系统生物学方法研究肉芽肿在TB-HIV合并感染中的作用

简介

之间的协同相互作用结核分枝杆菌（快艇)和人类免疫缺陷病毒-1 (HIV)加重了这两种疾病的全球负担。据估计，全球四分之一的人口感染了疟疾快艇-结核病(TB)的病原体。由于与covid相关的护理中断，2020年结核病死亡人数十年来首次增加(1)．在接触结核病后，有5-10%的终身风险发生活动性结核病快艇，而HIV+个体罹患结核病的风险是HIV -个体的15-21倍(1)．结核病是艾滋病毒感染者死亡的主要原因，2020年约有21.4万人死于结核病(1)．除了结核病和艾滋病毒之间的这些病理相互作用外，这两种感染在流行病学上也有显著的重叠。在世界卫生组织列出的30个结核病和艾滋病相关结核病高负担国家名单中，有12个国家重叠(1)．艾滋病毒合并感染也干扰结核诊断，包括结核菌素皮肤试验和干扰素-γ释放试验(2)．因此，有必要关注快艇-如果我们要保持在结核病和艾滋病毒控制方面来之不易的成果。

虽然结核病和艾滋病毒都有治疗方法，但合并感染患者的结果并不总是积极的。对合并感染患者进行抗逆转录病毒治疗可降低艾滋病毒相关结核病发病率(3.)．尽管如此，肺泡巨噬细胞，血液单核细胞，和快艇特异性T细胞在ART启动后仍有功能受损或仅部分恢复功能(4，5)．在抗逆转录病毒治疗下快速免疫重建后出现的矛盾反应，即tb -免疫重建炎症综合征(TB-IRIS)，也可能导致合并感染患者意外的临床恶化[在(6)]。药物-药物相互作用以及TB- iris可降低TB抗生素和ART的疗效[在(7)]。为了改善合并感染患者的预后，我们必须开发专门的治疗方法和疫苗快艇-HIV合并感染，而不是单独感染。这种治疗和疫苗将取决于对两者相互作用机制的更深入的理解快艇以及这些相互作用如何结合起来影响疾病进展和治疗反应。

快艇感染与广泛的结果相关，从细菌的完全消除，到无症状临床状态下的细菌控制，到活动性疾病伴严重临床症状时的细菌高复制(8)．个体如何在这一范围内移动仍未被发现。我们相信，病人的临床状态是不同大小和活性的多个肉芽肿的组织病理学反应的综合结果(9)．肉芽肿是感染的部位快艇由宿主免疫细胞、细菌和死细胞碎片组成。肉芽肿在个体之间和个体内部表现出高度的异质性，范围从包含性到弥散性(9，10)．由于肉芽肿是感染的主要部位快艇，我们将重点讨论如何结构，时机和发展快艇肉芽肿之间促进协同作用快艇和艾滋病毒。

快艇肉芽肿在原发性感染后通过一系列复杂的宿主-病原体相互作用在肺和淋巴结中发展。肉芽肿是由中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞聚集到感染部位(11)．这种招募允许宿主产生先天免疫反应，但也允许细菌持续感染巨噬细胞，从而扩大它们的细胞内生长和传播(12)．吞噬后快艇，树突状细胞会迁移到淋巴结，在那里它们处理和呈递抗原快艇-特异性T细胞。这一过程启动适应性免疫反应，激活的T细胞被招募到的部位快艇通过产生细胞因子和趋化因子而感染(13)．从先天免疫反应到适应性免疫反应的转变发生在感染后大约2 - 3周，淋巴细胞(B和T细胞)进入肉芽肿，在巨噬细胞团周围形成淋巴细胞袖带(14)．生发中心和B细胞滤泡也被证明有助于肉芽肿结构的形成(15)．淋巴细胞的到来可以标志着细菌快速生长的结束，因为肉芽肿会捕获细菌，并可以防止细菌在全身扩散。然而，肉芽肿也可以为细菌提供一个复制生态位，使其在肺内外持续存在(10)．肉芽肿的组织和细菌的长期控制依赖于巨噬细胞、CD4+和CD8+ T细胞的招募，但也依赖于它们分泌的细胞因子，如IFNγ和TNFα (16，17)．肉芽肿中心可形成干酪样坏死，这是死细胞碎片堆积的结果。坏死区域已显示为缺氧(18)，并适合耐药及耐药细菌(19)．我们将要讨论的正是这种复杂而动态的肉芽肿环境快艇艾滋病毒相互作用。

研究人类肉芽肿具有挑战性。Diedrich等人进行的系统综述和元分析，2016 (20.)发现，在调查艾滋病毒对人类的影响的研究之间存在高度的对比快艇合并感染期间的肉芽肿。他们的分析考虑了HIV对肉芽肿形成、细菌负荷、细胞组成和细胞因子产生的影响快艇-来自HIV+和HIV -个体的感染组织。作者发现，在所有研究中唯一一致的发现是细菌负荷增加快艇-艾滋病毒合并感染者与快艇感染本身(20.)．作者不能最终确认或拒绝任何建议的假设快艇-HIV合并感染肉芽肿两项研究之间差异的两个主要来源是:a)肉芽肿描述(包括位置-肺vs淋巴结)和所使用的评分系统，以及b)被研究患者的疾病阶段状态、感染顺序和治疗状态。为了解决其中的一些挑战，使用了非人灵长类动物(NHP)的联合感染模型快艇同时感染猴免疫缺陷病毒(SIV)，这与人类同时感染的动态非常相似(21- - - - - -32)．NHP模型具有控制感染顺序、了解初始感染状态和治疗状态的优点。

