Apoptosis, juga dikenal sebagai kematian sel terprogram tipe I, adalah proses biologis mendasar dalam organisme yang tidak disertai dengan peradangan atau kerusakan jaringan di sekitarnya; apoptosis terlibat dalam perkembangan embrio, regulasi hormon, peradangan dan tumorigenesis. Regulasi apoptosis yang tidak normal dapat mengganggu keseimbangan antara proliferasi dan kematian sel; penurunan apoptosis dapat menyebabkan perkembangan tumor ganas atau penyakit autoimun; sebaliknya, peningkatan apoptosis menyebabkan patologi neurodegeneratif atau imunosupresi. Oleh karena itu, menjaga keseimbangan sistem apoptosis sangat penting dalam proses fisiologis organisme.
Berbagai faktor fisiologis dan patofisiologis dapat meningkatkan apoptosis, yang merupakan proses yang bergantung pada energi yang menggunakan aktivasi serangkaian caspase protease sistein yang mengarah ke jalur pensinyalan apoptosis. Tergantung pada rangsangan eksternal, pensinyalan apoptosis dibagi menjadi jalur endogen atau jalur mitokondria, yang dirancang untuk melibatkan anggota keluarga protein Bcl-2 dan protein mitokondria, dan jalur ekstrinsik, yang dimediasi oleh Yang terakhir ini dimediasi oleh sinyal stimulus ekstraseluler melalui Death Receptors (DR). Autophagy, juga dikenal sebagai kematian sel terprogram tipe II, adalah mekanisme kematian sel yang sangat dilestarikan yang mengarah pada kelangsungan hidup dan kematian sel ketika sel mengurangi organel yang rusak atau komponen intraseluler melalui autophagy dalam keadaan kelaparan, mekanisme yang kompleks. Apoptosis dan autofagi tidak saling eksklusif dan kedua regulator jalur pensinyalan sel ini saling berkoordinasi.
Stimulasi antigen eksternal dari sistem kekebalan tubuh menginduksi proliferasi limfosit spesifik antigen untuk membersihkan patogen, dan apoptosis memainkan peran penting dalam mengakhiri proses kekebalan yang didapat, suatu proses yang mencakup: Sel T berproliferasi dan berdiferensiasi menjadi sel T efektor sebagai respons terhadap rangsangan antigen; sebagian besar sel efektor yang terdiferensiasi memasuki keadaan habis untuk mencegah perkembangan penyakit autoimun; beberapa sel T bertindak sebagai sel memori yang bertahan untuk berfungsi. Proses apoptosis mengurangi sel T yang diaktifkan dan mengakhiri respons imun, menjadi kematian sel yang diinduksi aktivasi (AICD).
Patogen yang berbeda mempengaruhi jalur pensinyalan kematian sel dengan cara yang berbeda. Human immunodeficiency virus (HIV) dapat menginduksi apoptosis pada sel imun, terutama sel T CD4+, dan mekanisme yang terlibat dalam apoptosis oleh HIV diulas dalam makalah ini.
1. Struktur HIV-1.
HIV-1 adalah retrovirus dan anggota keluarga lentivirus. Infeksi lentiviral biasanya bermanifestasi sebagai proses penyakit kronis, latensi klinis jangka panjang, replikasi virologi berkelanjutan, dan keterlibatan sistem saraf pusat. Virus imunodefisiensi monyet (SIV) dan virus imunodefisiensi kucing (FIV) adalah contoh khas infeksi lentiviral. HIV-1 dan HIV-2 sangat mirip di bawah mikroskop elektron, tetapi bobot molekul protein dan gen aksesori mereka sangat berbeda. HIV-2 secara genetik lebih dekat dengan SIV yang ditemukan pada monyet berkulit putih daripada HIV-1, dan oleh karena itu, dapat dihipotesiskan bahwa HIV mungkin telah ditularkan dari monyet ke manusia. Baik HIV-1 maupun HIV-2 dapat bereplikasi dalam sel CD4 dan merupakan patogen yang menyebabkan penyakit pada individu yang terinfeksi.
Partikel virus HIV-1 berdiameter 100 nm dan dikelilingi oleh membran lipoprotein. Setiap partikel virus mengandung 72 kompleks glikoprotein, yang terintegrasi ke dalam membran lipid. Setiap kompleks glikoprotein terdiri dari trimer glikoprotein ekstrinsik gp120 dan protein transmembran gp41. gp120 dan gp41 terikat longgar dan dapat secara spontan ditumpahkan di lingkungan lokal, dan glikoprotein gp120 terdeteksi dalam serum dan jaringan limfoid pasien yang terinfeksi HIV. Selama pertumbuhan virus, virus juga mengikat protein inang yang berbeda seperti HLA-I atau II pada membran sel inang ke lapisan lipoproteinnya sendiri, atau mengikat protein adhesi ICAM-I untuk menginduksi adsorpsi virus ke sel target lainnya. Protein matriks p17 didistribusikan di sisi dalam membran lipoprotein virus dan protein virus p24 mengandung dua salinan HIV-RNA; Partikel virus HIV-1 juga termasuk enzim yang diperlukan untuk replikasi virus, seperti RT transkriptase terbalik, integrase p32, dan protease p11.
Struktur genom retroviral yang khas terutama mengandung urutan pengulangan terminal 5 dan 3-panjang (LTR), gag, pol, dan gen env. Urutan pengulangan terminal panjang adalah dua ujung genom virus yang tidak menyandikan protein virus dan dihubungkan ke DNA sel inang setelah integrasi DNA virus ke dalam genom sel inang. gen env dan gag menyandikan glikoprotein sitosolik virus dan nukleokapsid; gen pol menyandikan reverse transcriptase dan enzim lainnya. Selain itu, enam gen termasuk dalam genom HIV, yaitu vif, vpu, vpr, tat, rev, dan nef.
