泛素—蛋白酶體途徑在病毒感染中的作用研究進(jìn)展

王廣新　王慧

[摘要] 泛素-蛋白酶體途徑是真核生物中非溶酶體蛋白降解的主要系統(tǒng)，主要包括泛素，26S蛋白酶體和酶系統(tǒng)E1、E2、E3。泛素-蛋白酶體參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程、抗原遞呈、轉(zhuǎn)錄和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多種細(xì)胞生理過程。研究發(fā)現(xiàn)，病毒可以利用泛素系統(tǒng)調(diào)控病毒的基因轉(zhuǎn)錄、抑制細(xì)胞凋亡、降解抗病毒蛋白、促使病毒出芽和釋放等逃避宿主的免疫監(jiān)視。深入理解泛素-蛋白酶體在病毒感染中的作用可以為抗病毒治療提供新思路。

[關(guān)鍵詞] 泛素-蛋白酶體途徑；病毒；感染

[中圖分類號(hào)] R373 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號(hào)] 1674-4721（2014）02（c）-0191-03

人體組織細(xì)胞中存在多種蛋白降解途徑，目前研究最多的是溶酶體降解途徑和泛素-蛋白酶體降解途徑，溶酶體降解途徑無需能量，主要降解細(xì)胞外和細(xì)胞膜蛋白質(zhì)；泛素-蛋白酶體降解途徑是一種耗能的高效、特異的蛋白質(zhì)降解過程，控制細(xì)胞內(nèi)大多數(shù)蛋白質(zhì)特別是膜蛋白的降解。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)主要由泛素、泛素啟動(dòng)酶包括泛素激活酶（ubiquitin-activating enzyme）E1、泛素載體蛋白（ubiquitin-carrier protein）E2和泛素連接酶（ubiquitin ligase）E3、26 S蛋白酶體和去泛素化酶組成[1-2]。泛素蛋白酶體系統(tǒng)在高等真核生物細(xì)胞中的功能主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面降解細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)；另一方面是非降解作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)不同蛋白的定位和活性。泛素-蛋白酶體途徑（ubiquitin-proteasome pathway，UPP）調(diào)控高等真核生物細(xì)胞內(nèi)幾乎所有的生命活動(dòng)，包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡，DNA復(fù)制和修復(fù)、轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)質(zhì)量控制等，并參與病原體的入侵、致病和人類機(jī)體的免疫應(yīng)答等過程。另外，泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解還參與環(huán)境有害物質(zhì)的致病過程以及機(jī)體的解毒機(jī)制[3]。

泛素是一個(gè)廣泛分布在真核細(xì)胞中的小分子球狀蛋白質(zhì)，其序列高度保守。細(xì)胞內(nèi)需降解的靶蛋白在ATP的作用下被一系列酶催化，其Lys側(cè)鏈連接到泛素分子的C-末端Gly側(cè)鏈，而后其他泛素分子以Gly連接到泛素分子的Lys側(cè)鏈上而形成多泛素化鏈，這個(gè)過程稱為泛素化。泛素化是由泛素激活酶E1、泛素載體蛋白E2和泛素連接酶E3等介導(dǎo)的多酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)，在此過程中E3的作用尤為關(guān)鍵，它決定了底物泛素化的時(shí)間性和特異性[4-5]。泛素化蛋白被轉(zhuǎn)運(yùn)到蛋白酶體中被完全降解，蛋白酶體是一種具有多個(gè)亞單位組成的蛋白酶體復(fù)合體，蛋白酶體沉降系數(shù)為26 S，故又稱26 S蛋白酶體[6]，這個(gè)體系稱為泛素-蛋白酶體系統(tǒng)或 UPP[7]。研究發(fā)現(xiàn)，許多病毒可以利用UPP通過促使病毒出芽、調(diào)控病毒轉(zhuǎn)錄、下調(diào)細(xì)胞表面免疫分子、降解抗病毒蛋白、抑制細(xì)胞凋亡等方式在宿主內(nèi)生存、增殖，現(xiàn)就這五種方面綜述如下。

