近距离和3d:在肠道内捕捉到的艾滋病毒(有视频)
人类的肠道，或肠道，以其在消化中的作用而闻名。但这些器官在免疫系统中也起着重要作用。事实上，它是在HIV感染的早期阶段最先受到攻击的身体部位之一。了解病毒如何感染细胞并在这一区域聚集，对于为全球超过3300万艾滋病毒感染者开发新疗法至关重要。加州理工学院(Caltech)的研究人员是第一个利用高分辨率电子显微镜观察受感染有机体实际组织中的艾滋病毒感染的人，这可能是迄今为止对肠道中艾滋病毒感染最详细的描述。
该研究小组的研究结果发表在1月30日的《PLOS病原体．
“在真实的组织中观察真实的感染是一个很大的进步，”加州理工学院的电子显微镜科学家、该论文的第一作者马克·拉丁斯基说。“像艾滋病毒这样的病毒，通常是非常困难和危险的，因为这种病毒是一种传染媒介。我们使用了植入人体组织的动物模型，所以我们基本上可以在正常情况下研究实际的病毒。”
拉丁斯基与加州理工学院马克斯Delbrück生物学教授帕梅拉·比约克曼(Pamela Bjorkman)合作，从一个被改造成具有人类免疫系统的小鼠模型的肠道中，拍摄了正常细胞和感染艾滋病毒的组织的三维图像。该团队使用了一种叫做电子断层扫描的技术，将组织样本嵌入塑料中，置于高倍显微镜下。然后将样本倾斜120度，每隔1度拍摄一次照片。然后，所有的图像都被非常仔细地排列在一起，并通过一种称为反向投影的过程，转化为三维重建，使体积内的不同地方每次只显示一个像素。
霍华德休斯医学研究所的研究员比约克曼说:“大多数之前对艾滋病毒的电子显微镜研究都集中在病毒本身或实验室培养的细胞培养的感染上。”“我们的研究是第一个观察艾滋病病毒与感染动物模型实际肠道组织中其他细胞相互作用的大型电子显微镜研究。”
通过获得这些详细的图像，拉丁斯基和比约克曼能够证实之前在体外研究中对艾滋病毒的一些观察，包括病毒从受感染细胞中发芽并进入周围组织时的结构和行为，以及艾滋病毒从受感染组织中的细胞中发芽的结构细节。该团队还描述了一些新的观察结果，包括在细胞之间存在艾滋病毒“池”，证据表明艾滋病毒可以通过直接接触或通过同一组织中的游离病毒感染新细胞，以及可以在肠道深处发现艾滋病毒池。
“这项研究表明，受感染的细胞以半同步的波动模式释放新形成的病毒，”拉丁斯基解释说。“这看起来不像一个病毒芽，然后以随机的方式另一个。相反，似乎在一定的时间内，一组病毒从一个给定的细胞中发芽，然后，不久之后，另一组病毒也这样做，然后是另一组，以此类推。”
研究小组通过使用电子显微镜识别单个感染细胞得出了这一结论。然后，他们在与原始细胞不同距离处寻找艾滋病毒颗粒，发现随着与受感染细胞距离的增加，这些颗粒群更加成熟。
“这一发现表明，这些细胞确实产生了一波又一波的病毒，而不是单个的，这是一个清晰的观察，”拉丁斯基说。
除了产生一波又一波的病毒，被感染的细胞还被认为通过与相邻细胞的直接接触传播HIV病毒。比约克曼和拉丁斯基能够用电子显微镜将这种被称为病毒学突触的现象可视化。
“我们能够看到一个细胞产生了一个病毒芽，它与旁边的细胞接触，这表明它即将直接感染，”拉丁斯基说。“这两个细胞之间的空间代表病毒学突触。”
最后，研究小组发现，在没有病毒学突触迹象的细胞之间聚集了大量艾滋病毒。这表明，病毒突触可能受到人体免疫防御系统的保护，但它并不是艾滋病毒感染新细胞的唯一途径。艾滋病毒通过游离病毒池转移的发现为用蛋白质类药物(如抗体)进行治疗提供了希望，这可能是一种有效的手段，可以增强或取代目前使用小分子抗逆转录病毒药物的治疗方案。
他解释说:“我们在肠道深处，在我们最初没有预料到的地方看到了这些病毒池。”“肠道中的大多数免疫细胞都位于较高的部位，所以在隐窝区发现大量病毒是令人惊讶的。”
该团队将继续努力，在自然条件下使用更多的动物模型(可能还有人)来观察艾滋病毒和相关病毒。
比约克曼说:“我们的最终目标是观察人类组织中的原生感染，以获得它在体内如何工作的真实情况，并希望在抗击这种流行病方面做出积极的贡献。”