Protein tat dan rev adalah protein pengatur yang berikatan dengan daerah spesifik RNA virus dalam nukleus, dan keduanya merupakan elemen respons transaktivasi untuk LTR dan untuk gen glikoprotein sitosolik virus env, masing-masing. protein tat adalah elemen transaktivasi yang diperlukan untuk replikasi virus dalam sistem kultur in vitro dan merupakan faktor transkripsi potensial untuk daerah promotor LTR. Protein pengatur siklus sel T1 adalah kofaktor seluler yang penting untuk Tat. protein tat dan rev merangsang transkripsi DNA proviral HIV-1 menjadi RNA, memulai pemanjangan RNA, dan memfasilitasi translokasi RNA HIV dari nukleus ke sitoplasma.
Protein Vpr diperlukan untuk replikasi virus HIV dalam sel yang tidak membelah diri; studi saat ini menunjukkan bahwa protein vpr memblokir penangkapan siklus sel pada fase G2; mereka juga mentranslokasi kompleks pra-integrasi virus ke dalam nukleus.
Protein Nef memiliki banyak fungsi di dalam sel. Penelitian telah menunjukkan bahwa protein Nef menginduksi downregulasi ekspresi molekul CD4 dan HLA-I pada permukaan sel yang terinfeksi HIV-1. Protein Nef mengikat banyak protein jalur pensinyalan dan mengganggu aktivasi limfosit-T. Studi tambahan menunjukkan bahwa penghapusan gen Nef menunda replikasi virus tetapi tidak mencegah produksi AIDS.
Protein Vpu terlibat dalam pertumbuhan virus HIV. mutasi gen vpu menyebabkan partikel virus HIV tetap berada di permukaan sel inang. vpu terlibat dalam degradasi kompleks CD4-gp120 dalam retikulum endoplasma, memungkinkan gp160 untuk memasuki resirkulasi dan membentuk virion HIV baru.
Virus HIV yang kekurangan vif tidak dapat bereplikasi dalam sel T CD4 + dan makrofag, yaitu mereka tidak dapat bereplikasi dalam sel “non-permisif” ini, sementara strain liar yang mengandung gen vif dapat bereplikasi dalam sel-sel ini. Penelitian telah menunjukkan bahwa replikasi HIV dijalankan oleh ada atau tidak adanya represor seluler, APOBEC3G endogen, yang merupakan enzim pengeditan RNA intraseluler yang mendeaminasi sitosin dalam mRNA untuk membentuk urasil, yang mengarah pada akumulasi mutan G dan A dan akibatnya pada degradasi DNA virus. vif memblokir aktivitas penghambatan APOBEC3G dengan mengikat APOBEC3G untuk membentuk kompleks. Dengan tidak adanya vif, APOBEC3G berintegrasi ke dalam partikel virus yang baru terbentuk dan kemudian memblokir pembentukan DNA proviral dalam sel target yang terinfeksi; dengan adanya protein vif, APOBEC3G mengikat protein vif dan terdegradasi oleh sistem ubiquitination dan gagal berintegrasi ke dalam partikel virus yang baru terbentuk. Temuan di atas menunjukkan bahwa APOBEC3G adalah mekanisme perlindungan diri seluler, tetapi vif adalah protein yang virus HIV menangkal fungsi APOBEC3G, yang mengakibatkan virus HIV menghindari proses pembersihan diri intraseluler.
2. Virus HIV dan apoptosis sel kekebalan tubuh.
Virus HIV menginfeksi sel kekebalan tubuh, yang menyebabkan penurunan bertahap dalam sel T CD4+, penurunan bertahap dalam fungsi kekebalan tubuh, dan berbagai infeksi oportunistik. protein amplop HIV Env dan molekul CD4 permukaan sel kekebalan tubuh berikatan, yang mengarah ke replikasi virus HIV dalam sel CD4, yang akhirnya mengakibatkan kematian sel. Sel CD4+ Th dewasa adalah sel efektor kunci dalam respon imun antivirus, dan defisiensi imun terkait HIV sebelumnya dianggap sebagai hasil dari pembunuhan sel T CD4+ yang dimediasi virus, tetapi pandangan ini dianggap terlalu sederhana mengingat pemahaman saat ini tentang mekanisme pengurangan sel T CD4+. Beberapa hipotesis telah diusulkan untuk pengurangan sel T CD4+ akibat HIV: ini termasuk produksi kerusakan sel T dalam timus dan homing limfosit T spesifik virus dalam jaringan limfoid, yang mengubah keseimbangan proliferasi sel T CD4+ dan mengarah ke apoptosis yang diinduksi HIV. Ada bukti yang berkembang bahwa apoptosis limfosit yang diinduksi HIV adalah penyebab penting kerusakan sistem kekebalan tubuh akibat infeksi HIV. Karena replikasi partikel virus HIV yang terus menerus, infeksi HIV menyebabkan laju percepatan pembaharuan sel T in vivo, menghasilkan percepatan penggandaan sel T, yang terakhir mengendalikan jumlah sel T dengan meningkatkan apoptosis dalam kondisi fisiologis normal. Selain itu, HIV mengarah pada penghindaran kekebalan dengan memicu mekanisme apoptosis dalam sel; mekanisme molekuler penghindaran kekebalan HIV termasuk mutasi virus yang cepat dan down-regulasi ekspresi molekul MHC sel inang.
Mekanisme molekuler apoptosis limfosit terkait HIV meliputi: pembunuhan langsung sel target yang terinfeksi oleh virus HIV; kematian sel pengamat karena protein virus pro-apoptosis yang dilepaskan dari sel yang terinfeksi; pembunuhan sel efektor spesifik HIV setelah perekrutan ke jaringan limfoid yang terinfeksi; dan perubahan molekul pengatur apoptosis intraseluler.
