HCMV UL128的研究進(jìn)展

韋葦

人巨細(xì)胞病毒(human cytomegalovirus, HCMV)即人類皰疹病毒5型(HHV-5), 屬β皰疹病毒亞科, 為全長超過240 kb的ds-DNA病毒, 具有嚴(yán)格的種屬特異性及細(xì)胞特異性。人群中HCMV呈普遍感染, 成人抗體陽性率高達(dá)60%～70%, 在某些國家和地區(qū)可達(dá)100%。HCMV具有潛伏-活化的生物學(xué)特性。宮內(nèi)或圍生期感染, 可致胎兒或新生兒畸形、智力低下、發(fā)育遲緩、聽力喪失、肝脾異常等［1］。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為病毒的毒力、組織細(xì)胞嗜性、逃避宿主免疫能力等相關(guān)病毒的基因, 可能是決定HCMV感染致病機(jī)制的主要內(nèi)在因素。近年來隨著對HCMV與細(xì)胞趨化性的廣泛深入研究, 發(fā)現(xiàn)HCMV編碼的趨化因子及其受體類似物能干擾機(jī)體正常細(xì)胞因子及其受體的生理功能, 有利于病毒在體內(nèi)的擴(kuò)散、增殖及建立潛伏感染。HCMV UL128基因可編碼一種趨化因子類似物, 近來成為研究HCMV相關(guān)趨化作用的主體, 本文就HCMV UL128基因及其編碼蛋白的研究進(jìn)展作一綜述。

1 HCMV UL128基因的特點(diǎn)

HCMV UL128基因位點(diǎn)在ULb’區(qū), 有兩種基因結(jié)構(gòu), 一種由3個(gè)外顯子組成, 全長519 bp；另一種由1個(gè)內(nèi)含子和3個(gè)外顯子組成, 且內(nèi)含子位于外顯子上游, 全長642 bp。在Gene Bank中, HCMV UL128基因序列號為DQ50784-DQ507865。

孫崢嶸等［2］通過分離HCMV先天感染患兒臨床株, 對包括UL128基因在內(nèi)的一些ULb’區(qū)的基因全序列聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)擴(kuò)增、序列測定和分析, 顯示在不同HCMV臨床株中UL128基因核苷酸及其編碼蛋白的同源性分別高達(dá)96.0%和96.9%, 這種高度保守的特性是機(jī)體免疫壓力選擇的結(jié)果, 對于HCMV在體內(nèi)復(fù)制和播散的完成是必需的。

2 HCMV UL128蛋白的特點(diǎn)

2.1 UL128蛋白參與形成UL131A-128蛋白復(fù)合體 研究表明, UL131A-UL128蛋白與病毒包膜蛋白gH/gL形成一個(gè)或多個(gè)膜蛋白復(fù)合體, 幫助HCMV通過內(nèi)吞作用進(jìn)入內(nèi)皮或上皮細(xì)胞；HCMV從內(nèi)皮細(xì)胞向白細(xì)胞傳播的過程中存在短暫的質(zhì)膜融合過程, 而UL131A-128蛋白中含有跨膜蛋白區(qū)域, 具有膜融合的功能, 參與細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與內(nèi)環(huán)境間代謝產(chǎn)物及重要離子的相互轉(zhuǎn)運(yùn)。

利用基因敲除或siRNA干擾技術(shù), 缺失UL131A-128任一開放閱讀框(ORF), 均能顯著降低內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞的趨化作用。研究證實(shí), 自成纖維細(xì)胞或內(nèi)皮細(xì)胞釋放的HCMV感染內(nèi)皮細(xì)胞的能力, 與病毒顆粒中的gH/gL/pUL(128, 130, 131A)有關(guān)。研究顯示, 在人胚肺成纖維細(xì)胞中病毒傳代＜10次, UL131A-128區(qū)無明顯突變, 10～40次則逐漸發(fā)生突變, ＞40次則以突變體為主。在成纖維細(xì)胞中長期繁殖的HCMV毒株, 因選擇壓力致UL131A-128區(qū)發(fā)生突變或缺失, 對內(nèi)皮細(xì)胞低趨化。

UL128是感染人單核細(xì)胞所必需的, 在其基因序列332位點(diǎn)加一核苷酸A, 構(gòu)成HCMV突變體, 與單核細(xì)胞共培養(yǎng), 發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核中無立刻早期基因產(chǎn)物, 病毒顆粒不能進(jìn)入核內(nèi), 不能形成gH/gL/UL131A-128五聚體, 病毒復(fù)制不能。

2.2 UL128蛋白具有趨化因子的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn) 趨化因子(chemokine)是一組分子質(zhì)量8～11 kDa的蛋白集合, 其受體屬于七次跨膜的G蛋白偶聯(lián)受體超家族。趨化因子與其受體結(jié)合, G蛋白構(gòu)型發(fā)生改變, 介導(dǎo)相應(yīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑, 產(chǎn)生效應(yīng)功能, 直接參與白細(xì)胞特別是吞噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的游走和活化, 促進(jìn)相關(guān)炎癥因子的釋放, 參與炎癥反應(yīng)并在其中起著核心作用。趨化因子分4種類型, 涉及本綜述的主要是CC型趨化因子, 又稱β趨化因子, 主要作用于單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞, 代表成員有單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP-1)、巨細(xì)胞炎性蛋白(MIP)、T細(xì)胞激活性低分泌因子(RANTES)等［4］。

