ВІРУС-ІНДУКОВАНІ ПОРУШЕННЯ КЛІТИННОГО МЕТАБОЛІЗМУ ПРИ ВІЛ-ІНФЕКЦІЇ ТА ВПЛИВ АНТИРЕТРОВІРУСНОЇ ТЕРАПІЇ
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2026.02.327Ключові слова:
вірус імунодефіциту людини, метаболізм, гліколіз, мітохондрії, окисно-відновний дисбаланс, ліпіди, амінокислоти, антиретровірусна терапіяАнотація
У роботі проведено комплексний аналіз сучасних наукових даних щодо механізмів вірус-індукованих порушень клітинного метаболізму при інфекції вірусу імунодефіциту людини (ВІЛ) та впливу антиретровірусної терапії (АРТ) на метаболічні процеси й функціональний стан клітин. Основну увагу приділено змінам енергетичного обміну, метаболізму глюкози, ліпідів і амінокислот, порушенням функціонування мітохондрій, розвитку окисно-відновного дисбалансу та регуляції клітинної відповіді. Мета роботи – оцінити основні механізми вірус-індукованих порушень клітинного метаболізму при ВІЛ-інфекції та з’ясувати особливості впливу АРТ на метаболічні процеси й функціональний стан клітин. Для досягнення мети використано методи системного, порівняльного та критичного аналізу, узагальнення наукових публікацій. Інформаційну базу дослідження сформовано на основі праць, відібраних у міжнародних наукометричних і бібліографічних ресурсах PubMed, Scopus, Web of Science, ScienceDirect та Google Scholar. Встановлено, що ВІЛ-інфекція супроводжується змінами метаболічних шляхів, які беруть участь у забезпеченні енергетичних потреб клітини, синтезі біомолекул і регуляції імунної відповіді. Зокрема, зміни метаболізму глюкози та мітохондріальної функції можуть впливати на продуктивну реплікацію вірусу, підтримання латентного стану та стійкість інфікованих клітин до окисного стресу. Показано взаємозв’язок енергетичного, ліпідного й амінокислотного обміну з клітинними сигнальними шляхами, зокрема mTORC1, які беруть участь у регуляції анаболічних процесів, аутофагії та клітинної активації. Окрему увагу приділено мітохондріальній дисфункції, утворенню активних форм кисню (АФК) та метаболічним змінам, пов’язаним із застосуванням АРТ. Отже, аналіз наукових джерел засвідчує, що метаболічні порушення є важливим компонентом взаємодії ВІЛ із клітинами-господаря, а їхнє вивчення дає змогу поглибити розуміння механізмів вірусної персистенції, порушення імунної функції та потенційних метаболічних наслідків лікування.
Посилання
1. Akbay, B., Shmakova, A., Vassetzky, Y., & Dokudovskaya, S. (2020). Modulation of mTORC1 signaling pathway by HIV-1. Cells, 9(5), 1090. https://doi.org/10.3390/cells9051090
2. Alum, E. U., Uti, D. E., Ugwu, O. P., & Alum, B. N. (2024). Toward a cure – advancing HIV/AIDS treatment modalities beyond antiretroviral therapy: A review. Medicine, 103(27), e38768. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000038768
3. Avdoshina, V., Fields, J. A., Castellano, P., Dedoni, S., Palchik, G., Trejo, M., Adame, A., Rockenstein, E., Eugenin, E., Masliah, E., & Mocchetti, I. (2016). The HIV protein gp120 alters mitochondrial dynamics in neurons. Neurotoxicity Research, 29(4), 583–593. https://doi.org/10.1007/s12640-016-9608-6
4. Bailin, S. S., & Koethe, J. R. (2024). Weight gain and antiretroviral therapy. Infectious Disease Clinics of North America, 38(3), 499–515. https://doi.org/10.1016/j.idc.2024.04.005
5. Cai, J. F., Zhou, J. S., Meng, Z. Y., Wu, Z. Q., Zhao, J. C., Peng, H. X., Liang, X. Y., Chen, J. J., Wang, P. P., & Deng, K. (2024). Ripretinib inhibits HIV-1 transcription through modulation of PI3K-AKT-mTOR. Acta Pharmacologica Sinica, 45(8), 1632–1643. https://doi.org/10.1038/s41401-024-01282-z
6. Capendale, P. E., Helgers, L. C., Ambikan, A. T., Vieira de Sá, R., Wolthers, K. C., Geijtenbeek, T. B. H., Sridhar, A., Neogi, U., & Pajkrt, D. (2026). Microglia cause HIV-induced transcriptional and metabolic changes in human neural organoids. Communications Biology, 9(1), 436. https://doi.org/10.1038/s42003-026-09864-9
