不同病毒逃逸OAS/RNase L通路抗病毒作用機(jī)制的研究進(jìn)展

周小磊,褚成龍,鄭柏松

（吉林大學(xué)第一醫(yī)院艾滋病與病毒研究所，吉林 長(zhǎng)春130061）

2'-5'寡聚腺苷酸合成酶/RNA酶L（2'-5'oligoadenylate synthetase，OAS/RNase L）系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代最早發(fā)現(xiàn)的人類干擾素（interferon，IFN）效應(yīng)通路之一，作為宿主天然免疫的重要組成部分，可以抵御多種病毒對(duì)人體的侵襲。OAS蛋白家族包括OAS1、OAS2、OAS3和OAS-like（OASL）4個(gè)成員［1］，屬于擾素刺激基因（IFN-stimulated genes，ISGs），在IFN的抗病毒機(jī)制中起重要作用［2］。OAS 1～3被IFN誘導(dǎo)形成酶原后，與雙鏈RNA（double-stranded RNA，dsRNA）結(jié)合催化ATP合成2'，5'寡聚腺苷酸（2-5A）［3-4］。2-5A為短的寡聚腺苷酸，由2'，5'-磷酸二酯鍵連接。作為第二信使與細(xì)胞內(nèi)單體的RNase L結(jié)合，介導(dǎo)RNase L的二聚化和激活［5］。激活的RNase L可切割單鏈RNA的UA和UU二核苷酸，抑制病毒復(fù)制和促進(jìn)細(xì)胞凋亡［6-8］。OASL雖然不具備催化2-5A合成活性，但可通過(guò)OASL/維甲酸誘導(dǎo)基因Ⅰ（retinoic-acid-inducible geneⅠ，RIG-Ⅰ）途徑在RNA病毒和DNA病毒感染過(guò)程中發(fā)揮不同作用［9-11］。

通常認(rèn)為，大多數(shù)RNA病毒均會(huì)被RNase L所抑制。至今，OAS/RNase L系統(tǒng)已經(jīng)被證明對(duì)柯薩齊B4病毒［12］、西尼羅河病毒（West Nile virus，WNV）［13］和冠狀病毒［14］等多種病毒具有廣譜的抗病毒作用。然而，不同病毒在進(jìn)化過(guò)程中已逐漸演化出逃逸OAS/RNase L系統(tǒng)抗病毒作用的獨(dú)特機(jī)制。對(duì)于OAS/RNase L系統(tǒng)的抗病毒作用機(jī)制已經(jīng)有較多綜述，但關(guān)于病毒如何逃逸此系統(tǒng)的相關(guān)研究尚未見(jiàn)詳細(xì)綜述報(bào)道。現(xiàn)主要從病毒如何調(diào)控OAS激活、調(diào)控2-5A合成和調(diào)控RNase L等階段對(duì)不同病毒逃逸OAS/RNase L系統(tǒng)的機(jī)制進(jìn)行綜述，為今后抗病毒治療的策略以及抗病毒治療藥物的研發(fā)提供新的方向。

1 病毒通過(guò)調(diào)控OAS激活逃逸OAS/RNase L系統(tǒng)的抗病毒作用

病毒dsRNA的結(jié)合能夠激活OAS蛋白的催化活性，進(jìn)而誘導(dǎo)下游的天然免疫反應(yīng)。然而，甲型流感病毒的非結(jié)構(gòu)蛋白1（nonstructural protein 1，NS1）的N端RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域可以與病毒的dsRNA結(jié)合，成為OAS蛋白的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，唯一必需的結(jié)合位點(diǎn)是38號(hào)位置的精氨酸。研究［15］顯示：NS1蛋白雖然不影響細(xì)胞IFN-β的產(chǎn)量，但可以有效抑制IFN-β誘導(dǎo)的抗病毒作用。IFN-β處理的細(xì)胞不能抑制野生型病毒的復(fù)制，但卻能使NS1 R38A突變的病毒產(chǎn)量明顯降低。IFN-β誘導(dǎo)的抗病毒活性主要由RNase L激活，并且RNase L的激活由OAS蛋白調(diào)控，所以NS1逃避IFN-β誘導(dǎo)的抗病毒作用可能是通過(guò)與OAS蛋白競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合dsRNA，從而抑制OAS蛋白以及下游RNase L的激活。XIANG等［16］和RICE等［17］的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：牛痘病毒（vaccinia virus，VV）在多種細(xì)胞系中對(duì)IFN反應(yīng)具有抗性，但是病毒E3L基因的缺失會(huì)使VV對(duì)IFN的抗病毒作用變得敏感，其原因?yàn)椴《綞3L基因編碼2個(gè)dsRNA結(jié)合蛋白，能夠隔離病毒的dsRNA，從而阻遏OAS蛋白與dsRNA的結(jié)合。此外，SCHR?DER等［18］發(fā)現(xiàn)：人類免疫缺陷病毒1型（human immunodeficiency virus type 1，HIV-1）的TAR序列能夠結(jié)合并激活OAS蛋白，但是HIV-1的輔助蛋白Tat能夠抑制該反應(yīng)，進(jìn)而抑制OAS/RNase L通路的激活。SAMUEL等［13］在小鼠皮下注射WNV，結(jié)果表明：與野生型小鼠比較，RNase L敲除小鼠在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中具有更高的病毒載量以及更高的死亡率，其原因?yàn)閃NV可以截?cái)嘈∈蟮腛AS1b（Flv），使小鼠更易受WNV及其他黃病毒的感染。

