Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ HIV/AIDS 1. Human Immunodeficiency Virus (HIV) HIV là tác nhân của Hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải ở người (Acquired Immuno Deficiency Syndrome-AIDS) [113], [20]. HIV được xếp vào phân nhóm Lentivirus thuộc họ Retroviridae.
Các vi rút trong họ này có dạng hình cầu, kích thước khoảng 80 - 120 nm. Genom gồm 2 chuỗi ARN đơn giống nhau và có enzym sao chép ngược (RT: reverse transcriptase). Lentivirus có khả năng gây nhiễm trùng chậm, trong đó có HIV gây bệnh cho người [20]. Đặc điểm vi rút học HIV HIV có 2 typ là HIV-1 và HIV-2, chúng khác nhau về kháng nguyên, trọng lượng phân tử của các thành phần cấu trúc, thời gian mang bệnh, tỷ lệ gây nhiễm và tiến triển của bệnh khác nhau.
HIV-1 có mặt trên toàn thế giới 4 và là tác nhân gây dịch AIDS, trong khi HIV-2 tập trung chủ yếu ở Tây Phi, hiếm gặp ở nơi khác [20]. So với HIV-1, HIV-2 ít phổ biến hơn và độc lực thấp hơn, nhưng cũng gây ra những triệu chứng lâm sàng tương tự như HIV-1. Về di truyền: bộ gen của HIV-1 và HIV-2 có cấu trúc di truyền khác nhau hơn 50%, HIV-2 gần với SIV hơn. Trọng lượng phân tử của các thành phần cấu trúc cũng có khác biệt [37].
HIV-1 chia thành 4 nhóm: M, O, N và P; các nhóm có đặc điểm di truyền khác nhau 20%, các thứ týp có đặc điểm di truyền khác nhau khoảng 5%: Nhóm M: có thứ týp (subtype) từ A-D, F-H, J, K: chiếm hơn 90% trường hợp nhiễm HIV-1. Nhóm O: gặp khu trú ở Tây - Trung Phi. Nhóm N: rất hiếm gặp, mới được biết đến từ 1998. Nhóm P: mới phát hiện từ 2009 ở Cameroon, chủng vi rút gần với SIV ở loài khỉ gorilla.
Trong trường hợp người bệnh nhiễm hai vi rút khác thứ týp, sẽ có sự tái tổ hợp chất liệu di truyền trong tế bào nhiễm và tạo ra một “vi rút mới” dưới dạng “tái tổ hợp” (circulating recombinant forms) - CRFs. Ví dụ như CRF01_AE là vi rút tái tổ hợp từ hai thứ týp A và E. Phân bố thứ týp (subtype) của HIV-1 trên thế giới [159] 6 1.1 Các thứ type (subtype): HIV-1 chia làm 3 nhóm: - Nhóm M (main) là chủ yếu. Nhóm M bao gồm các subtype là A, B, C, D, F, G, H, J và K.
Việc phân loại các subtype đã cung cấp các thông tin dịch tễ học phân tử hữu hiệu trong việc tìm kiếm dấu vết của nguyên nhân dịch HIV-1. Các subtype của nhóm M là các dạng biến dị di truyền chủ yếu ở trình tự gen env, mã hóa cho gp20 tại lớp bao ngoài của vi rút. Các đoạn gen pol, gag và nif cũng được phân tích trình tự để phân biệt các subtype [122] - Nhóm O (outlier) thiểu số, nhóm N dạng mới (Non-M, Non-O). Nhóm HIV-1 M phát tán trên toàn thế giới gây đại dịch AIDS, sự lây nhiễm của nhóm O ít gặp hơn thường gây bệnh ở vùng Tây – Trung Phi như Cameroon, Nigeria.
Các ca nhiễm HIV-1 nhóm N được xác định ở Tây – Trung Phi trong một số các thể từ Cameroon. Xác định subtype đóng vai trò quan trọng trong theo dõi sự thay đổi về phân bố địa lý của dịch AIDS trên thế giới. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy về sự khác biệt kết quả thử nghiệm chẩn đoán và hiệu quả thuốc kháng Retrovirus ở các biến dị của HIV-1. Vì vậy, việc theo dõi dịch tễ học và vi rút học của HIV-1 đang lưu hành rất quan trọng [128].