7. Clerc, I., Moussa, D. A., Vahlas, Z., Tardito, S., Oburoglu, L., Hope, T. J., Sitbon, M., Dardalhon, V., Mongellaz, C., & Taylor, N. (2019). Entry of glucose- and glutamine-derived carbons into the citric acid cycle supports early steps of HIV-1 infection in CD4 T cells. Nature Metabolism, 1(7), 717–730. https://doi.org/10.1038/s42255-019-0084-1
8. Crater, J. M., Nixon, D. F., & Furler O'Brien, R. L. (2022). HIV-1 replication and latency are balanced by mTOR-driven cell metabolism. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 12, 1068436. https://doi.org/10.3389/fcimb.2022.1068436
9. De Masson d'Autume, V., LeDouce, V., Dutilleul, A., O'Reilly, S., François, N., Formiconi, E., Angieladis, M., Pilosio, L., Bendoumou, M., Leon, A. G., Alalwan, D., Moore, E., McGinty, T., Valle-Casuso, J. C., Macken, A., Rohr, O., Van Lint, C., Sáez-Cirión, A., Cotter, A., Feeney, E., Mallon, P. W. G., & Gautier, V. W. (2026). Metabolic reprogramming of CD4+ T cells by Zaprinast induces HIV-1 latency reversal ex vivo. Retrovirology, 23(1), 10. https://doi.org/10.1186/s12977-026-00680-x
10. Denieva, Z. G., Kuzmin, P. I., Galimzyanov, T. R., Datta, S. A. K., Rein, A., & Batishchev, O. V. (2024). Human immunodeficiency virus type 1 Gag polyprotein modulates membrane physical properties like a surfactant: Potential implications for virus assembly. ACS Infectious Diseases, 10(8), 2870–2885. https://doi.org/10.1021/acsinfecdis.4c00251
11. Fields, J. A., & Ellis, R. J. (2019). HIV in the cART era and the mitochondrial: immune interface in the CNS. International Review of Neurobiology, 145, 29–65. https://doi.org/10.1016/bs.irn.2019.04.003
12. Hegedus, A., Kavanagh Williamson, M., & Huthoff, H. (2014). HIV-1 pathogenicity and virion production are dependent on the metabolic phenotype of activated CD4+ T cells. Retrovirology, 11, 98. https://doi.org/10.1186/s12977-014-0098-4
13. Hulgan, T., & Samuels, D. C. (2021). Mitochondria and human immunodeficiency virus: A troubled relationship enters its fourth decade. Clinical Infectious Diseases, 73(2), e474–e476. https://doi.org/10.1093/cid/ciaa983
14. Ivanov, A. V., Valuev-Elliston, V. T., Ivanova, O. N., Kochetkov, S. N., Starodubova, E. S., Bartosch, B., & Isaguliants, M. G. (2016). Oxidative stress during HIV infection: Mechanisms and consequences. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2016, 8910396. https://doi.org/10.1155/2016/8910396
15. Kalra, D. K., Vorla, M., Michos, E. D., Agarwala, A., Virani, S., Duell, P. B., & Raal, F. J. (2023). Dyslipidemia in human immunodeficiency virus disease: JACC review topic of the week. Journal of the American College of Cardiology, 82(2), 171–181. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2023.04.050
16. Kavanagh Williamson, M., Coombes, N., Juszczak, F., Athanasopoulos, M., Khan, M. B., Eykyn, T. R., Srenathan, U., Taams, L. S., Dias Zeidler, J., Da Poian, A. T., & Huthoff, H. (2018). Upregulation of glucose uptake and hexokinase activity of primary human CD4+ T cells in response to infection with HIV-1. Viruses, 10(3), 114. https://doi.org/10.3390/v10030114
17. Kayode, Y. I., Clemmer, D. C., Owolabi, A. A., AlShaheeb, A. A., McMahon, E. K., Tangiyan, A., Clark, L., Simmons, G. E., Bosque, A., McReynolds, M. R., & Taylor, H. E. (2025). Glucose-fueled histone modifications drive HIV-1 latency reversal at hypoxia. bioRxiv [Preprint]. https://doi.org/10.1101/2025.09.14.676169
18. Kidwell, C. U., Casalini, J. R., Pradeep, S., Scherer, S. D., Greiner, D., Bayik, D., Watson, D. C., Olson, G. S., Lathia, J. D., Johnson, J. S., Rutter, J., Welm, A. L., Zangle, T. A., & Roh-Johnson, M. (2023). Transferred mitochondria accumulate reactive oxygen species, promoting proliferation. eLife, 12, e85494. https://doi.org/10.7554/eLife.85494
19. König, T., & McBride, H. M. (2024). Mitochondrial-derived vesicles in metabolism, disease, and aging. Cell Metabolism, 36(1), 21–35. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2023.11.014
