貓免疫缺陷病毒宿主限制因子的研究進展

許運斌，高興紅，羅 果，王 歡

（遵義醫(yī)學院 貴州省普通高等學校傳染病與生物安全特色重點實驗室，遵義 563000）

眾所周知，慢病毒以狹窄的細胞嗜性和感染宿主譜著稱，這是由促進或抑制病毒復制的宿主蛋白所決定。其中促進病毒復制的宿主蛋白稱之為輔助因子或病毒感染依賴因子，而抑制病毒復制的宿主蛋白稱之為限制因子。目前，在人類免疫缺陷病毒（Human immunodeficiency virus，HIV）研究領(lǐng)域中，已獲得關(guān)于慢病毒宿主限制因子的大部分認識。然而，這些宿主限制因子對其他慢病毒的影響知之不多。貓免疫缺陷病毒（Feline immunodeficiency virus，F(xiàn)IV）與HIV同屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒科慢病毒屬，其感染的家貓（簡稱為FIV/家貓）是HIV研究的重要動物模型，對FIV復制機理進行深入研究，并不斷改進該模型，對于該模型在HIV研究領(lǐng)域的應用具有重要推動作用。而加強FIV與其宿主限制因子相互關(guān)系的研究，對應用于HIV研究的FIV/家貓模型的改進意義重大。本文主要對FIV/家貓模型對HIV研究的貢獻和不足、FIV與宿主限制因子的相互關(guān)系的研究進展進行綜述。

1 FIV/家貓是HIV研究的重要動物模型

FIV隸屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒科慢病毒屬，可特異引起貓免疫系統(tǒng)癱瘓，并由此引發(fā)一系列機會性感染、腫瘤和神經(jīng)功能紊亂等多種癥狀的貓獲得性免疫缺陷綜合征（feline ac quired immune deficiency syndrome，F(xiàn)AIDS）。該病毒最早于1986年分離自美國加利福尼亞州的家貓，之后不同分支的FIV在世界各地陸續(xù)有報道，最近在我國內(nèi)陸首次報道家貓中A亞群FIV的存在，該病毒已被公認為世界范圍內(nèi)貓科動物的重要病原體[1-3]。FIV由于與同為慢病毒屬的HIV具有相似的基因組和致病特性， FIV/家貓是研究HIV的重要動物模型，它在了解HIV致病機理、疫苗免疫效果、新藥藥效和毒性評估以及制定新的疾病治療策略和干預策略等方面發(fā)揮著重要作用[4-7]。該模型可用于抗HIV藥物的開發(fā)和測試，許多抗HIV的藥物對FIV表現(xiàn)出相似的抗病毒效果[4,8]。將HIV宿主限制因子獼猴來源的TRIMCyp基因?qū)爰邑埧墒怪邆淇笷IV復制的能力，用于評估HIV基因治療效果以及該宿主限制因子抗病毒的潛力[9]。此外，該模型還可用于測試組蛋白脫乙酰酶抑制劑辛二酰苯胺異羥肟酸（suberoylanilide hydroxamic acid，SAHA）激活潛伏病毒的效果，研究發(fā)現(xiàn)SAHA的治療可增強感染家貓中細胞內(nèi)FIV的轉(zhuǎn)錄水平，從而降低其病毒基因組DNA水平，即SAHA可激活潛伏的病毒，如此可為制定和測試消除HIV潛伏病毒的治療和干預策略提供機會[10]。目前，F(xiàn)IV/家貓模型在HIV研究中的應用雖取得一定進展，但并不順利，其中一個重要原因就是對FIV的復制機理和致病機制知之甚少。因此，為促使FIV/家貓模型更科學合理地應用于HIV的研究，有必要對FIV 的感染機理進行更為深入和全面的探究。而研究宿主限制因子在FIV感染宿主細胞過程中所扮演的角色，并不斷比較FIV與HIV相關(guān)的研究結(jié)果，有助于驗證和改善FIV/家貓模型，為未來在HIV宿主限制因子抗病毒潛力評估及其藥物開發(fā)方面FIV/家貓作為HIV的研究模型提供可供參考的基礎(chǔ)依據(jù)。

2 FIV與宿主限制因子的相互關(guān)系

病毒作為一種專門在細胞內(nèi)寄生的微生物，包括HIV和FIV等免疫缺陷病毒在內(nèi)的眾多病毒已進化成能夠利用許多宿主蛋白滿足自己高效的復制和傳播。另一方面，在免疫缺陷病毒感染細胞的過程中，宿主細胞自身可表達一系列宿主限制因子通過不同途徑抑制病毒的復制。這些宿主限制因子，它們是宿主細胞內(nèi)在先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分，提供了一條除獲得性免疫系統(tǒng)和經(jīng)典先天免疫系統(tǒng)之外的抵抗病毒感染的防御系統(tǒng)。尋找新的宿主限制因子并解析宿主限制因子抑制病毒復制的具體機制、發(fā)現(xiàn)病毒蛋白拮抗宿主限制因子抗病毒活性并解析這種拮抗作用的具體機制已成為免疫缺陷病毒研究領(lǐng)域的熱點。目前，報道最為廣泛且在FIV研究領(lǐng)域中研究較為深入的宿主限制因子：TRIM5a（tripartite motif-containing protein 5a）蛋白，APOBEC3（apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide-like 3）家族蛋白和BST-2（bone marrow stromal antigen 2，又名 Tetherin）蛋白。

