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人免疫缺陷病毒的受體與輔助受體
Key words Acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), Human immunodeficiency virus, Receptor, Coreceptor
人免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus, HIV)是引起艾滋病的病原。由于該病的病死率較高，目前尚沒有被廣泛接受的有效的醫(yī)治方法，所以世界各國對艾滋病都十分重視。在感染HIV時，HIV首先與靶細胞上的受體(receptor)結(jié)合后，才能進入該細胞并在其內(nèi)繁殖。所以充分地了解HIV的受體及輔助受體(coreceptor)，對控制HIV的感染和傳播是至關(guān)重要的。
1 HIV的受體
早在10多年以前，人們就發(fā)現(xiàn)用抗CD4抗原的單克隆抗體在體外可以阻止病毒與細胞結(jié)合和病毒的感染；隨后又發(fā)現(xiàn)將CD4基因轉(zhuǎn)入到不表達CD4分子的細胞中，使該細胞表達CD4蛋白[1]，這種表達CD4抗原的細胞就能被HIV感染，因此認為CD4是HIV的受體。后來經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，HIV包膜糖蛋白前體gp160轉(zhuǎn)錄后切割成gp120和gp41，二者以非共價鍵方式連接在一起，形成分別由三個gp120和gp41所組成的寡聚體[2]，其中g(shù)p41可穿過病毒的包膜。gp120與宿主細胞的CD4分子具有較高親和力，通過二者的識別，病毒吸附到細胞的表面并使gp41的構(gòu)型發(fā)生變化，觸發(fā)細胞間融合，受感染并表達gp120的細胞與未受感染的正常的CD4細胞形成合胞體(syncytium)，而導(dǎo)致該正常細胞死亡[2]。
2 HIV的輔助受體
2.1 輔助受體與細胞嗜性株系
時隔十年后，在1996年發(fā)現(xiàn)CCR5和CXCR4為HIV的輔助受體。因為CD4分子本身只能誘導(dǎo)病毒包膜蛋白構(gòu)型改變，但還不能使HIV進入到靶細胞內(nèi)部，必須借助與輔助受體作用才能進入細胞中[3]。最近Weissenhorn等[4]和Cham等[5]分別將兩個穿膜糖蛋白gp41的膜外大片段共結(jié)晶，所揭示出的gp41核心結(jié)構(gòu)與流感病毒HA2蛋白極為相近，所以推測HIV進入靶細胞的過程與流感病毒相同。gp120與靶細胞表面的CD4分子結(jié)合，然后與輔助受體相互作用，觸發(fā)包膜糖蛋白構(gòu)型發(fā)生變化，這一變化使gp41暴露出來，使融合肽(fusion peptide)穿透靶細胞。的確，HIV與CD4的結(jié)合增加了gp120-CCR5的相互作用效率，同時也證明CXCR4與細胞膜上的CD4-gp120復(fù)合體結(jié)合[6]。后來又有報道指出，人巨細胞病毒也可編碼β-趨化因子受體US28，它可以被HIV-I用作輔助受體進入靶細胞[7]。
