乙型肝炎病毒与宿主细胞蛋白相互作用的研究进展.pdf
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1、收稿日期 2005 -07 -26 作者简介 张士猛 (1978 - ) , 男, 山东省滕州市人, 在读博士 生。 *通讯联系人, Tel: 010-66932211; E-mail: sqwang nic. bmi. ac. cn 乙型肝炎病毒与宿主细胞蛋白相互作用的研究进展 张士猛,王升启* (军事医学科学院放射与辐射医学研究所, 北京 100850) 摘要 乙肝病毒感染是肝癌的主要诱因之一。最近几年的研究重点是病毒的组分与宿主细胞因子之间的相互 作用。越来越多的与病毒有相互作用的细胞因子被发现, 这可能意味着乙肝病毒复制的每一个步骤都有许多宿主 细胞因子参与。本文将讨论近年来这方面的研
2、究进展, 并对乙肝病毒感染尚未解决的问题进行讨论。 关键词 肝炎病毒, 乙型; 相互作用; 病毒与宿主 中图分类号 R373. 21文献标识码 A 文章编号 1000-5501 (2006) 03-0292-03 Interactions between hepatitis B virus and host cell proteins:research advances ZHANG Shi-Meng,WANG Sheng-Qi* (Institute of Radiation Medicine,Academy of Military Medical Sciences,Beijing 10085
3、0,China) Abstract Hepatitis B virus(HBV)infection is one of the major causes of hepatocellular carcinoma(HCC) . The focal point of recent research was the interaction of the viral components with cellular factors. More and more intracellular inter- actions between viral and cellular components are d
4、iscovered, and probably each individual step of genome replication of the virus involves several host cytokines. Some of the new development of the research on this aspect is described here. The problems about HBV infection remain to be resolved and discussed further. Key words hepatitis B virus(HBV
5、) ;interaction;virus and host 乙型肝炎病毒 (hepatitis B virus,HBV) 是一种有部分双 链基因组 DNA 的包膜病毒。全世界有超过 3 亿乙肝病毒携 带者, 它的感染不仅可以引起急、 慢性病毒性肝炎, 而且还与 肝硬化和肝细胞癌的发生、 发展有密切关系。HBV 基因组 由约 3 200 个碱基对组成, 主要包含有 4 个编码蛋白的开放 阅读框: S、 C、 P、 X。S 基因区编码大 S、 中 S 和小 S 三种包膜 蛋白; C 基因区编码 c 和 e 抗原; P 基因区编码聚合酶; X 基 因区编码 X 蛋白。乙肝病毒感染宿主细胞的过程实际上
6、是 病毒与宿主细胞及免疫系统相互作用的过程。在这个过程 中, 乙肝病毒颗粒通过膜蛋白与肝细胞受体结合而介导病毒 颗粒进入细胞。进入细胞之后, 环状的部分双链基因组 DNA 被释放入细胞核中并转变成环状共价闭合双链 DNA (cccDNA) 。以 cccDNA 为模板, 转录出一系列基因组和亚 基因组转录本。所有病毒 RNA 被转运到胞质并翻译出包膜 蛋白、 核衣壳 (C) 蛋白、 聚合酶蛋白、 X 蛋白和前 C 蛋白。随 后, 核衣壳蛋白和前基因组 RNA 组装成核衣壳, 被包装的前 基因组 RNA 立即进行反转录, 依次合成病毒 DNA 的两条 链。一部分含有完整基因组的病毒核衣壳又被转运到