值得注意的是，OAS/RNase L通路對(duì)多種腸道病毒的感染具有拮抗作用，然而腸道病毒71型（enterovirus 71，EV 71）也進(jìn)化出其特殊的逃逸機(jī)制。EV 71通過(guò)自身的3C蛋白酶可對(duì)OAS 1～3進(jìn)行剪切降解，從而逃逸OAS/RNase L系統(tǒng)的抗病毒作用。

2 病毒通過(guò)調(diào)控2-5A逃逸OAS/RNase L系統(tǒng)的抗病毒作用

截至目前2-5A唯一已知的功能是RNase L激活［4］，其表達(dá)水平直接影響下游RNase L的激活。研究［19-20］表明：2-5A在細(xì)胞和血清中會(huì)被2'-磷酸二酯酶和5'-磷酸酶在數(shù)分鐘內(nèi)降解，正常狀態(tài)下體內(nèi)RNase L的活性是被嚴(yán)格調(diào)控的。但是部分病毒具有降解2-5A的能力，當(dāng)其入侵宿主時(shí)，細(xì)胞中2-5A水平明顯降低，導(dǎo)致RNase L的激活被抑制。ZHAO等［21］研究顯示：小鼠冠狀病毒-小鼠肝炎病毒（mouse hepatitis virus，MHV）的輔助蛋白非結(jié)構(gòu)蛋白2（nonstructural protein 2，NS2）具有2'，5'-磷酸二酯酶（2'，5'-phosphodiesterases，PDE）活性。NS2-H126R突變病毒不能在野生型小鼠體內(nèi)復(fù)制，也不能在野生型小鼠中誘發(fā)肝炎，但在RNase L缺陷小鼠中仍具有高致病性，主要是由于NS2蛋白可以通過(guò)下調(diào)細(xì)胞中2-5A水平來(lái)阻止RNase L的激活，從而拮抗Ⅰ型INF反應(yīng)。同樣，A組輪狀病毒（rotavirus A，RVA）VP3蛋白［22-23］以及中東呼吸綜合征冠狀病毒（Middle East respiratory syndrome coronavirus， MERSCoV）［24-25］的NS4b蛋白也具有類似于MHV NS2蛋白的功能。RVA次要核心蛋白VP3的羧基末端結(jié)構(gòu)域（VP3-CTD）與MHV NS2具有相近的序列及同源結(jié)構(gòu)，以此抑制天然免疫的激活［22］。MERS-CoV的輔助蛋白NS4b除了具有與MHV NS2相似的結(jié)構(gòu)和活性外，其催化位點(diǎn)或核定位序列的突變會(huì)導(dǎo)致IFN-λ表達(dá)增加，對(duì)INF的抑制作用是病毒PDE未知的一種功能［24］。而CRUZ等［26］發(fā)現(xiàn)：豬冠狀病毒——傳染性胃腸炎病毒（transmissible gastroenteritis virus，TGEV）蛋白7能夠與蛋白磷酸酶1（protein phosphatase 1，PP1）的催化亞基結(jié)合明顯增加TGEV病毒的毒性，從而抵消宿主的抗病毒作用。蛋白7的缺失會(huì)增強(qiáng)RNase L活性。進(jìn)一步研究［14，26］顯示：蛋白7與PP1相互作用使2-5A的5'端去磷酸化失活，從而無(wú)法介導(dǎo)RNase L的二聚化和激活。除此之外，RNase L也拮抗包括單純皰疹病毒（herpes simplex virus 1，HSV 1）［27］以 及 猴 病 毒40（simian virus 40，SV 40）在內(nèi)的DNA病毒［28］，表明其均會(huì)通過(guò)在感染過(guò)程中產(chǎn)生失活的2-5A類似物，競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合RNase L，從而抑制RNase L的激活。

3 病毒通過(guò)抑制RNase L的活性逃逸OAS/RNase L系統(tǒng)的抗病毒作用

作為OAS/RNase L通路的下游關(guān)鍵蛋白，RNase L的活性決定著整個(gè)通路的抗病毒作用強(qiáng)度。因此，一些病毒直接抑制RNase L活性以逃避天然免疫。有些病毒在mRNA水平進(jìn)化出特有的結(jié)構(gòu)，保護(hù)自身病毒RNA不被RNase L切割。脊髓灰質(zhì)炎病毒（poliovirus，PV）mRNA在其3C Pro開(kāi)放閱讀框中存在一個(gè)系統(tǒng)保守的RNA結(jié)構(gòu)，可以作為RNase L的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑［29-30］。

