皰疹病毒免疫逃逸相關(guān)蛋白及其作用機制研究進(jìn)展

馬寧寧，劉 占，鄧夢夢，郭子儀，史志斌，陳 陸

皰疹病毒科(Herpesviridae)是一類包含核心、衣殼、間質(zhì)蛋白層和囊膜4部分結(jié)構(gòu)的雙鏈DNA病毒,病毒粒子大小為 200～250 nm,依據(jù)基因組序列和病原學(xué)特點被分為α、β 和γ 3個亞科[1]。其中α亞科 DNA分子量較小，復(fù)制較快，如人單純皰疹病毒(Herpes simplex virus, HSV)、水痘帶狀皰疹病毒(Varicella-zoster virus,VZV)和豬偽狂犬病病毒(Pseudorabies virus, PRV)等；β亞科DNA分子量較大,復(fù)制較慢，如人巨細(xì)胞病毒(Human cytomegalovirus，HCMV)和人皰疹病毒6型和7型(Human herpesvirus 6 and 7, HHV-6 and HHV-7)等；γ亞科以感染淋巴細(xì)胞為特征，如愛潑斯坦-巴爾氏病毒(Epstein-Barr virus, EBV)和卡波西氏肉瘤相關(guān)皰疹病毒(Kaposi sacoma-associated herpesvirus, KSHV)等[2]。經(jīng)過數(shù)億年的共同進(jìn)化，脊椎動物形成了高度復(fù)雜的防御機制來對抗病原體入侵[3]。面對動物免疫系統(tǒng)的不斷進(jìn)化，皰疹病毒編碼出多種蛋白并以不同的機制逃避宿主的免疫防御，得以終生潛伏感染于體內(nèi)。潛伏感染期，機體無任何臨床癥狀，被感染的細(xì)胞不產(chǎn)生感染性病毒顆粒，常會伴隨宿主終生，為病毒的再激活提供有利條件，這為皰疹病毒提供了一個重要的生存優(yōu)勢[4]。近年來,以HSV、HCMV、EBV、PRV和馬皰疹病毒(Equine Herpesvirus，EHV)等為代表的皰疹病毒在病毒免疫逃逸機制方面的研究取得了顯著進(jìn)展,病毒基因組編碼的多種蛋白在免疫逃逸過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。本文就抑制MHC I類分子抗原遞呈、TAP對抗原肽的轉(zhuǎn)運以及病毒感染早期引發(fā)干擾素反應(yīng)的免疫逃逸蛋白進(jìn)行綜述，為進(jìn)一步研究人和動物感染其他皰疹病毒的免疫逃逸機制及靶向治療提供參考，同時也為治療性疫苗的研制提供思路。

1 介導(dǎo)MHC I類分子的皰疹病毒免疫逃逸蛋白

1.1MHC I類分子結(jié)構(gòu)及功能 MHC I類分子是一條由MHC I基因編碼的可糖基化的α重鏈(Heavy chain，HC)和非MHC基因編碼的β2微球蛋白(β2-microglobulin，β2m)通過二硫鍵構(gòu)成的異源二聚體。HC為I型跨膜蛋白，錨定在細(xì)胞膜上，包括3個胞外區(qū)結(jié)構(gòu)域α1、α2和α3。前2個功能區(qū)共同構(gòu)成抗原肽結(jié)合部位且兩端閉合，盡可能地容納8～11個氨基酸殘基的多肽，α3負(fù)責(zé)與CD8分子結(jié)合；β2m為非跨膜成分，以非共價鍵與α鏈(主要為α3)相互作用，促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中新合成的MHC I類分子向細(xì)胞表面運輸，對穩(wěn)定MHC I類分子結(jié)構(gòu)具有一定的作用。抗原遞呈細(xì)胞(Antigen presenting cell，APC)攝取的內(nèi)源性抗原在蛋白酶體的作用下被降解成多肽，而后被抗原肽轉(zhuǎn)運體(Transporter of antigenic peptide，TAP)轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，與MHC I類分子的抗原結(jié)合槽結(jié)合后形成異源三聚復(fù)合物(Peptide-MHC-complex，pMHC I)，隨后穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)經(jīng)過高爾基體展示到細(xì)胞表面。細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)通過識別細(xì)胞表面的復(fù)合體，發(fā)揮細(xì)胞毒作用，裂解被感染的細(xì)胞。反之，抗原肽則會通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白降解途徑(ER-associated protein degradation，ERAD)返回到細(xì)胞質(zhì)中被降解。沒有與抗原肽結(jié)合的MHC-I類分子則通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的另一種通道離開，然后被很快降解，或者短暫地表達(dá)在細(xì)胞表面后通過內(nèi)化被降解或回收[5-8]。