7、细胞 核重复上述的循环; 而大部分核衣壳通过出芽途径经内质 网、 高尔基体获得包膜蛋白并被分泌到胞外。从上述乙肝病 毒的复制循环可以看出这个过程是个非常复杂的过程, 有大 量的细胞内蛋白分子参与了这个过程, 其作用可能是抑制或 帮助病毒的复制。这种相互作用过程从分子水平上来说是 病毒蛋白质与宿主细胞蛋白质之间相互作用的过程。这些 蛋白质相互作用构成了乙肝病毒的复制循环。本文即从蛋 白质相互作用角度来对乙肝病毒与宿主细胞相互作用的研 究进展做一综述。 1 S 蛋白的相互作用蛋白及乙肝病毒的受体 S 基因区从上游开始依次为前 S1 区、 前 S2 区和 S 区, 因 为不同的起始位点分别编码大 S
8、 蛋白 (前 S1 + 前 S2 + S) 、 中 S 蛋白 (前 S2 + S) 和小 S 蛋白 (S) , 它们是乙肝病毒包膜蛋 白的主要成分。现在已经有充分的证据证明前 S 蛋白决定 了乙肝病毒的嗜肝性, 即它和受体结合介导病毒侵入肝细 胞。因此对于膜蛋白相互作用蛋白的研究也主要集中在前 S 蛋白上。前 S1 结构域中含有介导 HBV 黏附细胞的表位, 该表位被限制在前 S1 的第 21 47 位氨基酸, 这些氨基酸是 介导 HBV 与 HepG2 黏附的充分必要条件。此外, 定点突变 分析表明, 该抗原表位内的 QLDPAF 序列对有效的细胞黏附 是必需的。 1. 1 乙型肝炎病毒的受
9、体 肝细胞是乙肝病毒感染的主要靶器官, 很可能是肝细胞 的特异性受体决定了乙肝病毒的组织特异性。近十几年来 对于 S 蛋白相互作用蛋白的研究主要是寻找乙肝病毒的受 292 军事医学科学院院刊 2006 年 6 月 第 30 卷 第 3 期 Bull Acad Mil Med Sci,Jun 2006; Vol 30 No 3 体。Pontisso 等 1应用重组乙肝病毒膜蛋白和放射标记技术 (rHBsAg) 发现只有含有大 S 的重组蛋白可以直接结合到肝 细胞膜上。这种结合可被未标记的抗原颗粒或大 S 蛋白特 异的单克隆抗体竞争性抑制。另外, 他们还发现在聚合人血 清白蛋白存在的情况下, 含有
10、大 S 和中 S 的重组抗原颗粒也 可以结合到肝细胞膜表面, 而只含有小 S 的重组抗原颗粒仍 然无法与肝细胞膜结合。Hertogs 等 2发现小 S 蛋白可特异 地与内联蛋白 2 (endonexin 2) 结合, 暗示这种相互作用很可 能在乙肝病毒感染的初始阶段起重要作用。Mehdi 等 3发 现 S 蛋白可以和载脂蛋白 H (apolipoprotein H) 特异性结合, 这种相互作用在 3 种 S 蛋白中都存在。载脂蛋白 H 与乳糜 颗粒和低密度脂蛋白有部分相互作用, 而这两者以肝细胞为 特异的靶器官。这说明载脂蛋白可能介导了乙肝病毒与受 体的结合。Neurath 等 4发现血液来源
11、的表面抗原颗粒可以 和白细胞介素 6 结合, 因此白细胞介素也可能参与病毒的吸 附。他们还发现 PreS1 区参与病毒吸附, 并且有一部分区域 和 IgA 的重链某些区域相似。Pontisso 发现 IgA 受体可能参 与病毒吸附, 但随后被其他人的实验结果否定。Franco 等 5 发现表面抗原 PreS2 区可以结合到 T 细胞的转铁蛋白受体, 而此受体也存在于肝细胞表面, 因此这也可能是乙肝病毒感 染的方式之一。Treichel 发现病毒可能通过 PreS1 区与去唾 液酸糖蛋白受体 (asialoglycoprotein receptor, ASGPR) 结合而 进入肝细胞。虽然近十几