多种机制与艾滋病毒阳性个体患活动性结核病的风险增加有关。一个主要机制与hiv相关的巨噬细胞和CD4+ T细胞的损失有关，这两个细胞都有助于遏制艾滋病快艇肉芽肿的生长(33)．由于HIV感染的标志是CD4+ T细胞随着时间的缓慢消耗，有人认为CD4+ T细胞在肉芽肿快艇受感染的患者可以为HIV感染提供大量的靶细胞来源，并且它们的耗尽直接干扰肉芽肿的控制(34，35)．Foreman等人，2022 (35)的研究结果表明，在SIV感染NHPs和LTBI后的2周内，肉芽肿内的CD4+ T细胞会直接耗尽，然后外周位置的CD4+ T细胞计数才会发生任何可检测到的变化。这直接支持了这样的证据，即在艾滋病病毒合并感染的第一年，当CD4+ T细胞仍然相对丰富时，艾滋病毒感染者向活动性结核病过渡的几率增加了2- 3倍。36)．因此，艾滋病毒感染增加了结核病易感性，至少在一定程度上独立于外周CD4+ T细胞计数，这是艾滋病毒进展的标志(21，37，38)．此外，NHP模型已经证明，CD4+ T细胞耗竭不是HIV合并感染期间活动性结核病风险增加的唯一机制，因为抗体介导的T细胞耗竭不足以将LTBI驱动为活动性结核病，并且并非所有带有HIV介导的T细胞耗竭的NHPs都会发展为活动性结核病(21- - - - - -23，25，26，30.)．因此，有必要评估CD4+ T细胞下降以外的其他机制，作为细菌生长和播散、肉芽肿破坏和两种感染进展的可能原因快艇-HIV合并感染者。

除了CD4+ T细胞耗竭外，还涉及到两者之间的协同作用快艇抗炎和促炎性细胞因子平衡的破坏，CD4+ T细胞和抗炎细胞的损伤快艇-特异性T细胞功能，快艇-引起的HIV病毒载量增加，肉芽肿内的病毒进化，慢性免疫激活和先天性免疫细胞的HIV损伤(23- - - - - -26，28，30.，32，35，39，40)．然而，所有这些机制的作用和相对影响快艇肉芽肿尚不清楚。

讨论围绕快艇-HIV合并感染倾向于关注一种感染对另一种感染的单向影响。相反，我们的目标是关注每种病原体如何从其他病原体以及它们都存在的微环境中受益。阐明如何快艇和艾滋病病毒干扰了体内的免疫反应快艇肉芽肿可以提供新的联合治疗策略，同时针对两种病原体。本综述的重点是如何展示的结构，功能和发展快艇肉芽肿期间的微环境有利于细菌和病毒的扩张快艇艾滋病毒合并感染。考虑抗逆转录病毒治疗和结核病治疗的影响是重要的快艇-HIV合并感染者，但它增加了本讨论范围之外的复杂性(6，7)．下面，我们将介绍已知的相互作用快艇和艾滋病病毒，并讨论它们如何在肉芽肿微环境中连接，以创建一个有利于疾病进展的正反馈循环。我们确定了关键的突出问题，并提出耦合计算建模与正在进行的在体外而且在活的有机体内努力将是了解这两种病原体如何协同工作以克服免疫系统的关键。

快艇-艾滋病毒在已有结核病感染中的相互作用

这不仅仅是缺乏CD4+ T细胞

虽然CD4+ T细胞耗竭有助于结核病的再激活和进展(41)，还有其他独立于CD4+ T细胞耗竭的机制在此过程中发挥关键作用快艇-爱滋病病毒合并感染(23，25，26)．Diedrich等人，(21的NHP模型(Chinese cynomolgus猕猴)Mtb -猴免疫缺陷病毒合并感染。在这项研究中，所有LTBI NHPs在SIV感染后都经历了再激活。重新激活发生在不同的时间间隔内，只有当外周T细胞数量恢复正常时(21)．作者注意到许多来自NHPs的完全纤维化肉芽肿重新激活，这在潜伏感染中是不寻常的(21)．共感染的NHPs体内CD4+和CD8+ T细胞也较少快艇与SIV阴性的活动性结核病NHPs相比(21)．马提拉等人，2011 (22)扩展了先前的研究，以检查多功能T细胞反应和重新激活TB中的肉芽肿T细胞表型快艇-SIV合并感染NHPs快艇-SIV合并感染NHPs的频率增加快艇SIV感染后不久，IL-4表达细胞(CD4+和CD8+)突然短时间激增，这与IFNγ和IL-2表达降低有关。早期和晚期再激活NHPs之间CD4+ T细胞反应无显著差异。然而，早期重新激活的动物Th0- (IFNγ)明显减少⁺il - 4⁺il - 10⁺,干扰素γ⁺il - 4⁺,干扰素γ⁺il - 10⁺)， Th1- (IFNγ⁺)和更多的Th2-(IL-4+IL-10+， IL-4+， IL-10⁺) CD8+ T细胞比晚期再激活NHPs (22)．在这项研究中，他们还观察到肉芽肿T细胞反应主要由细胞溶解性T细胞表型主导，而产生细胞因子的T细胞主要分布在周围(22)．总之，这些研究强调了CD8+ T细胞、细胞溶解性T细胞和炎症性T细胞表型在前列腺癌中的作用快艇-SIV合并感染进展。然而，这些研究并没有明确地将CD4+ T细胞介导的影响与siv介导的影响分开。

Diedrich et al.， 2020 (25)通过比较，明确了CD4+ T细胞耗竭的作用快艇抗体介导CD4细胞耗竭的感染NHPs (快艇-αCD4)、SIV合并感染或无免疫抑制(对照)。2个月后，7例中有5例观察到亚临床活性恢复快艇-αCD4 NHPs和4 / 8快艇-SIV同时感染NHP，表明类似的再激活率。快艇-SIV合并感染的NHP肉芽肿中CD4+ T细胞较多快艇-αCD4。然而，与对照组相比，siv诱导的再激活与更多播散性肺肉芽肿和更高的细菌生长有关快艇-αCD4 NHPs重新激活(25)．有趣的是，肉芽肿来自快艇-SIV合并感染的NHPs具有更多的免疫激活特征(更多的细胞因子和颗粒酶B的产生)快艇-αCD4额定马力。肉芽肿组成被确定改变快艇-SIV合并感染和快艇非传统CD3+ T细胞的存在表明，在这些组中，CD3+ T细胞对肉芽肿的整体免疫功能起积极作用。此外，肉芽肿内CD8+ T细胞的绝对数量快艇-SIV NHPs显著高于LTBI对照组和快艇-αCD4额定马力。总之，这些发现表明，尽管CD4+和CD8+ T细胞较少，免疫激活也较低，快艇-αCD4 NHPs较好控制快艇感染与快艇-SIV合并感染NHPsSharan等人，2022年表明，SIV合并感染期间的早期事件，在CD4+ T细胞耗尽之前，驱动LTBI再激活(42)．因此，这意味着除了CD4+ T细胞耗损之外，其他与siv相关的损伤，包括细胞类型失衡和炎症，在促进结核病的再激活和进展方面。