Apoptosis adalah bentuk penting dari kematian sel yang diatur oleh jalur pensinyalan sel apoptosis, yang merupakan cara penting untuk mempertahankan homeostasis limfosit in vivo. Selain itu, dalam respons imun terhadap antigen asing, apoptosis memerlukan pengurangan sebagian besar sel T spesifik antigen untuk memblokir respons autoimun. Apoptosis dicapai melalui dua jalur transduksi utama: Kematian sel yang diinduksi aktivasi (AICD), yang terutama dimediasi oleh reseptor kematian (jalur pensinyalan eksogen), dan kematian otonom sel-T teraktivasi (ACAD). Yang terakhir ini dimediasi oleh protein terkait BCL-2 (jalur pensinyalan endogen). Jalur pensinyalan apoptosis eksogen dipicu oleh pengikatan reseptor kematian keluarga faktor nekrosis tumor dan ligan mereka; jalur pensinyalan apoptosis endogen dipicu oleh reseptor intraseluler yang melakukan sinyal ke mitokondria.
Setelah infeksi HIV akut, lesi sel T CD4+ menghasilkan “balon”, pembentukan syncytia dan apoptosis sel yang terinfeksi dan sel pengamat di sekitarnya. gp120-gp41, kompleks glikoprotein sitosolik genomik HIV, adalah molekul penginduksi apoptosis utama, menyebabkan apoptosis pada sel yang terinfeksi dan sel pengamat. apoptosis sel pengamat. Molekul Env yang diekspresikan dalam sitosol sel yang terinfeksi dapat berikatan dengan molekul CD4 dan kofaktor, yang menyebabkan fusi sel-sel, dan syncytium yang dihasilkan menyebabkan apoptosis. HIV atau SIV menginduksi syncytium, dan penurunan jumlah sel CD4 bertanggung jawab untuk pengembangan AIDS. Pada kelenjar getah bening individu HIV-positif, syncytia mengekspresikan penanda apoptosis awal, dan apoptosis syncytia tidak dimediasi oleh jalur konduksi Fas dan tumor necrosis factor receptor 1, tetapi sel T yang terinfeksi HIV lebih sensitif terhadap jalur konduksi apoptosis yang dimediasi Fas, dan kerentanan ini dapat diinduksi oleh produk HIV seperti vpu. Sel-sel yang terinfeksi mengekspresikan Env dan sel-sel yang mengekspresikan kompleks CD4-CXCR4 sekering untuk membentuk syncytia, yang menginduksi apoptosis melalui jalur konduktansi yang bergantung pada mitokondria yang dimediasi oleh upregulasi jalur pensinyalan Cyclin B-CDK1 dan target mamalia dari lokalisasi nuklir rapamycin (mTOR) tercapai. Hal ini menyebabkan fosforilasi yang dimediasi mTOR dari protein p53 serin 15 (p53ser15), peningkatan regulasi ekspresi protein BAX yang bergantung pada P53 dan aktivasi jalur transduksi mitokondria, yaitu protein BAX menyisip ke dalam membran mitokondria, melepaskan sitokrom C dan mengaktifkan jalur transduksi caspase dan apoptosis. Beberapa penelitian telah menunjukkan peningkatan ekspresi molekul cyclin B dan mTOR dalam darah tepi dan sel kelenjar getah bening pasien yang terinfeksi HIV, dengan yang terakhir berkorelasi dengan fosforilasi protein p53 serine 15 (p53ser15) dan viral load. Lebih lanjut, ketika sel T CD4 + darah perifer sangat terinfeksi virus HIV secara in vitro, kematian sel dan nekrosis dikaitkan, tetapi tidak dengan apoptosis.
Selain protein virus HIV Env, beberapa protein virus lainnya dapat memicu jalur pensinyalan apoptosis baik pada sel yang terinfeksi maupun yang tidak terinfeksi. Jalur konduktansi endogen diaktifkan oleh protein virus vpr, yang menyebabkan peluruhan cepat potensi membran mitokondria, pelepasan sitokrom c, dan apoptosis. protein tat menginduksi apoptosis dengan menurunkan regulasi BCL-2 dan meningkatkan regulasi caspase-8. Selain itu, pengikatan molekul HIV gp120 dan CD4 menginduksi downregulasi BCL-2 dan mempromosikan pelepasan sitokrom c, sehingga menginduksi apoptosis. Selain itu, aktivasi caspase-8 oleh protease yang dikodekan oleh genom HIV menyebabkan degradasi protein BCL-2, yang mengakibatkan penurunan kadar BCL-2 dan dengan demikian menginduksi apoptosis. Studi saat ini menunjukkan bahwa virus HIV juga mempengaruhi jalur konduksi eksogen apoptosis baik pada sel yang terinfeksi maupun sel pengamat, dengan virus HIV gp120 dan dan sel T CD4 + yang saling berhubungan untuk mengaktifkan jalur konduksi Fas-FasL; Sel T yang mengekspresikan Nef mengekspresikan FasL dan menjadi pembunuh potensial limfosit yang tidak terinfeksi HIV yang mengekspresikan molekul Fas. Demikian pula, protein tat yang disekresikan oleh sel yang terinfeksi meningkatkan regulasi molekul Fas dan FasL dalam sel yang tidak terinfeksi, meningkatkan kerentanan terhadap apoptosis yang diinduksi Fas. Kesimpulannya, virus HIV dapat mengendalikan mekanisme apoptosis, yang menyebabkan terganggunya sistem kekebalan tubuh dan mendukung penghindaran imunologis virus.
Penelitian telah menunjukkan bahwa infeksi HIV dapat menyebabkan kematian otonom sel-T teraktivasi (ACAD). sel T darah perifer dari pasien HIV menunjukkan apoptosis spontan ketika dikultur secara in vitro tanpa stimulasi eksogen, yang dikaitkan dengan downregulasi ekspresi BCL-2. Sel yang mengekspresikan tingkat BCL-2 yang rendah dapat menyebabkan apoptosis spontan. Sel yang mengekspresikan BCL-2 tingkat rendah memiliki fenotipe yang diaktifkan secara in vivo, menunjukkan bahwa stimulasi berulang sel T in vivo dengan antigen virus menyebabkan aktivasi kekebalan tubuh, mengubah keseimbangan fisiologis sel T yang diaktifkan secara in vivo dan mengarah pada aktivasi anggota keluarga protein BCL-2 pro-apoptosis (pro-apoptotic BCL-2). Studi in vivo pada gorila menunjukkan kurangnya aktivasi kekebalan pada infeksi HIV non-patogenik, rendahnya tingkat apoptosis sel T spontan, dan ekspresi protein BCL-2 intraseluler yang normal. acad biasanya diblokir oleh sitokin, dan IL-2 dan IL-15 mempertahankan kelangsungan hidup sel T secara in vitro dengan mempromosikan peningkatan regulasi ekspresi BCL-2.