2.1 TRIM5a三維基體蛋白（tripartite motifcontaining proteins，TRIMs）是參與多種細胞活動的大型蛋白質(zhì)家族，在細胞周期調(diào)控、胚胎發(fā)育、細胞信號通路的調(diào)控或直接激活以及對病毒感染的細胞固有免疫反應中起著重要作用[11-14]。TRIM5a是TRIMs蛋白家族的一個亞型蛋白，其中人源TRIM5a由四個功能區(qū)域組成：RING、B-box 2、coiled-coil以及B30.2，而貓源TRIM5a由于基因開放閱讀框讀碼提前終止則缺少B30.2結(jié)構(gòu)域（圖1）。人源TRIM5a通過其C端的B30.2結(jié)構(gòu)域與HIV的病毒衣殼蛋白CA相結(jié)合，接著通過B-Box 2結(jié)構(gòu)域介導TRIM5a蛋白在CA蛋白表面組裝成有著構(gòu)象可塑性的六角形網(wǎng)狀樣結(jié)構(gòu)，并借助具有E3 泛素連接酶活性的N端RBCC結(jié)構(gòu)域（RING、B-box 2、coiled-coil）經(jīng)蛋白酶體途徑降解CA蛋白，從而阻止HIV的逆轉(zhuǎn)錄[15-23]；此外，TRIM5a抗HIV的能力還與其激活TAK1依賴的先天免疫信號通路的能力密切相關(guān)[24]。貓源TRIM5a蛋白C端由于缺少B30.2 結(jié)構(gòu)域則失去抑制FIV的功能[25]。當在其C端融合表達可與HIV CA蛋白相結(jié)合的親環(huán)蛋白A（Cyclophilin A，CypA）時，這種融合表達的蛋白TRIMCyp可同時具備抑制HIV和FIV感染的能力[26]，其具體的抗病毒機制是否與人源TRIM5a相同或類似尚未可知，有待深究。而且截至目前為止，未發(fā)現(xiàn)HIV和FIV的病毒蛋白能夠拮抗宿主限制因子TRIM5a和TRIMCyp的抗病毒活性，這暗示著TRIM5a和TRIMCyp蛋白作為抗逆轉(zhuǎn)錄病毒的藥物靶標具有很大潛力。

圖1 TRIM5a蛋白的結(jié)構(gòu)域Fig.1 Domain structure of TRIM5a

2.2 APOBEC3APOBEC3家族蛋白普遍表達于哺乳動物細胞中，是一類胞嘧啶脫氨酶，具有廣譜抗病毒活性，可基于模仿HIV核殼蛋白NC的RNA結(jié)合特異性包裝至新生病毒粒子中，然后通過胞嘧啶的脫氨基作用在新合成的病毒DNA中誘導G到A的超突變，從而促進病毒基因組中非致死性超突變的積累，如此導致慢病毒群體的遺傳變異[27-29]。該家族蛋白具有兩個對稱的結(jié)構(gòu)域，即N端和C端區(qū)域，每個區(qū)域都含有典型的、具備胞嘧啶脫氨酶催化活性的鋅（Z）-協(xié)調(diào)催化基序（His-X-Glu-X23-28-Pro-Cys-X2-4-Cys），如此可根據(jù)Z1、Z2或Z3基序的組合情況對APOBEC3蛋白進行分型。根據(jù)Z1、Z2和Z3基序的組合情況，人源的APOBEC3家族蛋白包括A3A、A3B、A3C、A3DE、A3F、A3G和A3H七個成員蛋白（圖2），研究發(fā)現(xiàn)A3DE、A3F、A3G和A3H對Vif缺失型HIV有顯著的抗病毒功能[30,31]，其中A3G和A3F蛋白共表達形成的異源寡聚體對病毒基因組則具有更強的超突變效率，從而對病毒感染具有更好的限制作用[32,33]。HIV則通過編碼輔助蛋白Vif來拮抗A3G和A3F的抑制作用[31,34,35]。Vif募集E3泛素連接酶復合物ElonginB/C-Cullin5-Rbx2-CEBβ通過蛋白酶體途徑降解A3G蛋白，阻止其對病毒基因組的脫氨基作用，并避免其包裝至病毒粒子中[36-38]。同時，CEBβ則可保護Vif免遭小鼠MDM2蛋白介導的降解作用，從而增強Vif拮抗A3G蛋白抗病毒活性的能力[39]。根據(jù)Z2和Z3基序的組合情況，貓源APOBEC3蛋白則共有五種類型：APOBEC3Z2a，APOBEC3Z2b，APOBEC3Z2c，APOBEC3Z3和APOBEC3Z2-Z3（圖2）。其中APOBEC3Z3和APOBEC3Z2-Z3蛋白對Vif缺失型FIV具有抗病毒活性[40,41]。FIV輔助蛋白Vif通過募集ElonginB/C-Cullin5 E3泛素連接酶復合物降解APOBEC3蛋白，但在此過程CEBβ并非必需[42,43]。另外有趣的是，F(xiàn)IV病毒蛋白酶PR還可在釋放的病毒粒子中切割APOBEC3蛋白，進而拮抗其抗病毒活性[44]。這是FIV與HIV Vif蛋白在降解APOBEC3蛋白方面的不同之處。

