Підвищена смертність та СНІД-подібна імунопатологія у диких шимпанзе, інфікованих SIVcpz

Брендон Ф. Кіл

1 Медичний факультет Університету Алабами в Бірмінгемі, Бірмінгем, Алабама, 35294, США

Джеймс Холланд Джонс

4 Кафедра антропології Стенфордського університету, Стенфорд, Каліфорнія 94305, США

Карен А. Теріо

5 Програма зоологічної патології Університету Іллінойсу, Мейвуд, Іллінойс, 60153, США

Якоб Д. Естес

6 Програма боротьби зі СНІДом та раком, Міжнародна корпорація Science Applications-Frederick Inc., Національний інститут раку-Фредерік, Фредерік, штат Меріленд 21702, США

Ребекка С. Рудічелл

2 Відділ мікробіології Університету Алабами в Бірмінгемі, Бірмінгем, Алабама, 35294, США

Майкл Л. Вільсон

7 Департамент антропології, Університет Міннесоти, Міннеаполіс, Міннесота 55455, США

8 Центр досліджень приматів Інституту Джейн Гудолл, Департамент екології, еволюції та поведінки, Університет Міннесоти, Сент-Пол, Міннесота 55108, США

Іньін Лі

1 Медичний факультет, Алабамський університет, Бірмінгем, Бірмінгем, Алабама, 35294, США

Джеральд Х. Дізнайся

1 Медичний факультет, Алабамський університет, Бірмінгем, Бірмінгем, Алабама, 35294, США

Т. Марк Бізлі

3 Відділ біостатистики Університету Алабами в Бірмінгемі, Бірмінгем, Алабама, 35294, США

Джоанн Шумахер-Стенкі

Емілі Врублевський

Анна Моссер

9 Дослідницький центр потоку Гомбе, Інститут Джейн Гудол, Кігома, Танзанія

Джейн Рафаель

9 Дослідницький центр потоку Гомбе, Інститут Джейн Гудол, Кігома, Танзанія

Shadrack Kamenya

9 Дослідницький центр потоку Гомбе, Інститут Джейн Гудол, Кігома, Танзанія

Єлизавета В. Лонсдорф

10 Центр вивчення та збереження мавп Лестер Е. Фішер Зоопарк Лінкольна, Чикаго, штат Іллінойс, 60614, США

Домінік А. Тревіс

11 Департамент охорони та науки, зоопарк Лінкольна, Чикаго, штат Іллінойс, 60614, США

Тит Мленгея

12 національних парків Танзанії, Аруша, Танзанія

Майкл Дж. Кінсель

5 Програма зоологічної патології Університету Іллінойсу, Мейвуд, Іллінойс, 60153, США

Джеймс Г. Інше

13 Відділ тваринних ресурсів, Національний дослідницький центр приматів Єрк, Університет Еморі, Атланта, Джорджія 30322, США

Гвідо Сільвестрі

14 Кафедра патології та лабораторної медицини, Медичний факультет Університету Пенсільванії, Філадельфія, Пенсільванія, 19107, США

Джейн Гудолл

15 Інститут Джейн Гудол, Арлінгтон, штат Вірджинія, 22203, США

Пол М. Шарп

16 Інститут еволюційної біології, Единбурзький університет, Единбург EH9 3JT, Великобританія

Джордж М. Шоу

1 Медичний факультет, Алабамський університет, Бірмінгем, Бірмінгем, Алабама, 35294, США

Енн Е. Пусей

Беатріс Хан

1 Медичний факультет Університету Алабами в Бірмінгемі, Бірмінгем, Алабама, 35294, США

2 Відділ мікробіології Університету Алабами в Бірмінгемі, Бірмінгем, Алабама, 35294, США

Пов’язані дані

Анотація

Національний парк Гомбе розташований на березі озера Танганьїка і в ньому мешкають три громади шимпанзе, які називаються Касекела (∼65 членів), Мітумба (∼25 членів) і Каланде (10–20 членів) (Додаткова Рис. 1). Шимпанзе Касекела та Мітумба постійно спостерігаються відповідно з 1960-х та 1980-х років, і їх демографія, соціальна структура, репродуктивна поведінка та історія індивідуального життя добре відомі 12, 13. Шимпанзе Каланде не звикають і, отже, набагато менш вивчені. Незважаючи на те, що три спільноти мають різний ареал, взаємодія між членами відбувається у формі територіальних бійок та міграції жінок-підлітків, які, як правило, покидають свою родильну групу, перш ніж мати перше потомство. Завдяки значному знищенню середовища існування навколо парку (Додаткова рис. 1а), шимпанзе Гомбе за останні десятиліття стали ізольованими від інших спільнот мавп. Інфекція SIVcpz була задокументована у всіх трьох громадах Гомбе 7, але систематично вивчались лише шимпанзе Мітумба та Касекела.