Limfosit T pada pasien yang terinfeksi HIV dapat diaktifkan – diinduksi kematian sel (AICD) secara in vitro setelah stimulasi dengan mitogen, superantigen dan antibodi TCR-spesifik. apoptosis yang diinduksi oleh jalur pensinyalan Fas terlibat dalam proses AICD, dan permukaan sel T CD4 + T dan CD8 + T pada pasien yang terinfeksi HIV Peningkatan ekspresi Fas pada pasien yang terinfeksi HIV meningkatkan kerentanan terhadap apoptosis yang dimediasi oleh Fas, yang berkorelasi dengan perkembangan penyakit pada infeksi HIV. Protein Fas yang larut dapat dideteksi dalam serum, dan kadarnya dapat digunakan sebagai prediktor serologis perkembangan AIDS. protein FasL sangat diekspresikan pada permukaan dan dalam serum sel T CD4 + T dan CD8 + pada pasien yang terinfeksi HIV; protein FasL yang terkait dengan makrofag sangat terekspresikan dalam jaringan limfoid pasien yang terinfeksi HIV, yang berkorelasi dengan tingkat apoptosis jaringan. Ekspresi protein penekan apoptosis FLIP berkurang setelah aktivasi sel T diam, karena limfosit yang teraktivasi mengalami apoptosis pada pasien terinfeksi HIV, dan oleh karena itu diasumsikan bahwa penurunan ekspresi protein penekan apoptosis FLIP berkorelasi dengan kerentanan apoptosis limfosit yang diinduksi Fas.
Pada pasien yang terinfeksi HIV, jalur pensinyalan faktor nekrosis tumor TNF terlibat dalam apoptosis limfosit. Meskipun laporan sebelumnya menunjukkan bahwa sel T darah perifer pasien terinfeksi HIV toleran terhadap apoptosis yang diinduksi oleh jalur pensinyalan TNF, laporan terbaru menunjukkan kerentanan terhadap apoptosis yang diinduksi oleh TNFR1 dan TNFR2 pada sel T CD4+ T dan CD8+ T, dan jalur transmisi apoptosis ini dan domain kematian terkait TNFR1 (TRADD), domain reseptor (TRADD), Receptor-interacting protein (RIP), dan ekspresi TNFR-associated factor 2 (TRAF2), tetapi dikaitkan dengan downregulation ekspresi BCL-2. Selama apoptosis, ikatan silang reseptor kematian mengarah pada aktivasi serangkaian protein caspase, termasuk inisiator apoptosis caspase-8 dan efektor caspase-3. Kedua bentuk aktif caspase-3 ini merupakan bentuk aktif dari caspase-8 dan caspase-3. Kedua bentuk aktif protein caspase ini diekspresikan dalam limfosit CD4 + T dan CD8 + T dari individu yang terinfeksi HIV, yang terakhir diinduksi secara in vitro oleh berbagai protein yang dikodekan HIV yang berbeda, seperti Tat, Env, Nef, dan Vpr; protein caspase lain, ICE, juga terdeteksi dalam sel CD4 + T dari individu yang terinfeksi HIV. Penelitian telah menunjukkan peningkatan aktivitas caspase-3 pada pasien dengan infeksi HIV progresif, menunjukkan korelasi antara ekspresi caspase in vivo dan patogenesis HIV. Penelitian telah menunjukkan bahwa apoptosis yang dimediasi TNFR terlibat dalam apoptosis sel T CD8 +, dan bahwa pengikatan protein Env virus HIV dan molekul CXCR4 meningkatkan regulasi ekspresi TNFR2, yang mengarah pada kerentanan apoptosis sel T CD8 +. Pada pasien HIV, kadar TNF serum meningkat secara signifikan dan kadar TNFR2 larut serum dapat meningkat, dan yang terakhir dapat digunakan sebagai penanda prediktif untuk perkembangan penyakit HIV. TRAIL adalah ligan penginduksi apoptosis terkait TNF lainnya yang juga terlibat dalam apoptosis sel T terkait HIV, dan penelitian telah menunjukkan bahwa sel T pada pasien yang terinfeksi HIV rentan terhadap apoptosis yang dimediasi TRAIL; ketika menggunakan Fungsi antibodi TRAIL yang memusuhi TRAIL menghambat kematian sel yang disebabkan oleh aktivasi.
Pada pasien yang terinfeksi HIV, sel T CD4+ meningkatkan regulasi ekspresi protein FasL melalui infeksi HIV dan protein virus seperti gp120, tat dan nef, yang dapat berubah menjadi sel pembunuh untuk sel yang mengekspresikan Fas. Studi in vitro telah menunjukkan bahwa sel T CD4 + yang mengekspresikan FasL dapat membunuh sel T CD8 + yang mengekspresikan Fas; makrofag yang mengekspresikan FasL juga merupakan pembunuh potensial sel T yang mengekspresikan Fas, dan pembunuhan ini tidak dikendalikan oleh molekul MHC. Khususnya, pembunuhan yang dimediasi makrofag terutama memilih sel T pengamat yang tidak terinfeksi; CTL spesifik HIV adalah pembunuh potensial limfosit aktif yang mengekspresikan Fas. Pada individu yang terinfeksi HIV, CTL spesifik protein virus Nef dapat memediasi aktivitas sitotoksik yang dimediasi perforin dan Fas. Dengan demikian, sel efektor spesifik HIV tertentu merusak sistem kekebalan tubuh individu yang terinfeksi HIV, terutama sel yang terinfeksi dengan mengekspresikan FasL, yang melakukan pembunuhan terhadap limfosit yang tidak terinfeksi HIV, yang mengekspresikan Fas, situasi yang bertahan dalam sistem kekebalan tubuh yang terinfeksi HIV.
