宿主抗病毒因子與HIV—1的相互作用

人類(lèi)免疫缺陷病毒1（HIV-1）的感染會(huì)引發(fā)艾滋病。HIV-1是一種逆轉(zhuǎn)錄病毒，由于其具有侵染不分裂細(xì)胞的能力，在逆轉(zhuǎn)錄病毒的分類(lèi)上屬于慢病毒家族。病毒顆粒的最外層是來(lái)自宿主細(xì)胞的細(xì)胞膜，上面含有病毒自身編碼的膜蛋白。病毒顆粒內(nèi)部由一層病毒衣殼蛋白（CA）包裹著一對(duì)基因組RNA（gRNA）。gRNA長(zhǎng)約9.1kb，在病毒編碼的逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，逆轉(zhuǎn)錄為基因組DNA。病毒DNA病毒編碼的整合酶的作用下，整合進(jìn)宿主細(xì)胞的染色質(zhì)DNA中，利用宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子完成病毒mRNA的轉(zhuǎn)錄。病毒的mRNA經(jīng)過(guò)可變剪切的機(jī)制，產(chǎn)生多種病毒蛋白。通過(guò)單剪切產(chǎn)生的病毒mRNA，可以翻譯出病毒膜蛋白，在細(xì)胞膜上分布。由全長(zhǎng)mRNA（gRNA）翻譯出的結(jié)構(gòu)蛋白Gag在細(xì)胞膜上完成多聚化，并特異性的結(jié)合gRNA，組成新的病毒顆粒。新組裝的病毒顆粒通過(guò)出芽的方式，奪取含有病毒膜蛋白的細(xì)胞膜，離開(kāi)細(xì)胞。HIV-1的感染會(huì)造成細(xì)胞損傷，如病毒膜蛋白與細(xì)胞的受體CD4的結(jié)合而引起的細(xì)胞凋亡、病毒蛋白Vpr對(duì)細(xì)胞周期的干擾作用[1]等。通過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化，宿主細(xì)胞發(fā)展出了抑制病毒復(fù)制的機(jī)制，而HIV也進(jìn)化出了拮抗或逃逸宿主細(xì)胞抑制的方法，病毒與細(xì)胞的相互作用，成為了人們研究的焦點(diǎn)，為人們認(rèn)識(shí)病毒的復(fù)制提供了新的視野。

1 TRIM5alpha

感染早期，病毒顆粒進(jìn)入細(xì)胞后，需要進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄以合成DNA，此時(shí)的衣殼蛋白（CA）對(duì)于逆轉(zhuǎn)錄的順利完成起到了一定的保護(hù)作用。人們發(fā)現(xiàn)在舊大陸猴來(lái)源的細(xì)胞中HIV-1的復(fù)制并不順利。這種阻礙導(dǎo)致HIV-1的逆轉(zhuǎn)錄不能完成，并且這是一個(gè)和CA有關(guān)的過(guò)程[2]。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，引起這種抑制的現(xiàn)象是由一個(gè)基因編碼的蛋白完成的，這個(gè)基因編碼的蛋白叫TRIM5alpha，屬于TRIM家族的一員。Tripartite motif即為RING結(jié)構(gòu)域，B-box結(jié)構(gòu)域和coiled-coil結(jié)構(gòu)域的統(tǒng)稱(chēng)。RING結(jié)構(gòu)域發(fā)揮著E3連接酶的功能；后兩種結(jié)構(gòu)域的存在介導(dǎo)了TRIM蛋白的多聚化，這種聚合被認(rèn)為有利于其抗病毒功能的發(fā)揮。在TRIM5alpha的C端還含有B30.2結(jié)構(gòu)域，正是這個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)了其與HIV-1的相互作用，或者說(shuō)是介導(dǎo)了TRIM5alpha對(duì)不同病毒的識(shí)別能力[3]。TRIM5alpha特異性的結(jié)合HIV的衣殼結(jié)構(gòu)，引起衣殼的解體，從而破壞了病毒RNA的逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程。TRIM5alpha對(duì)CA的結(jié)合嚴(yán)格依賴(lài)于CA所保持的多聚狀態(tài)。但HIV進(jìn)化出了逃逸機(jī)制，使得人源的TRIM5alpha并不能有效的結(jié)合HIV-1的衣殼結(jié)構(gòu)，從而可以在人源的細(xì)胞中完成感染。

