DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-43248-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41807636
تاريخ النشر: 2026-03-11
المؤلف: James Gesualdi وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات الالتهاب العصبي والتنكس العصبي
نظرة عامة
يتناول هذا القسم من ورقة البحث الزيادة الملحوظة في حدوث ضعف الإدراك العصبي (NCI) بين الأفراد الذين يعيشون مع فيروس نقص المناعة البشرية، والذي يرتبط بالتهاب عصبي غير محسوم على الرغم من فعالية العلاج المضاد للفيروسات القهقرية. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى فهم آلي أعمق للعمليات الالتهابية في الجهاز العصبي المركزي (CNS) المتعلقة بفيروس نقص المناعة البشرية. باستخدام خلايا ميكروغليا (iMg) وخلايا دبقية (iAst) مشتقة من خلايا جذعية متعددة القدرات، يكشف البحث أنه بينما تعبر iMg عن علامات الميكروغليا وتكون عرضة لفيروس نقص المناعة البشرية، إلا أنها تظهر معدلات تكرار واستجابات مناعية أقل مقارنة بالبلاعم المشتقة من وحيدات النواة.
تؤدي زراعة iMg مع iAst إلى استجابة مناعية التهابية معززة بشكل كبير وزيادة غير متوقعة في معدلات تكرار فيروس نقص المناعة البشرية. ترتبط هذه الزيادة بارتفاع مستويات السيتوكينات الالتهابية، وخاصة TNFα، التي تنتجها iAst استجابةً لـ iMg المصابة بفيروس نقص المناعة البشرية. يُظهر البحث أن TNFα الخارجي يمكن أن يعزز تكرار فيروس نقص المناعة البشرية في iMg، بينما يؤدي تحييد TNFα باستخدام أداليموماب إلى تقليل معدلات التكرار. بالإضافة إلى ذلك، تشير الأبحاث إلى أن زيادة تكرار فيروس نقص المناعة البشرية في زراعات iMg/iAst يتم بوساطة زيادة نشاط NF-kB، كما يتضح من تأثيرات مثبط iKK Bay-11-7082. أخيرًا، يلاحظ المؤلفون أن iMg المصابة بفيروس نقص المناعة البشرية تظهر حركة ليفية إلى غشاء الخلية، مما يشير إلى أن تدفق الليزوزومات غير المنظم قد يساهم في البيئة الالتهابية ومرض فيروس نقص المناعة البشرية في الجهاز العصبي المركزي.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والأساليب المستخدمة في تمايز خلايا جذعية بشرية متعددة القدرات إلى سلفيات نخاعية شائعة (CMPs) ومن ثم إلى بلاعم مستحثة (iMg). تم الحصول على CMPs من مركز خلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات في مستشفى الأطفال في فيلادلفيا وزراعتها في وسط RPMI معزز بـ 10% FBS، بنسلين/ستربتوميسين، وسيتوكينات محددة (IL-34، TGFβ، وM-CSF) لمدة 11 يومًا. تم الحصول على البلاعم المشتقة من وحيدات النواة (MDMs) من وحيدات الدم المحيطية المعزولة من متطوعين أصحاء، وتم تمايزها في DMEM مع مكملات مماثلة لمدة سبعة أيام. التزمت الدراسة بالإرشادات الأخلاقية، مما يضمن أن جميع العينات البشرية كانت غير محددة الهوية وبالتالي لا تُصنف كبحث على البشر.
بالنسبة لتجارب الزراعة المشتركة التي تشمل خلايا دبقية مستحثة (iAst) و iMg، تم الحصول على iAst من فوجي فيلم وزراعتها في وسط BrainPhys معزز بـ B27. تم إنشاء الزراعات المشتركة عن طريق زراعة CMPs بجانب iAst في بيئة محكومة، مع تركيبات وسائط محددة لدعم كلا النوعين من الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، يصف القسم إعداد تركيبات العلاج، بما في ذلك أداليموماب، TNFα البشري المؤتلف، وBay-11، والتي تم تخفيفها في PBS معقم للاستخدام في التجارب خلال عدوى فيروس نقص المناعة البشرية. يوفر هذا الإطار المنهجي أساسًا قويًا للتحقيق في التفاعلات بين خلايا المناعة والخلايا الدبقية في سياق فيروس نقص المناعة البشرية.
