Hsp70在病毒复制中的作用_梅佳佳.pdf

病 毒 学 报CHINESE JOURNAL OF VIROLOGYVol.39No.2March 2023第 39 卷 第 2 期 2 0 2 3 年 3 月Hsp70在病毒复制中的作用梅佳佳1，赵建元2，刘倩1，岑山2*，魏涛1*（1.北京联合大学 生物化学工程学院，北京 100101；2.中国医学科学院 医药生物技术研究所，北京 100050）摘要：热休克蛋白 70（Heat shock protein 70，Hsp70）是一种在进化上高度保守的分子伴侣蛋白，参与蛋白质的合成、折叠、组装及降解等过程，还参与细胞抗逆境胁迫的响应，对细胞蛋白内稳态（Protein homeostasis）的维持和生物体健康具有重要作用。研究表明，Hsp70对病毒的感染和复制也发挥重要作用。本文就 Hsp70的结构、Hsp70对病毒复制的促进及抑制作用进行综述，以期更深入地阐明 Hsp70发挥作用的分子机制并为寻找以 Hsp70为靶点的抗病毒药物提供新的理论依据及思路。关键词：热休克蛋白 70（Hsp70）；病毒复制；作用机制；抗病毒中图分类号：R392 R373.9 文献标识码：A 文章编号：10008721（2023）02058306DOI：10.13242/ki.bingduxuebao.004277病毒作为专营寄生细胞的非细胞生物，依靠宿主进行其基因组的复制、蛋白质的合成和病毒颗粒的释放等。因此，它们已经进化出转移宿主资源的机制，其中就包括对宿主细胞分子伴侣的利用。热休克蛋白（Heat shock protein，Hsp）是生物体中发现的在进化上高度保守的分子伴侣细胞蛋白之一，广泛存在于原核生物和真核生物中。1962年，意大利 遗 传 学 家 Ferruccio Ritossa 首 次 在 果 蝇 中 发 现Hsp 1，随后的研究发现该蛋白质能够在应激条件下如热应激、冷休克、紫外线照射、缺氧以及病原体入侵等方式诱导产生2。Hsp 蛋白家族根据其分子量大小的不同可分为 Hsp10、Hsp21、Hsp60、Hsp70、Hsp90、Hsp100 和 Hsp110 等。Hsp70（分 子 量 为6878kD）作为 Hsp 蛋白家族中的重要一员，根据应激表达的不同分为诱导型 Hsp70和结构型热休克蛋白 70（Heat shock cognate 70，Hsc70）两种3，4，这两种蛋白不仅参与细胞蛋白质量控制从而在代谢过程中促进细胞稳态，还参与细胞对应激条件的响应，且两者在病毒感染、转录复制和病毒粒子组装等过程均发挥着重要的作用。本文重点针对宿主细胞Hsp70 在病毒复制中的作用进行综述，为以 Hsp70为靶点的抗病毒药物的发现提供理论基础。1 Hsp70的结构Hsp70 约由 650 个氨基酸组成，具有两个功能域：ATP 酶功能域（ATP binding domain）和底物结合结构域（Substrate biding domain，SBD）。N 端是高度保守的分子量约为 44kD 的 ATP 酶功能域，又称为核苷结合域（Nucleotide biding domain，NBD），这是一种 V 形结构，具有 ATP 酶活性，结合并水解ATP，为伴侣活动提供能量；中部是相对保守的分子量为 25kD的底物结合结构域，包含一个分子量为15kDa 的 夹层结构域（Substrate biding domain，SBD）和处于 C 端的分子量为 10kD 的 螺旋盖结构域（Substrate biding domain，SBD），SBD结构域能够与未折叠蛋白暴露的疏水肽稳定结合，帮助新生蛋白质的折叠和错误蛋白质的重折叠和组装，参与蛋白质在细胞区室间的跨膜运输或降解；SBD结构域能够与特定蛋白底物发生结合。Hsp70 C 末端为保守的 EEVD基序5，6。