在印度恒河猴身上进行了类似的研究快艇感染LTBI的NHPs中出现抗体介导的CD4耗尽(CD4R1给药)、SIV合并感染或无免疫抑制(对照组)(26)．8只CD4细胞耗尽的动物中只有1只表现出结核病再激活的迹象，16只中有9只快艇-SIV合并感染的NHPs重新激活尽管再激活率存在差异，但cd4耗竭和快艇-SIV NHPs在BAL(支气管肺泡灌洗)和肺中显示出类似的CD4+ T细胞减少，无论其结核病结局如何(26)．相反，与SIV联合感染导致记忆CD4+ T细胞显著减少，被naïve取代，而不是效应CD4+ T细胞。重要的是,快艇-SIV再激活剂与慢性免疫激活和炎症相关的细胞因子(TNFα， IL1-α， IL-1β和IL-6)水平较高，与给予CD4R1的NHPs相比，肺部的T细胞表型(HLA-DR+)活性更高。26)．在CD8+ T细胞室中也观察到这些模式(26)．Bucsan等人，2019年在再激活率方面的显著差异(26)的研究和之前提到的Diedrich et al.， 2020 (25)的研究结果，可归因于所使用的NHP模型的差异[食蟹蟹(25) vs恒河(26))及不同的快艇菌株(厄德曼(25) vs CDC1551 (26)]，正如Diedrich et al.， 2020 (25)．此外，建立LTBI的时间框架也存在差异(LTBI在9周后建立快艇接种(26) vs成立6个月后的LTBI快艇接种(25)和所使用的再激活的临床终点(PET CT定义的亚临床再激活(出现新的肉芽肿)(25) vs明显临床症状(26))。然而，这项工作支持了细胞类型和细胞表型失衡以及炎症和激活在结核病再激活中的作用，而不仅仅是CD4+ T细胞衰竭快艇猴免疫缺陷病毒合并感染。

Foreman等人，2016年(23)通过比较探讨SIV对LTBI的影响快艇-SIV感染LTBI NHPs后，合并感染的NHPs被称为再激活因子(进展为活动性TB的动物:9/14)和非再激活因子(保持LTBI状态的动物:5/14)。再激活剂有a)较高的BAL快艇CFU(菌落形成单位)值与非复活剂或LTBI仅NHPs相比，b)可培养性相似快艇与活动性肺结核组相比，c)播散性更强快艇d)肺部病变比非再激活组和仅LTBI组多。所有快艇-SIV合并感染的NHPs表现出siv诱导的肺病理迹象，但与非再激活者相比，再激活者的肺病理程度更严重(23)．与本综述中之前提到的NHP研究相似，CD4+ T细胞百分比和绝对数量大幅下降。在所有合并感染的NHPs(再激活剂和非再激活剂)BAL样本中都观察到这种减少。然而，在再激活剂和非再激活剂之间，BAL中CD4+ T细胞的减少没有显著差异，因此暗示了在联合感染期间，除了CD4+ T细胞减少外，TB再激活的其他机制。定性比较BAL中少数剩余CD4+ T细胞的亚群，a)中枢记忆细胞(百分比、绝对数量或周转)无差异，b)再激活剂有显著较高的效应记忆细胞(和绝对数量)百分比，但其周转不显著，c)非再激活剂中调节性CD4+ T细胞显著较高(23)．作者指出，非再激活因子中调节性CD4+ T细胞的增加与效应记忆CD4+ T细胞的减少同时存在，这表明这些调节性细胞在限制引起疾病的病理中发挥作用(在再激活因子中增加)。除CD4+ T细胞衰竭外，其他已确定的机制包括:CD8+ T细胞在非再激活因子中较高的周转率(Ki67+)，表明这些细胞是活跃的和增殖的;非再激活物中淋巴滤泡组织更加有序;并且，与Diedrich et al.， 2020 (25)，在非再激活剂中颗粒酶B的产量较高，表明细胞溶解活性增加。

也有证据表明快艇特异性CD4+ T细胞在疾病增加中起作用快艇艾滋病毒合并感染。据推测，艾滋病毒优先针对快艇-特异性CD4+ T细胞。Geldmacher et al.， 2008 (37)的研究表明Mtb -与未感染艾滋病毒的活动性结核病患者相比，感染艾滋病毒的LTBI患者外周血中存在特异性CD4+ T细胞(37)．该小组还建议艾滋病毒优先针对目标快艇-特异性CD4+ T细胞，基于发现更多的艾滋病毒DNA快艇与非特异性CD4+ T细胞相比快艇-特异性CD4+ T细胞(43)．作者，以及其他人，得出结论，在功能的差异快艇特异性CD4+ T细胞，特别是产生HIV CCR5受体进入的天然拮抗剂的能力较弱，可能导致它们对HIV的易感性增加快艇非特异性细胞，导致明显衰竭快艇-特异性CD4+ T细胞(43)．其他研究也反映了频率的下降快艇-特异性CD4+ T细胞和突出的功能变化快艇-特异性CD4+ T细胞在体外HIV阳性个体的研究(44)以及在活的有机体内LTBI-HIV感染者与hiv未感染者的比较研究(45，46)．Day等人，2017年发现，感染HIV的LTBI个体的血液样本产生细胞因子的频率较低快艇-特异性CD4+ T细胞，优先消耗特定亚群的多功能性快艇-特异性CD4+ T细胞，增殖能力降低快艇-特异性CD4+ T细胞与HIV -个体相比(45)．阿梅里奥等人，2018年报道了坦桑尼亚个人快艇-HIV合并感染显著降低IL-4/IL-5和IL-13的产生Mtb -特异性CD4+ T细胞和较少的IL-2产生Mtb -CD4+和CD8+ T细胞的特异性比较。除了较低的数量，作者还表明HIV抑制快艇-诱导的全身促炎细胞因子反应(46)．另一项对携带和未携带艾滋病毒的LTBI个体的研究发现快艇HIV+组中特异性CD8+ T细胞功能受损，表现为CD8+ T细胞增殖和脱颗粒活性降低(47)．由此可见，HIV的数量似乎减少了快艇-特异性T细胞以及CD4+和CD8+的抗菌功能快艇-特异性T细胞功能。Foreman等人，2022 (35)，在恒河猕猴模型中证明快艇特异性CD4+ T细胞在肉芽肿中被特异性杀伤快艇-SIV合并感染的动物早在血液中检测到耗损之前就已经存在，并且合并感染显著降低了肉芽肿中CD4+ T细胞的运动(35)．

