半乳糖凝集素(Galectin)與HIV相關(guān)性研究進(jìn)展

傅春燕，薛 婧，魏 強(qiáng)

(北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所，衛(wèi)生部人類疾病比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家中醫(yī)藥管理局人類疾病動(dòng)物模型三級(jí)實(shí)驗(yàn)室，北京 100021)

1 引言

半乳糖凝集素(galectin)是凝集素超級(jí)家族中的一員，廣泛分布于線蟲、海綿到哺乳等各種動(dòng)物體內(nèi)。其成員眾多，自1975年報(bào)道第一個(gè)哺乳動(dòng)物galectin以來，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)15個(gè)成員，其在結(jié)構(gòu)上均具有保守的糖識(shí)別結(jié)構(gòu)域(carbohydrate-recognition domain，CRD)，對(duì) β-半乳糖具有特殊的親和力，通過識(shí)別宿主表面的糖蛋白發(fā)揮作用［1］。根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)的不同可將galectin劃分為三類:原型、嵌合型、串聯(lián)重復(fù)型。原型:含有單一的糖類識(shí)別結(jié)構(gòu)域 CRD，包括 galectin-1、2、5、7、10、13、14、15;嵌合型:包含一個(gè)糖類識(shí)別結(jié)構(gòu)域CRD和一個(gè)膠原蛋白樣重復(fù)結(jié)構(gòu)域，galectin-3是其唯一成員;串聯(lián)重復(fù)型:兩個(gè) CRD 串聯(lián)融合，包括 galectin 4、6、8、9、12［2］。Galectin廣泛表達(dá)在各種組織細(xì)胞中，包括肌肉、心臟、胎盤、骨髓、肝臟;上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突細(xì)胞、T細(xì)胞、B細(xì)胞等。其在細(xì)胞黏附、細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)、腫瘤轉(zhuǎn)移等許多生理和病理過程中發(fā)揮重要的作用［3－6］。近年來，研究發(fā)現(xiàn)galectin與HIV之間存在著一定的關(guān)系，主要表現(xiàn)在:其中的一些成員能夠促進(jìn)HIV感染，一些成員能夠使HIV感染的細(xì)胞發(fā)生凋亡。

人類免疫缺陷病毒 (human immunodeficiency virus，HIV)于 1983 年首次在美國發(fā)現(xiàn)［7］。它是一種感染人類免疫細(xì)胞的慢病毒(Lentivirus)，屬反轉(zhuǎn)錄病毒的一種。該病毒破壞人體的免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致免疫系統(tǒng)失去抵抗力，進(jìn)而導(dǎo)致各種疾病及癌癥得以在人體內(nèi)生存，發(fā)展到最后導(dǎo)致獲得性免疫缺陷綜合癥(AIDS)。雖然，雞尾酒療法的發(fā)明與廣泛應(yīng)用延緩了大多數(shù)感染者的發(fā)病時(shí)間，使感染者體內(nèi)的病毒數(shù)可以降低至無法驗(yàn)出的狀況，使死亡率大幅下降，但是該方法并未使艾滋病患者得到徹底根治［8］，艾滋病仍是全球人類健康的重大威脅，據(jù)報(bào)道，截至2011年6月底世界上約有6 400萬人感染艾滋病毒，而2 500萬人死亡，每天平均有7 000宗新病例［9］。

鑒于半乳糖凝集素(主要是galectin-1、galectin-3和galectin-9)與HIV-1感染及HIV-1感染細(xì)胞凋亡的關(guān)系，學(xué)者們相信深入該領(lǐng)域的研究將有助于艾滋病發(fā)病機(jī)制的了解，并利于艾滋病治療新藥的研發(fā)。本文就半乳糖凝集素與HIV-1感染及HIV-1感染細(xì)胞凋亡關(guān)系的研究進(jìn)展作簡(jiǎn)要綜述。

2 Galectin對(duì)HIV-1感染性的調(diào)節(jié)

早期研究表明，HIV優(yōu)先感染活化的CD4+T淋巴細(xì)胞，艾滋病毒進(jìn)入CD4+T淋巴細(xì)胞首先是通過病毒與細(xì)胞膜的融合來完成的［10］。該融合過程涉及到病毒表面膜蛋白(gp120和gp41)與細(xì)胞表面受體蛋白(CD4和CCR5等)之間的相互作用。HIV-1病毒包膜蛋白gp120和gp41在病毒感染中起著重要的作用。在病毒進(jìn)入細(xì)胞的過程中，gp120先和CD4分子結(jié)合，發(fā)生構(gòu)象改變，進(jìn)而導(dǎo)致gp41構(gòu)象的變化，使病毒包膜和細(xì)胞膜融合而感染細(xì)胞［11］。