2 Hsp70抑制病毒复制的作用2.1 Hsp70 通过影响病毒复制聚合酶活性抑制病毒复制Hsp70能够与甲型流感病毒（Influenza A virus，IAV）聚 合 酶 复 合 物 中 的 碱 性 蛋 白 1（Basic protein1，PB1）和碱性蛋白 2（Basic protein2，PB2）亚基结合，破坏聚合酶复合物的组成而减弱聚合酶活 性 以 发 挥 抗 病 毒 作 用7。研 究 发 现 Hsp70 在HEK293T 细胞中过表达时，导致长末端重复序列（Long terminal repeat，LTR）处 RNA 聚 合 酶 II（RNA polymerse II，RNA pol II）的募集减少，间接影响人类免疫缺陷病毒1（Human immunodefdiciency virus type 1，HIV-1）复制聚合酶活性而减弱病毒复制水平8。收稿日期：20220319；接受日期：20220609作者简介：梅佳佳（1998），女，从事抗病毒药物研究，Email：通讯作者：魏涛（1969），女，教授，从事生物活性物质发掘及其作用机理研究，Email：；岑山（1969），男，研究员，从事分子病毒学研究，Email：开放科学（OSID）病 毒 学 报39卷2.2 Hsp70通过增强宿主免疫功能阻碍病毒入侵Hsp70 可以触发机体先天性免疫应答。Hsp70作为被 Toll 样受体 2（Toll-like receptors 2，TLR2）和 Toll 样受体 4（Toll-like receptors 4，TLR4）识别的内源性分子之一，在任何一种细胞类型中，释放的Hsp70 均可导致 TLR4 信号传导9。Hsp70 可作为TLR2 和 TLR4 的配体，协助招募 Toll 白介素受体相 关 调 节 因 子（Toll-interleukin 1 receptor-domain-containing adapter-inducing interferon-b，TRIF）和TRIF 相 关 接 头 分 子（TRIF-related adaptor molecule，TRAM），触发 TLR4-TRIF/TRAM 信号转导以诱导 I 型干扰素表达，从而导致干扰素调节因子 3（Interferon regulatory Factor 3，IRF-3）和核因子-kB（Nuclear factor-kappa B，NF-B）的激活以发挥抗小鼠麻疹病毒（Measles virus，MV）活性10。除了触发先天免疫应答外，Hsp70 还具备刺激适应性免疫的潜力。释放的 Hsp70通过结合抗原肽并将这些肽交叉呈递给抗原呈递细胞来刺激适应性免 疫11。在 经 典 猪 瘟 病 毒（Classical swine fever virus，CSFV）感 染 中，Hsp70 增 强 了 与 其 融 合 的CSFV 囊膜糖蛋白 E（Envelope glycoprotein，E）的特异性免疫作用，显著提高了囊膜糖蛋白 E 特异性抗体的滴度、CD4（+）T 和 CD8（+）T 细胞的水平以及型干扰素（Interferon，IFN-）的释放以对抗病毒12。Hsp70具有高免疫原性，还可作为佐剂，在整合先天性免疫和适应性免疫力方面发挥关键作用。实验证明，Hsp70 能够与 IAV 的 M2 蛋白胞外功能区（Extracellular domain of M2 protein，M2e）嵌合以激活 小 鼠 免 疫 球 蛋 白 G2a（Immunoglobulin G2a，IgG2a）和 IFN-反 应，产 生 白 细 胞 介 素 4（Interleukin-4，IL-4）因子并刺激淋巴细胞增殖，增强了受试小鼠的体液免疫和细胞免疫反应从而保护小鼠抵抗 IAV 的侵害13。同样 Hsp70 与病毒抗原（Antigenic determinant，AD）组成的免疫重组蛋白能够有效刺激宿主体内 IL-1、IL-2、IL-6 和 IFN-等炎症细胞因子表达，刺激自然杀伤细胞、CD4（+）T 细胞和 CD8（+）T 细胞等免疫细胞的活化，引起宿 主 防 御 以 发 挥 对 口 蹄 疫 病 毒（Foot-and-mouth diseasevirus，FMDV）的 抗 病 毒 作 用14。