免疫蛋白酶體在病毒感染中的作用

徐憶蓮，劉 瓊，黃孝天

在真核細(xì)胞中，蛋白酶體的功能包括降解細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)受損的、錯(cuò)誤折疊或展開(kāi)的蛋白質(zhì)，參與調(diào)控蛋白質(zhì)的運(yùn)輸、轉(zhuǎn)錄和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，從而控制細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的質(zhì)量，維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[1]。免疫蛋白酶體(immunoproteasome, IP)是其中一種特殊的蛋白酶體，除了上述基本功能外，還能夠調(diào)控細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)細(xì)胞因子以及參與免疫應(yīng)答如主要組織相容性復(fù)合體I類(lèi)(MHC-I)抗原提呈、T細(xì)胞增殖等[2]。研究顯示蛋白酶體在宿主細(xì)胞抗病毒中很重要，但有些病毒可以利用或者破壞蛋白酶體增加自身的復(fù)制如A型流感病毒、乙型肝炎病毒、人類(lèi)星狀病毒等[3-5]。然而，近期也有很多報(bào)道表明免疫蛋白酶體也可以幫助宿主細(xì)胞抵抗病毒感染，但同時(shí)有些病毒會(huì)利用免疫蛋白酶體來(lái)營(yíng)造適合自己生存和增殖的環(huán)境，如柯薩奇病毒B組3型(CVB3)、丙型肝炎病毒(HCV)等[6-7]。

1 免疫蛋白酶體的結(jié)構(gòu)

1994年，免疫蛋白酶體由于其在MHC-I抗原提呈路徑具有重要的作用而得名[8]。免疫蛋白酶體主要是由細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)蛋白酶體轉(zhuǎn)變而來(lái)的。標(biāo)準(zhǔn)蛋白酶體是由結(jié)構(gòu)性20S蛋白酶體催化核心及調(diào)節(jié)亞基組成的桶狀復(fù)合體，如真核細(xì)胞內(nèi)26S蛋白酶體是由20S蛋白酶體催化核心和19S調(diào)節(jié)亞基組成。結(jié)構(gòu)性20S蛋白酶體共有2個(gè)內(nèi)環(huán)和2個(gè)外環(huán)。每個(gè)外環(huán)由7個(gè)α亞基組成，每個(gè)內(nèi)環(huán)由7個(gè)β亞基組成[9-10]。蛋白酶體中的β1、β2和β5三個(gè)亞基分別具有半胱天冬酶樣、胰蛋白酶樣、胰凝乳蛋白酶樣活性。這3個(gè)亞基在促炎細(xì)胞因子例如干擾素(IFN-γ)或腫瘤壞死因子α(TNF-α)的作用下被LMP2/β1i/PSMB9、MECL-1/β2i/PSMB10、LMP7/β5i/PSMB8亞基替換后[11]，即由結(jié)構(gòu)性20S蛋白酶體形成了20S免疫蛋白酶體，20S免疫蛋白酶體的形成如圖1。

β1、β2、β5 can be replaced byLMP2/β1i、MECL-1/β2i、LMP7/β5i under the stimulation of IFN-γ to form 20S immunoproteasome.

2 免疫蛋白酶體與病毒復(fù)制

宿主細(xì)胞內(nèi)的免疫蛋白酶體可以利用其水解活性直接或者間接阻止病毒的復(fù)制，減少病毒載量從而使宿主能夠抵御病毒的感染。Guardeo等[12]研究表明人類(lèi)免疫缺陷病毒1型(HIV-1)感染后誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生的IFN-α可以通過(guò)上調(diào)免疫蛋白酶體的表達(dá)，加速TRIM5α(三方基序5α)的翻轉(zhuǎn)促進(jìn)TRIM5α辨別HIV-1病毒顆粒，阻止病毒DNA的合成，從而抑制病毒的復(fù)制。同時(shí)，也有研究發(fā)現(xiàn)，鼻病毒感染宿主后誘導(dǎo)產(chǎn)生的IFN-λ可通過(guò)激活STAT1信號(hào)通路促使免疫蛋白酶體的亞基LMP2和LMP7的表達(dá)量上升，進(jìn)一步上調(diào)抗病毒基因MX1和OAS1，抑制病毒復(fù)制，從而降低病毒載量[13]。然而更有趣的是，有研究報(bào)道免疫蛋白酶體可以直接水解病毒關(guān)鍵蛋白阻止病毒復(fù)制，Deng等[14]在用酵母雙雜交篩選豬瘟病毒感染的豬外周血單核細(xì)胞(PBMC)cDNA文庫(kù)中發(fā)現(xiàn)免疫蛋白酶體的亞基PSMB10能與豬瘟病毒NS3蛋白相互作用，并且促進(jìn)NS3蛋白的降解從而阻止豬瘟病毒的復(fù)制。以上研究表明免疫蛋白酶體可以通過(guò)控制宿主細(xì)胞內(nèi)的某些蛋白，參與到宿主細(xì)胞中的調(diào)節(jié)通路間接抑制病毒復(fù)制。此外，由于病毒的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)蛋白是許多病毒感染攻擊細(xì)胞的基礎(chǔ)，因此免疫蛋白酶體可以破壞病毒的關(guān)鍵蛋白，促進(jìn)其降解。