在快艇-HIV合并感染，对肺部免疫细胞动力学有很大的影响快艇感染进展(27，30.)．黑田等人，2018 (30.)观察到，在siv感染的肺组织中，与仍处于LTBI状态的动物相比，重新激活的动物的单核细胞和巨噬细胞周转率更高(30.)．Corleis等人，2019年(27)表明，在早期SIV感染期间，在循环CD4+ T细胞丢失之前，肺间质CD4+ T细胞的丢失与肺播散增加有关快艇感染。肺间质CD4+ T细胞早期严重耗竭在体外本研究还测定了HIV在人体细胞中的诱导作用。hiv诱导的肺间质CD4+ T细胞耗竭伴有高病毒产量在体外病毒产生率最高的细胞消耗最严重(27)．因此，肺组织中先天免疫细胞和适应性免疫细胞的数量和周转似乎都受到影响快艇-HIV合并感染与快艇单独感染。肺部的这些动态可能会影响肉芽肿的形成和功能。

的确，研究已经证明肉芽肿的成分来自快艇-HIV合并感染的个体与快艇单独感染。联合感染个体的脊髓肉芽肿中CD8+ T细胞比单独感染结核患者多(48)．切除颈部淋巴结快艇-艾滋病毒合并感染人数增加快艇和较少的CD4+ T细胞相比快艇mono-infection (49)．与提及的许多NHP研究不同，外周CD4+ T细胞减少与肉芽肿相关，肉芽肿含有较少的CD4+和CD8+ T细胞，较少的IFNγ产生，更多的中性粒细胞，更多的IL-10，并且增加快艇数字(49)．快艇与IL-10和IFNα水平呈正相关，CD4+和CD8+ T细胞数量较少(49)．在人源化小鼠(HuMouse)模型中快艇-HIV合并感染和快艇-HIV合并感染的人体肺组织尸检，在人类受试者和HuMice的合并感染组织中，有定位于组织不良的炎症区域的中性粒细胞的积累，以及与之相比，肺微环境中过度的促炎细胞因子反应快艇-只感染肺部(50)．

综上所述，这些研究表明T细胞的数量和功能，以及肉芽肿中的细胞定位，巨噬细胞的周转，以及慢性/失调炎症都导致了T细胞的有害影响Mtb -HIV合并感染对结核病进展的影响。这突出了一个概念快艇-除了肉芽肿和外周的CD4+ T细胞数量外，hiv合并感染还以其他方式影响结核进展。

结核肉芽肿微环境允许HIV感染和复制

接下来我们将注意力转向如何快艇微环境可能会促进艾滋病毒感染的进展快艇复制。许多研究表明快艇联合感染增强了HIV的复制和传染性在体外而且在体内(51- - - - - -53)．拉森等人，2017 (54)，甚至展示了这一点快艇双重感染可使潜伏的HIV病毒再度感染(54)．较高水平的p24 (HIV病毒抗原)与BAL液有关快艇-累及(由胸片确定)肺组织与快艇-未受累的肺组织Mtb -同时感染爱滋病病毒的人士(52，55)．HIV+细胞几乎只定位于快艇与仅感染HIV时偶尔发现并分布在肺实质的病变相比(50)．一些研究表明胸腔积液来自快艇-HIV合并胸腔结核感染者的HIV蛋白水平高于血浆(56，57)．有肉芽肿的淋巴组织中HIV rna阳性细胞的数量比没有肉芽肿的淋巴组织高10倍快艇-同时感染爱滋病病毒的人士(58)．在快艇-SIV合并感染的NHP模型，Foreman等人，2016 (23)，显示快艇-SIV合并感染的NHPs在重新激活TB的肉芽肿中siv感染细胞数量高于快艇-SIV合并感染的非再激活因子(23)．黑田等人，2018 (30.)，在肺巨噬细胞中观察到高水平的SIV DNAMtb -SIV同时感染NHPs，但不感染LTBIMtb -猴免疫缺陷病毒合并感染的NHPs (30.)．Diedrich et al.， 2020 (25)，指出快艇来自CFU+肉芽肿快艇-SIV合并感染的NHPs与较高的SIV RNA相关快艇CFU -肉芽肿。肉芽肿的快艇即使考虑到CD4+ T细胞的数量，-SIV合并感染的NHP再激活剂比非再激活剂具有更高的SIV RNA (25)．此外，他们还表明肉芽肿中含有SIV RNA快艇-SIV合并感染动物的含量较高快艇计数比不含SIV RNA的肉芽肿(25)．虽然增加的细菌生长/再激活和更高的HIV/SIV病毒RNA之间的因果关系是复杂的，但这些数据表明a)快艇与血浆病毒载量相比，感染部位的HIV病毒载量较高快艇-HIV合并感染个体和b)较高的细菌数量或结核病进展与较高的病毒载量相关。

最近的研究表明，快艇感染增加病毒复制通过快艇-诱发炎症(59- - - - - -62)．与血浆相比，胸膜结核合并感染患者胸膜液中除了HIV蛋白水平较高外，促炎细胞因子和免疫激活标记物的浓度也较高(56)．罗德里格斯等人，2013 (59)表明PIM₆，一种主要的细胞壁相关分枝杆菌糖脂，可以独立于辅助细胞增加CD4+ T细胞中的HIV复制(59)．同样，Pouget et al.， 2021 (60)，观察到细菌糖脂抗原并没有直接干扰HIV的进入，但HIV复制的增加可能是由于快艇抗原诱导的免疫系统调节(60)．然而，作者确实证明了这一点快艇糖脂可能潜在地损害或增强热带R5和X4 HIV毒株的HIV转感染(DC捕获并向CD4+ T细胞呈递病毒抗原)，这对病毒传播和传播具有重要意义(60)．他等人在2020年证明了这一点在体外LTBI患者的CD4+ T细胞的HIV转录(整合后)比活动性结核病或结核病患者的CD4+ T细胞更有效快艇-未受感染人士(61)．单核细胞趋化蛋白-1 (MCP-1)也被观察到在高水平的胸膜液快艇-HIV合并感染患者，与巨噬细胞中HIV转录的诱导有关快艇-同时感染爱滋病病毒的人士(62)．