不同來源的病毒感染不同類型細胞的能力是不相同的，這稱為細胞嗜性(cell-tropism)，所有的HIV株系都能感染原始的(primary)CD+4T淋巴細胞。許多新病毒株(primary viral isolate)能在單核細胞中很好復(fù)制，而不能感染T細胞系，把這種株系歸類為單核細胞或巨噬細胞嗜性株系(M-tropic strains, M-trop)[8]，反過來另外一些病毒株，特別是那些能在體外培養(yǎng)的淋巴細胞中繁殖的病毒株，又稱為T-細胞系適應(yīng)株，只能感染原始的T-淋巴細胞而不能感染單核細胞或巨噬細胞，稱為嗜T細胞病毒株(T-tropic strains, T-trop)[9]。M-Trop不能在體外誘導(dǎo)形成合胞體(稱為非合胞體誘導(dǎo)型)，而T-trop則能在體外誘導(dǎo)形成合胞體(稱為合胞體誘導(dǎo)型)。1996年初，F(xiàn)eng等[10]發(fā)現(xiàn)當T-trop的HIV進入靶細胞時利用CXCR4作為輔助受體；CXCR4的天然配體是趨化素(chemokine)SDF-1，識別CXCR4的抗體阻止T-trop進入靶細胞，而不能阻止M-trop的感染。M-trop的HIV利用CCR5作為輔助受體，同時CCR5是β-趨化素的受體。在性傳播的HIV中約有90%以上的HIV是M-trop，在艾滋病患者中的HIV也主要利用輔助受體CCR5，而利用CXCR4作為輔助受體則很少[11]。但是，T-trop的HIV一旦在體內(nèi)繁殖，其毒力特別強，并可促使病程加快[10]。
2.2 輔助受體與病毒感染
輔助受體的發(fā)現(xiàn)對了解病毒的傳播和宿主的抗性具有重要的意義。HIV-1的感染并在宿主體內(nèi)定植的株系(無論是性傳播和垂直傳染還是血流傳染)占優(yōu)先地位的是M-trop[6，7]。就是說盡管在有些被感染者體內(nèi)既存在M-trop又有T-trop，但原始感染的大多數(shù)是HIV的M-trop。例如有些人(某些妓女和HIV感染者的配偶等)不斷地接觸HIV，但不被感染[11]。體外研究表明，這些歐洲人的外周血單核細胞(PBMC)抗M-trop的感染而不抗T-trop的感染，在分析它們的基因型時發(fā)現(xiàn)其CCR5是缺失純合體，在其細胞表面沒有表達出該輔助受體，PBMC不能傳遞CCR5介導(dǎo)的信號。有人認為這是由于CCR5細胞主要分布在粘膜的表面，通過性接觸使病毒進入該細胞[12]。但是通過注射毒品和接受被感染血液輸入的HIV陽性攜帶者中，其原始感染的病毒株系也是M-trop，這說明HIV的感染不局限于粘膜表面的細胞，初始感染時需要單核細胞、巨噬細胞來抵抗T-trop的侵染。影響CCR5和CXCR4基因表達的因素以及這些基因的點突變都影響病毒的感染。IL-2促進它們表達，從而加速病毒的感染。輔助受體的配體(ligand)如β-趨化素可封閉或者減少HIV進入靶細胞[13]。
另外，這些輔助因子的發(fā)現(xiàn)，對我們了解由M-trop向T-trop的轉(zhuǎn)換和受感染者的發(fā)病進程也具有重要的意義。在原始感染時，M-trop占主導(dǎo)地位，在大多數(shù)人體內(nèi)都是M-trop，但有的人體內(nèi)確存在有T-trop的HIV，遺憾的是現(xiàn)在還不清楚M-trop為什么存在這種優(yōu)勢和什么原因能夠使其永遠轉(zhuǎn)變?yōu)門-trop。病毒本身的變異可能是其中原因之一；M-trop的優(yōu)勢可能是由于適合M-trop復(fù)制條件來維持，而這種條件不適合T-trop的復(fù)制，一旦這種平衡被一種或幾種因素所破壞就可能觸發(fā)嗜性系轉(zhuǎn)換。M-trop的HIV在許多被感染的人群特別是長期HIV陽性而不發(fā)病人體中的廣泛存在支持了這種說法，同時也證明宿主本身的因子在控制嗜性系轉(zhuǎn)換中起重要作用。HIV嗜性系的轉(zhuǎn)換使整個新的天然CD+4T細胞群都被病毒感染，這樣就可能引起發(fā)病或促使病程加快。
3 受體與治療
弄清楚HIV是怎樣進入靶細胞的，對于制定艾滋病的治療策略是有益的。干擾病毒與受體的結(jié)合不失為一條防治HIV感染和發(fā)病的可行途徑。