2 Mx2

干擾素處理某些單核細(xì)胞系（THP-1等）會(huì)對(duì)HIV-1的有效感染起到抑制作用。人們發(fā)現(xiàn)這是由Mx2蛋白完成的[4]。Mx2特異性識(shí)別逆轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的衣殼結(jié)構(gòu)，抑制HIV-1進(jìn)入細(xì)胞核的過(guò)程而實(shí)現(xiàn)抗病毒的作用[5]。目前，對(duì)于Mx2的抗病毒機(jī)理還在研究當(dāng)中。

3 SAMHD1

在髓樣細(xì)胞中（特別是樹(shù)突狀細(xì)胞），人們發(fā)現(xiàn)了一種能抑制HIV-1復(fù)制，但可以被HIV-2的Vpx蛋白拮抗的抑制因子SAMHD1[6]。SAMHD1是一種dNTP水解酶，能通過(guò)水解dNTP來(lái)阻止HIV-1的逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)[7]。HIV-1并沒(méi)有進(jìn)化出拮抗SAMHD1的機(jī)制，有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，由于樹(shù)突狀細(xì)胞具有很強(qiáng)的產(chǎn)生干擾素的能力，HIV-1在樹(shù)突細(xì)胞中不能有效的復(fù)制，也許使得HIV-1避免了免疫系統(tǒng)的激活[8]。

4 APOBEC3G/F

APOBEC3G/F（A3G/F）會(huì)被包裝進(jìn)病毒顆粒，抑制下一輪病毒的有效復(fù)制。APOBEC家族屬于核苷酸胞嘧啶脫氨酶，所有成員均具有催化活性，他們通常以單鏈DNA或RNA上的胞嘧啶（C）為底物，脫去其氨基而將之變成尿嘧啶（U）。A3G通過(guò)和Gag的相互作用，進(jìn)入了病毒顆粒中[9]。盡管對(duì)其脫氨酶活性在APOBEC的抗病毒反應(yīng)中是否需要存在爭(zhēng)議[10]，人們觀察到病毒負(fù)鏈DNA上的C被編輯成了U，從而在正鏈DNA上引入了大量G到A的突變。這嚴(yán)重影響了病毒翻譯蛋白的保真性。研究發(fā)現(xiàn)，Vif可以通過(guò)介導(dǎo)在包裝細(xì)胞中A3G的降解使得子代病毒得以正常復(fù)制[11]。

5 ZAP

通過(guò)對(duì)MLV的負(fù)向篩選發(fā)現(xiàn)了一種抑制病毒復(fù)制的宿主因子，ZAP[12]。ZAP特異性的結(jié)合病毒RNA的某些區(qū)域，介導(dǎo)病毒RNA的降解，從而完成抗病毒的功能。對(duì)ZAP的功能截短體的結(jié)構(gòu)研究和體外生化實(shí)驗(yàn)表明，ZAP通過(guò)以二聚體的方式參與對(duì)靶RNA的識(shí)別[13]。其RNA識(shí)別區(qū)域向兩側(cè)延展，具備一定長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)的RNA才有可能與之結(jié)合[14]。ZAP通過(guò)特異性的識(shí)別RNA上的特定識(shí)別序列，接近翻譯起始復(fù)合物，并競(jìng)爭(zhēng)性的同eIF4A結(jié)合，阻礙eIF4A與eIF4G的相互作用，使得整個(gè)翻譯環(huán)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)遭到破壞，靶RNA發(fā)生翻譯抑制[15]。其后，ZAP通過(guò)招募RNA降解復(fù)合體exosome或外切酶Xrn1對(duì)靶RNA進(jìn)行5'到3'和3'到5'兩個(gè)方向的降解[16]。ZAP對(duì)HIV-1完全剪切的RNA同樣特異的抑制作用，其特異的結(jié)合為點(diǎn)位于靶RNA的5'非翻譯區(qū)（5'UTR）。目前，還不清楚HIV-1是否具有在體內(nèi)拮抗或利用ZAP的機(jī)制，體外的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，ZAP的表達(dá)有效的抑制了HIV-1的多輪復(fù)制過(guò)程。