a, Проспективне епідеміологічне дослідження 69 шимпанзе Kasekela (KK) та 25 Mitumba (MT) (F, самка; M, самець). Зелені поля позначають наявність («1») або відсутність («0») інфекції SIVcpz, як визначено за допомогою тестування фекалій та сечі (сірі поля означають відсутність даних). Заражені шимпанзе виділені червоним кольором (виведені результати позначаються зірочкою; див. Методи). Для кожного померлого шимпанзе вказана дата смерті (DOD) або дата останнього бачення (DLS). Дужки вказують натальну спільноту жінок, які іммігрували в ході дослідження (KL, Kalande). b, Рівень зараження SIVcpz між 2002 і 2008 рр. Показані лише роки з охопленням понад 70% загальної сукупності KK та MT.

a – c, Сильне виснаження лімфатичного відділу в брижових лімфатичних вузлах (a) та селезінкової тканини (б, с) жінки Kasekela (Ch-036), яка померла від СНІД-подібної хвороби протягом 3 років після придбання SIVcpz. d – f, Нормальний брижовий лімфатичний вузол з множинними первинними та вторинними лімфоїдними фолікулами (d) і нормальна тканина селезінки з PALS (е, ф) від неінфікованого шимпанзе. a, d, Зрізи лімфатичних вузлів, пофарбовані гематоксиліном та еозином (ядра сині). b, c, e, f, Зрізи селезінки, забарвлені анти-CD79a (б, е) та анти-CD3 (c, f) антитіла (позитивні клітини темно-коричневого кольору). Зверніть увагу на серйозну втрату як B (CD79a), так і T (CD3) клітин у PALS Ch-036. Стрілки вказують на фолікулярну гіалінізацію. Оригінальне збільшення × 4 (a, d) і × 20 (b, c, e, f та вставки).

Щоб вивчити, чи є виснаження лімфатичної залози у Ch-036 рідкісним випадком імунодефіциту, який, як відомо, спостерігається епізодично при непатогенних SIV-інфекціях 19, ми отримали позаклані зразки селезінки від двох додатково інфікованих (Ch-045 і Ch-099) та неінфікованих (Ch-016 та Ch-069) шимпанзе. Три з них (включаючи обох інфікованих шимпанзе) померли від причин, пов'язаних з травмою, в одному випадку після внутрішньогрупової агресії (Ch-045), а в двох інших після травми хребта (Ch-069 та Ch-099); четвертий (неінфікований) шимпанзе (Ch-016) помер від вікових станів незадовго до досягнення свого 40-річчя.

Зрізи селезінки з цих чотирьох шимпанзе, а також із Ch-036, фарбували CD4-специфічними антитілами (а також антитілами CD3 та CD20 як контролем). Потім кількісно визначали CD4 + Т-клітини, визначаючи процентну площу периартеріолярних лімфоїдних оболонок (PALS, еквівалент Т-клітинної зони в лімфатичних вузлах), які фарбували позитивно на CD4. Результати показали, що у кожного із трьох заражених шимпанзе в селезінці було менше CD4 + Т-клітин, ніж у будь-якого з двох неінфікованих контролів (рис. 4). Ці відмінності були статистично значущими, чи порівнювали шимпанзе окремо чи як групи. Найбільш глибока втрата Т-клітин CD4 + спостерігалась у Ch-036, селезінка якої також виснажилася CD3 + Т-клітинами та CD20 + В-клітинами (Додаткова Рис. 3). Зниження CD4 + Т-клітин було також очевидним у PALS Ch-045 та Ch-099; однак це виснаження було менш вираженим, особливо у Ch-099, і відбувалося за відсутності одночасної втрати інших популяцій CD3 + Т-клітин та В-клітин (Додаткова Рис. 3). Таким чином, у двох інфікованих людиноподібних мавп, які померли від причин, пов’язаних з травмою, CD4 + Т-клітини були вибірково виснажені, тоді як інші популяції лімфоцитів залишалися цілими, що свідчить про те, що SIVcpz пов'язаний з прогресивним вбивством CD4 + Т-клітин на всіх стадіях зараження, включаючи клінічна латентність.