3 免疫蛋白酶體與病毒免疫逃逸

宿主細(xì)胞可以利用自身的天然免疫抵抗病毒的入侵，MHC-I抗原提呈路徑作為宿主細(xì)胞識(shí)別抗原的一種方式可以參與到宿主的抗病毒反應(yīng)中。在水皰性口炎病毒感染宿主過(guò)程中，病毒的M基質(zhì)蛋白的球狀結(jié)構(gòu)域可與免疫蛋白酶體的催化亞基LMP2的非活性前體相互作用，使LMP2不能夠整合到免疫蛋白酶體上破壞免疫蛋白酶體的組裝，并且影響CD8+T細(xì)胞的活性[15]。而免疫蛋白酶體和CD8+T細(xì)胞都是宿主細(xì)胞進(jìn)行MHC-I類(lèi)抗原提呈抵御病毒感染的重要組成部分。這提示水皰性口炎病毒或許可以通過(guò)干擾免疫蛋白酶體的組裝，阻止MHC-I類(lèi)多肽的產(chǎn)生破壞MHC-I抗原提呈路徑使得CD8+T細(xì)胞不能夠有效的識(shí)別抗原從而使病毒能夠逃避宿主的監(jiān)控和免疫。相類(lèi)似的是，HCV可以通過(guò)蛋白激酶K抑制IFN-γ誘導(dǎo)產(chǎn)生的免疫蛋白酶體，破壞免疫蛋白酶體的組裝使細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞表位受損，使病毒在細(xì)胞內(nèi)更容易發(fā)生免疫逃逸[7]。此外，Gan等[16]在研究抗病毒化合物YK73處理的登革熱病毒2型(DV2)感染的人肝癌細(xì)胞HepG2時(shí)，發(fā)現(xiàn)DV2病毒會(huì)抑制免疫蛋白酶體亞基LMP2和LMP7的表達(dá)阻止結(jié)構(gòu)性蛋白酶體轉(zhuǎn)變?yōu)槊庖叩鞍酌阁w，從而破壞MHC-I抗原提呈有助于DV2病毒的免疫逃逸。以上結(jié)果可知，許多病毒越來(lái)越傾向于以免疫蛋白酶體為靶標(biāo)，破壞免疫蛋白酶體的組裝從而調(diào)控MHC-I抗原提呈路徑，逃避宿主免疫監(jiān)控。