3. Peran protein apoptosis dalam infeksi HIV.
Selama apoptosis, banyak protein yang terlibat dalam permulaan apoptosis, dan tiga dari ligan pemicu kematian memiliki peran penting dalam permulaan apoptosis, termasuk TNF, FasL dan TRAIL.
Fas/FasL memiliki peran penting dalam imunopatogenesis infeksi HIV. Kadar Fas/FasL yang larut dan terkait sitosolik secara signifikan lebih tinggi pada pasien yang terinfeksi dibandingkan dengan pasien yang tidak terinfeksi HIV, yang berkorelasi dengan perkembangan penyakit AIDS. Pada pasien yang terinfeksi HIV, ekspresi molekul Fas meningkat pada sel T CD4+ T dan CD8+ T; ekspresi FasL meningkat pada permukaan monosit-makrofag, sel Nk, yang keduanya terjadi pada sirkulasi perifer dan kelenjar getah bening. Analisis microarray gen mengungkapkan peningkatan ekspresi Fas/FasL pada kelenjar getah bening yang terinfeksi HIV. Dibandingkan dengan sel yang tidak terinfeksi, sel yang terinfeksi HIV lebih sensitif terhadap apoptosis yang dimediasi Fas, tetapi bukan merupakan bagian utama dari apoptosis in vivo. Pada pasien yang terinfeksi HIV, mayoritas sel mononuklear darah perifer apoptosis yang bersirkulasi tidak mengekspresikan Fas; makrofag yang terinfeksi HIV menginduksi apoptosis pada sel T pada pasien yang terinfeksi HIV, tetapi tidak pada pasien yang tidak terinfeksi, menunjukkan hipotesis efek “pengamat”, yaitu, apoptosis yang terjadi pada infeksi HIV Apoptosis yang terjadi pada infeksi HIV melibatkan sel yang tidak terinfeksi dalam jaringan limfoid yang merespons infeksi. Penelitian telah menunjukkan bahwa sel T CD4+ pada simpanse yang terinfeksi HIV tidak menginduksi apoptosis melalui pengikatan Fas/FasL; namun, sel T CD4+ T dan CD8+ T pada simpanse yang terinfeksi virus SIV mengekspresikan molekul Fas, dan sel T dan B mengekspresikan peningkatan FasL pada permukaannya. Pada individu yang terinfeksi HIV nonprogresif, proteolisis Fas larut dalam darah perifer lebih rendah, limfosit yang mengekspresikan molekul Fas/FasL berkurang, dan sensitivitas molekul Fas menurun. Sebuah penelitian menunjukkan pengurangan perkembangan penyakit pada fase akut infeksi SIV setelah memblokir jalur konduksi Fas dengan menggunakan antibodi monoklonal terhadap FasL.
Patogenesis TNF-α pada infeksi HIV dan komplikasi terkait, terutama dalam replikasi virus HIV dan dalam memediasi apoptosis sel T CD4+, telah dipelajari secara ekstensif. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa penghambatan jalur konduksi TNF-α tidak menunjukkan keuntungan imunologis yang signifikan terhadap virus HIV; sebaliknya, beberapa percobaan menemukan efek samping yang signifikan, termasuk peningkatan viral load. Selain itu, hasil uji klinis menunjukkan bahwa TNF-α rekombinan memiliki efek samping toksik yang signifikan dan tidak dapat digunakan sebagai metode untuk membersihkan HIV laten.
TRAIL, anggota superfamili TNF, memediasi apoptosis sel T CD4+ pada infeksi HIV dan berfungsi baik pada sel T yang terinfeksi maupun yang tidak terinfeksi dengan berinteraksi dengan reseptor kematian DR4 dan DR5. Sel dendritik dan infeksi HIV makrofag menyebabkan peningkatan ekspresi TRAIL, yang menginduksi apoptosis pada sel T bystander yang tidak terinfeksi. Dibandingkan dengan pasien yang tidak terinfeksi, konsentrasi serum TRAIL darah perifer meningkat pada pengamat yang terinfeksi HIV dengan peningkatan ekspresi reseptor kematian monosit DR5. Ekspresi TRAIL oleh sel dendritik seperti sel plasma dalam darah perifer pengamat yang terinfeksi HIV menginduksi apoptosis sel T CD4+ pada pengamat yang tidak terinfeksi tetapi tidak pada pengamat yang terinfeksi HIV. Peningkatan ekspresi TRAIL dan DR5 ditemukan di jaringan limfoid individu yang terinfeksi HIV; penurunan kadar TRAIL bebas dalam darah tepi dan penurunan ekspresi TRAIL dan DR5 oleh sel T CD4 + ditemukan setelah inisiasi pengobatan HAART. Namun, penurunan ekspresi TRAIL ditemukan di jaringan limfoid pasien yang terinfeksi HIV setelah inisiasi pengobatan HAART, tetapi tidak ada penurunan ekspresi DR5 yang diamati.
Studi in vitro menunjukkan bahwa pengobatan makrofag pasien yang terinfeksi HIV dengan protein TRAIL rekombinan menunjukkan penurunan yang signifikan dalam tingkat virus HIV, menunjukkan bahwa protein TRAIL rekombinan dapat menjadi pendekatan terapeutik untuk infeksi HIV. Antibodi monoklonal untuk protein TRAIL rekombinan dan DR4 dan DR5 saat ini digunakan dalam uji klinis fase I dan fase II untuk terapi tumor dengan menginduksi apoptosis sel tumor. Secara teoritis, pengobatan imunologis pasien terinfeksi HIV dengan protein TRAIL rekombinan mampu membunuh sel yang terinfeksi HIV, tetapi sel T CD4+ pengamat juga dapat mengalami apoptosis; penelitian in vitro menunjukkan bahwa pengobatan pasien terinfeksi HIV dengan PBL menggunakan protein TRAIL rekombinan menghasilkan penurunan jumlah virus HIV, tetapi tidak ditemukan perubahan dalam jumlah atau fungsi limfosit.