细胞表型出现在快艇感染也会促进爱滋病病毒复制(50，63，64)．趋化因子受体CXCR4和CCR5作为艾滋病病毒直接感染CD4+靶细胞的共受体(65)．在快艇感染时，据报道，表达CCR5的巨噬细胞主要出现在感染部位快艇感染(66)．表达CCR5的T细胞也被认为在肉芽肿中指导正确的T细胞定位以促进巨噬细胞的激活，这表明它们在肉芽肿的保护结果中具有重要作用快艇感染(67)．巨噬细胞/单核细胞CXCR4和CCR5表达升高(66，68)和CD4+ T细胞(63)，已在结核病患者及之后的患者中报道过在体外刺激与快艇健康人细胞中的抗原此外,快艇感染已被证明可增加CXCR4表面表达，从而为X4 HIV毒株提供更宽松的环境(64)．在合并感染方面，一项比较感染HIV和未感染HIV的结核病患者血液和心包液的研究发现，来自未感染HIV患者心包液的CD4+ T细胞大部分表达CCR5，具有效应记忆和终分化表型Mtb -来自共感染组的心包液中的特异性CD4+ T细胞缺乏CCR5受体，并且具有较低的分化表型(69)，表明CCR5阳性细胞优先被耗尽。与此相反，在LTBI NHP模型中，比较CD4+ T细胞耗竭与SIV合并感染，Bucsan等人，2019 (26)观察到，在合并感染的LTBI-SIV再激活因子NHPs的肺部，CCR5 T细胞比CD4耗尽型tb感染动物的肺部更高，这表明在合并感染的动物中，更多地募集到原发感染部位(26)．这两项研究在联合感染对CCR5阳性细胞的影响方面的差异可能是由于感染的时间框架:CCR5细胞可能在联合感染后增加，但随着时间的推移可能会优先减少。Foreman等人，2022 (35)，结果表明，SIV合并感染NHP肉芽肿2周后，表达ccr5的Th1和Th1*细胞的频率降低(35)．综上所述，细胞表型存在于快艇在HIV发展的各个阶段，肉芽肿可能为HIV提供了大量的靶向细胞。

增加了HIV的复制快艇感染也可能与体内病毒变异数量的增加有关快艇-HIV合并感染患者与HIV阳性个体的比较(55，70，71)．Collins等人，2000年(70的血液样本快艇-艾滋病毒合并感染个体的艾滋病毒异质性增加，比仅感染艾滋病毒的突变明显更多(70)．在后续研究中，作者比较了血液和胸膜液快艇-HIV感染者研究结核病相关的、肺中HIV复制和异质性的位点特异性增加是否会转移到血液中，从而增加全身HIV异质性。他们的结果表明，与血液相比，胸膜间隙中的HIV基因多样性增加，并且准物种从胸膜间隙单向迁移到血液(71)．Tisthammer等人，2022 (29)，是第一个进行评估的在活的有机体内结构性投资工具多样性快艇-在血浆、淋巴结和肺(包括肉芽肿)样本中，与SIV相比，SIV同时感染NHPs。病毒多样性低，每种组织类型的样本数量有限，动物数量少，这使得组间比较困难，但结果表明，病毒多样性最高的是在快艇-SIV合并感染未出现临床症状的NHPs快艇肺肉芽肿中病毒多样性与CD4+ T细胞频率呈正相关，与CD8+ T细胞频率呈负相关快艇-SIV合并感染出现临床症状的NHPs快艇重新激活(29)．

总的来说，这描绘了一幅快艇通过其对炎症、招募/细胞表型和病毒多样性的影响与病毒载量增加有关。

Mtb -已有HIV感染中的HIV相互作用

先前存在的艾滋病毒可能有一套不同的机制导致增加快艇结核合并感染后的生长和传播。已知HIV感染会影响先天免疫细胞功能[综述于(72)]。虽然HIV主要感染CD4+ T细胞，但它也可以感染巨噬细胞和树突状细胞(73)．在感染肺泡巨噬细胞后，HIV阻碍了受体介导的吞噬和细胞凋亡，从而限制了细胞杀死细胞内细菌的能力(74)．在树突细胞中，HIV可以破坏快艇改变适应性免疫反应起始的抗原处理和呈递(74)．在巨噬细胞培养中已经证明，HIV合并感染巨噬细胞会增强快艇增长(75)．艾滋病毒感染显著减少快艇-介导的巨噬细胞凋亡，来自HIV+个体的肺泡巨噬细胞。细胞凋亡的减少与细胞凋亡的下降有关快艇-介导的TNFα通过HIV Nef蛋白从HIV+巨噬细胞释放，从而降低巨噬细胞杀死细胞内细菌的能力(76)．HIV感染也被证明可以抑制巨噬细胞酸化和融合的能力快艇-感染的吞噬体与溶酶体，这是巨噬细胞抗菌反应的关键步骤(77)．因此，艾滋病毒损害先天免疫反应的多个方面快艇感染。这些先天反应驱动最初的免疫反应对一个新的快艇感染，而感染又可决定长期的疾病轨迹(78)．