النتائج
تشير النتائج إلى أن الميكروغليا المستحثة (iMg) تظهر بنجاح شكلًا متفرعًا وتعبر عن علامات سلالة الميكروغليا الرئيسية مثل AIF1، TMEM119، وP2RY12، من بين آخرين، مما يؤكد هويتها كميكروغليا. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر هذه iMg وظيفة التهام المشبك، مما يعكس الخصائص الأساسية في الجسم الحي للميكروغليا البشرية. من المهم أن تعبر iMg عن مستويات عالية من مستقبلات سطح الخلية المرتبطة بفيروس نقص المناعة البشرية، بما في ذلك CD4، CCR5، وCXCR4، مما يسمح بدخول وتكرار فيروس HIV ADA داخل هذه الخلايا.
ومع ذلك، فإن معدلات تكرار فيروس نقص المناعة البشرية في iMg أقل من تلك التي لوحظت في البلاعم المشتقة من وحيدات النواة البشرية (MDMs)، مما يشير إلى أنه بينما تكون iMg قابلة للإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية، إلا أنها ليست مضيفًا مثاليًا لتكرار الفيروس. قد يُعزى هذا الانخفاض في التكرار إلى انخفاض مستويات التعبير عن مستقبل CCR5 المساعد لفيروس نقص المناعة البشرية في iMg مقارنة بـ MDMs.
المناقشة
في هذه الدراسة، يستكشف المؤلفون دور الميكروغليا (iMg) وخلايا الدبقية (iAst) المستحثة من خلايا جذعية متعددة القدرات (iPSC) في سياق عدوى فيروس نقص المناعة البشرية والالتهاب العصبي. يظهرون أن iMg تُظهر استجابة مناعية منخفضة تجاه فيروس نقص المناعة البشرية مقارنةً بأنواع الخلايا الأخرى، وهو ما يتماشى مع النتائج السابقة. من الجدير بالذكر أن زراعة iMg مع iAst تعزز بشكل كبير معدلات تكرار فيروس نقص المناعة البشرية، وهو ما يُعزى إلى إنتاج السيتوكينات الالتهابية، وخاصة TNFα، بواسطة iAst. ينشط هذا السيتوكين إشارة NF-kB في iMg، مما يؤدي إلى زيادة تكرار الفيروس. علاوة على ذلك، فإن التعرض لـ iMg المصابة بفيروس نقص المناعة البشرية أو عواملها القابلة للذوبان يُحدث نمطًا التهابيًا في iAst، يتميز بتدفق ليفي غير منظم وزيادة في إفراز الليزوزومات من iMg، كما يتضح من ارتفاع مستويات كاتيبسين B.
تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين الميكروغليا والخلايا الدبقية في البيئة الالتهابية للأفراد المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية. تبرز الدراسة أنه حتى في وجود علاج مضاد للفيروسات القهقرية الفعال (ART)، يمكن أن تحدث التهابات عصبية مستمرة وأضرار نسيجية مرتبطة، مدفوعة بآليات مستقلة عن التكرار الفيروسي المباشر. توفر هذه الأبحاث أساسًا آليًا لفهم ضعف الإدراك العصبي المرتبط بفيروس نقص المناعة البشرية (NCI) وتقترح أهدافًا علاجية محتملة تهدف إلى تعديل الاستجابة الالتهابية في الجهاز العصبي المركزي للأشخاص الذين يعيشون مع فيروس نقص المناعة البشرية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-43248-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41807636
Publication Date: 2026-03-11
Author(s): James Gesualdi et al.
Primary Topic: Neuroinflammation and Neurodegeneration Mechanisms
Overview
This section of the research paper discusses the heightened incidence of neurocognitive impairment (NCI) among individuals living with HIV, which is linked to unresolved neuroinflammation despite effective antiretroviral therapy. The authors emphasize the need for a deeper mechanistic understanding of inflammatory processes in the central nervous system (CNS) related to HIV. Utilizing induced pluripotent stem cell-derived microglia (iMg) and astrocytes (iAst), the study reveals that while iMg express microglial markers and are susceptible to HIV, they exhibit lower replication rates and immune responses compared to monocyte-derived macrophages.