Sistem kekebalan tubuh dirangsang oleh antigen baru, dan sebelumnya diaktifkan, sel-sel kekebalan spesifik antigen lainnya berkurang. Mekanismenya meliputi apoptosis sel kekebalan yang teraktivasi, yang dikenal sebagai kematian sel yang diinduksi aktivasi (AICD). Aktivasi kronis sistem kekebalan tubuh selama infeksi HIV ditandai dengan pembesaran kelenjar getah bening umum, peningkatan kadar limfosit B, limfosit T yang teraktivasi, sel NK, sel penyaji antigen, dan hipergammaglobulinemia. Penelitian telah menunjukkan bahwa aktivasi kekebalan kronis terjadi selama infeksi HIV, seperti penurunan sirkulasi monosit teraktivasi (HLA-DR+), sel T CD8+ teraktivasi (CD38+) dan sel T CD4+ dan perkembangan penyakit infeksi HIV. Stimulasi imun kronis menyebabkan AICD sel T CD4+ melalui mekanisme yang bergantung pada Fas dan mekanisme independen. selama infeksi HIV, AICD tidak terbatas pada sel T CD4+, tetapi juga bekerja pada penipisan sel T CD8+, yang berhubungan dengan ekspresi kematian terprogram 1 (PD-1) oleh sel T CD8+ yang teraktivasi selama infeksi HIV. .
Sumber stimulasi imun kronis selama infeksi HIV beragam dan termasuk, antara lain, virus yang terus bereplikasi, protein HIV yang bersirkulasi, agen infeksi oportunistik, dan reaktivasi agen infeksi lainnya; penurunan jumlah sel T regulator absolut dikaitkan dengan aktivasi imun kronis selama perkembangan penyakit infeksi HIV. Studi terbaru menunjukkan bahwa penipisan sel T CD4+ di saluran pencernaan menyebabkan relokalisasi mikroba dan peningkatan komponen mikroba dalam sirkulasi, termasuk endotoksin, DNA bakteri, dll., yang terkait dengan perkembangan penyakit HIV. Sirkulasi sistemik produk mikroba menyebabkan aktivasi jalur pensinyalan reseptor seperti Toll yang mempromosikan AICD sel T CD4 + gastrointestinal, yang mengakibatkan penurunan sel T CD4 +. Sirkulasi sistemik produk mikroba juga menghambat proliferasi dan fungsi sel T melalui peningkatan regulasi ekspresi PD-1 dan produksi IL-10.
4. Protein HIV dan apoptosis.
Gp120 adalah glikoprotein yang diekspresikan oleh genom HIV pada membran plasma HIV yang menempel pada reseptor CD4 dan reseptor bersama CXCR4 atau CCR5, memfasilitasi perlekatan virus dan masuk ke dalam sel. Reseptor gp120 dan CD4 yang terikat membran dan larut, menyebabkan apoptosis sel T CD4 + yang terinfeksi dan tidak terinfeksi. Penelitian telah menunjukkan beberapa mekanisme yang terlibat dalam apoptosis yang diinduksi gp120 dari sel T CD4 +: peningkatan regulasi ekspresi Fas, FasL dan TNF-α, mimik molekuler Fas, peningkatan regulasi TRAIL, DR4 dan ekspresi DR5, induksi penangkapan siklus sel pada fase G2, produksi radikal oksigen reaktif, penurunan ekspresi BCL-2, fosforilasi protein mTOR dan p53, peningkatan ekspresi protein proapoptosis dari PUMA, dan aktivasi protein P38. Meskipun tidak jelas mekanisme mana yang memainkan peran utama dalam infeksi HIV secara in vivo, yang jelas adalah bahwa molekul gp120 bersifat pluripoten dan dapat menginduksi apoptosis pada sel T CD8 +, sel endotel vaskular, sel neuron, kardiomiosit, sel tubular ginjal, hepatosit, dll.
Tat adalah protein trans-aktivasi HIV yang mempromosikan transkripsi urutan pengulangan terminal panjang HIV dan pleiotropik dalam apoptosis sel T CD4 +. protein tat diproduksi di awal siklus hidup virus dan dapat disekresikan oleh sel yang terinfeksi HIV dan diambil oleh sel yang tidak terinfeksi melalui endositosis yang dimediasi oleh clathrin. Penelitian telah menunjukkan bahwa protein Tat dapat memberikan efek apoptosis dan anti-apoptosis secara in vitro tergantung pada sel yang digunakan, vektor ekspresi endogen, dan dosis protein tat yang diterapkan. Pengobatan sel T Jurkat yang tidak terinfeksi dengan protein tat dosis rendah menghasilkan toleransi terhadap apoptosis yang diinduksi oleh molekul TNF, Fas, dan TRAIL, dan mengurangi ekspresi caspase 10 dan meningkatkan ekspresi Bcl-2 dan c-FLIP. Pengobatan sel T yang tidak terinfeksi dan sel mononuklear dengan protein tat dosis tinggi meningkatkan ekspresi molekul Fas, caspase 8, Bax, dan RCAS-1 dan meningkatkan apoptosis. protein tat juga melekat pada mikrotubulus intraseluler, yang mengarah pada perubahan dan apoptosis yang bergantung pada mitokondria yang dimediasi Bim. Mekanisme induksi Tat atau penghambatan apoptosis pada pasien terinfeksi HIV belum dipahami. Tat hadir dalam tubuh pada konsentrasi serum anti-apoptosis; pengobatan monosit dan makrofag pasien terinfeksi HIV dengan protein Tat menghasilkan ekspresi molekul TRAIL yang diregulasi, yang menginduksi apoptosis pada apoptosis T “pengamat” yang tidak terinfeksi; namun, sel T simpanse yang diobati dengan protein Tat memusuhi apoptosis yang dimediasi Tat.
