TRIM5α——艾滋病治療的潛在靶點(diǎn)

張繼燕，張 冰

(泰安市中醫(yī)二院，山東泰安271200)

艾滋病由人免疫缺陷病毒Ⅰ型(HIV-1)引起，具有嚴(yán)重的傳染性和致死性。雖然HIV-1病毒可以感染包括人類在內(nèi)的許多哺乳類細(xì)胞，但卻不能感染某些靈長(zhǎng)類動(dòng)物，研究認(rèn)為，靈長(zhǎng)類動(dòng)物體內(nèi)的TRIM5α基因抑制了HIV-1感染。TRIM5α是靈長(zhǎng)類動(dòng)物內(nèi)在免疫系統(tǒng)抑制逆轉(zhuǎn)錄病毒感染的一個(gè)組成部分，其作為HIV-1的一種抑制因子，為艾滋病的治療提供了新的方向。

1 TRIM5α的結(jié)構(gòu)

人 TRIM5α(TRIM5αhu)基因與其他 TRIM6、21、22和34位于人的第11p15染色體上［1］。TRIM5α是由RING、1個(gè)或2個(gè)B-box區(qū)域和coil-coil區(qū)域、變化的C末端(RBCC)以及羧基末端3．0區(qū)域組成。恒河猴的TRIM5α(TRIM5αrh)能特異有效地抑制HIV-1感染，是HIV-1感染的細(xì)胞限制因子。

1．1 TRIM5α的RING結(jié)構(gòu)的作用 RING結(jié)構(gòu)區(qū)域是以半胱氨酸的zinc結(jié)構(gòu)連接于TRIM5α的N-末端，此區(qū)域與特異性蛋白之間的相互作用有關(guān)，且具有E3泛素連接酶活性。TRIM5α的RING結(jié)構(gòu)對(duì)獼猴體內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄病毒并不能完全抑制，但對(duì)非洲綠猴的猴免疫缺陷病毒感染抑制起決定性作用［2］。破壞RING結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致TRIM5α在亞細(xì)胞中定位錯(cuò)誤，并使TRIM5α在細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核中的含量降低。

1．2 TRIM5α的B-Box結(jié)構(gòu)的作用 與RING結(jié)構(gòu)相連接的B-Box區(qū)域包括2個(gè)獨(dú)立鏈接zinc序列，即B-Box1和B-Box2，兩者同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，B-Box1優(yōu)先于B-Box2發(fā)揮作用，但只有B-Box2可以獨(dú)立發(fā)揮作用。B-Box2區(qū)域能夠促進(jìn)TRIM5α與逆轉(zhuǎn)錄病毒CA的相互作用，并且對(duì)TRIM1、TRIM18、TRIM20與信號(hào)通道物質(zhì)的連接起重要作用。去除B-Box結(jié)構(gòu)區(qū)域側(cè)鏈的 119、120、121精氨酸將會(huì)抑制TRIM5α聚合酶的折疊［5］。單獨(dú)破壞B-Box結(jié)構(gòu)區(qū)域或與RING結(jié)構(gòu)相連接的B-Box結(jié)構(gòu)區(qū)域，TRIM5α突變體在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)與野生TRIM5α蛋白相同或略高，但會(huì)改變TRIM5α定位模式，逆轉(zhuǎn)錄的抑制作用消失［3，4］。因此，B-Box2是抑制病毒逆轉(zhuǎn)錄所必需的，但此區(qū)域的具體功能仍未完全明確。