2.1 Galectin-1對(duì)HIV-1感染性的調(diào)節(jié)

HIV附著到靶細(xì)胞表面是通過病毒表面的env蛋白和細(xì)胞表面的受體CD4相互作用后侵入細(xì)胞。物理性的接觸使得env蛋白的構(gòu)象發(fā)生變化，導(dǎo)致病毒與細(xì)胞膜融合，進(jìn)而完成病毒的復(fù)制周期。因此env-CD4相互作用在膜融合階段是非常重要的。但是，即使env在感染早期與CD4具有一定的親和性，但在體內(nèi)，由于機(jī)體免疫系統(tǒng)等障礙的存在，總體來說env蛋白與CD4分子的親和性并沒有那么高，有實(shí)驗(yàn)證明可以在37°C達(dá)到動(dòng)力學(xué)平衡，因此病毒有效的建立感染是有一定的難度。而研究表明，galectin不僅能夠介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間的相互作用，也能夠介導(dǎo)細(xì)胞與病原體之間的相互作用，Christian St-Pierre等在單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞中的研究表明低濃度的galectin-1能夠增加HIV的感染性。其主要機(jī)制是:galectin-1作為一中間體，既能與病毒包膜蛋白gp120結(jié)合，又能與靶細(xì)胞表面的CD4分子結(jié)合，它通過β-半乳糖苷方式結(jié)合到env糖蛋白gp120表面的N-糖基化位點(diǎn)，又可以優(yōu)先結(jié)合到CD4糖蛋白表面。HIV-1利用galectin-1增加gp120-CD4相互作用，穩(wěn)定的粘附到靶細(xì)胞表面，增加了感染效率。

2.2 Galectin-9對(duì)HIV-1感染性的調(diào)節(jié)

2.2.1 Galectin-9與T細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白3(T cellimmunoglobulin and mucin domain-containing molecule 3，Tim-3)的相互作用:在免疫系統(tǒng)中，galectin-9起著多種多樣的作用，例如:調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)的分化和功能、樹突細(xì)胞的成熟、抗病毒免疫都與 galectin-9 有一定的關(guān)系［12－17］。Galectin-9主要有兩個(gè)受體:T細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白3(T cell immunoglobulin and mucin domain-containing molecule 3，Tim-3)和細(xì)胞表面二硫鍵異構(gòu)酶(protein disulfide isomerase，PDI)。大部分galectin-9在T細(xì)胞上的功能是通過與Tim-3的結(jié)合而起作用的。T細(xì)胞免疫球蛋白粘蛋白分子3(Tim-3)是一種Ⅰ型膜表面蛋白分子，屬于新近發(fā)現(xiàn)的T細(xì)胞免疫球蛋白粘蛋白分子家族的一員。Tim-3分子只選擇性表達(dá)在分化的Th1細(xì)胞而不是Th2細(xì)胞上，可以作為新的區(qū)分Th1和Th2細(xì)胞的表面標(biāo)志。研究顯示，Tim-3還表達(dá)于多種細(xì)胞組織，包括CD8+T細(xì)胞、Th17細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、上皮細(xì)胞等。Tim-3分子通過與CD4+CD25+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和抗原提呈細(xì)胞上表達(dá)的Tim-3配體相互作用，抑制Th1免疫應(yīng)答，在自身和異體免疫性疾病以及免疫耐受中起著重要作用。最近研究表明，galectin-9通過與Tim-3的相互作用，能夠顯著的降低活化的CD4+T淋巴細(xì)胞上的 CCR5，CXCR4 和 α4β7 的表達(dá)量［18］。因此，galectin-9通過這種途徑降低HIV對(duì)CD4+T淋巴細(xì)胞的感染。并且，galectin-9還能夠限制病毒在已感染的CD4+T淋巴細(xì)胞中的復(fù)制。

2.2.2 Galectin-9與二硫鍵異構(gòu)酶(protein disulfide isomerase，PDI)相互作用促進(jìn)HIV感染:二硫鍵異構(gòu)酶家族是一類在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中起作用的巰基-二硫鍵氧化還原酶，是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留蛋白，為多功能蛋白質(zhì)，它們通常含CXXC(Cys-Xaa-Xaa-Cys，CXXC)活性位點(diǎn)，活性位點(diǎn)的兩個(gè)半胱氨酸殘基可催化底物二硫鍵的形成、異構(gòu)及還原。所有PDI家族成員包含至少一個(gè)約100個(gè)氨基酸殘基的硫氧還蛋白同源結(jié)構(gòu)域。PDI家族的主要職能是催化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中新生肽鏈的氧化折疊，另外在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的蛋白質(zhì)降解途徑(ERAD)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、鈣穩(wěn)態(tài)、抗原提呈及病毒入侵等方面也起重要作用。研究表明PDI通過改變病毒融合蛋白的構(gòu)象及細(xì)胞表面的受體，使病毒更易于進(jìn)入靶細(xì)胞。最近研究顯示，PDI是galectin-9在活化的T淋巴細(xì)胞表面的受體，并且能夠和HIV包膜蛋白gp120、靶細(xì)胞表面CD4分子、輔助受體CXCR4形成復(fù)合物［19］，這表明了 galectin-9通過與PDI的相互作用能夠促進(jìn)HIV感染。