Vpu adalah protein penolong yang dikodekan oleh genom HIV yang menurunkan regulasi ekspresi reseptor CD4, mencegah infeksi lebih lanjut dari sel T CD4+ yang terinfeksi, dan memungkinkan virus yang baru dihasilkan untuk “bertunas” di sitosol. Ekspresi protein Vpu yang tinggi pada sel T Jurkat menyebabkan peningkatan kerentanan terhadap apoptosis yang dimediasi Fas, yang dikaitkan dengan penekanan ekspresi gen anti-apoptosis yang dimediasi NF-κB intraseluler dalam sel yang terinfeksi HIV yang mengekspresikan molekul Vpu. Penghapusan komponen Vpu dari struktur virus HIV NL4-3 mengurangi penipisan sel T CD4+. Hal ini menunjukkan bahwa protein Vpu dari sumber subtipe virus HIV yang berbeda memiliki tingkat penipisan sel T CD4+ yang berbeda.
Protein Nef adalah protein multifungsi yang dikodekan oleh genom virus HIV yang terutama diekspresikan pada awal siklus hidup virus dan bertanggung jawab untuk menurunkan regulasi ekspresi reseptor CD4 dan molekul MHC-I sambil meningkatkan replikasi virus. Sel T yang mengekspresikan protein Nef meningkatkan regulasi molekul Fas dan FasL, menurunkan ekspresi Bcl-2 dan Bcl-XL, meningkatkan ekspresi molekul PD-1, dan menginduksi apoptosis melalui jalur yang bergantung pada kaspase dan independen. Protein Nef yang diproduksi oleh sel T CD4 + yang terinfeksi menyebabkan peningkatan permeabilitas lisosomal dan melepaskan cathepsin D ke dalam sitoplasma, yang kemudian menyebabkan pecahnya membran mitokondria luar. molekul Nef yang bekerja pada sel T CD4 + yang tidak terinfeksi dapat menyebabkan apoptosis melalui mekanisme yang belum dipahami tetapi mungkin terkait dengan aksi CXCR4 dan SDF-1α.
5. Apoptosis sel imun dan kerusakan imun.
5.1 Apoptosis sel T CD4+ dan kerusakan imun pada.
Sel T CD4+ biasanya dianggap sebagai sel T pembantu dari sistem kekebalan tubuh, memfasilitasi produksi imunitas humoral dan seluler dan mempromosikan produksi antibodi dan CD8+ CTL. setelah menghadapi antigen, sel T pembantu berdiferensiasi menjadi sel efektor, yang mengeluarkan γ-IFN, IL-4, IL-10 dan molekul imunomodulator lainnya dalam jumlah yang tinggi. fitur yang paling mencolok dari infeksi HIV adalah kurangnya sel T CD4+ spesifik HIV. Proliferasi sel T CD4+ spesifik HIV yang terjadi setelah terapi anti-retroviral mengendalikan viral load menegaskan peran penting sel efektor T CD4+; hal ini juga menegaskan hilangnya respons sel T CD4+ spesifik HIV dengan cepat selama fase akut infeksi HIV. Beberapa mekanisme dapat menjelaskan kehilangan ini: Prekursor sel T CD4+ spesifik HIV dihancurkan di kelenjar getah bening setelah pengikatan virus HIV ke reseptor homing CD62L; ketika prekursor sel T CD4+ alami direkrut ke jaringan limfoid yang terinfeksi, mereka terbunuh di bawah bimbingan sel dendritik yang terinfeksi HIV. Dengan demikian, selama infeksi HIV akut, sel memori CD4 + T spesifik HIV yang berkembang biak dengan cepat sangat rentan terhadap infeksi HIV, dan mereka membawa lebih banyak DNA virus daripada sel T CD4 + memori lainnya, menunjukkan bahwa HIV secara istimewa menginfeksi sel T CD4 +, yang mengarah ke penghancuran preferensial berikutnya; Penghancuran sel efektor CD4+ T spesifik HIV yang teraktivasi dimediasi oleh FasL dan rendahnya tingkat sel T CD4+ spesifik HIV pada pasien terinfeksi HIV dikaitkan dengan tingkat viremia yang tinggi, “ketidakmampuan” mereka untuk berinteraksi dengan sel dendritik darah tepi atau penekanan mereka oleh sel T regulator CD4+CD25+. “Ketidakmampuan” terkait dengan penekanan interaksi sel dendritik darah perifer atau oleh sel T regulator CD4+CD25+.
Sel T dibedakan menjadi dua kelas utama selama respons imun: Sel Th1, yang mengeluarkan terutama γ-IFN, dan sel Th2, yang mengeluarkan IL-4, dan sel Th1 memiliki peran penting dalam respons CTL antivirus. Banyak sitokin yang mempengaruhi transformasi sel T Naïve menjadi sel Th1, seperti IL-12 dan γ-IFN, yang pertama berasal dari makrofag atau sel dendritik yang diaktifkan patogen, dan yang terakhir dari sel NK yang diaktifkan patogen, yang penting untuk diferensiasi sel T Naïve. Infeksi HIV menginduksi perubahan pola sekresi sitokin. Perkembangan infeksi HIV disertai dengan penurunan sekresi IL-2, IL-12 dan γ-IFN oleh sel mononuklear darah perifer dan peningkatan sekresi IL-4 dan IL-10, yang merupakan penunjuk penurunan sel T CD4+ dan perkembangan penyakit. analisis sel T darah perifer dari pasien yang terinfeksi HIV setelah stimulasi in vitro dan kultur jangka pendek menunjukkan penurunan yang signifikan pada sel T yang mensekresi IL-2 dan peningkatan sel T yang menghasilkan γ-IFN yang memproduksi γ-IFN yang bertahan selama infeksi HIV. Di antara subkelas sel Th1 yang berbeda, subkelas tertentu rentan terhadap kematian sel yang diinduksi aktivasi (AICD), yang diatur oleh ekspresi seluler protein BCL-2. Pengurangan progresif sel T yang memproduksi IL-2 berkorelasi dengan kerentanan terhadap apoptosis dan perkembangan penyakit. Temuan ini menunjukkan korelasi antara peningkatan AICD sel Th darah perifer dan kerusakan kekebalan spesifik HIV selama infeksi HIV.