3.1 針對CD4分子
3.1.1 單克隆抗體
抗CD4分子的抗體可以封閉HIV的感染力，制備直接識別病毒結(jié)合位點以阻止病毒與CD4分子結(jié)合。還有人提出用識別CD4抗體的抗體(獨特型抗體)，它具有病毒識別的表位，使病毒與該抗體結(jié)合而不與CD4分子結(jié)合[14]。識別gp120的中和抗體
是阻止病毒與其受體結(jié)合的手段之一，在無病癥的HIV陽性攜帶者體內(nèi)的中和抗體，能夠減緩艾滋病患者的病程[14]。
3.1.2 重組可溶性CD4(rcCD4)
利用基因工程的方法制備與病毒gp120具有高親和力的CD4分子，rcCD4通過封閉病毒的附著來阻止HIV的感染和合胞體的形成。在用CD4治療被病毒感染的玀猴時發(fā)現(xiàn)rcCD4可抑制病毒的生長和改善骨髓的功能[15]。
3.1.3 其它
肝素也可以阻斷HIV與CD4分子結(jié)合，從而防止感染和合胞體的形成，并且證明這一化合物并沒有毒性。另外和病毒膜蛋白gp120具有共同序列的8肽與HIV競爭CD4等，據(jù)說可以減輕病毒的感染。
3.2 針對輔助受體5
CCR5在HIV感染初期起重要作用，而CXCR4被后來艾滋病發(fā)病時所出現(xiàn)T-trop的HIV所利用。同時，它們也是趨化因子的受體。趨化因子及其受體在體內(nèi)的作用是指導(dǎo)特定的白細胞(Leukocyte)向炎癥部位轉(zhuǎn)移。所有T細胞趨化劑(chemoattractant)都選擇地吸附記憶/被活化的T細胞。CCR5是β-趨化素Rantes、MIPα和MIPβ的受體，其中MIP-1β使用CCR5作為主要受體，而其它趨化素除識別CCR5之外還識別另外一些受體。競爭實驗表明MIP-1β可與HIV競爭CCR5受體，阻止病毒與細胞融合[15]。動物實驗顯示Rantes可以增加巨噬細胞對病毒的抗性。CXCR4是SDF-1的受體，SDF-1可抑制T-trop的HIV；識別CXCR4的單克隆抗體可以抑制由SDF-1誘導(dǎo)產(chǎn)生細胞趨化性和細胞內(nèi)鈣的改變[17]。
因此，在進行治療時運用多肽或其配體來封閉CCR5，或者通過基因治療來干擾CCR5基因的表達，用識別輔助受體表位的疫苗來預(yù)防HIV的感染，需要建立動物模型來試驗針對輔助受體的治療，因為HIV在非人源細胞中復(fù)制較差，并且還需要克服HIV進入動物細胞的障礙。CCR5也是猿猴免疫缺陷病毒(SIV)的輔助受體，但SIV株系的特性與T-trop相似，而與M-trop相異[18]，因而利用猿猴進行試驗不能完全反映HIV-1在體內(nèi)的情況，所以有人提出利用產(chǎn)生人CD+4 CCR5的轉(zhuǎn)基因小鼠來進行疫苗試驗[18]。
HIV gp120與CCR5的相互作用對中和抗體較為敏感，大部分抗體不能阻止gp120與CD4分子的結(jié)合，而能阻止與CCR5的結(jié)合。因為CCR5是人體中的正常成分，其免疫原性較差，所以也就不能直接用它作為疫苗，但可以用CCR5蛋白來篩選人源抗體庫，抗體庫具有廣泛的多樣性，理論上任何抗原都能篩選到相應(yīng)的抗體。利用β-趨化素在體外可以阻止HIV-1感染，據(jù)說在體內(nèi)用β-趨化素進行治療時，需將β-趨化素進行修飾，否則會使人體引起炎癥反應(yīng)[19]。
作者單位：中國科學(xué)院微生物研究所分子病毒室，北京 100080
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原作者： 王學(xué) 周瑩 田波
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