圖2 人源（2A）和貓源（2B）APOBEC3蛋白的結(jié)構(gòu)域Fig.2 Domain structure of human(2A) and feline(2B)APOBEC3

2.3 BST-2BST-2蛋白，又名CD317、Tetherin或HM1.24，是一種干擾素誘導的II型跨膜蛋白。人源和貓源BST-2蛋白均主要由胞質(zhì)區(qū)（Cytoplasmatic，Cyto）、跨膜區(qū)（transmembrane，TM）、coiledcoil區(qū)和糖磷脂酰肌醇（GPI）-錨定區(qū)等4個功能區(qū)域組成（圖3）。人源BST-2可將包裝好的病毒粒子滯留在細胞膜表面，從而抑制Vpu缺失型HIV病毒粒子的釋放[44]，抑或在HIV感染的細胞中激活NF-kB產(chǎn)生干擾素抑制病毒的感染[45]。HIV通過其輔助蛋白Vpu拮抗BST-2蛋白的抗病毒活性[44,45]。Vpu為跨膜蛋白，通過其跨膜區(qū)與BST-2蛋白相互作用介導其通過溶酶體途徑或蛋白酶體途徑降解[46,47]，或?qū)⑵湎拗圃诜疵娓郀柣w，從而阻斷BST-2蛋白對病毒粒子釋放的抑制作用[48]。而貓源BST-2蛋白可有效抑制FIV的釋放但不能抑制FIV的傳播[49]。近期研究發(fā)現(xiàn)該蛋白缺乏激活NF-kB的能力，所以它不能通過激活NF-kB途徑抑制病毒感染，而且它的抗病毒活性與其N端的糖基化修飾無關(guān)[50]。FIV編碼的結(jié)構(gòu)蛋白Env雖未能降低細胞膜表面的BST-2蛋白量，但它通過一種不同的機制拮抗BST-2蛋白對病毒釋放的抑制作用[51]，其具體機制尚待解析。

圖3 BST-2蛋白的結(jié)構(gòu)域Fig.3 Domain structure of BST-2

3 展望

縱觀上述這些宿主限制因子相關(guān)的研究成果，不難發(fā)現(xiàn)不同物種宿主細胞在FIV和HIV感染過程中產(chǎn)生的宿主限制因子種類、FIV和HIV用于拮抗宿主限制因子所編碼的病毒蛋白種類以及這些病毒蛋白拮抗宿主限制因子的具體分子機制有相同之處也有不同之處。目前對HIV宿主限制因子的研究進行的最為廣泛和深入，而對其他免疫缺陷病毒宿主限制因子的研究則較為有限和滯后。因此，在FIV研究領(lǐng)域及時推進宿主限制因子相關(guān)方面的研究具有重要意義。首先，F(xiàn)IV/家貓是研究HIV的重要動物模型，對FIV與其宿主限制因子之間相互關(guān)系的研究將為FIV/家貓作為HIV動物模型提供理論支持；同時，對FIV宿主限制因子的研究，對HIV宿主限制因子研究具有啟示作用，通過解析不同物種同源宿主限制因子功能的差別，可解釋病毒狹窄的感染宿主譜或跨種間傳播可能的原由；此外，研究不同物種宿主限制因子的抗病毒能力可推動高效抗HIV藥物發(fā)現(xiàn)的進程。

現(xiàn)有的研究發(fā)現(xiàn)暗示絕大多數(shù)HIV的宿主限制因子具有廣泛的抗病毒譜，不僅能夠阻止慢病毒的感染，而且還能夠阻止其他親緣關(guān)系較遠的非慢病毒屬囊膜病毒的感染。另一方面，這些病毒編碼的病毒蛋白又能夠進化出拮抗宿主限制因子抗病毒活性的能力。FIV作為慢病毒屬成員，大部分HIV的宿主限制因子是FIV潛在的宿主限制因子。進一步研究FIV復制與這些宿主限制因子的相互關(guān)系，對于解析FIV的復制機制以及改進HIV研究的FIV/家貓模型具有重要意義，進而促進FIV感染疾病的有效防控措施的發(fā)現(xiàn)以及推動FIV/家貓模型在HIV治療新策略制定方面的應用。