3 Galectin對(duì)HIV-1感染細(xì)胞凋亡的影響

細(xì)胞凋亡(apoptosis)，又稱程序性細(xì)胞死亡(PCD)，是一種精確調(diào)節(jié)的細(xì)胞死亡過程，是目前生物界最熱門的研究領(lǐng)域之一。細(xì)胞凋亡之所以引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注，在于它在保證許多生物的健康生存上起到了十分關(guān)鍵的作用。細(xì)胞凋亡是免疫應(yīng)答和免疫調(diào)節(jié)的重要形式之一，也是免疫學(xué)的一個(gè)重要研究課題。1972年，Kerr首先提出細(xì)胞凋亡是不同于壞死的一個(gè)主動(dòng)的自我破壞過程。1980年，Wyllie等在糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)胸腺T細(xì)胞死亡的過程中，觀察到一系列形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)的變化，與常規(guī)壞死不同，認(rèn)為這是細(xì)胞內(nèi)基因調(diào)控發(fā)生的有序的死亡過程，并提出了細(xì)胞程序性死亡(PC)的概念。對(duì)免疫學(xué)來說，細(xì)胞凋亡有特殊的意義。免疫系統(tǒng)識(shí)別外來異物和自身組織的形成，必須依靠對(duì)自身起反應(yīng)的淋巴細(xì)胞的刪除，而這種刪除主要是通過細(xì)胞凋亡來完成的。淋巴細(xì)胞對(duì)靶細(xì)胞的殺傷過程部分也是通過靶細(xì)胞凋亡實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞凋亡如果出現(xiàn)紊亂，機(jī)體可能出現(xiàn)嚴(yán)重的病理狀態(tài)，如腫瘤、白血病、自身免疫性疾病(類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、強(qiáng)直性脊柱炎等)、免疫缺陷等。

研究表明，galectin通過糖依賴的形式，特異地結(jié)合糖蛋白以正向或反向調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。例如:細(xì)胞外的galectin-1能夠直接誘導(dǎo)T細(xì)胞和胸腺細(xì)胞的凋亡;細(xì)胞內(nèi)的galectin-3則能夠阻止T細(xì)胞的凋亡;細(xì)胞內(nèi)的galectin-7也有誘導(dǎo)凋亡的功能，如誘導(dǎo)上皮細(xì)胞凋亡［19］。Galectin-1和 galectin-3是目前galectin家族中研究最多的成員，因?yàn)樗麄儽磉_(dá)最廣泛。雖然研究顯示galectin-1和galectin-3都能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，但是它們是通過不同的途徑誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡。它們識(shí)別不同的T細(xì)胞表面糖蛋白受體，galectin-1 的主要受體為 CD7、CD45、CD43，而galectin-3 的主要受體為 CD45、CD71［20］。

最近研究發(fā)現(xiàn)，HIV-1感染的T細(xì)胞表面糖蛋白的糖基化發(fā)生改變，比如唾液酸化的減少、核心2-O聚糖的增加。Galectin-1能識(shí)別這種糖基化的改變，從而誘導(dǎo)活化的T淋巴細(xì)胞的凋亡。目前，galectin-1誘導(dǎo)T細(xì)胞的凋亡的機(jī)制仍存在著爭(zhēng)議，有人認(rèn)為galectin-1誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡是通過Fas/caspase-8信號(hào)通過完成的［21］，然而另一些研究者卻不同意這個(gè)觀點(diǎn)。但可以確定的是，galectin-1誘導(dǎo)T細(xì)胞的凋亡與細(xì)胞表面糖蛋白的糖基化改變相關(guān)，因?yàn)檠芯空甙l(fā)現(xiàn)，一旦細(xì)胞表面糖蛋白的唾液酸化增加，galectin-1誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡會(huì)被抑制，而細(xì)胞表面糖蛋白的唾液酸化減弱，galectin-1誘導(dǎo)的凋亡效應(yīng)則增強(qiáng)。另外，核心2 O-聚糖能夠?yàn)榫廴樘前诽峁┭由煳稽c(diǎn)，這是galectin-1誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡所需要的［22］。

4 小結(jié)

Galectin作為免疫調(diào)節(jié)劑，在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著多種多樣的作用。Galectin與HIV感染及HIV感染的細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。迄今為止，研究主要集中于T細(xì)胞，對(duì)相應(yīng)的機(jī)制也有不同的了解。HIV也感染其它免疫細(xì)胞，galectin、HIV感染與其它免疫細(xì)胞的關(guān)系及相應(yīng)的機(jī)制也值得深入研究。另外，在深入研究的基礎(chǔ)上，有可能為研發(fā)出基于galectin的抗AIDS新藥提供新的線索。

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