12、年来对乙肝病毒感染的分子机制 进行了深入研究, 发现了一些可能的受体, 但是仍然没有完 全阐明其细胞表面的受体。现在已经基本确定乙肝病毒与 受体结合的部位位于 PreS1 区或 PreS2 区, 或者这 2 个区域 都是必需的 19。另一方面, 乙肝病毒的受体也可能不是唯 一的, 以上提到的这些潜在的受体在自然感染的情况下可能 存在有协同作用, 需要进行深入的研究。 1. 2 其他相互作用蛋白 Ryu 等 6发现有一个相对分子质量约为 80 103的分子 可以和 PreS1 结合, 但并没有鉴定该蛋白质。Prange 等 7发 现 PreS 区可以和热休克蛋白 Hsc70 结合, 中 S 蛋白
13、的正确 折叠也需要钙联接蛋白 (calnexin) 的帮助, 说明乙肝病毒的 装配需要其他宿主蛋白的帮助。Hartmann-Stuhler 等 8发现 PreS1 区可以和 2-衔接蛋白 (2-adaptin) 结合, 它很可能是 网格蛋白衔接分子 (clathrin adapter) , 而后者则负责蛋白质 的分选和运输。De Falco 等 9发现 PreS1 (21 47) 可以和一 个相对分子质量约为 44 103的蛋白结合, 而这个蛋白的基 因序列与鳞状细胞癌抗原 1 的基因序列仅有 4 个碱基差异。 Cho 等 10发现内质网腔内分子伴侣 GRP78/ BiP 可以和大 S 的 P
14、reS1 区结合, 说明这个分子伴侣可能在大 S 的折叠或者 病毒包膜的装配过程中起重要作用。 2 聚合酶结合蛋白 聚合酶是乙肝病毒编码的最大的一个蛋白, 由 832 个氨 基酸残基组成, 具有逆转录酶活性。它含有 4 个功能结构域, 从 N 端开始依次是: TP 结构域, 它通过蛋白质引发的逆转录 而共价连接到负链 DNA; 间隔结构域, 它允许其中有突变; RT 结构域, 它含有逆转录酶所需要的 YMDD 序列; RNase H 结构 域。聚合酶通过结合到前基因组 RNA 5端 颈环结构而启 动逆转录, 从而开始 HBV 基因组的复制。Hu 等 11, 18发现 HSP90 与聚合酶和前基
15、因组 RNA 形成的核蛋白复合体有相 互作用, 并且是逆转录酶所必需的。随后他们进一步发现除 了 HSP90, 核蛋白复合体的形成还需要 ATP 水解和 P23 的存 在, 而 P23 是 HSP90 的辅分子伴侣 (co-chaperone) 。这说明, 病毒 DNA 复制的起始及装配是一个能量驱动的过程, 而由 HSP90, P23 和其他因子组成的多组分分子伴侣复合体使逆转 录酶保持一定的构象从而启动逆转录及基因组的复制 12。 随后, Park 等 13发现 HSP60 与聚合酶的 TP 和 RH 结构域存 在相互作用, 这种相互作用对聚合酶有激活作用, ATP 可以协 同增强这种激活
16、作用。这说明 HSP60 在聚合酶由非活性形 式向活性形式转变过程中起重要作用。 3 HBx 结合蛋白 HBx 虽然只有154 个氨基酸残基, 但是它是乙肝病毒编 码的蛋白中功能最复杂的一个, 近年来研究显示它极有可能 在肝癌的发生过程中发挥着重要作用, 因此已经成为乙肝研 究的焦点。细胞定位研究证明, X 蛋白主要定位在细胞质中, 少数存在于细胞核中。而胞质中的X 蛋白根据定位不同又分 为两类: 定位在线粒体中及不在线粒体中两部分。现在虽然 证明 HBx 有转录调控能力, 但其自身并不能结合 DNA, 它主 要通过与宿主细胞中的蛋白质发生相互作用而产生两方面的 效应: 通过与一些转录调控蛋白
17、质的相互作用,在转录调控 水平上激活或抑制某些基因的转录; 通过直接的蛋白质之间 的相互作用,影响宿主细胞中这些蛋白质的功能。 把与 HBx 有相互作用的蛋白按照在细胞中的定位可分 为以下几类: 位于细胞浆中的蛋白质。这些蛋白属于信号 转导通路上的蛋白有 JAK1, 蛋白激酶 C 结合蛋白; 属于凋亡 相关蛋白质有半胱天冬酶 (caspase-3) ; 属于蛋白酶体蛋白的 有PSMA1、 PSMA7; 属于线粒体蛋白质的有 HVDAC3 (human voltage-dependent anion channel) 、热 休 克 蛋 白 60 和 70 (HSP60、 70) ; 属于溶酶体蛋
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