1 促使病毒出芽、釋放

泛素及泛素連接酶在病毒的出芽及釋放過程中有重要作用，泛素與病毒結(jié)構(gòu)蛋白的具體鏈接形式不是很清楚，但是很多病毒結(jié)構(gòu)蛋白的出芽及釋放需要泛素連接酶的作用。HBV核心蛋白包括兩個(gè)賴氨酸殘基（K7和K96），將K96上的氨基酸殘基突變?yōu)楸彼嶙柚笻BV與泛素結(jié)合，可以抑制病毒的出芽并且泛素連接酶的過表達(dá)明顯促進(jìn)HBV的出芽[8]。Chung等[9]研究發(fā)現(xiàn)，人類免疫缺陷病毒1型（HIV-1）感染宿主細(xì)胞釋放病毒顆粒主要由HIV-1 Gag蛋白C端與腫瘤易感基因101蛋白或宿主蛋白ALG-2相互作用蛋白X結(jié)合來介導(dǎo)完成，HECT類泛素連接酶NEDD4L的過表達(dá)可以激活與缺少TSG101和ALIX結(jié)合的L結(jié)構(gòu)域的HIV-1子代釋放，且去除內(nèi)源的NEDD4L能抑制這些缺陷病毒出芽，提示病毒出芽的激活依賴于NEDD4L的泛素蛋白酶體活性。Wang等[10]將蛋白酶體抑制劑MG132加入到感染HBV的細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過6 d MG132的處理，蛋白酶體活性較正常對(duì)照組降低，并且乙肝病毒表面抗原、核心抗原及HBV-DNA的水平較對(duì)照組明顯降低，提示蛋白酶體抑制劑通過阻斷UPP能有效地抑制乙肝病毒的復(fù)制。Bandi等[11]向感染HBV病毒的小鼠注射目前已用于臨床的蛋白酶抑制劑硼替佐米，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用硼替佐米6 d后病毒復(fù)制減少，同時(shí)病毒RNA和蛋白表達(dá)量明顯降低，提示蛋白酶抑制劑在體內(nèi)的應(yīng)用可以明顯抑制病毒的復(fù)制。

2 調(diào)控病毒轉(zhuǎn)錄

HIV-1反式激活因子Tat蛋白的泛素化能將19 S復(fù)合物引向HIV-1啟動(dòng)子，進(jìn)而調(diào)控病毒轉(zhuǎn)錄[12]。王曉菊等[13]通過檢測HBV感染者外周血淋巴細(xì)胞泛素mRNA的表達(dá)與正常組對(duì)照發(fā)現(xiàn)，慢性HBV感染并有炎癥活動(dòng)者均存在外周血淋巴細(xì)胞泛素mRNA表達(dá)水平低，病情越重，表達(dá)水平越低，提示外周血淋巴細(xì)胞泛素mRNA的低表達(dá)與HBV感染有關(guān)。Bhuvanakantham等[14]發(fā)現(xiàn)蟲媒病毒如西尼羅病毒可通過泛素化降解等方式逃逸人Sec3蛋白的抗病毒作用。Robek等[15]發(fā)現(xiàn)，干擾素抑制HBV復(fù)制的過程是通過泛素-蛋白酶體降解病毒或者細(xì)胞的相關(guān)蛋白實(shí)現(xiàn)的。

