Fokozott mortalitás és AIDS-szerű immunopatológia az SIVcpz-vel fertőzött vad csimpánzokban

Brandon F. Keele

1 Orvostani Tanszék, Alabamai Egyetem, Birmingham, Birmingham, Alabama 35294, USA

James Holland Jones

4 Antropológiai Tanszék, Stanford Egyetem, Stanford, Kalifornia 94305, USA

Karen A. Terio

5 Illinoisi Egyetem Állattani Patológiai Program, Maywood, Illinois 60153, USA

Jacob D. Estes

6 Az AIDS és a Rákvírus Program, a Science Applications International Corporation-Frederick Inc., a National Cancer Institute-Frederick, Frederick, Maryland 21702, USA

Rebecca S. Rudicell

2 Mikrobiológiai Tanszék, Alabamai Egyetem, Birmingham, Birmingham, Alabama 35294, USA

Michael L. Wilson

7 Antropológiai Tanszék, Minnesotai Egyetem, Minneapolis, Minnesota 55455, USA

8 Jane Goodall Intézet Príma Tanulmányok Központja, Ökológia, Evolúció és Viselkedés Tanszék, University of Minnesota, St Paul, Minnesota 55108, USA

Yingying Li

1 Orvosi Tanszék, Alabamai Egyetem, Birmingham, Birmingham, Alabama 35294, USA

Gerald H. Tanulj meg

1 Orvostani Tanszék, Alabamai Egyetem, Birmingham, Birmingham, Alabama 35294, USA

T. Mark Beasley

3 Biostatisztikai Tanszék, Alabamai Egyetem, Birmingham, Birmingham, Alabama 35294, USA

Joann Schumacher-Stankey

8 Jane Goodall Intézet Príma Tanulmányok Központja, Ökológia, Evolúció és Viselkedés Tanszék, University of Minnesota, St Paul, Minnesota 55108, USA

Emily Wroblewski

8 Jane Goodall Intézet Príma Tanulmányok Központja, Ökológia, Evolúció és Viselkedés Tanszék, University of Minnesota, St Paul, Minnesota 55108, USA

Mosser Anna

9 Gombe Stream kutatóközpont, The Jane Goodall Intézet, Kigoma, Tanzánia

Jane Raphael

9 Gombe Stream kutatóközpont, The Jane Goodall Intézet, Kigoma, Tanzánia

Shadrack Kamenya

9 Gombe Stream kutatóközpont, The Jane Goodall Intézet, Kigoma, Tanzánia

Erzsébet V. Lonsdorf

10 The Lester E. Fisher Center for the Study and Conservation of Apes Lincoln Park Zoo, Chicago, Illinois 60614, USA

Dominic A. Travis

11 Természetvédelmi és Tudományügyi Minisztérium, Lincoln Park Állatkert, Chicago, Illinois 60614, USA

Titus Mlengeya

12 Tanzániai Nemzeti Park, Arusha, Tanzánia

Michael J. Kinsel

5 Illinoisi Egyetem Állattani Patológiai Program, Maywood, Illinois 60153, USA

James G. Else

13 Állati erőforrások osztálya, Yerkes Nemzeti Prímkutató Központ, Emory Egyetem, Atlanta, Georgia 30322, USA

Guido Silvestri

14 Pennsylvaniai Egyetem Orvostudományi Kar Patológiai és Laboratóriumi Orvostudományi Tanszék, Philadelphia, Pennsylvania 19107, USA

Jane Goodall

15 A Jane Goodall Intézet, Arlington, Virginia 22203, USA

Paul M. Sharp

16 Evolúciós Biológiai Intézet, Edinburghi Egyetem, Edinburgh EH9 3JT, Egyesült Királyság

George M. Shaw

1 Orvostani Tanszék, Alabamai Egyetem, Birmingham, Birmingham, Alabama 35294, USA

Anne E. Pusey

8 Jane Goodall Intézet Príma Tanulmányok Központja, Ökológia, Evolúció és Viselkedés Tanszék, University of Minnesota, St Paul, Minnesota 55108, USA

Beatrice H. Hahn

1 Orvosi Tanszék, Alabamai Egyetem, Birmingham, Birmingham, Alabama 35294, USA

2 Mikrobiológiai Tanszék, Alabamai Egyetem, Birmingham, Birmingham, Alabama 35294, USA

Társított adatok

Absztrakt

A Gombe Nemzeti Park a Tanganyika-tó partján található, és három csimpánzközösségnek ad otthont, ezeket Kasekela (∼65 tag), Mitumba (∼25 tag) és Kalande (10–20 tag) néven (1. ábra). A Kasekela és Mitumba csimpánzokat az 1960-as, illetve 1980-as évek óta folyamatosan figyelik, demográfiájuk, társadalmi felépítésük, reproduktív viselkedésük és egyéni élettörténetük jól ismert 12, 13. A kalandiai csimpánzok nincsenek megszokva, és így sokkal kevésbé tanulmányozzák őket. Noha a három közösségnek különbözõ tartományai vannak, a tagok közötti interakciók területi harcok és olyan serdülõ nõk vándorlása formájában fordulnak elõ, akik tipikusan az elsõ utódok elõtt elhagyják a nõi csoportjukat. A park körüli kiterjedt élőhelyek pusztulása miatt (kiegészítő 1a. Ábra) a Gombe csimpánzok az utóbbi évtizedekben elszigetelődtek más kelet-afrikai majomközösségektől. A SIVcpz fertőzést mindhárom Gombe közösségben dokumentálták 7, de csak a Mitumba és Kasekela csimpánzokat vizsgálták szisztematikusan.