1.2介導(dǎo)MHC I類分子功能的皰疹病毒免疫逃逸蛋白及其作用機制 人和動物皰疹病毒編碼多種免疫逃逸分子，這些分子能有效干擾MHC I類分子抗原遞呈所涉及的各個方面，包括阻止MHC I類分子的成熟、誘導(dǎo)MHC I類分子以蛋白酶體和溶酶體途徑降解及屏蔽抗原肽結(jié)合槽以干擾pMHC I的裝配從而影響MHC I類分子的運輸?shù)?，從而?dǎo)致皰疹病毒在宿主體內(nèi)終生潛伏存在[9]。以下是通過不同方式影響MHC I類分子功能的人和動物皰疹病毒及其編碼的免疫逃逸蛋白。

小鼠巨細(xì)胞病毒(Murine cytomegalovirus，MCMV)編碼2種與MHC I類分子相互作用的蛋白質(zhì)，干擾T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞(NK)對受感染細(xì)胞的識別，包括m152/gp 40以及 m02-m16家族的成員m06/gp 48。其中m152/gp 40蛋白直接與MHC Ⅰ類分子相互作用, 從而將其滯留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體過渡部位(ERGIC); m06/gp 48通過其胞質(zhì)尾部的雙亮氨酸基序(Di-leucine motif)靶向MHC I類分子，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中與MHC I類分子結(jié)合并將它們轉(zhuǎn)移到溶酶體中降解。VZV將MHC Ⅰ類分子滯留于高爾基體中, 從而抑制其表達(dá)到細(xì)胞表面[6,10]。HCMV US2-US11基因編碼幾種干擾MHC I類分子的蛋白，如US2和US11導(dǎo)致新合成的HC鏈從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到胞漿即與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫位，然后被胞質(zhì)蛋白酶體降解；US10通過細(xì)胞質(zhì)尾部的1個三亮氨酸基序下調(diào)HLA-G[11]。KSHV編碼2個獨特的基因產(chǎn)物K3和K5，與其他皰疹病毒免疫調(diào)節(jié)蛋白一樣，K3和K5主要分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，但它們對MHC I類分子代謝的影響并不發(fā)生在該細(xì)胞器，而是促進(jìn)細(xì)胞表面MHC I的內(nèi)吞，K3和K5蛋白具有E3泛素連接酶活性, 能夠通過結(jié)合MHC Ⅰ類分子而使其泛素化, 進(jìn)而引起MHC Ⅰ類分子的內(nèi)化并被蛋白酶體降解[6]。與此相似，馬皰疹病毒4型(EHV-4)的早期蛋白UL56能夠誘導(dǎo)MHC I 類分子內(nèi)化，最終通過溶酶體途徑將其降解[12]。EBV的BDLF3蛋白雖然沒有E3泛素連接酶活性, 但也能引起MHC Ⅰ類分子的泛素化, 并通過蛋白酶體降解[13]。還有一些蛋白側(cè)重于阻止MHC I類分子的合成和表達(dá)，如單純皰疹病毒1型(HSV-1)編碼的VHS或UL41、EBV編碼的BGLF 5和KSHV編碼的 SOX或ORF 37是宿主關(guān)閉蛋白，阻斷HLA I和II類分子的合成[14-15]。PRV編碼的UL56可以增加SLA I HC的泛素化水平并通過溶酶體途徑降解，其中PPXY基序?qū)τ赟LA I HC的泛素化降解有重要作用[16]。