Saederup N等研究發(fā)現(xiàn)小鼠CMV編碼的鈣調(diào)素依賴型蛋白激酶(MCK-1)蛋白與β趨化因子類似, 能夠促進(jìn)宿主單核細(xì)胞相關(guān)病毒血癥的發(fā)生。MCK-1對人CCR3、MCP-3、RANTES的天然受體有應(yīng)答, 從而推測, MCK-1在宿主體內(nèi)可能運(yùn)用與人CCR3相關(guān)結(jié)構(gòu)的趨化因子受體作為其天然受體, 發(fā)揮趨化單核細(xì)胞功能。Vomaske J等研究發(fā)現(xiàn)大鼠CMV r129蛋白(與HCMV UL128蛋白類似)可與大鼠β趨化因子受體CCR3、CCR4、CCR5及CCR7結(jié)合, 且若r129基因缺失, HCMV則喪失誘導(dǎo)免疫細(xì)胞遷移的功能。HCMV UL128蛋白具體與何種細(xì)胞受體結(jié)合目前還尚未研究清楚。

研究發(fā)現(xiàn)UL128蛋白含有CCL128蛋白在N端的27-28位型趨化因子的4個(gè)保守的半胱氨酸結(jié)構(gòu), 具有β趨化因子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。利用Transwell趨化性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)UL128蛋白對人外周血單個(gè)核細(xì)胞(PBMC)具有體外趨化功能, 且趨化能力與巨噬細(xì)胞炎性蛋白1α(MIP-1α)相當(dāng)；當(dāng)UL128蛋白存在時(shí), PBMC胞內(nèi)Ca2+濃度短暫升高, 說明UL128蛋白具有體外激活PBMC的功能；利用siRNA干擾技術(shù)獲得的HCMV UL128表達(dá)缺陷株感染人內(nèi)耳感覺上皮細(xì)胞-PBMC共培養(yǎng)體系, 與完整的HCMV野生株相比, 白細(xì)胞介素(IL)-6、腫瘤壞死因子α(TNF-α)等炎癥因子表達(dá)水平明顯降低, 說明UL128蛋白可能激活特定的炎癥細(xì)胞, 促進(jìn)特定的炎癥因子釋放, 引起內(nèi)耳細(xì)胞的不可逆損害［3］。體外實(shí)驗(yàn)研究還發(fā)現(xiàn)UL128蛋白能通過MAPK/ERK途徑促進(jìn)PBMC的增殖。肝、腎、肺、視網(wǎng)膜等HCMV易感組織細(xì)胞的損害機(jī)制是否也存在趨化因子類似物的作用, 還有待進(jìn)一步研究。

2.3 UL128蛋白能削弱人趨化因子驅(qū)動的單核細(xì)胞的遷移研究證實(shí), 利用人工染色體BAC分別編碼野生型UL128和突變型UL128, 野生型UL128能夠抑制MCP-1、RANTES驅(qū)動的單核細(xì)胞遷移, 且僅限于是趨化因子驅(qū)動的趨化作用；而突變型UL128則無此作用。單核細(xì)胞與可溶性重組UL128蛋白共培養(yǎng), 表現(xiàn)出正常的基本的遷移, 而MCP-1、RANTES驅(qū)動的單核細(xì)胞遷移率下降約50%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn), HCMV感染前后的單核細(xì)胞骨架中的三種重要結(jié)構(gòu)蛋白(肌動蛋白、微管蛋白、波形蛋白)無明顯改變；通過對單核細(xì)胞表面趨化因子受體CCR1、CCR2、CCR5的檢測, 計(jì)算陽性單核細(xì)胞率, 發(fā)現(xiàn)野生型UL128或直接加UL128重組蛋白的單核細(xì)胞表面趨化因子受體數(shù)目明顯減少, 而突變型UL128與單純未感染的細(xì)胞表面受體數(shù)相當(dāng), 而各組趨化因子受體總數(shù)是相等的。說明UL128蛋白削弱趨化因子驅(qū)動的單核細(xì)胞遷移不是通過改變細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)蛋白, 而是通過下調(diào)細(xì)胞表面相關(guān)趨化因子受體來實(shí)現(xiàn)的, 且這里的下調(diào)是受體分子在細(xì)胞中的重新分布, 內(nèi)化受體分子［4-6］。由此可見,UL128蛋白可以控制炎性細(xì)胞的遷移, 使宿主免疫應(yīng)答有心無力, 促進(jìn)病毒在體內(nèi)的播散, 這為病毒免疫逃避機(jī)制提供了一條新思路。UL128蛋白還可能與一些特殊的β趨化因子受體(如CCR8)相互作用來影響單核細(xì)胞的運(yùn)動, 或者可能與人正常趨化因子存在競爭性結(jié)合相關(guān)受體, 有待進(jìn)一步探索。

綜上所述, UL128基因及其編碼蛋白在HCMV感染過程中發(fā)揮著重要的作用。病毒通過長期的進(jìn)化所選擇出來的保守基因, 決定了其編碼的蛋白的重要性。UL128參與HCMV在體內(nèi)的復(fù)制和播散, 參與某些HCMV感染性疾病的病理改變等。對此基因及蛋白的研究可能為HCMV感染的防治開辟新道路, 具有重要意義。