HSP70 與病毒相互作用研究進(jìn)展

尹玉偉, 張培軍, 茆安婷, 張騰月, 郭曦堯, 李月紅

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 吉林 長(zhǎng)春130118 ; 2.吉林省衛(wèi)生監(jiān)測(cè)檢測(cè)中心, 吉林 長(zhǎng)春130000;3.河南科技大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 河南 洛陽(yáng)471003)

熱休克蛋白(Heat Shock Protein,HSP)也稱應(yīng)激蛋白(Stress Protein,SP),最早發(fā)現(xiàn)于1962 年,由遺傳學(xué)家Ritossa[1],最初在研究果蠅熱應(yīng)激中發(fā)現(xiàn),隨著研究的逐漸深入,發(fā)現(xiàn)HSP 是一個(gè)龐大的家族,其主要包括5 個(gè)主要的家族：低分子量HSPs家族、中等分子量HSPs 家族、HSP70 家族、HSP90家族和HSP110 家族[2],其中HSP70 家族最為保守,同時(shí)很多研究都證實(shí)HSP70,具有在機(jī)體熱應(yīng)激中以分子伴侶的形式保護(hù)細(xì)胞蛋白功能。 近些年,研究發(fā)現(xiàn),HSP70 與病毒感染有重要的關(guān)系,本文將以近些年HSP70 家族與病毒間相互作用的研究進(jìn)行綜述。

1 HSP70 與病毒相互作用

1.1 HSP70 對(duì)病毒促進(jìn)作用 對(duì)于以下病毒HSP70 主要表現(xiàn)出促進(jìn)作用。 Dong(2016)等通過(guò)蛋白高通量測(cè)序的方法,對(duì)豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)的非結(jié)構(gòu)蛋白NSP12 與機(jī)體其他蛋白之間的互作進(jìn)行篩選,發(fā)現(xiàn)有112 個(gè)蛋白與其有較高作用的可能性,并且這些蛋白大都是結(jié)合蛋白或者是分子伴侶蛋白,112 個(gè)蛋白主要集中在RNA 的翻譯與蛋白質(zhì)的合成,其中在對(duì)HSP70 抑制后,發(fā)現(xiàn)病毒的RNA 減少,并且病毒的復(fù)制也相應(yīng)的減少,HSP70 表現(xiàn)出對(duì)PRRSV 的促進(jìn)作用[3],另一項(xiàng)報(bào)道也證明了這一點(diǎn),Gao(2014)等通過(guò)使用HSP70 抑制劑對(duì)HSP70 基因進(jìn)行抑制后,發(fā)現(xiàn)病毒dsRNA 的水平會(huì)降低,并且病毒的復(fù)制和翻譯都減弱[4]。 HSP70 還能促進(jìn)日本乙型腦炎病毒(JEV)感染,Ye(2013)等通過(guò)串聯(lián)技術(shù)和質(zhì)譜分析,對(duì)宿主異常蛋白和JEV 的NS5 蛋白之間的相互作用進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)HSP70、eEF-1α 以及其他一些蛋白能與NS5 有相互作用,同時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的HSP70 不但能與NS5 相互作用,也能與JEV 的NS3 蛋白以及病毒dsRNA 相互作用,并且抑制HSP70 表達(dá)時(shí),JEV 的基因組表現(xiàn)為減少的趨勢(shì)[5],也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)HSP70 能與JEV 的NS5 蛋白產(chǎn)生互作,Western Blot顯示NS5 蛋白能夠上調(diào)HSP70 的表達(dá),同時(shí)能減弱IFN-β介導(dǎo)的相關(guān)免疫基因磷酸化作用[6]。 而在登革熱病毒感染時(shí),HSP70 主要表現(xiàn)出促進(jìn)作用,Taguwa(2015)等研究發(fā)現(xiàn),登革熱病毒感染機(jī)體時(shí),其從復(fù)制、裝配到釋放的過(guò)程每一步都需要HSP70 的參與,并且在這些過(guò)程中每一步都分別有9 個(gè)輔助因子參與,在HSP70 的作用下,輔助病毒完成感染,因此HSP70 在登革熱病毒感染時(shí)主要表現(xiàn)出促進(jìn)作用[7],另一項(xiàng)研究,Howe(2016)等開(kāi)發(fā)了一種HSP70 小分子抑制劑,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)登革熱病毒感染對(duì)HSP70 呈劑量依賴性的增加,其機(jī)制主要是HSP70 限制了病毒的進(jìn)入,也證明了HSP70 在未來(lái)作為抵抗登革熱感染新靶點(diǎn)[8]。 Delarevega(2017)等研究發(fā)現(xiàn),HSP70 參與皰疹病毒復(fù)制過(guò)程中病毒蛋白質(zhì)折疊過(guò)程,并且在隨著皰疹病毒感染時(shí)間的增加,太平洋牡蠣的鰓中HSP70 表達(dá)量逐漸增加,原位雜交結(jié)果也暗示著HSP70 參與病毒感染的過(guò)程,從而為促進(jìn)了皰疹病毒復(fù)制[9]。