另 外，Hsp70可以作为一种有效且安全的新生儿免疫促炎刺 激 剂，联 合 主 要 组 织 相 容 性 复 合 体（Major histocompatibility complex，MHC）I 类限制性表位和注射重组病毒 gB糖蛋白，增强细胞毒性 T 淋巴细胞（Cytotoxic T lymphocyte，CTL）反应和对病毒抗原的 Th1 召回反应，从而在生命早期对抗单纯疱疹病毒 1（Herpes Simplex Virus-1，HSV-1）15。2.3 Hsp70通过影响凋亡功能抑制病毒释放Hsp70 能 够 与 中 东 呼 吸 综 合 征 冠 状 病 毒（Middle East respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV）IRF-3 和 IB 激 酶（IB kinase，IKK）相互作用，促进 IRF-3 磷酸化和 I型干扰素表达，激活相关免疫细胞诱导感染早期细胞的凋亡从而限制病毒的复制和传播16。另外，Hsp70 还可直接 与 凋 亡 蛋 白 酶 激 活 因 子 1（Apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1）结合破坏凋亡体的形成，发挥抗凋亡功能以抑制感染后期 IAV的传播17。2.4 其它机制Hsp70除了影响病毒复制聚合酶活性以及调节宿主相关免疫和抗凋亡功能外，可能还存在其它抗病 毒 机 制。在 鲤 鱼 病 毒（Spring viremia of carp virus，SVCV）中，Hsc70 参与膜相关 RING-CH 8 蛋白（Membrane-associated RING-CH 8，MARCH8）介导的 SVCV 糖蛋白（Glycoprotein，GP）泛素化过程，并导致糖蛋白被溶酶体降解从而抑制病毒复制18。在 IAV 病毒复制期间，Hsp70 不仅抑制了IAV PB1 与 vRNA 的结合而干扰了核糖核蛋白复合物（Ribonucleoprotein，RNP）的完整性，而且还与图 1Hsp70的结构Figure 1Structure of Hsp70 5842期梅佳佳，等.Hsp70在病毒复制中的作用IAV RNP 结合从而阻止基质蛋白（Matrix protein，MP1）与 RNP 的结合，抑制 RNP 的核输出以发挥抗病毒作用19。在调节 HIV-1病毒基因表达和复制的过程中，Hsp70 通过干扰细胞周期素依赖性激酶 9（Cyclin-dependent protein kinase 9，CDK9）所 介 导的病毒基因组 RNA pol II 的 C 端结构域的磷酸化，从而阻断 Hsp40对 HIV-1转录过程的激活以抑制病毒复制20。3 Hsp70促进病毒复制的作用Hsp70 不仅具有广谱抗病毒活性，研究发现Hsp70还能促进某些病毒的复制。3.1 Hsp70 通过介导病毒进入宿主细胞促进病毒入侵人类肠道病毒 71（Human enterovirus 71，EV-71）通过清道夫受体 B 类成员 2（Scavenger receptor class B member 2，SCARB2）介 导 的 网 格 蛋 白（Clathrin）和缢断蛋白（Dynamin）内吞作用感染细胞，而存在于宿主细胞膜表面的 Hsp70 作为 EV-71的附着位点，能够从囊泡中分离出克拉菊酯，增强病毒内吞作用从而促进病毒进入，同时 Hsp70 可能帮助 EV-71 附着于其它病毒与细胞结合的受体并与该受体结合，以增强多种病毒的进入21。在登革热病毒（Dengue virus，DENV）感染期间，Hsp70 表达上调且在病毒进入宿主细胞期间被病毒包膜蛋白（Envelope protein，E）利 用 而 促 进 病 毒 感 染22。Zhang 通过亲和