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摘要:

自噬是一種高度保守的生理代謝途徑，雙層膜囊泡將其內(nèi)容物運送到溶酶體進行降解。因此，自噬是哺乳動物細(xì)胞清除胞內(nèi)病毒等病原體的一種手段。然而，在病毒感染過程中自噬的角色比較復(fù)雜，一些病毒已進化出逃逸自噬依賴性降解的方法，甚至利用自噬為自己的復(fù)制而服務(wù)。本文主要綜述了自噬的基本機制和功能、自噬在病毒感染中的角色以及自噬在人類免疫缺陷病毒和T細(xì)胞白血病病毒1型等反轉(zhuǎn)錄病毒感染過程中的作用。

關(guān)鍵詞:

自噬;病毒感染;反轉(zhuǎn)錄病毒

細(xì)胞自噬是存在于真核細(xì)胞的一種生命現(xiàn)象，是細(xì)胞體內(nèi)的自我平衡過程和自我保護機制，并且是與細(xì)胞凋亡、壞死并存的一種程序性死亡機制。研究發(fā)現(xiàn)，自噬有3種途徑:大自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬［1-2］。本文主要探討大自噬在病毒感染(尤其是反轉(zhuǎn)錄病毒感染)過程中的作用及其可能機制。

1細(xì)胞自噬在機體內(nèi)的機制及作用

自噬以具有雙層膜囊泡結(jié)構(gòu)的自噬小體形成以及隨后的損壞或過多的細(xì)胞組分的溶酶體依賴途徑降解為特征，在維持內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面起重要作用［3-4］。自噬起始于一段獨立的膜(一般來自于內(nèi)質(zhì)網(wǎng))，自噬小體的形成依賴于自噬相關(guān)蛋白(autophagy-relatedgene，ATG)家族［5］。至今已在酵母中發(fā)現(xiàn)約40種ATG，并且在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)多種同源物［6］。但是，僅有約50%的家族成員在經(jīng)典的自噬小體形成中是必要的，包括ATG1、ATG2、ATG3、ATG4、ATG5、ATG6、ATG7、ATG8、ATG9、ATG10、ATG12、ATG13、ATG14、ATG16、ATG17、ATG18、ATG29和ATG31［7］。在經(jīng)典的自噬信號通路中，有2種類似泛素的結(jié)合系統(tǒng):ATG12結(jié)合系統(tǒng)和ATG8脂化系統(tǒng)。ATG12和ATG8均由同一個E1泛素酶類似物ATG7所激活［8］。在ATG12結(jié)合系統(tǒng)中，ATG7幫助ATG12結(jié)合到ATG5，形成ATG12-ATG5復(fù)合物［9］。而在ATG8脂化系統(tǒng)中，激活的I型ATG8轉(zhuǎn)移到ATG3，并最終結(jié)合到磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethano-lamine，PE)［10］。ATG8-PE復(fù)合物一般稱為II型ATG8，是目前自噬方面最被認(rèn)可的標(biāo)志物。另外1個比較被認(rèn)可的自噬標(biāo)志物是自噬受體p62，其降解可反映自噬溶酶體的活性［11］。自噬在機體內(nèi)有重要的生理功能。首先，自噬可抵抗代謝壓力，在營養(yǎng)物質(zhì)被剝奪、生長因子缺乏、缺氧等情況下，自噬可被激活而作為一種適應(yīng)性催化途徑存在。自噬體大量降解釋放出自由的、可供機體重新使用的氨基酸和脂肪酸分子［12］。其次，自噬可以清除缺陷的蛋白和細(xì)胞器，阻止異常蛋白集聚，清除胞內(nèi)病原體。這些功能使得自噬可以介導(dǎo)機體對衰老、腫瘤、神經(jīng)退行性疾病及感染的抵抗。雖然這些功能在某些方面與泛素化-蛋白酶體系統(tǒng)重疊，但自噬有其獨到之處，其可以降解整個細(xì)胞器，比如線粒體、過氧化物酶體以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等［13］。再次，自噬可以限制DNA損傷和染色體不穩(wěn)定性，但其具體機制尚不完全清楚［14］。另外，自噬也可認(rèn)為是一種非凋亡的細(xì)胞程序性死亡過程［15］。