The coculture of iMg with iAst results in a significantly enhanced pro-inflammatory immune response and an unexpected increase in HIV replication rates. This increase correlates with elevated levels of pro-inflammatory cytokines, particularly TNFα, produced by iAst in response to HIV-infected iMg. The study demonstrates that exogenous TNFα can further boost HIV replication in iMg, while neutralizing TNFα with adalimumab reduces replication rates. Additionally, the research indicates that the increased HIV replication in iMg/iAst cocultures is mediated by heightened NF-kB activity, as shown by the effects of the iKK inhibitor Bay-11-7082. Lastly, the authors observe that HIV-infected iMg exhibit lysosomal movement to the cell membrane, suggesting that dysregulated lysosomal flux may contribute to the inflammatory environment and HIV pathogenesis in the CNS.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods used for differentiating human pluripotent stem cells into common myeloid progenitors (CMPs) and subsequently into induced macrophages (iMg). CMPs were sourced from the Human Pluripotent Stem Cell Core at the Children’s Hospital of Philadelphia and cultured in RPMI medium supplemented with 10% FBS, penicillin/streptomycin, and specific cytokines (IL-34, TGFβ, and M-CSF) for 11 days. Monocyte-derived macrophages (MDMs) were obtained from peripheral blood monocytes isolated from healthy volunteers, differentiated in DMEM with similar supplements for seven days. The study adhered to ethical guidelines, ensuring that all human specimens were de-identified and thus not classified as human subjects research.
For the coculture experiments involving induced astrocytes (iAst) and iMg, iAst were obtained from Fujifilm and cultured in BrainPhys medium supplemented with B27. The cocultures were established by plating CMPs alongside iAst in a controlled environment, with specific media formulations to support both cell types. Additionally, the section describes the preparation of treatment formulations, including Adalimumab, recombinant human TNFα, and Bay-11, which were diluted in sterile PBS for use in the experiments during HIV infection. This methodological framework provides a robust basis for investigating the interactions between immune cells and astrocytes in the context of HIV.
Results
The results indicate that induced microglia (iMg) successfully exhibit a ramified morphology and express key microglial lineage markers such as AIF1, TMEM119, and P2RY12, among others, confirming their identity as microglia. Additionally, these iMg demonstrate synaptophagocytic function, mirroring essential in vivo characteristics of human microglia. Importantly, iMg express high levels of HIV-associated cell-surface receptors, including CD4, CCR5, and CXCR4, allowing for the entry and replication of HIV ADA within these cells.
However, the replication rates of HIV in iMg are lower than those observed in human monocyte-derived macrophages (MDMs), indicating that while iMg are permissive to HIV infection, they are not optimal hosts for viral replication. This reduced replication may be attributed to lower expression levels of the HIV coreceptor CCR5 in iMg compared to MDMs.
Discussion
In this study, the authors investigate the role of induced-pluripotent stem cell (iPSC)-derived microglia (iMg) and astrocytes (iAst) in the context of HIV infection and neuroinflammation. They demonstrate that iMg exhibit a reduced immune response to HIV compared to other cell types, which is consistent with previous findings. Notably, coculturing iMg with iAst significantly enhances HIV replication rates, attributed to the production of pro-inflammatory cytokines, particularly TNFα, by iAst. This cytokine activates NF-kB signaling in iMg, leading to increased viral replication. Furthermore, exposure to HIV-infected iMg or their soluble factors induces a pro-inflammatory phenotype in iAst, characterized by dysregulated lysosomal flux and increased lysosomal exocytosis from iMg, as evidenced by elevated levels of cathepsin B.
The findings underscore the complex interplay between microglia and astrocytes in the neuroinflammatory environment of HIV-infected individuals. The study highlights that even in the presence of effective antiretroviral therapy (ART), persistent neuroinflammation and associated tissue damage can occur, driven by mechanisms independent of direct viral replication. This research provides a mechanistic foundation for understanding HIV-associated neurocognitive impairment (NCI) and suggests potential therapeutic targets aimed at modulating the inflammatory response in the central nervous system of people living with HIV.