2 作用于TAP的免疫逃逸及相關(guān)蛋白研究

2.1TAP結(jié)構(gòu)及功能 TAP位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及高爾基體膜上，抑制TAP對抗原肽的轉(zhuǎn)運是MHC I 類分子細(xì)胞表面表達(dá)量下降的重要因素之一[17]。TAP屬于ATP結(jié)合盒(ATP-binding cassette，ABC)家族成員，是由TAP1和TAP2組成的異源二聚體，每個亞基各有1個高度保守的C-末端核酸結(jié)合區(qū)(NBD)和1個由6個核心跨膜螺旋組成的N-末端跨膜區(qū)(TMDs)[18-20]。這些跨膜螺旋相互纏繞，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中形成通道，在通道的胞質(zhì)側(cè)，形成1個肽結(jié)合袋，可容納長度為8～16個氨基酸殘基的肽即負(fù)責(zé)肽的識別和結(jié)合。2個NBD分別由保守的WalkerA和WalkerB 結(jié)構(gòu)域組成功能不同的ATP結(jié)合位點，催化ATP的的水解，為抗原肽的轉(zhuǎn)運提供能量。起初TAP的肽結(jié)合部位面向胞漿內(nèi)打開，2個NBD呈分開狀態(tài)，裝載ATP且結(jié)合多肽后2個NBD形成二聚體誘導(dǎo)TMDs由內(nèi)向構(gòu)象到向外構(gòu)象轉(zhuǎn)換，從而將肽從胞漿移動到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)。ATP水解后，NBDs二聚體解聚并觸發(fā)TMDs向細(xì)胞內(nèi)打開的構(gòu)象轉(zhuǎn)換[5,21,28]。

2.2作用于TAP的免疫逃逸蛋白及其作用機制 通常情況下，病毒感染細(xì)胞后經(jīng)蛋白酶體降解的病毒肽結(jié)合至位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的TAP胞質(zhì)側(cè)的抗原結(jié)合槽，激活TAP上的ATP酶，ATP水解釋放能量促使TAP二聚體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，跨膜通道開放，抗原肽隨即被轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)氨肽酶(Endoplasmic reticulum aminopeptidase，ERAP)對病毒肽N端進(jìn)行修飾從而與MHC I的HC和β2m在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成異源二聚體復(fù)合物的抗原結(jié)合槽結(jié)合形成pMHC I，隨后展示到細(xì)胞表面，并被T細(xì)胞免疫監(jiān)視產(chǎn)生免疫反應(yīng)。以下是不同皰疹病毒通過干擾TAP多肽轉(zhuǎn)運過程的不同階段來逃避免疫系統(tǒng)的清除。

HSV-1和HSV-2編碼的ICP47是一種胞漿蛋白，其特殊的螺旋-環(huán)狀-螺旋結(jié)構(gòu)與胞漿區(qū)TAP的抗原肽結(jié)合位點具有高度的親和力，更容易結(jié)合到 TAP，形成穩(wěn)定的TAP-ICP47復(fù)合體，能競爭性地抑制TAP介導(dǎo)的抗原肽從胞漿向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)運，并導(dǎo)致MHC I分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)滯留，ICP47對抗原肽遞呈的抑制并不需要其它蛋白的參與[22-24]。牛皰疹病毒1型和5型(Bovine herpesviruses types 1 and 5，BHV-1和BHV-5)UL49.5不影響肽段與TAP的結(jié)合，而是病毒蛋白與TAP的核心區(qū)域結(jié)合，通過2種獨特的機制破壞TAP介導(dǎo)的肽轉(zhuǎn)運。其中BHV-1和BHV-5 UL49.5的C端會引起TAP的降解[25]。EHV-1/4 UL49.5則會獨特地干擾ATP與TAP的結(jié)合，使TAP轉(zhuǎn)運抗原肽缺乏能量來源，抗原肽遷移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)受抑制，從而降低pMHC I的形成，進(jìn)而降低MHC I類分子在細(xì)胞表面的展示[16]。PRV UL49.5盡管和BHV-I和EHV-I UL49.5一樣能抑制TAP的抗原遞呈，但其并不影響TAP的穩(wěn)定性以及TAP 與ATP的結(jié)合，其具體機制尚不清楚[26]。HCMV編碼多種針對MHC I抗原遞呈途徑的免疫逃逸蛋白，包括TAP抑制劑US6。US6是I型膜蛋白，與EHV-1/4 US6一樣，通過抑制胞漿中ATP與TAP1胞漿側(cè)的NBDs結(jié)合，使得病毒抗原肽因缺乏能量而無法轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與MHC I結(jié)合形成復(fù)合物，借此逃避宿主免疫監(jiān)視[27]。EBV編碼的BNLF2a 通過C端尾部疏水錨定序列插入在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，而N端的親水多肽暴露在細(xì)胞質(zhì)，與TAP胞質(zhì)部結(jié)合，使TAP不能發(fā)生構(gòu)象變化從而發(fā)生免疫逃逸[28]。

