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.
作者:John L. 项目摘要 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(约30%患病率) (ART)治疗的个体,尽管严重HAND(HIV相关痴呆/HAD)显著减少。 全身和CNS体区室中氧化应激的生物标志物与 手,即使在艺术治疗的人。最近,我们分析了尸检的大脑(> 150名NNTC供体), 发现缺乏一种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,与脑巨噬细胞活化和I型胶原蛋白有关。 干扰素反应。我们进一步确定了脑HO-1缺乏和HIV神经发病机制之间的联系, 表明:i)单核细胞衍生的巨噬细胞(MDM)的HIV感染一致地和选择性地减少了 HO-1表达并增加神经毒素(谷氨酸)释放; ii)已建立的HIV感染的ART治疗 在MDM(HIV/MDM)中的HO-1表达不能阻止神经毒素的释放,而iii)在HIV/MDM中HO-1表达的恢复 不依赖于ART和HIV复制而阻止神经毒素释放。我们新的初步研究还 HO-1基因启动子序列变异导致脑HO-1表达异常 (GTn二核苷酸重复长度)和通过HAND中脑HO-1表达的区域变化 发病机制这种HO-1 GTn二核苷酸重复变异以前与血浆 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重复序列长度与HIV脑炎的相关性。此外,我们的 对尸检的恒河猴脑(n = 18)的初步研究表明一致的区域(9个区域) HO-1表达水平的脑差异,在人类中, 影响特别深远。因此,我们的研究确定HIV驱动的脑HO-1缺乏是一个主要的 HAND发病机制的贡献者,他们认为HO-1启动子GTn重复变异和脑 尽管使用了抗逆转录病毒疗法,但区域HO-1变异可能是HAND的危险因素。 诱导的脑HO-1丢失是HAND的风险,HO-1启动子GTn重复序列变异不仅影响HAND的发生, 系统性HIV疾病进展以及CNS疾病进展和HAND。我们进一步假设, 区域脑HO-1水平有助于选择性区域对HIV损伤的脆弱性。我们将:1)确定 HO-1启动子GTn重复序列变异与HIV阳性受试者神经认知功能的相关性(CHARTER 2)鉴定HO-1变异与房室病理学和HIV疾病标志物的关联 (脑、脾/NNTC尸检组群);和3)定义巨噬细胞的神经病理学体外应答, 与血脑屏障功能相关的星形胶质细胞、内皮细胞对HO-1的调节以及HO-1的作用。 1启动子GTn重复变异对这些反应的影响。这些研究可以提供关键信息, 评估对HO-1靶向治疗的细胞和临床反应。

项目成果

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