20. Maggi, P., Ricci, E. D., Martinelli, C. V., De Socio, G. V., Squillace, N., Molteni, C., Masiello, A., Orofino, G., Menzaghi, B., Bellagamba, R., Vichi, F., Celesia, B. M., Madeddu, G., Pellicanò, G. F., Carleo, M. A., Cascio, A., Parisini, A., Taramasso, L., Valsecchi, L., Calza, L., & CISAI Study Group. (2023). Lipids and transaminase in antiretroviral-treatment-experienced people living with HIV, switching to a doravirine-based vs. a rilpivirine-based regimen: Data from a real-life setting. Viruses, 15(7), 1612. https://doi.org/10.3390/v15071612
21. Mallon, P. W., Brunet, L., Hsu, R. K., Fusco, J. S., Mounzer, K. C., Prajapati, G., Beyer, A. P., Wohlfeiler, M. B., & Fusco, G. P. (2021). Weight gain before and after switch from TDF to TAF in a U.S. cohort study. Journal of the International AIDS Society, 24(4), e25702. https://doi.org/10.1002/jia2.25702
22. Mbonye, U., & Karn, J. (2017). The molecular basis for human immunodeficiency virus latency. Annual Review of Virology, 4(1), 261–285. https://doi.org/10.1146/annurev-virology-101416-041646
23. Mehraj, V., & Routy, J. P. (2015). Tryptophan catabolism in chronic viral infections: Handling uninvited guests. International Journal of Tryptophan Research, 8, 41–48. https://doi.org/10.4137/IJTR.S26862
24. Menéndez-Arias, L., & Delgado, R. (2022). Update and latest advances in antiretroviral therapy. Trends in Pharmacological Sciences, 43(1), 16–29. https://doi.org/10.1016/j.tips.2021.10.004
25. Moezpoor, M. R., & Stevenson, M. (2024). Help or hinder: Protein host factors that impact HIV-1 replication. Viruses, 16(8), 1281. https://doi.org/10.3390/v16081281
26. Muccilli, S. G., Schwarz, B., Shue, B., Jessop, F., Shannon, J. G., Larson, C. L., Hage, A., Hong, S. H., Bohrnsen, E., Hsu, T., Ashbrook, A. W., Sturdevant, G. L., Robertson, S. J., Guarnieri, J. W., Lack, J., Wallace, D. C., Bosio, C. M., MacDonald, M. R., Rice, C. M., Yewdell, J. W., & Best, S. M. (2025). Mitochondrial hyperactivity and reactive oxygen species drive innate immunity to the yellow fever virus-17D live-attenuated vaccine. PLOS Pathogens, 21(4), e1012561. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1012561
27. Niyomdecha, N., Suptawiwat, O., Boonarkart, C., Jitobaom, K., & Auewarakul, P. (2020). Inhibition of human immunodeficiency virus type 1 by niclosamide through mTORC1 inhibition. Heliyon, 6(6), e04050. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04050
28. Papantoniou, E., Arvanitakis, K., Markakis, K., Papadakos, S. P., Tsachouridou, O., Popovic, D. S., Germanidis, G., Koufakis, T., & Kotsa, K. (2024). Pathophysiology and clinical management of dyslipidemia in people living with HIV: Sailing through rough seas. Life, 14(4), Article 449. https://doi.org/10.3390/life14040449
29. Qi, Q., Hua, S., Clish, C. B., Scott, J. M., Hanna, D. B., Wang, T., Haberlen, S. A., Shah, S. J., Glesby, M. J., Lazar, J. M., Burk, R. D., Hodis, H. N., Landay, A. L., Post, W. S., Anastos, K., & Kaplan, R. C. (2018). Plasma tryptophan-kynurenine metabolites are altered in human immunodeficiency virus infection and associated with progression of carotid artery atherosclerosis. Clinical Infectious Diseases, 67(2), 235–242. https://doi.org/10.1093/cid/ciy053
30. Rawat, P., Teodorof-Diedrich, C., & Spector, S. A. (2019). Human immunodeficiency virus type-1 single-stranded RNA activates the NLRP3 inflammasome and impairs autophagic clearance of damaged mitochondria in human microglia. Glia, 67(5), 802–824. https://doi.org/10.1002/glia.23568
31. Roca-Bayerri, C., Robertson, F., Pyle, A., Hudson, G., & Payne, B. A. I. (2021). Mitochondrial DNA damage and brain aging in human immunodeficiency virus. Clinical Infectious Diseases, 73(2), e466–e473. https://doi.org/10.1093/cid/ciaa984
32. Rozzi, S. J., Avdoshina, V., Fields, J. A., Trejo, M., Ton, H. T., Ahern, G. P., & Mocchetti, I. (2017). Human immunodeficiency virus promotes mitochondrial toxicity. Neurotoxicity Research, 32(4), 723–733. https://doi.org/10.1007/s12640-017-9776-z