a, 69 Kasekela (KK) és 25 Mitumba (MT) csimpánz (F, nő; M, férfi) prospektív epidemiológiai vizsgálata. A zöld mezők a széklet- és vizeletvizsgálattal meghatározott SIVcpz-fertőzés jelenlétét („1”) vagy hiányát („0”) jelzik (a szürke mezők az adatok hiányát jelzik). A fertőzött csimpánzokat pirossal emelik ki (a következtetett eredményeket csillag jelöli; lásd: Módszerek). Minden elhunyt csimpánz esetében fel van tüntetve a halál dátuma (DOD) vagy az utoljára látott dátum (DLS). A zárójelek a vizsgálat során bevándorolt nőstények szülői közösségét jelzik (KL, Kalande). b, SIVcpz fertőzési arány 2002 és 2008 között. Csak azokat az éveket mutatjuk be, amelyekben a KK és MT együttes populációja 70% -nál nagyobb.

a – c, Súlyos nyirokhiány a mesenterialis nyirokcsomóban (a) és a lépszövet (időszámításunk előtt) Kasekela nőstény (Ch-036), aki AIDS-szerű betegségben halt meg a SIVcpz megszerzésétől számított 3 éven belül. d – f, Normál mesenterialis nyirokcsomó, több primer és szekunder lymphoid tüszővel (d) és normális lépszövet PALS-sel (e, f) egy nem fertőzött csimpánzból. a, d, Haematoxilinnal és eozinnal festett nyirokcsomó-szakaszok (a magok kékek). b, c, e, f, Anti-CD79a-val festett lépmetszetek (lenni) és anti-CD3 (c, f) antitestek (a pozitív sejtek sötétbarna). Jegyezzük fel mind a B (CD79a), mind a T (CD3) sejtek súlyos veszteségét a Ch-036 PALS-jában. A nyilak a follikuláris hyalinizációt jelzik. Eredeti nagyítás × 4 (a, d) és × 20 (b, c, e, f és betétek).

Annak megvizsgálására, hogy a Ch-036-ban előforduló nyirokcsökkenés olyan ritka immunhiányos esetet jelentett-e, amelyről ismert, hogy nem patogén SIV-fertőzésekben szórványosan fordul elő 19, post-mortem lépmintákat nyertünk két további fertőzötttől (Ch-045 és Ch-099) és nem fertőzöttektől (Ch-016 és Ch-069) csimpánzok. Ezek közül három (köztük mindkét fertőzött csimpánz) traumával kapcsolatos okok miatt halt meg, egy esetben a csoporton belüli agressziót (Ch-045), a másik kettőben pedig a gerincvelő sérülését (Ch-069 és Ch-099) követően; a negyedik (nem fertőzött) csimpánz (Ch-016) életkorhoz kapcsolódó állapotok miatt hunyt el nem sokkal a 40. születésnapja előtt.

E négy csimpánz, valamint a Ch-036 lép lépeit CD4-specifikus antitestekkel (valamint CD3 és CD20 antitestekkel, mint kontrollokkal) festettük. Ezután a CD4 + T-sejteket kvantitatívan meghatároztuk a periarterioláris lymphoid hüvelyek százalékos területének meghatározásával (PALS, a nyirokcsomók T-sejt zónájának ekvivalense), amelyek pozitívan festődtek CD4-re. Az eredmények azt mutatták, hogy a három fertőzött csimpánz mindegyikének lépében kevesebb CD4 + T-sejt volt, mint a két nem fertőzött kontroll egyikében (4. ábra). Ezek a különbségek statisztikailag szignifikánsak voltak, függetlenül attól, hogy a csimpánzokat egyenként vagy csoportosan hasonlították-e össze. A legmélyebb CD4 + T-sejtvesztést a Ch-036 esetében tapasztaltuk, amelynek lépében szintén kimerültek a CD3 + T-sejtek és a CD20 + B-sejtek (3. ábra). A CD4 + T-sejtek csökkenése a Ch-045 és Ch-099 PALS-ben is nyilvánvaló volt; ez a kimerülés azonban kevésbé volt kifejezett, különösen a Ch-099-ben, és más CD3 + T-sejtek és B-sejtek populációinak egyidejű veszteségének hiányában következett be (3. kiegészítő ábra). Így a traumával összefüggő okokból elhunyt két fertőzött majomban a CD4 + T-sejtek szelektíven kimerültek, míg a többi limfocita populáció sértetlen maradt, ami arra utal, hogy az SIVcpz a fertőzés minden szakaszában, beleértve a klinikai látencia.

