痘病毒非结构蛋白拮抗IFN...I介导免疫逃逸机制研究进展_张天琦.pdf

病 毒 学 报CHINESE JOURNAL OF VIROLOGYVol.39No.2March 2023第 39 卷 第 2 期 2 0 2 3 年 3 月痘病毒非结构蛋白拮抗 IFNI 介导免疫逃逸机制研究进展张天琦1，昝晓慧1，苏锐2，王炜1*（1.内 蒙 古 大 学 草 原 家 畜 生 殖 调 控 与 繁 育 国 家 重 点 实 验 室 生 命 科 学 学 院，呼 和 浩 特 010070；2.内蒙古蒙微生物科技有限公司，呼和浩特 010070）摘要：近些年，猴痘病毒、牛结节性皮肤病病毒等痘病毒给公共卫生和畜牧业健康发展带来了巨大危害，引起全球广泛关注。痘病毒（Poxviridae）是一种大型双链 DNA 病毒，宿主范围广。在与宿主长期作用过程中，痘病毒通过编码非结构蛋白来逃逸宿主 IFNI介导的免疫反应。本文综述了痘病毒编码的非结构蛋白拮抗 IFNI天然免疫反应的研究进展，为防控痘病毒传播提供理论依据，为痘病毒新型疫苗研发及药物靶点筛选提供参考。关键词：痘病毒；免疫逃逸；天然免疫；模式识别受体中图分类号：Q93 R373.9 文献标识码：A 文章编号：10008721（2023）02053910DOI：10.13242/ki.bingduxuebao.004274痘病毒给全球公共卫生和畜牧业健康发展造成巨大影响。天花病毒（Variola virus，VARV）这个曾经让人谈之色变的痘病毒，给人类带来了巨大灾难，也是人类历史上发现的最具破坏性的病毒之一1。尽管天花病毒引起的天花已在全球消灭，然而，痘病毒与人类的斗争远远没有结束，痘病毒仍然严重威胁着人类和动物健康。2019 年 8 月，牛结节性皮肤病病毒传入我国新疆，并在短时间内波及数省，严重影响我国养牛业的健康发展24。2020年以来，牛结节性皮肤病病毒陆续传入孟加拉、尼泊尔、越南、不丹、泰国等国家，给当地养牛业造成了巨大的经济损失4，5。猴痘疫情已构成“国际关注的突发公共卫生事件”，据 WHO 7 月 23 日报道，2022 年 1 月 1 日至2022年 7月 20日期间，共有 72个国家向世卫组织报告了 14 533 例猴痘病例，包括 5 例死亡病例。目前对猴痘尚无特效药或特异性的治疗方法，给人类健康带来巨大威胁6。痘病毒（Poxviridae）可分为感染脊椎动物的脊索病毒亚科（Chordopoxvirinae）和感染昆虫的昆虫病毒亚科（Entomopoxvirinae）7。脊索病毒亚科共18 个属8，其中对人畜危害严重的主要包括正痘病毒 属（Orthopoxvirus）的VARV、猴 痘 病 毒（Monkeypox virus，MPXV）、牛 痘 病 毒（Cowpox virus，CPXV）；山羊痘病毒属（Capripoxvirus）的牛结 节 性 皮 肤 病 病 毒（Lumpy skin disease virus，LSDV）、山羊痘病毒（Goat pox virus，GTPV）、绵羊痘病毒（Sheep pox virus，SPPV）以及副痘病毒属（Parapoxvirus）的羊口疮病毒（Orf virus，ORFV）、牛丘疹性口炎病毒（Bovine papular stomatitis virus，BPSV）、伪 牛 痘 病 毒（Pseudocowpox virus，PCPV）7，9，10。痘病毒在电镜下呈砖形或椭圆形，病毒粒子大小为 240300160250nm，为双链 DNA 病毒，基因组大小为 130360kb11。病毒基因组可分为两个不同的功能区域，与病毒复制相关的基因位于基因组的保守中心区域12，编码 DNA 聚合酶、DNA 连接酶、单链 DNA 结合蛋白、DNA 依赖的 RNA 聚合酶等；侧翼区域编码的蛋白决定了病毒作用的宿主范 围、病 毒 的 毒 力，并 负 责 拮 抗 宿 主 的 免 疫 反应等12。