研究［31］顯示：臨床上感染丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）1型的患者治愈的概率低于感染HCV 2型或HCV 3型的患者，其原因?yàn)橄鄬?duì)于IFN敏感基因型（HCV 2型或3型）的HCV mRNA，IFN抗性基因型（HCV 1型）的HCV mRNA具有更少的UA和UU二核苷酸，從而更難被RNase L切割。

同時(shí)，在蛋白水平上，一些病毒也具有特殊的逃逸RNase L策略。泰勒病毒的L*蛋白是一種由病毒的開(kāi)放閱讀框編碼的病毒輔助蛋白。L*蛋白通過(guò)與RNase L的錨蛋白結(jié)構(gòu)域直接相互作用抑制了該酶活性，從而逃逸OAS/RNase L途徑的抗病毒作用，且該逃逸機(jī)制是物種特異性的［32］。RNase L抑制劑（RNase L inhibitor，RLI）是細(xì)胞內(nèi)一種特異性抑制RNase L的蛋白，能夠拮抗RNase L與2-5A的 結(jié) 合，HIV-1［33］以 及 腦 心 肌 炎 病 毒（encephalomyocarditis virus，EMCV）［34-36］在 感 染過(guò)程中均可以通過(guò)上調(diào)細(xì)胞內(nèi)的RLI抑制RNase L。

與其他病毒不同，塞卡病毒（Zika virus，ZIKV）感染會(huì)使細(xì)胞內(nèi)病毒基因組減少，但是病毒感染滴度不變。ZIKV通過(guò)在早期感染過(guò)程中產(chǎn)生免受RNase L裂解的病毒基因組庫(kù)來(lái)逃避RNase L的抗病毒活性，即在RNase L激活之前產(chǎn)生足夠的病毒量來(lái)抵消RNase L對(duì)病毒的剪切［37］。本研究所涉及的病毒種類、病毒蛋白及其作用機(jī)制見(jiàn)表1。

表1 不同病毒對(duì)OAS/RNase L通路抗病毒作用的逃逸機(jī)制T ab.1 Escaping mechanisms of antiviral effects of different viruses on OAS/RNase L pathway

4 總結(jié)與展望

OAS蛋白家族分別通過(guò)OAS/RNase L通路和OASL激活的IFN調(diào)節(jié)途徑產(chǎn)生抗病毒作用，對(duì)多種RNA和DNA病毒具有明顯的抗病毒作用，具有開(kāi)發(fā)廣泛的抗病毒治療藥物的潛力。OAS/RNase L的抗病毒作用不是通過(guò)單一機(jī)制發(fā)生的，而是由不同RNA底物裂解產(chǎn)生的多種效應(yīng)的組合，而且由于病毒和細(xì)胞類型的不同，抗病毒作用也不盡相同［38］。OAS/RNase L系統(tǒng)抗病毒活性機(jī)制包括：①通過(guò)降解ssRNA病毒基因組RNA從而消除病毒基因組；②通過(guò)降解所有DNA病毒和RNA病毒的mRNA從而抑制病毒蛋白的合成；③通過(guò)降解病毒復(fù)制所需的宿主細(xì)胞mRNA和rRNA從而阻礙病毒復(fù)制；④引發(fā)被感染細(xì)胞凋亡抑制病毒復(fù)制；⑤RNase L將短RNA片段釋放到細(xì)胞質(zhì)中，會(huì)激活胞質(zhì)解旋酶RIG-I和MDA 5，從而激活Ⅰ型IFN的合成，在抗病毒防御中產(chǎn)生積極的反饋［4，39-40］。

目前病毒已經(jīng)發(fā)展出各種策略來(lái)逃避OAS/RNase L途徑，可能源于病毒對(duì)OAS/RNase L系統(tǒng)功能蛋白的不同敏感性，此外病毒復(fù)制周期的多樣性、不同細(xì)胞類型和生物體所產(chǎn)生的抗病毒防御的多樣性也可能是導(dǎo)致逃避策略的多樣性的原因之一，更加強(qiáng)調(diào)了此途徑在天然免疫系統(tǒng)中的重要性。一些病毒作用于OAS/RNase L途徑的觸發(fā)物病毒dsRNA，從而抑制OAS催化活性的激活；還有一些病毒作用于第二信使2-5A，阻遏RNase L的二聚激活；另一些病毒則作用于下游，直接抑制RNase L活性。

雖然作為最早被發(fā)現(xiàn)的抗病毒通路之一，OAS/RNase L途徑抗病毒機(jī)制的研究已經(jīng)十分豐富，但是大多數(shù)病毒進(jìn)化出的逃逸機(jī)制尚不明確，仍需要更多的研究為病毒感染疾病的治療提供依據(jù)。近年來(lái)的研究［41-44］表明：OAS蛋白家族與多種慢性炎癥、自身免疫性疾病、癌癥和傳染病的免疫調(diào)節(jié)有關(guān)，表明該蛋白家族成員在各種生物過(guò)程中的多功能作用，需要進(jìn)行更加深入的研究。