2細(xì)胞自噬與病毒感染

自噬可以清除入侵的病原體，該過程稱為異體吞噬，事實上，對于多種病毒感染，自噬可將其在體內(nèi)的滴度維持在較低的水平［16］。有研究顯示，辛德比斯病毒引發(fā)的腦炎可被自噬減弱［17］。辛德比斯病毒的衣殼蛋白通過p62招募到自噬小體上，針對辛德比斯病毒的衣殼限制性進行全基因組篩選，鑒別出線粒體的Parkin依賴性降解途徑的多個成員，提示病毒和線粒體通過自噬降解存在明顯的相似性［18］。該項研究鑒別出泛素連接酶Smurf1是辛德比斯病毒和線粒體自噬性清除中的一個重要組分。Smurf1泛素化辛德比斯病毒的衣殼蛋白并通過自噬降解。這種p62介導(dǎo)的自噬性降解同樣發(fā)生在切昆貢亞熱病毒［19］。但是，自噬對切昆貢亞熱病毒的限制只發(fā)生在小鼠細(xì)胞上。在人類細(xì)胞中，切昆貢亞熱病毒通過NDP52與ATG8結(jié)合，將其復(fù)制系統(tǒng)定位在反面高爾基網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上，因此，對自噬的抑制反而減弱切昆貢亞熱病毒的復(fù)制［20］。與切昆貢亞熱病毒相似，其他病毒也進化出對抗自噬的策略。皰疹病毒經(jīng)常攜帶Bcl-2同源物，可以阻止Beclin-1進行自噬的誘導(dǎo)［21-22］。而A型流感病毒則可以阻止溶酶體和自噬小體的融合［23］。因此，自噬可以抑制一些病毒在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制，但是，一些病毒已經(jīng)進化出針對自噬的逃逸機制。

3自噬與人類免疫缺陷病毒1型感染

HIV-1是獲得性免疫缺陷綜合征的病原體，全球HIV病毒感染超過3000萬人，每年約300萬HIV病毒感染者死亡［24-25］。HIV-1病毒可以感染CD4+T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞，并可在細(xì)胞中復(fù)制［26-27］。HIV-1病毒進入細(xì)胞后，其復(fù)制受到自噬降解和宿主細(xì)胞限制因子的挑戰(zhàn)，如APOBEC3GT-2/tether-in、TRIM5α、SAMHD1和microRNA［28］。然而，HIV-1已進化出多種手段來逃避這些防御機制，從而克服細(xì)胞限制。例如，HIV-1病毒通過輔助蛋白Vif來促進降解或排除APOBEC3G摻入病毒粒子;Vpu蛋白可以對抗BST-2/tetherin的影響;Tat蛋白可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)miRNA的活性。關(guān)于自噬，HIV-1顯然逃避了這一細(xì)胞防御過程，并使其利于病毒復(fù)制。在巨噬細(xì)胞中，病毒輔助蛋白Nef通過與Beclin-1結(jié)合來抑制自噬的成熟，從而阻止對病毒的破壞［29］。巴弗洛霉素A1是自噬小體與溶酶體融合的抑制劑，用巴弗洛霉素A1處理細(xì)胞可增加HIV-1的產(chǎn)生。此外，免疫相關(guān)的鳥苷三磷酸酶家族M可以與ATG5和ATG10相互作用，Nef也可通過它促進自噬體的積累和HIV-1的產(chǎn)生［30］。研究發(fā)現(xiàn)，Nef缺失的HIV-1無法克服自噬性降解，因而復(fù)制效率較低［31］。總體而言，目前的研究顯示，細(xì)胞自噬的早期步驟有助于HIV-1的復(fù)制。與此相一致的是，HIV-1Gag蛋白與ATG8豐富的自噬小體共定位;用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤處理Hela細(xì)胞，或用siR-NA沉默Beclin-1或ATG7可顯著降低HIV-1的產(chǎn)生，而自噬誘導(dǎo)劑西羅莫司可增加病毒的產(chǎn)生［31］。研究還發(fā)現(xiàn)，維生素D可以通過啟動和促進自噬的成熟而抑制HIV-1復(fù)制，通過巴弗洛霉素A1處理或沉默Beclin-1和ATG5可以降低維生素D的抑制作用［32］，這些結(jié)果表明，增加自噬小體與溶酶體融合可能是有效的抗HIV-1治療策略。HIV-1感染的人急性T淋巴母細(xì)胞白血病細(xì)胞MOLT-4及CD4+T細(xì)胞對自噬有抑制作用，ATG8或Beclin-1蛋白表達水平降低［33］;這表明在T細(xì)胞中，自噬過程對HIV-1復(fù)制可能是負(fù)性調(diào)控［34］。然而，有研究顯示，HIV-1感染CD4+T細(xì)胞可以誘導(dǎo)自噬，表現(xiàn)為Beclin-1和ATG8蛋白表達水平升高［35］。此外，ATG1、ATG4D、ATG5-ATG12復(fù)合物水平在HIV-1或HIV-2感染后升高，而自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤和Beclin-1的siR-NA可以抑制JurkatT細(xì)胞中的HIV-1復(fù)制［35］。另外，自噬相關(guān)基因ATG5和ATG16的穩(wěn)定沉默也可以抑制人T淋巴細(xì)胞系SupT1細(xì)胞中HIV-1的產(chǎn)生［36］。這些結(jié)果表明，自噬的活化在T細(xì)胞中對HIV-1是正性調(diào)控。事實上，在T細(xì)胞中HIV-1與自噬的關(guān)系仍未完全清楚，尚需進一步研究。