5.2 Perubahan diferensiasi sel T CD8+.
Pada pasien yang terinfeksi HIV, HIV menstimulasi produksi respons CD8+ CTL yang kuat. Selama infeksi akut, respons CTL dan viral load dalam darah perifer meningkat; ketika respons CTL memuncak, kadar virus menurun; selama infeksi kronis, ditemukan korelasi negatif antara respons CTL dan viral load. cd8+CTL memiliki peran penting dalam pengendalian viremia HIV, dan penelitian pada simpanse menunjukkan bahwa deplesi sel T CD8+ setelah infeksi SIV menyebabkan deplesi sel T CD8+ juga gagal mengendalikan infeksi HIV. Analisis in vitro terhadap CTL spesifik virus menunjukkan bahwa kekurangan fungsi CTL spesifik HIV mengganggu kemampuannya untuk mengendalikan virus. Meskipun CD8+ CTL spesifik HIV menghasilkan molekul antivirus seperti γ-IFN dan CCL4, sebagian besar CTL mengekspresikan tingkat perforin yang rendah dan gagal membunuh sel target secara efektif. diferensiasi CTL yang berubah dikaitkan dengan peningkatan apoptosis, dan subkelas CD8+ CTL yang berbeda memiliki kerentanan yang berbeda terhadap apoptosis yang diinduksi Fas; lingkungan sitokin yang buruk di vivo merugikan kelangsungan hidup sel. Selain itu, kegagalan CTL untuk mengendalikan infeksi HIV juga terkait dengan sel T imunoregulator, karena penelitian telah menunjukkan bahwa antigen HIV menginduksi sekresi TGF-β oleh sel T CD8+ regulasi (CD8+T Regulator) dan mengurangi respons γ-IFN dari sel T CD8+ spesifik HIV. Oleh karena itu, kematian sel yang diinduksi aktivasi (AICD) dan sitokin penghambat adalah mekanisme penting dari cacat diferensiasi CD8+ CTL.
6. Apoptosis sel-T dan perkembangan penyakit AIDS.
Studi pada pasien terinfeksi HIV dan model hewan dari infeksi SIV telah menunjukkan korelasi antara intensitas apoptosis sel-T dan perkembangan AIDS. Pertama, tingkat apoptosis sel-T lebih rendah pada mereka yang memiliki infeksi HIV bebas perkembangan jangka panjang; kedua, penelitian di Afrika Barat menunjukkan bahwa infeksi HIV-2, yang kurang patogenik dibandingkan HIV-1, menunjukkan tingkat aktivasi kekebalan tubuh yang rendah dan berkurangnya apoptosis sel T; Ketiga, ketika membandingkan infeksi virus HIV-1 dan HIV-2 dengan penipisan sel-T CD4+ yang serupa, ditemukan bahwa aktivasi kekebalan tubuh dan penipisan sel-T CD4+ berkorelasi; Keempat, ketika membandingkan model hewan dari infeksi lentiviral dengan model hewan kontrol, ditemukan bahwa apoptosis limfosit terjadi pada model hewan dari infeksi lentiviral. Studi pada hewan model infeksi SIV simpanse menunjukkan penurunan progresif sel T CD4+ yang terkait dengan viral load yang tinggi, aktivasi kekebalan yang tinggi dan peningkatan apoptosis sel T CD4+. Studi pada model penelitian tikus telah menunjukkan peran penting aktivasi kekebalan kronis dalam imunodefisiensi sel T. Konstruksi tikus transgenik yang mengekspresikan molekul CD70, yang dapat diekspresikan secara konsisten sebagai respons terhadap stimulasi antigenik, dapat menghasilkan fitur klinis yang mirip dengan infeksi HIV, yaitu konversi progresif sel T Naïve menjadi sel T efektor, yang mengarah pada penipisan kumpulan sel T Naïve dan akhirnya apoptosis karena infeksi oportunistik. Kesimpulannya, hasil eksperimen di atas memberikan bukti lebih lanjut bahwa aktivasi kekebalan kronis mungkin menjadi penyebab utama fungsi sel T CD4 + abnormal dan apoptosis, mekanisme molekuler patologis utama perkembangan AIDS.
7. Penghindaran virologi dari apoptosis.
Penghambatan apoptosis mendukung produksi partikel virus HIV anak perempuan, dan beberapa produk gen virus HIV memiliki aktivitas virus anti-HIV. protein nef, gp120, dan Vpu mendukung downregulasi ekspresi molekul CD4 dalam sel yang terinfeksi HIV dan mencegah apoptosis yang dimediasi molekul gp120-CD4. protein nef menurunkan regulasi ekspresi molekul MHC-I dan meningkatkan regulasi ekspresi molekul fasL, sebuah strategi yang melindungi sel yang terinfeksi agar tidak dibunuh oleh CTL dan sel NK. Ekspresi rendah protein virus Vpr menyebabkan upregulasi ekspresi BCL-2 dan downregulasi BAX, sehingga menghambat apoptosis. protein tat mengurangi transkripsi protein TP53, mendorong perkembangan siklus sel, menghambat apoptosis, dan berkontribusi pada produksi sejumlah besar partikel virus oleh sel yang terinfeksi. Pada kelenjar getah bening pasien yang terinfeksi HIV, apoptosis in vivo terjadi terutama pada sel pengamat yang tidak terinfeksi, menunjukkan mekanisme molekuler tidak langsung dari apoptosis; itu juga menunjukkan adanya CD8 + CTL apoptosis, sel B dan sel dendritik dalam jaringan limfoid pasien yang terinfeksi HIV. Sebaliknya, sel-sel yang terinfeksi HIV kurang rentan terhadap apoptosis, menunjukkan toleransi terhadap pembunuhan sel yang diinduksi HIV. Dengan demikian, virus HIV memastikan kelangsungan hidupnya sendiri dengan mengendalikan mekanisme apoptosis sebelum diaktifkan yang mengarah pada penghancuran sistem kekebalan tubuh.