1．3 TRIM5α 的Coil-Coil結(jié)構(gòu)的作用 Coil-Coil結(jié)構(gòu)由多個(gè)α螺旋構(gòu)成，蛋白與蛋白之間相互作用形成多聚體［5］。Coil-Coil區(qū)域?qū)Χ嗑垠w的形成和穩(wěn)定、結(jié)合逆轉(zhuǎn)錄病毒CA、抑制逆轉(zhuǎn)錄病毒感染發(fā)揮重要作用。Coil-Coil和B30．2之間的連接區(qū)域?qū)RIM5α的有效聚合是必需的［6］。Coil-Coil親水性殘基的改變對(duì)TRIM5α抗HIV-1活性沒有影響，但刪除或破壞RING結(jié)構(gòu)將會(huì)降低細(xì)胞中有效的TRIM5αrh數(shù)量，繼而影響對(duì)HIV-1感染的抑制作用［7］。

1．4 TRIM5α B30．2/SPRY 區(qū)域的作用 B30．2/SPRY區(qū)域位于由兩個(gè)β折疊構(gòu)成疏水區(qū)域的C-末端，可變換長(zhǎng)度的彎曲部分和包含有非保守殘基位于核心區(qū)域之外。靈長(zhǎng)類動(dòng)物的B30．2區(qū)域有遺傳的特殊長(zhǎng)度和序列變化。對(duì)不同TRIM5α表達(dá)的TRIM蛋白研究表明，B30．2區(qū)域包含 V1、V2、V3 3個(gè)可變區(qū)域［8，9］，B30．2 的可變區(qū)域連接于病毒的表面，病毒表面的任何改變均可影響逆轉(zhuǎn)錄的活性。B30．2是逆轉(zhuǎn)錄病毒特異性識(shí)別區(qū)域，相互作用的結(jié)合位點(diǎn)只有13個(gè)氨基酸，這13個(gè)氨基酸的舒展程度對(duì)逆轉(zhuǎn)錄的抑制起非常重要的作用。將TRIM5αhuV1區(qū)域332位上的精氨酸代替恒河猴TRIM5α 的 B30．2 區(qū)域脯氨酸，此時(shí)與 TRIM5αrh氨基酸一致，大大提高了人TRIM5α對(duì)HIV-1逆轉(zhuǎn)錄的抑制作用［10］。

2 TRIM5α的表達(dá)

人與恒河猴體內(nèi)的TRIM5α能在Hela細(xì)胞中穩(wěn)定表達(dá)，并以半衰期50～60 min迅速轉(zhuǎn)變。研究顯示，干擾素(IFN)可以正調(diào)節(jié)細(xì)胞中TRIM5αmR-NA表達(dá)并誘導(dǎo)TRIM5α啟動(dòng)子活性。病毒被免疫細(xì)胞識(shí)別后，激活干擾素調(diào)節(jié)因子(IRF)-3和IRF-7，從而誘導(dǎo)產(chǎn)生IFN-1。自分泌或旁分泌的IFN-γ與IL-28Ra/IL-10Rβ受體復(fù)合物相互作用后，引起受體酪氨酸激酶(Jak1和Tyk2)活化，使信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子和轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)家族成員 STAT1和STAT2被磷酸化，STAT1與STAT2形成二聚體，其他轉(zhuǎn)錄因子的活性也被激活。JAK-STAT信號(hào)通路是干擾素細(xì)胞系統(tǒng)內(nèi)信號(hào)通路的重要組成部分，STAT1、STAT2與IRF-9一起形成三聚化的轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物干擾素激活因子3，并集中到特定的DNA序列干擾素反應(yīng)元件(ISRE)上，從而誘導(dǎo)多種干擾素基因的表達(dá)。

TRIM5α可以被IFN-1、IFN-2誘導(dǎo)。ISRE序列接近TRIM5α啟動(dòng)子區(qū)域，對(duì)IFN免疫應(yīng)答起重要作用。STAT1的蛋白復(fù)合體連接于TRIM5α啟動(dòng)子的ISRE上［11］。IFN-β對(duì) TRIM5α 的調(diào)節(jié)作用要大于IFN-α。TRIM5α的翻譯受到IFN信號(hào)調(diào)節(jié)的影響。TRIM5α在胞質(zhì)中與 P62連接在一起，P62對(duì)TRIM5α介導(dǎo)的逆轉(zhuǎn)錄病毒抑制起到一定的作用。TRIM5α被認(rèn)為是主要的IFN應(yīng)答基因，其啟動(dòng)子的活性直接被IFN調(diào)節(jié)。當(dāng)TRIM5α在細(xì)胞中過表達(dá)時(shí)，TRIM蛋白將會(huì)自我連接形成大的蛋白聚合體，而且一部分會(huì)形成相同的寡聚體［12］。