Kết quả các nghiên cứu trình tự gen của nhóm M thì các subtype A tới K phân tán theo vùng: subtype A liên quan nhiều tới 80% các trường hợp nhiễm HIV ở Tây Phi, 30% ở Đông Phi. Subtype B, A, C và một số subtype khác chủ yếu gây dịch ở Tây Âu, châu Mỹ, châu Úc, châu Á như Hàn Quốc, Ấn Độ, Singapore. Nhật Bản subtype B chiếm ưu thế. Mới đây trung tâm của subtype C được xác định ở Nam Phi như Zambia, Nambia, Nam Phi.
Subtype D chiếm 5% - 40% tại các nước Đông Phi và Trung Phi. 7 Subtype E (nay được hiểu rõ là CRF01_AE) là dạng phổ biến ở Việt Nam và các nước xung quanh tại những người tiêm chích ma túy. Subtype F phổ biến ở Đông Âu, ngoài ra còn có ở nam Mỹ [25].2 Các dạng tái tổ hợp lan truyền (CRF-circulating recombinant forms): Hai subtype HIV-1 riêng biệt, hai loài vi rút sẽ lai ghép với nhau trong một cá thể, tạo tái tổ hợp giữa hai subtype. Nếu một cá thể bị nhiễm bởi hai subtype HIV-1, có điều kiện thuận lợi cho việc kết hợp các nhân tố di truyền sẽ tạo dạng tái tổ hợp lan truyền.
hiện nay có khoảng 20 dạng tái tổ hợp lan truyền (CRF-circulating recombinant forms) [83]. Trong một khu vực địa lý, tỷ lệ xuất hiện vi rút tái tổ hợp phụ thuộc vào một số yếu tố sau: + Mức độ lưu hành của subtype + Khả năng nhiễm subtype của các cá thể trong quần thể, cơ hội lan truyền rộng rãi của các vi rút. + Sự sinh sản của các thể tái tổ hợp.3 Sự tái tổ hợp giữa các nhóm HIV: Một nghiên cứu cho thấy sự nhiễm kép HIV -1 thuộc nhóm M và nhóm O được xác định ở Cameroon trong các bệnh nhân AIDS, nghiên cứu chi tiết về trình tự genom cho ra loại vi rút chứa cả các đoạn gen từ M và O trong bộ gen của chúng. Sự tái nhiễm được xác định là một cá thể sau khi đã nhiễm HIV – 1 bị nhiễm tiếp một chủng vi rút không tương đồng, chủng này có thể thuộc cùng subtype hay khác subtype so với chủng đầu tiên.
Sự nhiễm kép và tái nhiễm được tìm thấy ở một số ít cá thể nhiễm HIV – 1 [90].2 Cấu trúc vi rút HIV-1 Dưới kính hiển vi điện tử HIV là hạt vi rút hoàn chỉnh (virion) hình khối cầu, đường kính 80-100 nm. Cấu trúc gồm 3 lớp, từ ngoài vào trong. Cấu trúc HIV [139] Lớp bao ngoài (envelop) Là một màng lipit kép có kháng nguyên chéo với màng tế bào người. Gắn trên màng này là các gai nhú; đó là các phân tử glycoprotein gồm 2 phần: Glycoprotein màng ngoài (còn gọi là kháng nguyên gp120).
Glycoprotein xuyên màng (còn gọi là kháng nguyên gp41), đầu ngoài của gp 41 gắn liền với kháng nguyên gp120. Cả hai kháng nguyên gp120 và gp41 cùng tham gia vào khâu đầu tiên của quá trình xâm nhập tế bào trong chuỗi biến đổi bệnh lý và tính kháng nguyên luôn biến đổi gây khó khăn cho các cơ chế bảo vệ cơ thể và sản xuất vaccine phòng bệnh. Lớp capsid Gồm 2 lớp protein: lớp ngoài hình cầu, lớp trong hình trụ. Đây là kháng nguyên rất quan trọng để chẩn đoán nhiễm HIV/AIDS vì tính kháng nguyên tương đối ổn định.