6 RuvB Like 2

RuvB Like 2（RVB2），是一種DNA解旋酶，在細(xì)胞內(nèi)與RVB1組成復(fù)合物，發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控，端粒酶復(fù)合物組裝調(diào)控，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控和無(wú)義RNA降解調(diào)控等功能[17]。研究發(fā)現(xiàn)，RVB2能夠結(jié)合HIV-1的基質(zhì)蛋白（MA），MA位于Gag的N端，是在Gag的表達(dá)中最先被翻譯出來(lái)的部分。RVB2通過(guò)與翻譯中的MA的相互作用，結(jié)合到了翻譯Gag的病毒RNA的5'UTR。這種結(jié)合阻止了核糖體的移動(dòng)，抑制了病毒蛋白的翻譯，引起了病毒RNA的降解。HIV-1編碼的膜蛋白，能夠拮抗RVB2對(duì)Gag的產(chǎn)生抑制：膜蛋白通過(guò)其C末端與MA的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合，阻止了RVB2與MA的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，病毒利用RVB2的抑制與被拮抗機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了自身的有效復(fù)制。在病毒基因表達(dá)早期，并沒(méi)有足夠量的膜蛋白被包裝進(jìn)病毒顆粒。無(wú)膜蛋白的空顆粒不具有感染力，在體內(nèi)有可能激活免疫系統(tǒng)，從而對(duì)病毒的復(fù)制不利。HIV-1利用RVB2降低Gag的表達(dá)，減少了空顆粒的產(chǎn)生。當(dāng)病毒基因表達(dá)增加，膜蛋白的數(shù)量滿(mǎn)足病毒顆粒產(chǎn)生的需求后，通過(guò)膜蛋白拮抗RVB2的機(jī)制，病毒顆粒的產(chǎn)生得以回復(fù)。臨床數(shù)據(jù)表明，病毒的載量和病程進(jìn)展與RVB2的表達(dá)成正相關(guān)[18]。

7 Schlafen 11

HIV-1的基因密碼子不同于人源細(xì)胞的密碼子，有研究提示，HIV-1可以通過(guò)改變細(xì)胞的tRNA密碼子庫(kù)，實(shí)現(xiàn)有利于自身的翻譯。研究發(fā)現(xiàn)，Schlafen 11（SFLN11）能夠通過(guò)結(jié)合細(xì)胞內(nèi)的tRNA，抑制HIV-1所引起的tRNA密碼子庫(kù)的改變，從而實(shí)現(xiàn)抑制HIV-1病毒蛋白表達(dá)的功能[19]。

8 BST-2

人們發(fā)現(xiàn)，BST-2（tetherin）可以抑制HIV-1等包膜病毒的出芽[20]。在不同細(xì)胞中Vpu缺失的HIV-1的出芽存在差異，通過(guò)對(duì)不同細(xì)胞的融合實(shí)驗(yàn)確定了有一種宿主因子在阻撓病毒的釋放[21]。Bst-2是一類(lèi)膜蛋白，具有兩個(gè)錨定區(qū)，分別是N端的跨膜區(qū)和C端的糖基化磷脂酰肌醇（GPI）結(jié)構(gòu)域，并可形成同源二聚體[22]。這樣的結(jié)構(gòu)可以使得其通過(guò)N端錨定細(xì)胞、GPI錨定病毒，或者二聚體的BST-2中一個(gè)錨定病毒一個(gè)錨定細(xì)胞膜的方式達(dá)到限制病毒釋放的目的[23]。經(jīng)過(guò)了蛋白酶處理后的病毒顆粒得以釋放也證明了這一點(diǎn)[24]。病毒編碼的Vpu通過(guò)結(jié)合BST-2的跨膜區(qū)，介導(dǎo)了對(duì)BST-2的降解。

病毒的復(fù)制依賴(lài)于宿主細(xì)胞，而宿主細(xì)胞也進(jìn)化出了抗病毒的機(jī)制。這些抑制性因子對(duì)HIV-1的復(fù)制壓力，使其HIV-1進(jìn)化出了逃逸或拮抗機(jī)制。對(duì)宿主細(xì)胞與HIV-1的相互作用的研究，有利于人們更深入的了解病毒的復(fù)制機(jī)理，也幫助人們理解宿主細(xì)胞的生物學(xué)功能，對(duì)于研究抗病毒的藥物靶點(diǎn)提供新的依據(jù)和參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]Andersen JL， DeHart JL， Zimmerman ES， et al.HIV-1 Vpr-induced apoptosis is cell cycle dependent and requires Bax but not ANT[J].PLoS pathogens，2006， 2（12）：e127.

[2]Dorfman T， Gottlinger HG.The human immunodeficiency virus type 1 capsid p2 domain confers sensitivity to the cyclophilin-binding drug SDZ NIM 811[J]. J Virol，1996， 70（9）：5751-5757.