3 TRIM5α對(duì)HIV-1的抑制機(jī)理

TRIM5α主要通過直接識(shí)別病毒衣殼蛋白及作用于入侵病毒粒子的衣殼而抑制HIV-1逆轉(zhuǎn)錄過程。目前認(rèn)為，TRIM5α限制HIV-1復(fù)制有兩種機(jī)制:①在HIV-1入侵不久，病毒衣殼即與病毒粒子解離，TRIM5α與剛剛釋放進(jìn)細(xì)胞HIV-1的衣殼結(jié)合，在RING結(jié)構(gòu)區(qū)域的E3泛素連接酶的作用下，通過加速脫殼降解抑制HIV-1復(fù)制;②獼猴細(xì)胞對(duì)HIV-1的感染路徑有抑制作用，其抑制方式包括TRIM5α依賴型抑制和TRIM5α非依賴型抑制兩種，這兩種作用交替互補(bǔ)進(jìn)行，TRIM5α依賴型抑制指對(duì)病毒衣殼蛋白的作用，TRIM5α非依賴型抑制主要依賴于進(jìn)入通道，當(dāng)HIV-1病毒經(jīng)由CD4及獼猴內(nèi)源性復(fù)核受體相互作用進(jìn)入細(xì)胞時(shí)，阻止cDNA進(jìn)入細(xì)胞核，逆轉(zhuǎn)錄受到抑制。

4 CypA調(diào)節(jié)TRIM5α蛋白抑制HIV-1

CypA屬于親環(huán)素家族，是一種高度保守的蛋白質(zhì)，主要存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。CypA的結(jié)合位點(diǎn)是由親水性的亞口袋A和疏水性的亞口袋B組成，該位點(diǎn)能夠與衣殼蛋白N末端中連接螺旋4和5之間的氨基酸環(huán)相結(jié)合，并通過疏水作用及氫鍵來維持CypA與衣殼蛋白的結(jié)合。由于親環(huán)素家族蛋白具有能夠催化體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊和轉(zhuǎn)運(yùn)的肽脯酰胺順反異構(gòu)酶活性，因此認(rèn)為CypA是通過其異構(gòu)酶活性與CA相互作用從而影響病毒蛋白的折疊和組裝，進(jìn)而影響HIV-1的生命周期。

HIV-1CA相結(jié)合的CypA的脯氨酸異構(gòu)可以增強(qiáng)TRIM5α 對(duì)CA 的抑制活性［13，14］。沒有CypA 時(shí)，HIV-1CA的G89-P90片段一般以86%反式、14%順式存在;在CypA存在的情況下，CA能在兩種構(gòu)象間快速異構(gòu)。在OWM細(xì)胞中，TRIM5α優(yōu)先與含有G89-P90的順式結(jié)構(gòu)結(jié)合［15］。在TRIM5α不存在時(shí)CypA可以保持14%的順式結(jié)構(gòu)，然后反式轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖脚cTRIM5α結(jié)合，如果用CypA的配體CsA抑制CypA的活性，OWM細(xì)胞中的TRIM5α將會(huì)與CA分離，有效的順式結(jié)構(gòu)會(huì)減少，抗感染作用降低。