1.2 HSP70 對(duì)病毒抑制作用 對(duì)于以下病毒HSP70 主要表現(xiàn)出抑制作用。 Lahaye(2012)等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),HSP70 蛋白能夠抑制狂犬病病毒的復(fù)制,并且還發(fā)現(xiàn),HSP70 蛋白還能清除已經(jīng)感染細(xì)胞中的病毒,HSP70 被抑制表達(dá)時(shí),病毒的mRNA 會(huì)上升,同時(shí),還發(fā)現(xiàn)HSP70 能夠與狂犬病病毒的N 蛋白進(jìn)行結(jié)合,結(jié)果都表明HSP70 能參與病毒感染的過(guò)程,能夠在一定程度上控制狂犬病病毒感染[10]。在HIV 感染時(shí),CD4+T 細(xì)胞能夠表達(dá)IL2 和IL15,從而限制病毒的復(fù)制,在這其中CD4+T 細(xì)胞表達(dá)的抗病毒因子以及免疫途徑的黏膜整合素等,都需要HSP70 的介導(dǎo)[11],另外還有報(bào)道,顯示了HSP70 還能介導(dǎo)HIV 自身兩個(gè)蛋白之間的互作,揭示了兩蛋白在病毒是否啟動(dòng)復(fù)制過(guò)程中的互作關(guān)系,從而為探究病毒的長(zhǎng)期潛伏,打下了基礎(chǔ)[12]。 對(duì)于流感病毒HSP70 主要表現(xiàn)出抑制的效果,Li(2011)等研究表明,HSP70 能夠和流感病毒的PB1 和PB2 蛋白相互作用,當(dāng)抑制HSP70 表達(dá)時(shí),流感病毒的相關(guān)核蛋白等都顯著的增加,同時(shí)觀察到,HSP70 從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞遷移,體外試驗(yàn)也同時(shí)證明了HSP70 能夠抑制流感病毒的復(fù)制[13];而流感病毒的另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),HSP70 能夠使細(xì)胞核中的聚合酶的活性增高,但對(duì)于核外細(xì)胞質(zhì)的聚合酶卻是抑制作用,對(duì)于流感病毒細(xì)胞質(zhì)是其復(fù)制的場(chǎng)所,而其復(fù)制又依賴于聚合酶活性,也因此HSP70 會(huì)對(duì)流感病毒表現(xiàn)出抑制的作用[14]。 HSP70 對(duì)于丙肝病毒(HCV)的作用同樣是抑制,Khachatoorian 等對(duì)HSP70 與HCV 做了系統(tǒng)的研究,發(fā)現(xiàn)HSP70 能夠抑制HCV 的復(fù)制,同時(shí)能與HCV 的NS5A 蛋白之間相互作用,但其與HSP70 家族另一蛋白HSC70 對(duì)HCV 的作用不同,HSP70 主要是結(jié)合NS5A 的氨基酸環(huán)化區(qū),HCS70卻不是;應(yīng)對(duì)HCV 感染時(shí),HSC70 主要集中在胞內(nèi),HSP70 主要在胞外;HSP70 與HSC70 都具有抑制HCV 的作用,HSP70 在未來(lái)具有治療HCV 新靶點(diǎn)潛力更大[15-16]。