宿主的天然免疫是识别和抵抗病毒入侵的第一道防线，通常包括阻止病原体侵入的体表屏障（物理屏障、化学屏障和生物学屏障）、天然免疫细胞的杀伤和调控（包括肥大细胞、嗜中性粒细胞、巨噬细胞、树突状细胞、NK 细胞等）、体液中的天然免疫分子（包括天然抗体、乳铁蛋白、防御素等）清除病原体、诱导天然免疫反应及炎症反应等13。病原体侵入机体和机体对病原体的识别、杀伤与清除是宿主与病原长期互作形成的机制，病毒通过自身编码的蛋白来中和抗体、抑制干扰素或趋化因子，从而削弱免疫收稿日期：20220624；接受日期：20221111基金项目：内蒙古自治区“揭榜挂帅”项目（项目号：2022JBGS0004），题目：牛结节皮肤病标记疫苗及其配套鉴别诊断试剂盒开发。作者简介：张天琦（1999），女，主要从事动物病原生物学及防控技术研究，Email：通讯作者：王炜（1980），男，教授，主要从事动物病原生物学及防控技术研究，Email：开放科学（OSID）病 毒 学 报39卷反应，实现免疫逃逸。干扰素（Interferon，IFN）是抗病毒反应的标志性效应物，对于启动天然免疫反应和抵御痘病毒入侵至关重要14。本文就目前痘病毒对 IFNI天然免疫反应逃逸的方式进行综述，为进一步研究痘病毒的致病机理及防治提供理论支持，为新型痘病毒疫苗研发及药物靶点筛选提供参考。1 干扰素的产生机制宿 主 的 模 式 识 别 受 体（Pattern recognition receptors，PRRs）识别病原相关分子模式（Pathogenassociated molecular patterns，PAMPs），通过信号转导过程，启动 IFN 的抗病毒作用。这些 PRR 包括Toll 样受体（Tolllike receptor，TLR）、RIG 样受体（RIG like receptor，RLR）和 NOD 样 受 体（NOD like receptor，NLR）等15，最终激活 基因结合核因子（Nuclearfactorgenebinding，NFB）信号通路或促使干扰素调节因子（Interferon regulatory factor，IRF）的转录，NFB 诱导促炎因子和 IFN 的产生，IRF转位入核并促使 IFN表达。1.1 PRRs的配体识别机制PAMP 来源于病原体保守的分子结构，包括脂质、蛋白质和核酸，如脂多糖、脂磷壁酸、脂蛋白和细菌 DNA13。位于细胞表面或胞质内的 PRRs 识别PAMPs，激活不同的信号通路，刺激 IFN 的产生。其中 TLR 通过富含亮氨酸重复序列的胞外结构域识别 PAMPs，RLR 通过 C 端结构域识别并结合病毒 RNA，cGAS 识别并结合胞质溶胶中病毒产生的dsDNA13，16，DNAPK 通过 Ku 异二聚体识别病毒DNA17。1.2 NFB的激活机制NFB 可以诱导促炎介质和 I 型干扰素的产生。NFB 通常以 p65 和 p50 组成的异二聚体形式存在于细胞质，当细胞处于静息状态时，NFB在细胞质中与 IB 结合，处于非活化状态。受到外界信号刺激后，IB 被降解，NFB 解除束缚，转位进入核内激活靶基因的转录18。TLR 在 衔 接 蛋 白 髓 样 分 化 因 子 88（Myeloid differentiation primary response gene 88，MyD88）的帮助下启动信号通路。MyD88由 TLR 分子胞内结构域（Tollinterleukin1 receptor domain，TIR）和死亡结构域（Death domain，DD）构成，通过同型互作与 TLR 相互作用，启动信号转导。并通过 DD 结构域招募同样带有 DD 结构域的分子，如白细胞介素受 体 相 关 激 酶（Interleukin receptor associated kinase，IRAK）等，进而启动核因子 B 激酶抑制剂（Inhibitor of kappa B kinase，IKK）复合体相关途径，最后激活 NFB通路（图 1通路 1）13，18，19。