A lép CD4 + T sejtjeinek kvantitatív képanalízise SIVcpz-fertőzött (piros oszlopok) és nem fertőzött (szilárd fekete oszlopok) csimpánzokban, valamint nem fertőzött humán (HU, fekete kikelt oszlop), SIVmac-fertőzött rhesus makákókban (RM, kék kikelt) bar), és a SIVsmm-fertőzött kormos mangabey (SM, folytonos kék sáv) kontrollok. A reprezentatív PALS-t (egyedenként 8–24) kivontuk, és meghatároztuk a CD4 szempontjából pozitívnak festett terület százalékos arányát 20, 21. Átlagos értékek jelennek meg, a hibasávok jelzik a s.m. Mindhárom SIVcpz-fertőzött csimpánz szignifikánsan alacsonyabb CD4 + T-sejtszámmal rendelkezett, mint a két nem fertőzött kontroll (ANOVA F-teszt; P = 0,024). A SIVmac-fertőzött rhesus makákó az AIDS végstádiumában szenvedett.

A splenis szöveteket a PALS-ben található kollagén lerakódás bizonyítékának vizsgálatára is megvizsgálták, amely a krónikus immunaktiváció nem specifikus markere 20, 21. Bár a Ch-099 PALS-jában és a két meg nem fertőzött csimpánzban kimutattak némi kollagént, ez a mennyiség lényegesen kisebb volt, mint a Ch-045-ös PALS-ban és különösen a Ch-036-ban kimutatott mennyiség (3. kiegészítő ábra). HIV-1-fertőzött embereknél a kollagén lerakódása a T-sejt zónákban és a PALS összefüggésben van a CD4 + T-sejtek kimerülésével, a megváltozott CD4 T-sejt homeosztázissal és az általános immunműködési zavarokkal 20, 21. Ezzel összhangban a PALS fibrotikus hegesedése a legsúlyosabb volt a Ch-036-ban, a köztes a Ch-045-ben és minimális volt a Ch-099-ben (lásd még 4. ábra). Úgy tűnik tehát, hogy a SIVcpz immunhiányt okoz a HIV-1 mechanizmusához nagyon hasonló mechanizmusokkal. Valójában az SIVcpz-specifikus RNS próbákkal végzett in situ hibridizáció számos produktívan fertőzött limfocitát tárt fel a Ch-045 lépében, dokumentálva az aktív vírusreplikációt és a vírusrészecskék kiterjedt csapdázását follikuláris dendritikus sejtekkel (4. kiegészítő ábra).

Módszerek összefoglalása

Megfigyelési adatok

A Kasekela és a Mitumba csimpánzokat az 1960-as és 1980-as évek óta naponta megfigyelték, amelyek folyamatos, hosszú távú nyilvántartást nyújtanak a közösségi demográfiáról és az egyéni viselkedésről 12, 13, 16, 26 .

Nem invazív SIVcpz tesztelés

A csimpánz széklet- és vizeletmintáit Western blot analízissel vizsgáltuk vírusspecifikus antitestekre, és az SIVcpz fertőzést RT – PCR (GenBank belépési számok> FJ895381-FJ895405) 7, 8 megerősítette. Az SIVcpz státusz meghatározásához használt összes székletmintát genotipizáltuk (1. kiegészítő táblázat).

Filogenetikai elemzések

A SIVcpz pol és az env – nef szekvenciák filogenetikai fáira Bayes-módszerekkel 28 következtettünk, általános idő-reverzibilis (GTR) valószínűség modell segítségével.

Halandósági elemzések

A SIVcpz-hez kapcsolódó halálozási kockázatokat diszkrét eseménytörténeti módszerekkel becsültük meg a mért kovariánsok (életkor, nem és SIVcpz státusz) függvényében A SIVsmm-hez kapcsolódó túlélési különbségeket Cox arányos veszélyességi modell alkalmazásával vizsgáltuk.

Boncolás

Teljes boncolást végeztek öt csimpánzon, akiknek teste a halál utáni 6–18 órán belül helyreállt. Kóros és szövettani vizsgálatokat végeztek minden szerven.

Immunhisztokémia, in situ hibridizáció és kvantitatív képelemzés

A post-mortem lép- és nyirokcsomó-mintákat in situ hibridizációnak, immunhisztokémiai festésnek és kvantitatív képanalízisnek vetettük alá, az előzőekben leírtak szerint 20, 21. A splenikus CD4 + T-sejteket úgy számszerűsítettük, hogy a reprezentatív PALS-képeket manuálisan kivontuk a Photoshopba (Adobe), és meghatároztuk a CD4-re pozitívan festett terület százalékos arányát (20., 21. hivatkozás).

statisztikai módszerek

Három fertőzött és két nem fertőzött csimpánz splenikus CD4 + T-sejtek számát hasonlítottuk össze ANOVA F-tesztekkel. A fertőzött és nem fertőzött nőstények termékenységi és csecsemőhalandósági adatait Fisher pontos tesztjével hasonlítottuk össze.