0.0001）和16.7%（p<0.0001），且肌动蛋白细胞骨架结构出现明显紊乱。Phalloidin特异性结合纤维状肌动蛋白（F-actin），其强度增加表明Tat可能引起细胞骨架重构。

转录组分析揭示炎症通路激活

GSEA分析显示，Tat处理的小鼠内皮细胞和HBMVECs呈现出高度相似的转录组特征。两种细胞中炎症反应通路均显著富集，包括IL6/JAK/STAT3信号通路（NES=1.60）、干扰素γ反应（NES=1.16）和顶面连接通路（NES=1.59）。而蛋白质分泌（NES=-0.93）和TGFβ信号通路（NES=-1.52）则被抑制。

IPA进一步分析表明，小鼠内皮细胞中细胞外基质组织（z-score=4.472）、整合素信号（z-score=4.025）和肌动蛋白细胞骨架信号（z-score=3.5）等与细胞骨架重塑相关的通路被显著激活。而在HBMVECs中，与神经元分化相关的通路如NCAM信号（z-score=1.000）被激活，而CREB神经元信号（z-score=-1.134）被抑制。值得注意的是，脑源性神经营养因子（BDNF）在HBMVECs的多个富集通路中作为核心基因出现。

研究结论与意义

本研究首次系统揭示了HIV-1 Tat蛋白通过破坏脑微血管内皮细胞的形态结构和激活炎症反应通路，进而损害血脑屏障功能的分子机制。Tat蛋白不仅降低CD31表达破坏细胞连接，还引起肌动蛋白细胞骨架重构，同时激活IL6/JAK/STAT3等关键炎症通路。这些发现为理解HIV-1感染早期血脑屏障破坏的机制提供了新视角，挑战了传统认为神经炎症仅由小胶质细胞和星形胶质细胞激活引起的观点。

研究结果表明，内皮细胞本身可能是HIV-1 Tat蛋白诱发神经炎症的早期靶点，这为开发针对血脑屏障保护的治疗策略提供了理论依据。特别是BDNF在内皮细胞应答中的核心作用提示，增强脑内皮细胞的神经营养因子分泌可能成为缓解HIV相关神经认知障碍的新方向。未来研究将在诱导型Tat转基因小鼠模型中验证这些体外发现，并探索关键候选基因作为HAND治疗靶点的潜力。