Jian Zhu团队揭示药物拮抗PLK1有效辅助HIV-1潜伏库细胞的清除

来源：BioArt

责编 | 酶美
联合抗逆转录病毒疗法（combination antiretroviral therapy, cART）能高效抑制HIV-1在病人外周血中的病毒载量进而极大程度上延缓艾滋病病人的寿命，但HIV-1潜伏库（latent reservoir）的存在使得病毒在强大的药物治疗压力下仍得以持续感染（persistence），所以如何彻底清除HIV-1潜伏库已成为当前治愈艾滋病的首要障碍。近年来研究人员致力于HIV-1功能性治愈（functional cure）的方法，旨在通过不同途径逐步缩小并最终清除体内病毒潜伏库，从而使得病人在中止cART后，病毒载量能得到长期控制而不发生回弹【1】。这其中最具潜力的方法之一被称作“shock and kill”，即通过开发和应用高效低毒的潜伏逆转因子（latency reversing agents, LRAs）激活潜伏库细胞中的HIV-1前病毒（provirus），使得静息状态的潜伏库细胞能够再次大量复制病毒，借助致细胞病变效应（cytopathic effects, CPEs）及免疫应答最终得以被杀伤并清除。
图：HIV-1功能性治愈“shock and kill”图示
然而，研究发现被给予厚望的LRAs虽然能在体外和体内有效激活潜伏的HIV-1，但潜伏库细胞并没能得到减少【2-4】。换言之，单纯依靠LRAs以缩小潜伏库的策略存在理论和/或应用上的不足。之后的研究发现，HIV-1潜伏感染的细胞存在一套特有的机制以抵抗杀伤，从而稳定了病毒潜伏库的存在【5-6】。因此，寻求HIV-1如何调控细胞通路以提高其存活性（viability），以及如何打破此种调控，对于进一步优化“shock and kill”功能性治愈策略至关重要。

近日，Science Advances在线发表了美国俄亥俄州立大学Wexner医学中心Jian Zhu教授团队的成果Inhibition of Polo-like kinase 1 (PLK1) facilitates the elimination of HIV-1 viral reservoirs in CD4+ T cells ex vivo（第一作者 Dawei Zhou）。研究发现，细胞存活及细胞周期调控激酶Polo-like kinase 1（PLK1）对于HIV-1稳固潜伏感染细胞以免受杀伤起到关键调控作用。

作为细胞有丝分裂重要的“哨点”分子（checkpoint），PLK1在非分裂细胞中的功能，尤其是参与调控细胞存活与抗凋亡方面同样引人关注。Jian Zhu团队发现，HIV-1通过初始感染（de novo infection）和潜伏激活（reactivation from latency）两种病毒复制方式均能显著提高PLK1在HIV-1天然靶细胞——原代CD4+ T细胞中PLK1的蛋白表达量，同时发现HIV-1 Nef蛋白参与了PLK1的蛋白上调。研究人员进一步揭示了Nef可通过挟持胞内phosphoinositide 3-kinase（PI3K）和aurora kinase A（AURKA）信号通路上调PLK1的蛋白水平。后续研究证明，HIV-1介导的PLK1蛋白水平提高得益于促进了蛋白的SUMO化（SUMOylation），同时抑制了泛素化（ubiquitination）以及蛋白酶复合体（proteasome）参与的降解。SUMO化PLK1发生入核并在核内聚集，稳定并提高蛋白水平的同时也增强了细胞存活信号（cell survival signaling）。
在此基础上，研究人员发现通过药物拮抗PLK1以及敲低PLK1表达均能有效促进HIV-1诱导的细胞死亡，而在缺失HIV-1复制的细胞里，PLK1的拮抗与敲低均未造成明显细胞死亡。此结果表明PLK1的存在阻碍了HIV-1复制所诱发的CPEs，而打破此种阻碍，病毒得以有效地诱导细胞杀伤。进一步的研究表明，借助LRAs以激活潜伏的HIV-1，PLK1的药物拮抗能够明显减少HIV-1阳性病人外周血静息CD4+ T细胞（primary resting CD4+ T cells，此为HIV-1潜伏库的主要据点）中病毒潜伏库的容量（reservoir size）。综上所述，PLK1在HIV-1参与提高潜伏细胞生存性，抵抗细胞死亡，稳定潜伏库方面起到重要的调控作用，而拮抗PLK1则可有效辅助HIV-1潜伏库细胞的清除，这对今后进一步围绕HIV-1功能性治愈研究起到了积极的指导作用。
众所周知，虽然HIV-1不是一种典型的致癌病毒（oncovirus），但艾滋病病人由于免疫缺陷，易诱发产生众多艾滋病定义性癌症（AIDS-defining cancers, ADCs）比如卡波西肉瘤（Kaposi sarcoma, KS）、原发性中枢神经淋巴瘤（primary central nervous system lymphoma, PCNSL）、非霍奇金淋巴瘤（non-Hodgkin lymphoma, NHL）等，以及包括肺癌（lung cancer）、肝癌（liver cancer）、口腔癌（oral cancer）、肛门癌（anal cancer）等在内的非艾滋病定义癌症（non-ADCs, NADCs）。研究发现绝大部分上述癌症伴随有PLK1的异常上调【7-8】，而PLK1现今已作为重要的癌症治疗靶点来进行抑制剂研发和临床干预。因此，本研究的另一个亮点在于揭示了对于艾滋病病人，联合PLK1抑制剂与cART进行治疗的潜在可行性与重要意义。理想情况下PLK1抑制剂一方面能够打破HIV-1潜伏细胞抵抗杀伤的固有机制，辅助潜伏库细胞的清除，另一方面也会遏制癌症的加剧与蔓延，起到一箭双雕之功效。因此，今后的研究应着眼于体内实验及临床测试（clinical trials），评估PLK1抑制剂与cART联合使用的有效性。
美国俄亥俄州立大学Wexner医学中心病理系Jian Zhu教授为本文通讯作者。博士后研究员Dawei Zhou为本文第一作者。马萨诸塞大学波士顿分校Wei Zhang，哈佛医学院丹娜—法伯癌症研究所Jun Qi以及诺华（剑桥）生物医学研究院Jay Bradner参与合作。
图：抑制PLK1辅助清除HIV-1病毒潜伏库细胞