事实上，Guo等人，2017 (32)在中国恒河猴NHP模型中显示，先前存在的SIV感染导致肺外结核的增加，肺部、淋巴结和肺外器官中的细菌计数增加，IFNγ和IL-22(已知抑制细胞因子)水平降低快艇感染)与快艇感染本身(32)．罗杰斯等人，2018 (24)，在毛里求斯食蟹猕猴模型中显示，先前存在的SIV感染加速了结核病感染的进展，在4至8周后结核病肉芽肿数量显著增加快艇感染与SIV-naïve相比，快艇来华的动物。与对照组相比，合并感染的动物有更高的细菌负荷和肺外结核的增加趋势快艇-受感染的动物(24)．Larson等人，2021 (28)扩展了先前的模型，以表征CD4+和CD8+ T细胞的表型和细胞因子在血液、气道和组织中的产生快艇-SIV合并感染的猕猴与快艇单独感染。他们证明，先前存在SIV感染的动物1)在包括肉芽肿在内的所有组织间室中，CD4/CD8 T细胞比例较低，2)在感染部位表达PD-1或TIGIT(与免疫激活相关的标记物)的CD4+和CD8+ T细胞频率较高快艇3)肉芽肿中产生TNF的CD4+ T细胞减少(28)．最近，Moriarty等人，2022年进一步分析了前两项研究(Rodgers等人，2018年和Larson等人，2021年)，将合并感染的NHPs分为两组，病毒控制者和病毒非控制者。这一分析的新结论确定，无论病毒控制如何，在中国，已经存在的SIV感染快艇-SIV合并感染的NHPs导致增强快艇T细胞免疫反应失调(40)．SIV+病毒控制者产生IFNγ的CD4+ T细胞频率显著降低。两者之间也有高度显著的相关性快艇CFU和SIV拷贝/细胞快艇所有SIV+ NHPs的-感染组织。

综上所述，这些研究表明快艇在已存在SIV感染的动物中，合并感染的动物有更多快艇传播，和更高的细菌载量相比快艇单独感染。这些病理差异源于先天和适应性免疫反应的中断快艇包括巨噬细胞抗菌功能，DC抗原处理和呈递，CD4/CD8细胞的比例，CD4+和CD8+ T细胞的免疫激活。

协同快艇-HIV在肉芽肿中的相互作用及悬而未决的问题

总的来说，前面的部分演示了许多复杂的交互快艇-HIV合并感染，这种合并感染促进并加速了两种感染的进展。这里我们讨论一下潜力集体这些相互作用对结核肉芽肿的影响。

肉芽肿产生炎症环境，增强了HIV在细胞内的复制。肉芽肿还由易受HIV感染和复制的细胞(即CCR5和CXCR4表达细胞)的混合物构成，从而促进了病毒在细胞之间的传播。这种局部的病毒扩张然后耗尽CD4+和快艇肉芽肿内的特异性T细胞，从而破坏了促炎性细胞因子信号和抗炎细胞因子信号之间的关键平衡，而这种平衡是建立和维持细菌生长控制所必需的(9，17)．NHP研究表明，T细胞衰竭的初始程度可能会导致肉芽肿内T细胞群的显著破坏，当外周T细胞恢复时，这种破坏无法逆转，从而对肉芽肿造成持久的后果(21)．这种局部T细胞耗竭导致的细菌生长增加反过来会增加炎症和进一步的免疫细胞招募到肉芽肿。由于艾滋病毒感染似乎损害的数量和功能快艇-特异性CD4+ T细胞-在肉芽肿和周围-新招募快艇特异性CD4+ T细胞可能不具备支持肉芽肿中的抗分枝杆菌功能。这种细胞招募可以通过两种方式支持病毒在肉芽肿中的扩张:a)通过招募HIV+细胞并在肉芽肿内播种新的感染;b)招募新的靶细胞来支持病毒在肉芽肿内的持续复制。从这个意义上说，肉芽肿提供了一个允许的环境，有更大的细胞密度和多样性，支持艾滋病毒的扩张，而无法控制快艇复制。

肺组织和肉芽肿中巨噬细胞循环的增加可能会通过破坏典型肉芽肿的空间组织来进一步影响肉芽肿的功能，在典型肉芽肿中，巨噬细胞核心被混合了T细胞的巨噬细胞包围。这种混乱与较低频率的结合快艇特异性T细胞也会阻碍免疫功能的发展快艇寻找和激活特定的T细胞快艇-因趋化因子梯度中断和非特异性T细胞阻塞而感染的巨噬细胞(79)．因此，综合的影响快艇和肉芽肿内的HIV病毒形成了一个正反馈循环，加剧了这两种感染。图1通过炎症特征、CD4+ T细胞功能和肉芽肿的细胞组成的改变，显示了先前存在的LTBI中的包含性肉芽肿如何在随后的HIV合并感染时转变为播散性肉芽肿。

预先存在的艾滋病毒对先天和适应性免疫细胞的影响可能启动类似的正反馈循环，破坏肉芽肿的形成、结构和细菌控制。例如，暴露在快艇在hiv感染个体中，巨噬细胞和dc等先天免疫细胞的吞噬能力下降会抑制细菌的清除。HIV对巨噬细胞的影响也可能导致细胞因子失调。在淋巴结中，hiv诱导的dc对T细胞的抗原处理和呈递减少会抑制和延迟T细胞的激活。事实上，NHP研究表明，早在6周后，产生tnf的CD4+ T细胞就减少了快艇感染(28)．减少T细胞的激活和招募到肺部，细菌已经建立，这意味着肉芽肿的T细胞更少，细菌含量也很低。肉芽肿处的巨噬细胞除了吞噬能力较差外，还可能由于hiv诱导的巨噬细胞功能障碍导致其杀灭细菌的效率低下。肉芽肿原发部位的吞噬作用、细菌杀灭和T细胞减少快艇感染会增加细菌的生长。这种细菌的生长将再次推动病毒的复制和传播。在这种情况下，缺乏结构化肉芽肿阻止了建立潜伏性结核感染的机会，反而促进了播散性结核。合并感染NHPs的BAL和肉芽肿中CD8+ T细胞的增加也可以解释为快艇诱导激活肺和气道中的SIV感染细胞，从而增加SIV复制并驱动CD8+ T细胞的涌入(28)．图2展示了HIV合并感染如何驱动细菌生长和传播，反之亦然快艇-艾滋病毒合并感染已有艾滋病毒的人。

综上所述，背景化快艇-HIV在肉芽肿内的相互作用(图1，2)说明肉芽肿动态如何导致我们在组织/宿主水平观察到的联合感染结果。值得注意的是，上述讨论结合了一些联合感染机制来说明两者之间的正反馈快艇以及艾滋病毒感染。然而，所有这些机制很可能同时发生，或在体内不同时间或特定位置产生更大影响。关于这个复杂的相互作用的网络有很多问题快艇HIV和宿主免疫反应以及肉芽肿在其中的作用Mtb -HIV合并感染仍未得到解答(箱1)．回答这些问题可能会促使我们采取干预措施，防止新合并感染HIV患者的LTBI再激活，或针对合并感染个体制定治疗策略。

