HIV 연구

인체 면역 결핍 바이러스 (HIV)는 면역 체계를 표적으로 하며, 후천성 면역 결핍 증후군 (AIDS)을 유발합니다. 현재 전 세계적으로 현재 HIV에 감염자는 3,800만명입니다. 그중 170 만 명이 2019 년에 신규로 감염되었으며 69만명이 AIDS 관련 질병으로 사망했습니다.¹ HIV는 HIV-1과 HIV-2가 있습니다. 두 가지 유형은 구조적으로 매우 유사하며, 두 유형 모두 결국에는 AIDS로 발전합니다. 전 세계적으로 HIV-1이 더 널리 퍼져 있으며 HIV-2발병 지역은 서부 및 중앙 아프리카로 제한적입니다. HIV-2는 AIDS로 더 오래 진행 될수록 독성이 덜하지만, 중추신경계 질환을 더 자주 유발합니다.

HIV 감염 단계는 어떻게 되나요?

치료를 받지 않는다고 가정하면 HIV 감염 진행은 세 단계로 나눌 수 있습니다.²

급성—일반적으로 노출 후 약 3 주 후에 발생합니다. 이 단계에서 바이러스는 CD4 T cell에서 빠르게 복제되며, 이는 높은 viral load 와 높은 CD4 T cell 파괴율로 나타납니다. 이 단계에서 숙주(host)의 전염성이 가능 높습니다.
만성—임상 잠복기 또는 무증상 HIV 감염이라고도 하는 만성 단계로 두번째 단계입니다. 바이러스 복제가 적고 치료를 하지 않으면 감염된 사람들의 경우 10년 내에 AIDS로 진행합니다.
AIDS—이 시점에서 바이러스는 면역체계를 상당히 손상시켰으며 숙주는 더이상 기회 감염에 맞서 싸울 수 없는 상태가 됩니다.

HIV는 어떻게 진단되나요?

HIV 감염을 파악하기 위한 항체 검사는 가장 널리 사용되는 진단 검사입니다. HIV 특이 항체를 측정하려면 노출 후 약 28 일 (window period)이 소요될 수 있습니다. 핵산검사 (Nucleic acid tests, NAT)는 환자의 viral load를 결정하는 데 도움이 됩니다.

HIV 감염 생물학

HIV는 매우 적은 수의 단백질을 코딩하는 9.8 kilobase의 genome과 높은 돌연변이율을 가진 retrovirus입니다. 코어를 둘러싼 지질 외피는 숙주 세포에서 파생되며 감염 과정에서 그리고 immunogenicity를 끌어내는데 가장 중요한 당단백질이 박혀 있습니다. 외피 단백질 gp120은 CD4에 결합하여 T cell 및 대식세포와 융합합니다. 숙주 세포에 들어가면 바이러스 RNA는 DNA로 역전사 된 다음 숙주의 genome에 통합되고 hijacked된 숙주의 기관을 사용하여 복제됩니다. 그 결과 면역 반응이 즉시 활성화되어 다양한 메커니즘을 통해 CD4 + T 세포 집단을 고갈시킵니다.²

HIV-mediated CD4+ T-cell depletion

HIV-mediated CD4+ T-cell depletion은 (i) 감염시 T- cell 생산 증대, (ii) 면역 반응을 통한 T- cell 파괴 가속화, (iii) 림프 node의 cytokine 신호전달을 통한 T cell 고갈에 대한 반응으로 T cell 생산 가속화, (iv) 골수, 흉선 및 말초 림프계에서 전구 세포 파괴를 유발하는 바이러스 복제 가속화와 같은 여러 단계를 거쳐 나타나는 것으로 알려져 있습니다.³

HIV-mediated CD4+ T-cell depletion 메커니즘. (McCune, 2001의 이미지 발췌) ³

HIV monitoring 방법은?

Viral load monitoring 및 CD4 T cell count 가 일상적으로 사용되고 있습니다. CD4 T cell count는 HIV 질병 진행에 대한 통찰력을 얻고 항바이러스요법(ART) 시작 여부에 대한 임상결정을 내리고, ART에 대한 반응을 모니터링 하는데 중요합니다.^4,5

유세포 분석을 사용하여 CD4+ T림프구의 백분율 및 절대 수 결정

유세포 분석은 정확도, 정밀도 및 재현성을 제공하기 때문에 CD4 + T 림프구 수를 결정하는 데 사용되는 표준 기술입니다. 또한 유세포 분석은 높은 처리 역량을 가지고 있습니다. 유세포 분석을 사용하여 림프구 중 CD4 + T- 림프구 비율과 절대 림프구 수를 모두 측정할 수 있습니다. CD4 + T 림프구 수를 결정하기 위한 이중 플랫폼 접근 방식에서는 CD4 + T- 림프구 비율을 생성하기 위한 유세포 분석기와 절대 림프구 수를 계산하기 위한 혈액 분석기를 사용합니다. 단일 플랫폼 접근 방식에서는 자동화된 gating 및 beads 기능을 가진 소프트웨어를 이용하여 CD45 gating 을 통해 주어진 혈액량에서 CD4 + T- 림프구 수를 직접 계산하는 방식으로 혈액 분석기를 사용하지 않고 CD4 수를 결정합니다.⁶ 일반적으로 HIV 감염 환자들은 보통 감염이 진행됨에 따라 CD3+CD4+ 림프구 수가 꾸준히 감소합니다.