最新實(shí)驗(yàn)表明，HIV-1CA的兩個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)是依賴CypA的TRIM5α抑制的重要區(qū)域。一個(gè)是4th和5th 螺旋，另一個(gè)在6th 和7th 螺旋之間［16～18］，但是一些HIV的變體并不是與CypA相連接，TRIM5α對(duì)HIV-1的抑制活性不會(huì)受到影響。因此，TRIM5α對(duì)HIV-1的抑制活性分為CypA依賴型和CypA非依賴型。

5 基于TRIM5α的基因治療

基因治療是指將目的基因?qū)氚屑?xì)胞中并與宿主基因發(fā)生整合，成為宿主細(xì)胞的傳物質(zhì)，目的基因的表達(dá)產(chǎn)物可以對(duì)疾病產(chǎn)生治療效果。TRIM-21R蛋白是嵌合RING結(jié)構(gòu)的TRIM5αrh蛋白，是從相關(guān)人體TRIM-21蛋白獲得的。TRIM-21R蛋白能夠成功地表達(dá)在SF-21昆蟲細(xì)胞中并可以純化。用離心法分析可以得到兩種不同的TRIM-21R蛋白，一種為單體，一種為二聚體。單體TRIM-21R對(duì)HIV-1 CA-NC具有很高的親和力，從而抑制HIV-1復(fù)制，其活性比野生型TRIM5α稍低。因此，TRIM5α為AIDS基因治療提供了一個(gè)新方向。

TRIM5αhuV1區(qū)域332位上的精氨酸代替 B 30．2區(qū)域脯氨酸，能產(chǎn)生對(duì)HIV-1和SIVmac有很強(qiáng)抑制活性的 TRIM5αhuR332P蛋白。TRIM5αhuV1區(qū)、332位上的精氨酸能夠調(diào)節(jié) CA的結(jié)合和TRIM5α 蛋白的活性［19］。

TRIM5αrh是利用獼猴TRIM5α的13-氨基酸片段來代替TRIM5α的11-氨基酸片段形成的突變蛋白［20］。這種人—獼猴蛋白嵌合體可以在含有CD+34的巨噬細(xì)胞和MAGI-CXCR4細(xì)胞株中表達(dá)，使該細(xì)胞株產(chǎn)生抑制HIV-1逆轉(zhuǎn)錄的能力。CypA能夠結(jié)合HIV-1的 CA，TRIM5αCyp具有抑制 HIV-1的作用。TRIM5αrh在人巨噬細(xì)胞表達(dá)后，細(xì)胞的表型及功能正常，表明TRIM5αrh可以在造血干細(xì)胞中獲得有效抑制HIV-1逆轉(zhuǎn)錄的能力，為人們攻克艾滋病帶來了新希望。

6 結(jié)語(yǔ)

目前可供臨床使用的抗艾滋病藥物數(shù)量較少，且長(zhǎng)期服用易對(duì)身體產(chǎn)生毒性并生成耐藥菌株，因此開發(fā)新型抗HIV-1藥物迫在眉睫。逆轉(zhuǎn)錄病毒抑制因子TRIM5α可以直接識(shí)別病毒衣殼蛋白，加速脫殼降解，抑制HIV-1復(fù)制，作用于病毒的逆轉(zhuǎn)錄過程。TRIM5α基因可以被定向引入造血干細(xì)胞，在巨噬細(xì)胞中表達(dá)，并通過病毒入侵激發(fā)免疫反應(yīng)，研制TRIM5α蛋白類藥物為艾滋病的治療提供了新的方向。

［1］Reymond A，Meroni G，F(xiàn)antozzi A，et al．The tripartite motif family identifies cell compartments［J］．EMBO J，2001，20(9):2140-2151．

［2］Maegawa H，Miyamoto T，Sakuragi J，et al．Contribution of RING domain to retrovirus restriction by TRIM5alpha depends on combination of host and virus［J］．Virology，2010，399(2):212-220．

［3］Diaz-Griffero F，Kar A，Perron M，et al．Sodroski，J．Modulation of retroviral restriction and proteasome inhibitor-resistant turnover by changes in the TRIM5alpha B-box 2 domain［J］．J Virol，2007，81(19):10362-10378．