正如上面的文献讨论中所描述的，有大量的努力致力于揭示其中众多而复杂的方式快艇和HIV相互作用。尽管如此，仍然存在一些挑战。目前，研究肉芽肿的早期动态是一项艰巨的任务在活的有机体内．结论通常基于结束时间点，这并不说明一个过程是如何发生的——只是说明它发生了。疾病的不同阶段也会影响疾病进展的驱动因素机制。在特定时间调查一种机制可能会错误地得出错误的结论，因为每种相互作用在不同时间点和疾病进展的不同阶段可能会产生不同的后果。这种复杂的共感染涉及多种组织区室(外周血、肺、淋巴结等)、细胞类型(巨噬细胞、DCs、CD4+ T细胞、CD8+ T细胞等)和功能(吞噬、分泌、抗原处理/呈递、激活、凋亡等)。在这些区域或细胞类型中确定关键指标并不总是可行或可能的。调查快艇-人类hiv合并感染还面临其他挑战，包括难以确定首次感染的时间和类型，以及合并感染前免疫系统的状态(21)．感染前和感染后样本的可用性有限，因为使用不必要的侵入性程序来获取样本(21)．由于TB再激活的生物标记物仍有待阐明，因此研究LTBI再激活所涉及的事件序列尤其困难(80，81)．

因此，动物和在体外模型被认为是研究联合感染动力学的宝贵资产，因为每次感染的时间可以控制，以探索对各种免疫事件的免疫反应的早期观察(82)．NHPs是最合适的动物模型，与人类结核病肉芽肿和疾病状态(发展为活动性和LTBI)和合并感染动态非常相似，但缺点包括需要专门的兽医人员、成本和伦理考虑(83，84)．对于NHP模型，与人类模型相似，在定义LTBI以及用于定义疾病进展的临床或病理标志物方面也存在差异。人们也注意到了两者之间的差异快艇HIV毒株和剂量，以及猕猴的种类可能会导致NHP研究之间的差异，因为在几个NHP模型之间有对比的结果(24，32)．

在体外使用人类细胞的系统在分析宿主-病原体的相互作用和破坏方面是有价值的，但必要的简化使一次性测试多种机制变得困难，并且通常来自同一供体的细胞数量有限。85)．因此，同时量化和分析组合的影响快艇-HIV相互作用产生了一个实验设计挑战。计算模型提供了互补的属性，可以帮助减轻这些实验挑战，并弥合两者之间的差距在活的有机体内而且在体外实验。例如，挑选出特定机制的高度对照研究可以组合成一个复杂且高度相互关联的模型。

专栏1:肉芽肿在快艇-HIV合并感染以及两者之间的协同作用快艇和艾滋病毒感染。

1.HIV是否需要出现在肉芽肿中才能导致肉芽肿过程的功能中断?HIV的全身性影响是否足以导致这种功能障碍?相反，如何诱发系统性效应快艇影响两种感染的整体进展?

2。快艇通过提供/招募/提供更多样化的易受艾滋病毒感染的细胞，加速艾滋病毒感染(病毒进入/病毒池)?大量的病毒是否会加速细胞的衰竭从而分解肉芽肿并暴露快艇?

a)在什么时间尺度上影响最大?病毒突变发生的速度有多快?HIV的复制速度要比正常情况快多少才能对肉芽肿产生影响?

3.细胞招募对肉芽肿中的病毒载量有什么影响?如果你拒绝招聘，这能控制病毒载量吗?

4.HIV诱导的T细胞Th表型向促炎细胞的转变是否足以引起肉芽肿破坏?

5.功能失调的影响是什么Mtb -特异性CD4+ T细胞在肉芽肿中?hiv诱导的损伤是发生在肉芽肿处还是它们已经出现了功能损伤?T细胞激活的时机(通过HIV或快艇诱导免疫激活)影响肉芽肿结构?时机快艇特异性CD4+ T细胞衰竭或损伤相对于的时间或阶段快艇感染影响其对细菌负担的影响?

6.巨噬细胞吞噬、无法凋亡、树突状细胞抗原处理和呈递对原有肉芽肿和新肉芽肿的形成有什么影响?

7.最重要的时间点是什么?这能更好地告知何时对动物进行尸检吗?

8.感染HIV的时机又有什么影响呢快艇(天，周，月，年)对他们相互作用的性质有什么影响?

9。快艇肉芽肿的位置影响事件的顺序或影响特定机制的严重程度在一个地方比另一个地方更大?

10.肉芽肿内感染HIV的细胞百分比是多少?是否有单细胞同时感染HIV和快艇这对合并感染的细胞有什么影响?

11.什么类型的细胞直接导致细胞因子失调?是缺乏特定的细胞吗?先天免疫在细胞因子失调中的作用是什么?

12.联合感染如何影响细胞的运动?细胞运动如何影响肉芽肿结构?

计算建模的潜在影响和使用

计算和数学建模可以通过整合不同类型的实验数据来测试和生成新的假设、机制、动力学和治疗实施，从而支持实验室实验，这些假设、机制、动力学和治疗实施可能是困难和昂贵的实验研究(86)．一个经过良好验证的计算模型可以在较短的时间内模拟长期实验研究，并可以同时分析多种机制的综合影响，以缩小潜在的实验方法和干预措施(85)．一些建模技术已经深入了解了宿主-病原体动力学和有效的治疗预测，包括多尺度模型、随机模型、博弈论、连续单变量或多变量模型，以及机器学习算法(87)．特别是多尺度模型能够整合跨多个尺度(分子、细胞、组织、生物、种群)和时间(秒、分、小时、天、年)的信息，从而能够以整体的视角和方法了解传染病动态(87，88)．机械模型还可以帮助探索所用动物和病原体之间的遗传变异。计算模型已成功应用于传染病的几个方面，如病因学、发病机制和细胞相互作用[综述于(87)]。计算模型已成功地应用于研究不同的感染快艇[回顾于(86，89)]或爱滋病病毒[在(90)]。这些已建立的模型提供了强大的计算基础，并准备结合起来调查之间独特的协同作用快艇和艾滋病毒。

