Characteristics of HIV-1 coreceptor tropisms in blood and cellular subsets of HIV-1-infected Koreans

Abstract

사람면역결핍바이러스(HIV)는 감염을 일으켰을 때 환자에게서 면역장애를 점진적으로 유발하는 바이러스이다. 바이러스가 숙주를 감염시키기 위해서 세포에 들어갈 때 보조수용체가 필요한데, 대표적으로 CCR5과 CXCR4가 있다. 이 두 가지 보조수용체를 발견함으로 바이러스와 숙주 세포 사이의 상호 작용에 대한 이해가 향상되었고 새로운 치료법 개발이 발달하게 되었다. 특히 CCR5 길항제가 개발되어 HIV 치료에 희망으로 여겨진다. 하지만 바이러스는 저장소가 있어 혈중의 바이러스를 박멸하더라도 조직, 세포에 남아있어 HIV-1은 아직은 완치가 불가능한 질환이다. 또한, HIV-1은 변이를 잘 일으키기 때문에 개인에 있어서도 다양한 모습을 보이게 되고, 이로 인해 약물 내성 등의 문제도 제기된다. 이 연구에서는 CCR5 길항제의 국내 상용화 전에 국내 감염인의 보조수용체 친화성의 유병률 및 임상양상의 특성을 알아보고자 한다. 또한 개인 내에서 저장소로 사용될 수 있는 세포들을 비교분석하고, 세포 내에서 보조수용체 친화성이 다형성을 보이는지 알아보고자 한다. 첫 번째로, 2013년 4월부터 2014년 5월까지 3개 도시의 4개 의료센터에서 HIV-1에 감염된 한국인을 등록했다. 바이러스 외피 단백의 V3 영역에 대한 중첩된 중합효소 연쇄반응 및 집단-기반 염기서열결정을 HIV RNA 또는 proviral DNA로 수행하였다. HIV-1의 보조수용체 친화성은 웹 기반 생물정보학도구인 geno2pheno(http://coreceptor.geno2pheno.org)를 사용하여 결정하였다. 두 번째로, 2012년 1월부터 12월까지 새로 치료를 시작하는 HIV 감염인을 대상으로 항레트로바이러스 치료 개시일 및 치료 개시 6개월 후 혈액을 채취하였다. 형광표지세포분류기를 사용하여 Naïve CD4+ T 세포, 휴식기 중심 기억 그리고 효과 기억 CD4+ T 세포, 활성화 CD4+ T 세포, 단핵구, 그리고 자연살해세포를 분류하였다. 그리고 혈액 내 HIV RNA 또는 proviral DNA를 이용하여 바이러스 외피 단백의 C2V3 영역에 대한 중첩된 중합효소 연쇄반응 및 염기서열결정으로 분석을 시행하였다. 보조수용체 친화성 식별은 geno2pheno를 이용하였다. 첫 번째 연구에서, 250명이 연구에 등록되었고 그 중에 143명의 감염인이 분석대상이 되었다. CCR5 보조수용체의 비율은 69.2%였고, 임상적 특징을 비교했을 때 비-CCR5 군과 유의미한 임상적 예측인자는 없었다. 두 번째 연구에서는, 치료력이 없는 5명의 감염인이 등록되었고, 혈장 및 세포 아집단 사이의 보조수용체 사용양상을 분석하였다. 5명 중 3명의 환자에게서 각 세포 아집단 내에서 보조수용체 사용양상이 항레트로바이러스 치료 전후하여 변화하는 양상을 보였다. 한국의 HIV-1 감염인에서 CCR5 보조수용체 친화성의 유병률은 이전 연구들과 비교해서 큰 차이는 없었다. 비-CCR5 군과 임상인자의 유의한 차이는 없었으므로 임상적 특징으로 보조수용체 사용을 예측하기는 힘들다. 따라서 CCR5 길항제를 사용하기 전, 반드시 보조수용체 친화성 식별이 진행되어야 한다. 또한, 혈장의 다양한 세포들이 바이러스의 저장소로 중요하게 작용을 하고 있으며, 한 환자 내에서도 다형성을 보이며 치료 전후에 불일치하는 양상을 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 다만 두 번째 연구의 결과에 대해서는 아직 알려져있는 것이 많지 않으며 본 연구에서는 대상환자수가 적었다는 제한점이 있으므로 앞으로 더 많은 환자를 등록하고 더 오랜 기간에 걸쳐 추적 관찰 하는 추가 연구가 필요할 것이다. Human immunodeficiency virus (HIV) is a sexually transmitted disease which causes progressive failure of the immune system. When a virus enters a cell, coreceptors CCR5 or CXCR4 are required for infection to occur. The discovery of these two coreceptors has improved scientific understanding of the interaction between the HIV and host cells, and has facilitated the development of new therapeutic approaches. Maraviroc, a CCR5 antagonist, has been developed and seen as a potential HIV-1 treatment. However, despite treatment with this compound, viral eradication remains an obstacle because; the virus remains in tissue and cellular subsets (CSs), known as ‘reservoirs’. In addition, because HIV-1 is highly mutable, it shows various features in an individual. This study aims to estimate the prevalence of the CCR5 tropism among HIV-1 infected Koreans and to compare clinical characteristics between CCR5 and non-CCR5 groups. Through single genome sequencing of HIV-1 from each CS, different coreceptor usage in cells thought to be viral resevoirs was analyzed before and after combination antiretroviral therapy (cART). In part 1 of this study, HIV-1 infected Koreans were enrolled from four medical centers in three Korean cities between April 2013 and May 2014. Nested polymerase chain reaction and population-based sequencing for the V3 region (HXB2 position 6225-7758) of the envelope were performed with HIV RNA or proviral DNA. Genotypic tropism was determined with a web-based bioinformatics tool, geno2pheno (http://coreceptor.geno2pheno.org). In part 2 of this study, between January and December 2012, blood collected from treatment-naïve HIV-1 patients directly prior to cART initiation and again six months into treatment. Naïve CD4+ T cells, resting central memory and effector memory CD4+ T cells, activated CD4+ T cells, monocytes, and natural killer cells were sorted using a fluorescence-activated cell sorter. HIV-1 env C2V3 sequences from HIV RNA in plasma and HIV DNA in CSs were generated using single genome sequencing. Genotypic tropism testing was performed using geno2pheno. In part 1 of this study, data from 143 subjects were analyzed. The prevalence of CCR5 tropism was 69.2% (N=99). There were no significant clinical or epidemiological predictors for CCR5 tropism. In part 2 of this study, the clinical characteristics and corecptor use of five treatment-naïve patients were analyzed. Coreceptor tropism of plasma and CSs were analyzed. In three patients, tropism discordance was found in plasma and CSs. The prevalence of CCR5 tropism in Korean HIV-1 infected individuals was not significantly different from that of previous studies. There were no different clinical factors between CCR5 and non-CCR5 groups. Thus, coreceptor tropism could not be predicted using clinical data. Tropism discordance was observed before and after treatment in various CS which have important roles as reservoirs