Lõi (genome và một số enzyme đặc biệt) Bộ gen của HIV gồm hai phân tử RNA đơn, mỗi sợi có khoảng 9200 cặp base với 2 nhóm gen: là nhóm gen cấu trúc và gen điều hòa. HIV-1 genome [39] HIV-1 genes cấu trúc gồm có 03 gen chính - Gag (group-specific antigen) mã hóa cho polyprotein gag và được enzym protease của virus cắt ra thành protein matrix (p17); protein capsid (p24); potein nucleocapsid SP1 (P7) và protein P6 trong quá trình virus trưởng thành. - Env (Envelop) mã hóa cho glycoprotein (gp160), gp 160 được enzyme protease cắt tạo thành glycoprotein bề mặt (gp120) và glycoprotein gp41 có ái tính với thụ thể CD4. - Pol mã hóa cho các enzyme phiên mã ngược của virus (Reverse Transcriptase - RT), RNase H, integrase (IN), và HIV protease (PR).
Enzyme Protease HIV cắt polyprotein Gag để tạo ra các protein cấu trúc, enzyme RT có chức năng phiên mã RNA thành DNA, và IN có 10 chức năng giúp tích hợp DNA sợi kép của HIV vào bộ gen tế bào vật chủ. Các xét nghiệm kháng thuốc HIV được thực hiện trên gen Pol. HIV-1 genes và U3 (unique 3` region), R (terminal redundancy region) và U5 (unique 5` region) Long Terminal Repeat (LTR), gen env (envelope), gag (group antigen) và pol (polymerase) genes mã hóa cho protein cấu trúc. Các gene điều hòa và phụ như: nef (negative factor gene), tat (transcriptional transactivator), rev (regulator of viral expression), vif (virion infectivity factor), vpr (viral protein R) và vpu (viral protein U) liên quan mật thiết đến chu trình nhân lên của vi rút, gây nhiễm và đột biến.
Sự nhân lên của vi rút a. Vi rút gắn và xâm nhập vào tế bào đích: Phân tử gp120 của vi rút gắn lên thụ thể CD4 (có trên bề mặt tế bào lympho T CD4 và một số tế bào khác) và các đồng thụ thể (CCR5 hoặc CXCR4) của tế bào đích, nhờ đó dẫn đến sự thay đổi cấu hình không gian và làm bộc lộ vị trí tác động của phân tử gp41 tham gia trong quá trình hòa màng giữa vi rút và tế bào đích. Nucleocapside của vi rút sẽ được phóng thích vào trong tế bào chất. Tế bào lympho nhiễm HIV cho thấy có nhiều vi rút trên bề mặt tế bào, vi rút mới hình thành nẩy chồi từ màng tế bào [15] 12 Hình 1.
Sự nhận diện tế bào ký chủ của HIV [14] Quá trình cởi bỏ lớp capside xảy ra đồng thời hoặc ngay sau khi xâm nhập. Quá trình này cần có độ pH axit trong môi trường nội bào. Quá trình sao chép RNA thành DNA tiền vi rút. Sau khi có sự cởi bỏ lớp capside, nhờ có enzym sao chéo ngược, RNA của vi rút được sao chép thành DNA bổ sung sợi đơn và sau đó thành sợi đôi.
DNA sợi đôi của tiền vi rút có thể đi qua màng nhân nhờ enzym integrase, xen vào trong bộ gen của tế bào đích và được gọi là DNA tiền vi rút. Ở giai đoạn này vi rút có thể tồn tại lâu dài trong tế bào đích trong trạng thái “ngủ” và tránh được sự tác động của hệ thống miễn dịch và của các loại thuốc kháng vi rút. Quá trình sao chép và tổng hợp virion mới: Khi tế bào đích được hoạt hóa, DNA tiền vi rút cũng bắt đầu quá trình sao chép và nhân lên. DNA tiền vi rút, nhờ các enzyme của tế bào, sao chép thành các phân tử RNA là chất liệu di truyền của vi rút sẽ di chuyển ra tế bào chất, ở tế bào chất tổng hợp protein sớm là những thành phần enzyme cần thiết cho các giai đoạn nhân lên tiếp theo của vi rút.
Các tiền protein được 13 tổng hợp nhờ những enzyme của vi rút và tế bào, các tiền protein này sẽ được phân cắt thành protein cấu trúc và chức năng. Quá trình đóng gói và giải phóng vi rút ra khỏi tế bào: Bộ gen vi rút mới được tổng hợp và polypeptide capsid lắp ráp với nhau để tạo thành vi rút thế hệ sau. Vi rút trưởng thành qua quá trình nẩy chồi.