1.3 HSP70 抗病毒免疫調(diào)節(jié)作用 HSP70 在免疫調(diào)節(jié)中扮演著重要角色,在抗病毒疫苗中HSP70 被作為佐劑,來(lái)提高免疫球蛋白的釋放,從而提高免疫效果[17],同時(shí)也有研究表明,HSP70 能夠在病毒感染時(shí),執(zhí)行免疫調(diào)節(jié)作用,介導(dǎo)干擾素等一些抗病毒物質(zhì)免疫調(diào)節(jié),Kim(2012)等研究發(fā)現(xiàn),麻疹病毒感染時(shí)能夠介導(dǎo)一個(gè)與先前不同的干擾素釋放的通路,通過(guò)HSP70 表達(dá)差異的細(xì)胞系或者小鼠,在病毒感染后通過(guò)轉(zhuǎn)錄分析,第5 天時(shí),IFN -1 開(kāi)始出現(xiàn)表達(dá)、巨細(xì)胞活性增加和抗原呈遞加強(qiáng),從而發(fā)現(xiàn)HSP70 能介導(dǎo)IFN -1 的表達(dá),導(dǎo)致IFN -1不需要通過(guò)其感受器來(lái)增加表達(dá);體外試驗(yàn)通過(guò)腦巨噬細(xì)胞也得到了相同的結(jié)論;而IFN -β 的表達(dá)依賴HSP70,但其釋放需要通過(guò)Toll 樣受體2 和4,這些釋放過(guò)程,都表明HSP70 參與抗病毒作用,而對(duì)IFN 機(jī)制卻不同[18]。 之后,他們團(tuán)隊(duì)在2013 年,通過(guò)水泡型口炎病毒的研究發(fā)現(xiàn),HSP70 能夠介導(dǎo)IFN-1 的釋放;體外試驗(yàn)通過(guò)病毒感染小鼠神經(jīng)細(xì)胞發(fā)現(xiàn),在感染的早期,胞內(nèi)的HSP70 釋放到基質(zhì)中,并且這個(gè)釋放量隨著病毒的感染時(shí)間增加而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡增加;體內(nèi)試驗(yàn)通過(guò),HSP70 敲除的小鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),HSP70 能夠提高病毒的清除率,提高小鼠的存活率,發(fā)現(xiàn)其與IFN -1 表達(dá)有關(guān),而正常小鼠同樣也有較高的IFN -1 表達(dá);因此HSP70 具有一定的細(xì)胞保護(hù)功能,同時(shí)又有介導(dǎo)抑制病毒復(fù)制的作用[19]。

2 展望

HSP70 作為熱應(yīng)激蛋白家族中最為保守的蛋白,不但保護(hù)機(jī)體承受不良環(huán)境,而且在細(xì)菌[20]和病毒的感染中均發(fā)揮著重要的作用。 目前,養(yǎng)殖業(yè)中,應(yīng)對(duì)細(xì)菌和病毒的感染,大多采用疫苗免疫來(lái)保護(hù)機(jī)體,疫苗免疫費(fèi)時(shí)費(fèi)力,對(duì)動(dòng)物的應(yīng)激較大。大多數(shù)研究也都集中在研發(fā)高保護(hù)率的疫苗,從而忽略了機(jī)體先天性免疫的作用,HSP70 作為熱應(yīng)激的主要表達(dá)蛋白并且參與機(jī)體先天免疫,在抗病毒中具有重要作用,目前對(duì)HSP70 的研究多集中HSP70 與應(yīng)對(duì)病毒感染時(shí)的機(jī)制研究,有一定的科研意義,但是要應(yīng)用與生產(chǎn)中還有很大的距離,因此,在未來(lái)的研究中,開(kāi)發(fā)低廉的HSP70 抑制劑和促進(jìn)劑,將為防治病毒或者細(xì)菌感染提供新的途徑。