Кількісний аналіз зображень CD4 + Т-клітин селезінки у інфікованих SIVcpz (червоні смуги) та неінфікованих (суцільні чорні смуги) шимпанзе, а також у неінфікованих людей (HU, чорна штрихована смужка), інфікованих SIVmac резус-макаки (RM, синій штрихування) бар) та контрольованих SIVsmm сажистих мангабеїв (SM, суцільна синя смужка). Витягували репрезентативні PALS (8–24 на особу) та визначали відсоток площі, яка забарвлювалась позитивно на CD4, 20, 21. Наведені середні значення, причому смужки помилок вказують нап.м. У всіх трьох заражених SIVcpz шимпанзе був значно нижчий рівень CD4 + Т-клітин, ніж у двох неінфікованих контролів (ANOVA F-тест; P = 0,024). Інфікована SIVmac резус-макака мала кінцеву стадію СНІДу.

Тканини селезінки також досліджували на предмет виявлення відкладення колагену в PALS, який є неспецифічним маркером хронічної імунної активації 20, 21. Хоча в PALS Ch-099 та двох незаражених шимпанзе було виявлено деяку кількість колагену, ця кількість була значно меншою, ніж у PALS Ch-045, зокрема Ch-036 (Додаткова Рис. 3). У людей, інфікованих ВІЛ-1, відкладення колагену в Т-клітинних зонах та PALS корелює із виснаженням Т-клітин CD4 +, зміною гомеостазу Т-клітин CD4 та загальною імунною дисфункцією 20, 21. Відповідно до цього, фіброзні рубці PALS були найсильнішими у Ch-036, проміжними у Ch-045 та мінімальними у Ch-099 (також див. Рис. 4). Таким чином, SIVcpz, здається, викликає імунну недостатність за механізмами, дуже подібними до механізмів ВІЛ-1. Дійсно, гібридизація in situ за допомогою зондів, специфічних для РНК SIVcpz, виявила численні продуктивно інфіковані лімфоцити в селезінці Ch-045, що підтверджує активну реплікацію вірусу та велике захоплення частинок вірусу фолікулярними дендритними клітинами (додаткова фіг. 4).

Підсумок методів

Дані спостережень

Шимпанзе Касекела та Мітумба спостерігаються щодня з 1960-х та 1980-х років відповідно, забезпечуючи постійний довгостроковий запис демографії громади та поведінки людей 12, 13, 16, 26 .

Неінвазивне тестування SIVcpz

Зразки фекалій та сечі шимпанзе тестували на вірусоспецифічні антитіла за допомогою вестерн-блот-аналізу, а зараження SIVcpz було підтверджено RT – PCR (номера приєднання GenBank> FJ895381-FJ895405) 7, 8. Всі зразки фекалій, що використовувались для визначення статусу SIVcpz, були генотиповані (Додаткова таблиця 1).

Філогенетичний аналіз

Філогенетичні дерева послідовностей SIVcpz pol та env – nef були виведені за байєсівськими методами 28 із використанням загальної моделі правдоподібності, що обертається часом (GTR).

Аналіз смертності

Небезпеки смертності, пов'язані з SIVcpz, оцінювались за допомогою дискретних методів історії подій як функція вимірюваних коваріатів (вік, стать та статус SIVcpz) 29. Відмінності виживання, пов'язані з SIVsmm, вивчали за допомогою моделі пропорційних ризиків Кокса.

Розтин

Повне розкриття було проведено п’яти шимпанзе, тіла яких були знайдені протягом 6–18 год після смерті. Патолого-гістологічні дослідження проводили на всіх органах.

Імуногістохімія, гібридизація in situ та кількісний аналіз зображень

Посмертні зразки селезінки та лімфатичних вузлів піддавали гібридизації in situ, імуногістохімічному фарбуванню та кількісному аналізу зображень, як описано раніше 20, 21. Кількісно виражені Т-клітини селезінки CD4 + шляхом ручного вилучення зображень репрезентативних PALS у Photoshop (Adobe) та визначення відсотка площі, яка має позитивний колір на CD4 (посилання 20, 21).

Статистичні методи

Кількість CD4 + Т-клітин селезінки у трьох заражених та двох неінфікованих шимпанзе порівнювали за допомогою F-тестів ANOVA. Дані про фертильність та дитячу смертність для заражених та неінфікованих самок порівнювали за допомогою точного тесту Фішера.