4自噬與人類T細(xì)胞白血病病毒1型感染

HTLV-1是被發(fā)現(xiàn)的第1個與人類疾病相關(guān)的反轉(zhuǎn)錄病毒，其感染所引發(fā)的成人T細(xì)胞白血病(a-dultT-cellleukemia，ATL)和強直性下肢輕癱目前還無有效的治療手段［36］。據(jù)2005年不完全統(tǒng)計，全世界HTLV-1病毒攜帶者有1000萬至2000萬人［37］。目前有研究表明，HTLV-1感染可增加自噬小體的積累，并且這種積累可以促進HTLV-1的復(fù)制［38］。HTLV-1的Tax蛋白可以阻止自噬小體與溶酶體融合，減少自噬小體被溶酶體降解，從而增加自噬小體的積累;而胞內(nèi)自噬小體與溶酶體融合抑制劑巴弗洛霉素A1可增加Tax蛋白的穩(wěn)定性，提示胞內(nèi)部分Tax蛋白降解通過自噬完成［38］。T細(xì)胞受體信號會導(dǎo)致核因子-κB激酶抑制劑(inhibitorofnuclearfactorkappa-Bkinase，IKK)和磷脂酰肌醇3激酶C1(phosphatidylinositol3-kinaseC1，PI3KC1)的激活并誘導(dǎo)自噬的發(fā)生，這對T細(xì)胞增殖非常重要，與之相似，Tax蛋白也可激活I(lǐng)KK和PI3KC1［39-40］。HTLV-1轉(zhuǎn)化的T細(xì)胞表達Tax蛋白，同時伴有高水平的自噬發(fā)生，而無Tax表達的ATL細(xì)胞中顯示極低水平的自噬發(fā)生。Tax蛋白可與自噬信號中的重要分子Beclin-1、PI3KC3及Bax蛋白相互作用因子1(Bax-interactingfactor1，Bif1)相互作用，并將自噬分子隔離到脂筏上，該過程依賴于IKK復(fù)合體。在HTLV-1轉(zhuǎn)化的T細(xì)胞中，敲掉Bec-lin-1會導(dǎo)致自噬降低及細(xì)胞存活率降低。這些結(jié)果表明，Tax蛋白將IKK復(fù)合物和自噬信號通路偶聯(lián)起來，促進HTLV-1轉(zhuǎn)化的T細(xì)胞的生存和增殖［41］。

5小結(jié)

越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，許多病毒已經(jīng)進化出克服細(xì)胞自噬的防御對策。目前，許多病毒有很多手段來逃避或利用自噬過程。阻斷自噬體與溶酶體的融合似乎是多種病毒誘導(dǎo)自噬體膜產(chǎn)生的一個共同機制;這些病毒進化出阻止自噬小體膜與溶酶體融合的方法，從而阻止自噬小體的損壞。許多病毒可以利用自噬體膜高效復(fù)制其病毒基因組。隨著對病毒與細(xì)胞相互作用研究的深入，很可能會出現(xiàn)增強自噬小體與溶酶體融合的藥物，并應(yīng)用于臨床。目前，還有很多領(lǐng)域存在爭議，如關(guān)于參與自噬過程的細(xì)胞因子、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程以及病理生理學(xué)意義的研究還有待進一步深入;自噬在體內(nèi)對病毒免疫應(yīng)答過程中確切的作用仍需要研究。通過對自噬這把雙刃劍的研究，必將為人類對抗和最終解決這些反轉(zhuǎn)錄病毒疾病帶來新的希望。

作者:楊帥 劉璐 宋迪 王潔 楊波 單位:新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗學(xué)院