3 下調(diào)細(xì)胞表面免疫分子

細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞（CTL）識(shí)別與組織相容性復(fù)合物（MHC）Ⅰ類分子連接的病毒蛋白內(nèi)多肽表位，目前認(rèn)為MHC由泛素-蛋白酶體降解途徑介導(dǎo)[16]。人巨細(xì)胞病毒編碼的US2和US11糖蛋白泛素化后，可促使新生成的MHC重鏈從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)易位到胞質(zhì)，被蛋白酶體降解，清除MHC分子使病毒抗原決定簇不能提呈而逃避免疫監(jiān)測[17]?？úㄎ魅饬鱿嚓P(guān)皰疹病毒通過泛素連接酶K5使宿主細(xì)胞分泌編碼的C-型凝集素DC-SIGN及密切相關(guān)的DC-SIGNR下調(diào)[18]。病毒編碼的類似泛素連接酶E3可以促進(jìn)宿主細(xì)胞表面MHC分子降解，如人皰疹病毒8型編碼的K3和K5蛋白可作為泛素連接酶E3促進(jìn)宿主細(xì)胞表面的MHCⅠ類分子泛素化[19]。病毒可以通過不同方式利用泛素系統(tǒng)抑制MHC的呈遞作用進(jìn)而逃避免疫檢測。

4 降解抗病毒蛋白

載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽樣蛋白3G（APOBEC3G）是機(jī)體固有的抗病毒因子，HIV-1的病毒感染因子（Vif）的氨基端能與APOBEC3G氨基端結(jié)合，Vif招募形成泛素連接酶E3復(fù)合體并介導(dǎo)APOBEC3G多聚泛素化，隨后APOBEC3G經(jīng)26 S蛋白酶體途徑降解，從而拮抗其抗HIV-1的活性[20]。Nathans等[21]通過RNA干擾技術(shù)抑制Vif，在Vif形成泛素連接酶E3復(fù)合體在蛋白酶體降解APOBEC3G之前，使Vif泛素化被26 S蛋白酶體降解，同時(shí)使更多的APOBEC3G摻入到病毒顆粒中，發(fā)現(xiàn)可以明顯降低病毒的感染力，也證實(shí)Vif經(jīng)UPP介導(dǎo)APOBEC3G降解在HIV病毒感染過程中起重要作用。

5 抑制細(xì)胞凋亡

p53是病毒拮抗細(xì)胞凋亡過程中的重要靶基因。人乳頭瘤病毒E6蛋白與細(xì)胞泛素連接酶E6相關(guān)蛋白作用形成復(fù)合物，使p53多泛素化及溶酶體降解，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡[22-23]。Wang等[24]通過檢測豬流感病毒感染的細(xì)胞p53分子mRNA水平，病毒感染沒有使p53轉(zhuǎn)錄水平升高，但是p53穩(wěn)定性較對(duì)照組明顯上升，提示病毒通過提高p53穩(wěn)定性來抑制細(xì)胞凋亡；加用蛋白酶抑制劑MG132處理病毒感染的細(xì)胞并且檢測泛素化p53，發(fā)現(xiàn)病毒感染組p53泛素化水平較對(duì)照組明顯減少，提示病毒是通過減少p53泛素化水平，抑制p53的通過泛素-蛋白酶體降解來抑制細(xì)胞凋亡的。此外，腺病毒及卡波西肉瘤病毒也可以通過降解p53，抑制細(xì)胞凋亡[25-26]。

6 總結(jié)

目前抗病毒的藥物主要針對(duì)病毒酶（包括蛋白酶和逆轉(zhuǎn)錄酶）和病毒連接物。雖然抗逆轉(zhuǎn)錄病毒的療效顯著，但是抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物最大的缺點(diǎn)是使病毒出現(xiàn)高突變率，尤其是逆轉(zhuǎn)錄藥物僅僅抑制病毒復(fù)制，病毒可以以低水平在感染的細(xì)胞內(nèi)潛伏。許多病毒可以利用UPP而促使病毒出芽、調(diào)控病毒轉(zhuǎn)錄、下調(diào)細(xì)胞表面免疫分子、降解抗病毒蛋白、抑制細(xì)胞凋亡等方式在宿主內(nèi)生存、增殖，因此，從UPP角度探討抗病毒治療藥物，為降低病毒突變率提供了新思路。

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（收稿日期：2014-01-10 本文編輯：許俊琴）