3 獨立于MHC I類分子的免疫逃逸蛋白及其機制

干擾素(Interferon，IFN)是細(xì)胞先天性免疫防御系統(tǒng)的重要分子。干擾素經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生后，通過與不同受體結(jié)合激發(fā)不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，包括JAK-STAT、CRKL、PI3K和MAPK途徑等，進(jìn)而刺激下游效應(yīng)蛋白2′,5′-寡聚腺苷酸合成酶(2′,5′-OAS)、蛋白激酶R(Protein kinase R，PKR)和ISG15等的產(chǎn)生，這些效應(yīng)蛋白通過阻止病毒核酸復(fù)制和蛋白的合成，發(fā)揮抗病毒作用[29]。皰疹病毒編碼多個蛋白分別通過阻止減少干擾素誘導(dǎo)表達(dá)、抑制干擾素信號通路、阻斷抗病毒蛋白的激活等方式發(fā)揮免疫逃逸作用。

HSV-1皮層蛋白US11、VP16 和US3分別通過C末端的RNA結(jié)構(gòu)域結(jié)合RIG-I/MAD-5、阻斷IRF3以及過度磷酸化IRF3等方式阻止IFN-β產(chǎn)生[30-32]。HSV-1 VP24通過影響天然免疫中能激活樹突狀細(xì)胞免疫功能的TBK1與IRF3的相互作用，進(jìn)而抑制ISD誘導(dǎo)的DNA識別受體信號通路的激活，阻止IFN-β產(chǎn)生[33]。HSV-1 UL36 和ICP0 分別通過去泛素化IκBα及與p65和p50相互作用并通過泛素-蛋白酶體途徑降解p50而抑制NF-κB的活化[34-35]；PRV外源性表達(dá)的UL21蛋白能抑制NF-κB的產(chǎn)生，并且抑制效果與UL21表達(dá)量呈正相關(guān)[36]。PRV UL50通過促進(jìn)IFN-α受體蛋白IFNAR1的溶酶體降解而抑制IFN-1激活細(xì)胞的抗病毒狀態(tài)，包括產(chǎn)生抑制病毒復(fù)制的限制因子，從而有助于免疫逃逸[37]；HSV-1 UL46通過N端與干擾素基因刺激蛋白(Stimulator of interferon genes，STING)結(jié)合，C端與TBK1結(jié)合抑制STING通路[38]；HSV-1 UL24作用于cGAS-STING信號通路的NF-κB分支的p65，進(jìn)而抑制cGAS-STING介導(dǎo)的天然免疫信號通路[39]。這些蛋白可能在病毒感染的不同時期單獨或協(xié)同發(fā)揮作用，使皰疹病毒逃逸宿主的抗病毒天然免疫。

4 展 望

免疫逃逸是皰疹病毒感染的一個重要特征，也是皰疹病毒難以被根除的原因之一。隨著對皰疹病毒結(jié)構(gòu)及功能的深入研究，越來越清晰地認(rèn)識到，皰疹病毒潛伏和激活并非某病毒基因獨立促成的，而是病毒與宿主相互作用的結(jié)果。盡管對該類病毒免疫逃逸機制進(jìn)行了大量的研究，但目前仍有許多尚不完全清楚，如PRV拮抗TAP轉(zhuǎn)運抗原肽的機制和分子機理以及BHV-1在潛伏感染過程中病毒如何逃避免疫反應(yīng)等。該類病毒免疫逃逸機制的復(fù)雜多樣性給相關(guān)疾病的治療和防治帶來很大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有抗病毒藥物一般是通過干擾病毒本身來治療感染，無法根除病毒，若要針對潛伏期，就要阻斷與維持潛伏期相關(guān)蛋白質(zhì)的功能。從以上不同皰疹病毒免疫逃逸相關(guān)蛋白及其作用機制來看，我們可以獲得具有針對性的可干預(yù)靶點，為治療其他未知免疫逃逸機制的皰疹病毒感染及復(fù)發(fā)提供研究思路，對其治療奠定基礎(chǔ)。

利益沖突：無