[3]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]. J Virol，2005， 79（5）：3139-3145.

[4]Kane M， Yadav SS， Bitzegeio J， et al.MX2 is an interferon-induced inhibitor of HIV-1 infection[J].Nature，2013， 502（7472）：563-566.

[5]Fricke T， White TE， Schulte B，et al.MxB binds to the HIV-1 core and prevents the uncoating process of HIV-1[J].Retrovirology，2014， 11：68.

[6]Laguette N， Sobhian B， Casartelli N， et al.SAMHD1 is the dendritic- and myeloid-cell-specific HIV-1 restriction factor counteracted by Vpx[J].Nature，2011， 474（7353）：654-657.

[7]Lahouassa H， Daddacha W， Hofmann H， et al. SAMHD1 restricts the replication of human immunodeficiency virus type 1 by depleting the intracellular pool of deoxynucleoside triphosphates[J].Nat Immunol，2012， 13（3）：223-228.

[8]Yan N， Chen ZJ.Intrinsic antiviral immunity[J].Nat Immunol，2012， 13（3）：214-222.

[9]Strebel K， Khan MA.APOBEC3G encapsidation into HIV-1 virions： which RNA is it[J].Retrovirology，2008， 5：55.

[10]Schumacher AJ， Hache G， Macduff DA， et al. The DNA deaminase activity of human APOBEC3G is required for Ty1， MusD， and human immunodeficiency virus type 1 restriction[J]. Journal of virology，2008， 82（6）：2652-2660.

[11]Kao S， Goila-Gaur R， Miyagi E，et al.Production of infectious virus and degradation of APOBEC3G are separable functional properties of human immunodeficiency virus type 1 Vif[J].Virology，2007，369（2）：329-339.

[12]Gao G， Guo X， Goff SP.Inhibition of retroviral RNA production by ZAP， a CCCH-type zinc finger protein[J].Science，2002，297（5587）：1703-1706.

[13]Chen S， Xu Y， Zhang K， et al.Structure of N-terminal domain of ZAP indicates how a zinc-finger protein recognizes complex RNA[J].Nat Struct Mol Biol，2012， 19（4）：430-435.

[14]Guo X， Carroll JW， Macdonald MR， et al.The zinc finger antiviral protein directly binds to specific viral mRNAs through the CCCH zinc finger motifs[J]. J Virol，2004， 78（23）：12781-12787.

[15]Zhu Y.Translational repression precedes and is required for ZAP-mediated mRNA decay[J].EMBOJ，2012.

[16]Zhu Y， Chen G， Lv F， et al.Zinc-finger antiviral protein inhibits HIV-1 infection by selectively targeting multiply spliced viral mRNAs for degradation[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2011， 108（38）：15834-15839.

[17]Huen J， Kakihara Y， Ugwu F， et al. Rvb1-Rvb2： essential ATP-dependent helicases for critical complexes[J]. Biochem Cell Biol，2010， 88（1）：29-40.

[18]Mu X， Fu Y， Zhu Y， et al.HIV-1 Exploits the Host Factor RuvB-like 2 to Balance Viral Protein Expression[J].Cell Host Microbe，2015， 18（2）：233-242.

[19]Li M， Kao E， Gao X， et al.Codon-usage-based inhibition of HIV protein synthesis by human schlafen 11[J].Nature ，2012， 491（7422）：125-128.

[20]Neil SJD， Zang T， Bieniasz PD.Tetherin inhibits retrovirus release and is antagonized by HIV-1 Vpu[J].Nature，2008， 451（7177）：425-430.

[21]Varthakavi V， Smith RM， Bour SP， et al.Viral protein U counteracts a human host cell restriction that inhibits HIV-1 particle production[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2003，100（25）：15154-15159.

[22]Perez-Caballero D， Zang T， Ebrahimi A， et al.Tetherin inhibits HIV-1 release by directly tethering virions to cells[J].Cell，2009， 139（3）：499-511.

[23]Neil SJ， Eastman SW， Jouvenet N，et al.HIV-1 Vpu promotes release and prevents endocytosis of nascent retrovirus particles from the plasma membrane[J].PLoS Pathog，2006， 2（5）：e39.

[24]Dube M， Roy BB， Guiot-Guillain P， et al.Antagonism of tetherin restriction of HIV-1 release by Vpu involves binding and sequestration of the restriction factor in a perinuclear compartment[J].PLoS Pathog，2010， 6（4）：e1000856.

編輯/金昊天