33. Sax, P. E., Erlandson, K. M., Lake, J. E., McComsey, G. A., Orkin, C., Esser, S., Brown, T. T., Rockstroh, J. K., Wei, X., Carter, C. C., Zhong, L., Brainard, D. M., Melbourne, K., Das, M., Stellbrink, H. J., Post, F. A., Waters, L., & Koethe, J. R. (2020). Weight gain following initiation of antiretroviral therapy: Risk factors in randomized comparative clinical trials. Clinical Infectious Diseases, 71(6), 1379–1389. https://doi.org/10.1093/cid/ciz999
34. Sen, S., Kaminiski, R., Deshmane, S., Langford, D., Khalili, K., Amini, S., & Datta, P. K. (2015). Role of hexokinase-1 in the survival of HIV-1-infected macrophages. Cell Cycle, 14(7), 980–989. https://doi.org/10.1080/15384101.2015.1006971
35. Shytaj, I. L., Procopio, F. A., Tarek, M., Carlon-Andres, I., Tang, H. Y., Goldman, A. R., Munshi, M., Kumar Pal, V., Forcato, M., Sreeram, S., Leskov, K., Ye, F., Lucic, B., Cruz, N., Ndhlovu, L. C., Bicciato, S., Padilla-Parra, S., Diaz, R. S., Singh, A., Lusic, M., Karn, J., Alvarez-Carbonell, D., & Savarino, A. (2021). Glycolysis downregulation is a hallmark of HIV-1 latency and sensitizes infected cells to oxidative stress. EMBO Molecular Medicine, 13(8), e13901. https://doi.org/10.15252/emmm.202013901
36. Siripurapu, R., & Ota, Y. (2023). Human immunodeficiency virus: Opportunistic infections and beyond. Neuroimaging Clinics of North America, 33(1), 147–165. https://doi.org/10.1016/j.nic.2022.07.014
37. Tebas, P., Sension, M., Arribas, J., Duiculescu, D., Florence, E., Hung, C. C., Wilkin, T., Vanveggel, S., Stevens, M., Deckx, H., & ECHO and THRIVE Study Groups. (2014). Lipid levels and changes in body fat distribution in treatment-naive, HIV-1-infected adults treated with rilpivirine or efavirenz for 96 weeks in the ECHO and THRIVE trials. Clinical Infectious Diseases, 59(3), 425–434. https://doi.org/10.1093/cid/ciu234
38. Teodorof-Diedrich, C., & Spector, S. A. (2018). Human immunodeficiency virus type 1 gp120 and tat induce mitochondrial fragmentation and incomplete mitophagy in human neurons. Journal of Virology, 92(22), e00993-18. https://doi.org/10.1128/JVI.00993-18
39. Thangaraj, A., Periyasamy, P., Liao, K., Bendi, V. S., Callen, S., Pendyala, G., & Buch, S. (2018). HIV-1 TAT-mediated microglial activation: Role of mitochondrial dysfunction and defective mitophagy. Autophagy, 14(9), 1596–1619. https://doi.org/10.1080/15548627.2018.1476810
40. Tran, N., Oh, Y., Sutherland, M., Cui, Q., & Hong, M. (2022). Cholesterol-mediated clustering of the HIV fusion protein gp41 in lipid bilayers. Journal of Molecular Biology, 434(2), 167345. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2021.167345
41. Wik, J. A., & Skålhegg, B. S. (2022). T cell metabolism in infection. Frontiers in Immunology, 13, 840610. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.840610
42. Yao, W., Strebel, K., Yamaoka, S., & Yoshida, T. (2022). Simian immunodeficiency virus SIVgsn-99CM71 Vpu employs different amino acids to antagonize human and greater spot-nosed monkey BST-2. Journal of Virology, 96(4), e01527-21. https://doi.org/10.1128/JVI.01527-21
43. Yu, X., Zhou, J., Lei, J., Ge, H., Zhang, Z., Fu, Y., Han, X., Hu, Q., Ding, H., Geng, W., Shang, H., & Jiang, Y. (2025). Impaired natural killer cell migration in HIV-infected individuals is caused by TIGIT-mediated inhibition of HIF-1alpha-dependent glycolysis. Cell Death & Disease, 16(1), 805. https://doi.org/10.1038/s41419-025-08039-4
44. Zhong, P., Liu, C. H., Chen, Y. T., & Yu, T. Y. (2020). The study of HIV-1 Vpr-membrane and Vpr-hVDAC-1 interactions by graphene field-effect transistor biosensors. ACS Applied Bio Materials, 3(9), 6351–6357. https://doi.org/10.1021/acsabm.0c00783
45. Тsoneva, E., & Yordanov, A. (2025). HPV oncoproteins and mitochondrial reprogramming: The central role of ROMO1 in oxidative stress and metabolic shifts. Cells, 14(20), 1629. https://doi.org/10.3390/cells14201629