在快艇-HIV合并感染，已经开发了许多模型。Kirschner 1999年建立了第一个数学模型快艇-HIV合并感染动力学采用常微分方程(ode)来重点研究影响认为快艇讨论了艾滋病毒感染，并讨论了艾滋病毒如何加速结核病的复苏(91)．该模型的结果显示，在合并感染的情况下，T细胞数量低于单独的HIV，细菌和病毒载量高于单独的任何一种感染，并且HIV通过引起细菌负担的急剧增加激活LTBI (91)．Bauer等人，2008年通过探索HIV对LTBI的影响扩展了Kirschner 1999年的模型，并具体描述了合并感染中适应性免疫反应的时间过程。该模型包括更多关于免疫反应的机制细节，如T细胞和巨噬细胞之间的相互作用以及它们创造的细胞因子环境(92)．作者得出结论，与上面概述的实验研究一致，联合感染完全改变了细胞因子环境，巨噬细胞的衰退与CD4+ T细胞的衰退和病毒载量的增加相关，这些机制导致较低的招募到感染部位，允许结核病的重新激活(92)．Magombedze等人，2008年开发了一个模型(93)类似于Bauer等人，2008年，但没有细胞因子，并在2010年将其扩大到包括抗逆转录病毒治疗，结核病治疗和同时治疗两种病原体。他们的结论是，按照目前的建议(94)，即同时治疗为最佳选择(95)．Ramkissoon等人，2012年扩展了这些模型，探索了艾滋病毒发展的各个阶段的各种结核病和艾滋病毒治疗策略(96)．Mufudza等人，2016年纳入了HIV特异性细胞毒性T细胞机制快艇具体ctl)进入Kirschner 1999描述的模型。结果表明，HIV特异性CTL的溶出因子和非溶出因子在控制合并感染个体的HIV感染中都很重要，作者主张使用增强CTL机制的药物和/或疫苗(97)．表1强调每个模型的重要特征和从模拟中获得的关键结果。虽然这些模型提供了复杂性的简化表示快艇-HIV合并感染，他们能够总结出实验研究的关键观察结果:CD4+ T细胞耗损高于单独感染，病毒和细菌生长高于单一感染，LTBI的HIV再激活，以及较低的细胞招募到感染部位诱导结核病的再激活。包括药物在内的模型强调了同时使用结核病和艾滋病毒药物的风险快艇-HIV合并感染者。这突出表明，有必要专门针对合并感染者制定更安全有效的治疗战略。

但是，正如我们上面所讨论的，要充分利用计算模型来回答有关的关键问题快艇-HIV协同作用，必须考虑肉芽肿的结构、功能和组织。目前所有的模型快艇-HIV合并感染是非空间的，代表整个肺或淋巴组织间室，这使它们不能描述空间肉芽肿动态。ODE模型假设种群是均匀分布的(98)．因此，它们可以描述共感染内的平均种群行为，但它们并不总是适用于空间方面对动态很重要的系统，例如快艇肉芽肿。提供这种空间分辨率的另一种建模方法是基于代理的模型(ABMs)。ABMs是非常适合模拟肉芽肿形成和功能的随机模型，因为它们可以包含ode不能包含的空间动力学。ABMs描述了由细胞级规则和相互作用引起的紧急组织级行为。个体动态独立地对环境线索做出反应(98)．免疫反应和炎症的ABMs已成功应用于评估败血症、哮喘、肝感染、肺纤维化、伤口愈合/软组织损伤、在活的有机体内结核感染、癌症/肿瘤发生、血管生成和胃肠道感染/微生物组中的肉芽肿形成[综述于(99)]。几个模型探索了结核病肉芽肿的时间和空间方面(17，79，One hundred.，101)．这种空间abm可以很好地量化本综述中提出的机制如何在肉芽肿和组织微环境中相互作用，以及它们对肉芽肿水平结果(如大小、细菌和病毒载量、细胞因子谱以及免疫细胞的频率、位置和功能状态)的相对贡献。计算模型通过去除机制、细胞类型或参数来量化缺失或缺失对肉芽肿水平结果的影响，从而实现敲除模拟。此外，计算模型的全局敏感性分析允许在多个相互作用机制的背景下量化单个机制的影响。框2重点介绍了几个突出的问题是如何在箱1可以通过利用计算模型的特性来回答。

值得注意的是，机械计算模型仅限于已知系统的机制或生物特征。计算模型是对现实系统的简化，仅限于目前对系统的了解，也仅限于被回答的问题，因此不能捕捉到所有的生物复杂性。计算模型也难以参数化，因此量化参数不确定性以了解参数不确定性如何影响结果是至关重要的。进行全局不确定性和敏感性分析有助于澄清模型的局限性，并为模拟结果的解释提供信息。

框2:计算模型的属性，可以帮助解决中提出的突出问题箱1．

结论

人们普遍认为快艇和艾滋病毒会协同破坏免疫系统，加重这两种疾病的负担。特定的相互作用快艇抗炎和促炎性细胞因子平衡的破坏、慢性免疫激活、CD4+ T细胞的损伤和抗炎作用快艇-特异性T细胞功能，快艇-诱导HIV病毒载量和病毒多样性的增加，以及HIV对先天免疫细胞的损害。过程中这些相互作用的关键结果快艇-HIV合并感染是肉芽肿结构和功能的破坏。需要一种廉价而通用的方法进行探索和量化granuloma-specific产生的结果多个相互关联的相互作用的机制快艇和艾滋病毒。计算模型快艇肉芽肿的快艇-HIV合并感染与在体外而且在活的有机体内研究可以提供这样的方法。虽然这些机制是相互独立的，但计算模型可以结合多种机制来量化每种机制的效果，具体方法包括:参数调整、不确定性和敏感性分析以及虚拟敲除。建立可靠和信息丰富的模型需要微生物学家、免疫学家和计算生物学家之间的协作、迭代的沟通和数据交换。这种跨学科的方法将加速和推进对两国之间复杂、空间和多尺度协同作用的定量理解快艇以及肉芽肿内的HIV病毒。

作者的贡献

所有作者都为这部作品的概念化做出了贡献。AH制作了原稿，所有作者对原稿进行了审阅和编辑。AH产生了可视化。所有作者都对这篇文章做出了贡献，并批准了提交的版本。

资金

这项工作由PhRMA基金会研究启动奖助金资助EP和LS, NIH R21 AI145539资助LS。

利益冲突

作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。

出版商的注意

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参考文献