4 免疫蛋白酶體與病毒致病性

病毒的致病性與細(xì)胞內(nèi)的組成成分和細(xì)胞的免疫應(yīng)答密切相關(guān)。研究報(bào)道免疫蛋白酶體參與病毒導(dǎo)致的病理?yè)p傷。Kovacsics等[17]將人類(lèi)原代胎兒星形膠質(zhì)細(xì)胞單獨(dú)或組合暴露于TNF-α、LPS和IFN-γ中，發(fā)現(xiàn)HIV病毒可以通過(guò)IFN-γ上調(diào)免疫蛋白酶體的表達(dá)，促進(jìn)血紅素加氧酶(HO-1)的降解。而HO-1的減少可以增加谷氨酸鹽的釋放和神經(jīng)毒性，這將有助于HIV導(dǎo)致的神經(jīng)認(rèn)知功能損傷。另外CVB3感染所導(dǎo)致的心肌損傷中也發(fā)現(xiàn)了相類(lèi)似的現(xiàn)象。CVB3感染后，免疫蛋白酶體亞基LMP7可以利用其糜蛋白酶樣的催化活性促進(jìn)LPS介導(dǎo)的p38和ERK1/2的磷酸化，從而上調(diào)心臟保護(hù)模式識(shí)別分子PTX3的表達(dá)水平，進(jìn)而減少炎癥因子的釋放及降低心肌組織損傷[18]。值得關(guān)注的是，免疫蛋白酶體在神經(jīng)類(lèi)病毒所導(dǎo)致的疾病中也發(fā)揮著重要的作用。研究顯示LMP7敲除會(huì)使被淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒感染的小鼠浸潤(rùn)活化的淋巴細(xì)胞和髓細(xì)胞的數(shù)目明顯減少，同時(shí)由于LMP7的敲除阻止了細(xì)胞毒性T細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)中從而減少神經(jīng)退化以及增加小鼠的存活率[19]。當(dāng)然許多病毒對(duì)宿主產(chǎn)生致病效果與宿主本身的年齡有關(guān)，如CVB3主要導(dǎo)致乳鼠產(chǎn)生心肌炎。近期有研究報(bào)道免疫蛋白酶體對(duì)于病毒致病性的影響與年齡密切相關(guān)。在小鼠腺病毒1型(MAV-1)感染的不同年齡的TKO小鼠(完全缺乏免疫蛋白酶體的小鼠)和正常小鼠中，免疫蛋白酶體對(duì)于小鼠腺病毒1型(MAV-1)感染不同年齡小鼠的發(fā)病機(jī)理的影響不同：缺乏免疫蛋白酶體可以降低新生小鼠肺部由于病毒感染所誘導(dǎo)的IFN-γ的表達(dá)水平，增加新生小鼠的死亡率；而免疫蛋白酶體并不影響成年老鼠的炎癥反應(yīng)和MAV-1的發(fā)病機(jī)理[20]。以上研究均表明，免疫蛋白酶體在病毒致病過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

5 免疫蛋白酶體與抗病毒治療

研究顯示，免疫蛋白酶體抑制劑可能成為抗病毒藥物的一種選擇。Althof等[6]使用對(duì)于CVB3介導(dǎo)的心肌炎具有高度敏感性的A/J系小鼠作為模型，發(fā)現(xiàn)免疫蛋白酶體抑制劑ONX-0914(又稱(chēng)PR-957)可以減少CVB3感染造成的促炎因子的產(chǎn)生，降低心肌組織的損傷。同時(shí)，ONX-0914也有助于HIV病毒的抗病毒治療。研究報(bào)道ONX-09可以通過(guò)激活HSF1信號(hào)通路，減少CDK9(周期蛋白依賴(lài)性激酶)的泛素化導(dǎo)致CDK9的積累及磷酸化從而促進(jìn)RNA聚合酶II磷酸化進(jìn)而激活潛伏的人類(lèi)免疫缺陷病毒1型(HIV-1)蛋白質(zhì)的表達(dá)，有助于聯(lián)合抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療藥物對(duì)潛伏的HIV病毒進(jìn)行有效的清除[21]。雖然一些蛋白酶體的抑制劑如MG132被證實(shí)的確有助于抗病毒治療[22]，但是由于蛋白酶體主要幫助控制細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的質(zhì)量，不具有特異性很容易產(chǎn)生副作用。因此對(duì)于免疫蛋白酶體的研究將有助于開(kāi)發(fā)更好的抗病毒藥物幫助抗病毒治療。

6 總 結(jié)

免疫蛋白酶體作為細(xì)胞內(nèi)的一種特殊的蛋白酶體，對(duì)入侵的病毒產(chǎn)生多種效應(yīng)。一方面，它有助于宿主細(xì)胞抑制病毒的復(fù)制，另一方面，病毒又可以通過(guò)破壞免疫蛋白酶體的組裝影響其豐度或者活性，進(jìn)而干擾MHC-I抗原提呈路徑幫助病毒逃避宿主免疫或者影響病毒的致病性。此外，免疫蛋白酶體抑制劑在抗病毒治療中有越來(lái)越多的應(yīng)用，這表明免疫蛋白酶體或許可以成為對(duì)抗病毒的一個(gè)很好的靶標(biāo)。但是對(duì)于免疫蛋白酶體抗病毒作用的研究，目前主要集中在免疫蛋白酶體蛋白的表達(dá)和MHC-I抗原提呈作用，而免疫蛋白酶體活性的改變及其抗病毒功能的具體調(diào)控機(jī)制尚不清楚。因此，深入地探究免疫蛋白酶體在抗病毒過(guò)程中的分子調(diào)控機(jī)制，將有助于了解病毒的致病性的同時(shí)，也為抗病毒治療提供新策略。

利益沖突：無(wú)