视 黄 酸（维 甲 酸）诱 导 基 因 I（Retinoic acid inducible gene I，RIGI）是胞质中识别病毒 dsRNA的感知元件，带有效应结构域 CARD18。可与胞质中同样带有 CARD 结构域的线粒体抗病毒信号转导蛋白（Mitochondrial antiviral signaling，MAVS）同型互作，使 MAVS 聚合并活化，激活 NFB 信号途径和 TBK1，后者使 IRF3 和 IRF7 激活，产生 IFNI（图 1通路 2）。干扰素基因刺激因子（Stimulator of interferon gene，STING）是内质网上的一种跨膜分子，为无活性同源二聚体，在环鸟苷酸腺苷酸合成酶（Cyclic GMPAMP synthase，cGAS）的帮助下识别并结合胞质中病毒产生的 dsDNA，催化 ATP 和 GTP 结合形成 cGAMP，后者与 STING 结合，使 STING 构象发生改变，招募并激活 TANK 激活激酶 1（TRAF family memberassociated NFB activator binding kinase 1，TBK1），激活 NFB 通路，促使 I型干扰素基因表达（图 1通路 3）13。1.3 IRF的激活机制干 扰 素 调 节 因 子（Interferon regulatory factor，IRF）对 IFNI、ISG 的表达调控具有重要意义20。已有研究表明，病毒感染宿主后，IRF3和 IRF7分别与组蛋白转乙酰化酶 p300/CBP 和 p300/CBP 相关因子相互作用，IRF 通过位于羧基端的含有多个丝氨酸和苏氨酸残基的蛋白磷酸化，易位到核内，激活IFN 的表达20。cGAS STING 对于诱导 IRF 的磷酸化至关重要。在感染改良的痘苗病毒安卡拉（Modified vaccinia virus Ankara，MVA）时，与野生型小鼠相比，cGASSTING 缺失的小鼠中 I 型 IFN表达降低，TBK1 和 IRF 磷酸化水平下降19。证实了 cGASSTING 对 I 型 IFN 的产生及 IRF 的磷酸化的重要性（图 1通路 4、5）。DNAPK 由 Ku70、Ku80和 DNAPKcs组成，是负责 DNA 损伤修复过程中非同源性末端接合反应的关键性酶17。Ku70、Ku80 形成的异二聚体是与DNA 结合的部位，Ku70 诱导 IFN的产生，此过程与 IRF的参与密不可分（图 1通路 6）21。1.4 IFN诱导 ISGs产生的机制I型干扰素分泌后，通过自分泌或旁分泌与细胞表面的干扰素受体（Interferon receptor，IFNR）快速结合，将信号传递至细胞内部，启动 JAK/STAT 信 5402期张天琦，等.痘病毒非结构蛋白拮抗 IFNI介导免疫逃逸机制研究进展号通路，诱导 ISGs的表达，发挥抗病毒作用。IFNR与 Janus 激酶（Janus kinase，JAK）结合，使胞内 JAK相互靠拢从而磷酸化受体分子胞内区的酪氨酸残基。磷酸化的酪氨酸结合 SH2 结构域，并将带有SH2 结 构 域 的 信 号 转 导 与 转 录 激 活 子（Signal transducer and activator of transcription，STAT）招募到胞膜内侧并磷酸化 STAT 分子中的酪氨酸，磷酸化的 STAT 形成同源二聚体，与 IRF9 结合形成干扰 素 刺 激 因 子 3（IFN stimulated gene factor 3，ISGF3），促进干扰素激活反应元件（IFNstimulated response elements，ISRE）和 干 扰 素 刺 激 基 因（Interferonstimulated genes ISRE，ISGs）的转录，并表达蛋白激酶 R（Protein kinase R，PKR）、25寡聚腺 苷 酸 合 成 酶（2 5 oligo