CD4 + helper T- cell activity를 재구성하기 위해 costimulated 된 CD4 + T- cell의 adoptive transfer를사용하는 것이 HIV-1 감염에 대한 자연면역을 증가시킬 가능성이 있는 방법으로 입증되었습니다.⁷ HIV 매개 면역억제로 환자는 잦은 감염, 심한 감염에 더욱 취약해지게 됩니다. 폐포자충 폐렴 (Pneumocystis pneumonia , PCP), 톡소포자충뇌염(toxoplasma encephalitis ), 거대세포바이러스(cytomegalovirus ,CMV) 감염 및 결핵과 같은 질병으로 이어지는 기회 감염은 AIDS의 특징입니다.⁹

HIV에 대한 기본 및 임상 연구를 통해 HIV의 기본 생물학, HIV 의 주요 receptor로 식별된 CD4, 테더린 및 세 갈래의 모티프 함유5α (TRIM5α)와 같은 HIV 제한 인자에 대한 이해, microbial translocation 를 pathogenic process 으로 도출하는 것 등 HIV 감염 및 전염에 대한 중요한 측면들이 밝혀졌습니다.¹⁰ HIV백신 개발을 위한 연구 및 임상시험도 진행중입니다.¹¹ 생의학 예방에 대한 중개연구도 꾸준하게 진행되고 있습니다.

HIV 환자의 면역평가(예: CD4수)를 위한 IVD assays를 제공하는 것 외에도 BD Biosciences는 HIV 연구원들의 다양한 요구를 충족시킬 수 있는 유세포분석기및 유세포 연구 시약 을 제공합니다. 건조된 unit-sized, 미리 배합된 최적의 BD^® Small Batch Multicolor Panels 대규모 또는 종단 연구를 수행할 때 실험 workflow를 간소화하고 유세포 분석 assays를 표준화하는 솔루션을 제공합니다.

참고문헌

World Health Organization. HIV/AIDS Fact Sheet. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/hiv-aids. Published July 6, 2020. Accessed September 30, 2020
Cowley S. The biology of HIV infection. Lepr Rev. 2001;72(2):212-220. doi: 10.5935/0305-7518.20010028
McCune JM. The dynamics of CD4+ T-cell depletion in HIV disease. Nature. 2001;410(6831):974-979. doi: 10.1038/35073648
World Health Organization. Guidelines for managing advanced HIV disease and rapid initiation of antiretroviral therapy. https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/255884/9789241550062-eng.pdf;jsessionid=8FA763DD24F996D16BF1C6FDCAFD8BA0. Published July 2017. Accessed November 12, 2020
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Center for Disease Control and Prevention. Guidelines for performing single-platform absolute CD4+ T-cell determinations with CD45 gating for persons infected with human immunodeficiency virus. https://www.cdc.gov/mmwr/preview/mmwrhtml/rr5202a1.htm. Published January 31, 2003. Accessed October 4, 2020.
Levine BL, Bernstein WB, Aronson NE, et al. Adoptive transfer of costimulated CD4(+) T cells induces expansion of peripheral T cells and decreased CCR5 expression in HIV infection. Nat Med. 2002;8(1):47-53. doi: 10.1038/nm0102-47
Streicher HZ, Reitz MS Jr, Gallo RC. Human immunodeficiency viruses. In Mandell GL, Bennett JE, Dolin R, eds. Principles and Practice of Infectious Diseases. New York: Churchill Livingstone; 2000.
National Institutes of Health. Guidelines for the prevention and treatment of opportunistic infections in adults and adolescents with HIV: https://clinicalinfo.hiv.gov/en/guidelines/adult-and-adolescent-opportunistic-infection/introduction. Accessed October 4, 2020.
Barre-Sinoussi F, Ross AL and Delfraissy J-F. Past, present and future: 30 years of HIV research. Nat Rev Microbiol. 2013;11(12):877-883. doi: 10.1038/nrmicro3132
Hsu DC and O’Connell RJ. Progress in HIV vaccine development. Hum Vaccin Immuother. 2017;13(5):1018-1030. doi: 10.1080/21645515.2016.1276138.

연구용입니다. 진단용 또는 치료용으로 사용할 수 없습니다.