［4］Li X，Sodroski J．The TRIM5alpha B-box 2 domain promotes cooperative binding to the retroviral capsid by mediating higher-order self-association［J］．JVirol，2008，82(23):11495-11502．

［5］Nisole S，Stoye JP，Sab A．TRIM family proteins:retroviral restriction and antiviral defence［J］．Nat Rev Microbiol，2005，3(10):799-808．

［6］Perez-Caballero D，Hatziioannou T，Yang A，et al．Human tripartite motif 5alpha domains responsible for retrovirus restriction activity and specificity［J］．JVirol，2005，79(14):8969-8978．

［7］ Javanbakht H，Yuan W，Yeung DF，et al．Characterization of TRIM5alpha trimerization and its contribution to human immunodeficiency virus capsid binding［J］．Virology，2006，353(1):234-246．

［8］Stremlau M，Perron M，Welikala S，et al．Species-specific variation in the B30．2(SPRY)domain of TRIM5alpha determines the potency of human immunodeficiency virus restriction［J］．JVirol，2005，79(5):3139-3145．

［9］Ohkura S，Yap MW，Sheldon T，et al．All three variable regions of the TRIM5alpha B30．2 domain can contribute to the specificity of retrovirus restriction［J］．J Virol，2006，80(17):8554-8565．

［10］Li Y，Li X，Stremlau M，et al．Removal of arginine332 allows human TRIM5alpha to bind human immunodeficiency virus capsids and to restrict infection［J］．J Virol，2006，80(14):6738-6744．

［11］Asaoka K，Ikeda K，Hishinuma T，et al．A retrovirus restriction factor TRIM5alpha is transcriptionally regulated by interferons［J］．Biochem Biophys Res Commun，2005，338(4):1950-1956．

［12］Song B，Diaz-Griffero F，Park DH，et al．TRIM5alpha association with cytoplasmic bodies is not required forantiretroviral activity［J］．Virology，2005，343(2):201-211．

［13］Hatziioannou T，Perez-Caballero D，Cowan S，et al．Cyclophilin interactions with incoming human immunodeficiency virus type 1 capsids with opposing effects on infectivity in human cells［J］．J Virol，2005，79(1):176-183．

［14］Kootstra NA，Munk C，Tonnu N，et al．Abrogation of postentry restriction of HIV-1-based lentiviral vector transduction insimian cells［J］．Proc Natl Acad Sci USA，2003，100(3):1298-1303．

［15］Towers GJ．The control of viral infection by tripartite motif proteins and cyclophilin A［J］．Retrovirology，2007，4(4):40．

［16］Lin TY，Emerman M．Determinants of cyclophilin A-dependent TRIM5 alpha restriction against HIV-1［J］．Virology，2008，379(2):335-341．

［17］Owens CM，Song B，Perron MJ，et al．Binding and susceptibility to postentry restriction factors in monkey cells are specified by distinct regions of the human immunodeficiency virus type 1 capsid［J］．JVirol，2004，78(10):5423-5437．

［18］Lin TY，Emerman M．Cyclophilin A interacts with diverse lentiviral capsids［J］．Retrovirology，2006，3(2):70．

［19］Langelier CR，Sandrin V，Eckert DM，et al．Biochemical characterization of a recombinantTRIM5alpha protein that restricts human immunodeficiency virus type 1 replication［J］．J Virol，2008，82(23):11682-11694．

［20］Anderson J，Akkina R．Human immunodeficiency virus type 1 restriction by human-rhesus chimeric tripartite motif 5alpha(TRIM 5alpha)in CD34(+)cell-derived macrophages in vitro and in T cells in vivo in severe combined immunodeficient(SCID-hu)mice transplanted with human fetal tissue［J］．Hum Gene Ther，2008，19(3):217-228．