Regulation of Heme Oxygenase in HIV/HAND Pathogenesis

HIV/HAND 发病机制中血红素加氧酶的调节

基本信息

  • 批准号:
    9334937
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 55.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-08-18 至 2021-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Kolson, Dennis L. Project Summary HIV associated neurocognitive disorders (HAND) persist (~30% prevalence) worldwide in antiretroviral therapy (ART)-treated individuals despite a profound reduction in severe HAND (HIV-associated dementia/HAD). Biomarkers of oxidative stress in both systemic and CNS body compartments are strongly correlated with HAND, even in ART-treated individuals. Recently, we analyzed autopsied brains (>150 NNTC donors) and found a deficiency of a critical enzyme modulator of oxidative stress, heme oxygenase-1 (HO-1,) in those with HAND. This effect was independent of ART use and it correlated with brain macrophage activation and type I interferon responses. We further defined a link between brain HO-1 deficiency and HIV neuropathogenesis by showing that: i) HIV infection of monocyte-derived macrophages (MDM) consistently and selectively reduces HO-1 expression and increases neurotoxin (glutamate) release; ii) ART treatment of established HIV infection in MDM (HIV/MDM) does not prevent neurotoxin release, while iii) restoration of HO-1 expression in HIV/MDM does prevent neurotoxin release independent of ART and HIV replication. Our new preliminary studies also implicate dysregulation of brain HO-1 expression through a common HO-1 gene promoter sequence variation (GTn dinucleotide repeat length) and through regional variation in brain HO-1 expression in HAND pathogenesis. This HO-1 GTn dinucleotide repeat variation has previously been correlated with plasma markers of HIV disease progression (sCD14, HIV load) and our brain analyses demonstrate a strong correlation between HO-1 promoter GTn repeat length and the presence of HIV encephalitis. Additionally, our preliminary studies of autopsied rhesus macaque brains (n=18) demonstrated consistent regional (9 regions) brain differences in HO-1 expression levels, with lowest levels in deep brain structures where, in humans, HIV effects are particularly profound. Thus, our studies identify HIV-driven brain HO-1 deficiency as a major contributor to HAND pathogenesis, and they suggest that HO-1 promoter GTn repeat variation and brain regional HO-1 variation could be risk factors for HAND despite the use of ART. We hypothesize that HIV- induced brain HO-1 loss is a risk for HAND and that HO-1 promoter GTn repeat variation influences not only systemic HIV disease progression but also CNS disease progression and HAND. We further hypothesize that regional brain HO-1 levels contribute to selective regional vulnerability to HIV injury. We will: 1) Determine the correlation between HO-1 promoter GTn repeat variation and neurocognition in HIV+ subjects (CHARTER patient cohort); 2) Identify HO-1 variation associations with compartmental pathology and HIV disease markers (brain, spleen/NNTC autopsy cohort); and 3) Define the neuropathological in vitro responses of macrophages, astrocytes, endothelial cells relevant for blood-brain barrier function to HO-1 modulation and effects of the HO- 1 promoter GTn repeat variation on these responses. These studies can provide critical information for assessing cellular and clinical responses to HO-1-targeted therapies.
科尔森,丹尼斯·L. 项目概要 HIV 相关神经认知障碍 (HAND) 在全球抗逆转录病毒治疗中持续存在(患病率约 30%) 尽管严重的 HAND(HIV 相关痴呆/HAD)显着减少,但接受 ART 治疗的个体。 全身和中枢神经系统身体区室中氧化应激的生物标志物与 手,即使是在接受 ART 治疗的个体中。最近,我们分析了尸检大脑(> 150 名 NNTC 捐献者)并 发现患有以下疾病的人缺乏氧化应激的关键酶调节剂血红素加氧酶-1 (HO-1) 手。这种效应与 ART 的使用无关,并且与脑巨噬细胞激活和 I 型巨噬细胞相关 干扰素反应。我们通过以下方法进一步确定了大脑 HO-1 缺陷与 HIV 神经发病机制之间的联系: 表明: i) 单核细胞衍生巨噬细胞 (MDM) 的 HIV 感染持续且选择性地减少 HO-1 表达并增加神经毒素(谷氨酸)释放; ii) 已确诊的 HIV 感染的 ART 治疗 MDM (HIV/MDM) 中的 HO-1 表达不会阻止神经毒素释放,而 iii) HIV/MDM 中 HO-1 表达的恢复 确实可以防止神经毒素的释放,而与 ART 和 HIV 复制无关。我们新的初步研究还 通过常见的 HO-1 基因启动子序列变异暗示大脑 HO-1 表达失调 (GTn 二核苷酸重复长度)并通过 HAND 中大脑 HO-1 表达的区域变化 发病。这种 HO-1 GTn 二核苷酸重复变异先前已与血浆相关 HIV 疾病进展的标志物(sCD14、HIV 载量)和我们的大脑分析表明, HO-1 启动子 GTn 重复长度与 HIV 脑炎的存在之间的相关性。此外,我们的 对尸检恒河猴大脑(n=18)的初步研究表明,区域一致(9个区域) HO-1 表达水平的大脑差异,在人类的深部大脑结构中水平最低,其中 HIV 影响尤为深远。因此,我们的研究将 HIV 驱动的大脑 HO-1 缺陷确定为主要的 HAND 发病机制的贡献者,他们认为 HO-1 启动子 GTn 重复变异和大脑 尽管使用了 ART,但区域性 HO-1 变异可能是 HAND 的危险因素。我们假设 HIV- 诱导的脑 HO-1 丢失是 HAND 的一个风险,HO-1 启动子 GTn 重复变异不仅影响 全身性 HIV 疾病进展以及 CNS 疾病进展和 HAND。我们进一步假设 大脑区域 HO-1 水平导致选择性区域易受 HIV 损伤。我们将: 1) 确定 HIV+ 受试者中 HO-1 启动子 GTn 重复变异与神经认知之间的相关性(CHARTER 患者队列); 2) 确定 HO-1 变异与区室病理学和 HIV 疾病标志物的关联 (脑、脾/NNTC 尸检队列); 3) 定义巨噬细胞的神经病理学体外反应, 星形胶质细胞、与血脑屏障功能相关的内皮细胞对 HO-1 的调节以及 HO-的影响 1 启动子 GTn 重复这些反应的变异。这些研究可以提供关键信息 评估 HO-1 靶向治疗的细胞和临床反应。

项目成果

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