本文摘要：摘要：SAMHD1蛋白是2011年首次被認(rèn)定為一種獨(dú)特的天然抗病毒因子，它主要在樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等髓系細(xì)胞中表達(dá)。它通過降解細(xì)胞內(nèi)dNTPs的水平，使細(xì)胞內(nèi)的dNTPs的水平低于病毒復(fù)制所需的水平，從而抑制髓系細(xì)胞中反轉(zhuǎn)錄病毒和DNA病毒的復(fù)制。HIV-2產(chǎn)生的
摘要：SAMHD1蛋白是2011年首次被認(rèn)定為一種獨(dú)特的天然抗病毒因子，它主要在樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等髓系細(xì)胞中表達(dá)。它通過降解細(xì)胞內(nèi)dNTPs的水平，使細(xì)胞內(nèi)的dNTPs的水平低于病毒復(fù)制所需的水平，從而抑制髓系細(xì)胞中反轉(zhuǎn)錄病毒和DNA病毒的復(fù)制。HIV-2產(chǎn)生的病毒蛋白X(Vpx)可將泛素連接酶與SAMHD1相結(jié)合，使SAMHD1分子最后被蛋白酶體降解。最近還發(fā)現(xiàn)SAMHD1蛋白活性受多種因子影響，具有調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞中LINE-1活性的功能。結(jié)合最新研究成果對SAMHD1的結(jié)構(gòu)、功能、抗病毒機(jī)制以及影響因子進(jìn)行綜述。
關(guān)鍵詞：SAMHD1蛋白;HIV限制因子;影響因子;抗病毒機(jī)制
人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiencyvirus，HIV)是人類獲得性免疫缺陷綜合癥(ac-quired immunodeficiency syndrome，AIDS)的病原體。該病毒屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒科(Retroviridae)侵病毒屬、靈長類免疫缺陷病毒亞屬。1983年，法國巴斯德研究所的Montaginer和美國國家衛(wèi)生研究院癌癥研究所Gallo等首次證實HIV是艾滋病的病原體以來，該病毒已成為世界上最嚴(yán)重危害人類健康的病原體之一。1985年，在中國境內(nèi)發(fā)現(xiàn)了首例艾滋病患者，其后HIV感染人數(shù)及(AIDS)患者逐年增加，并發(fā)展為全國流行。盡管最近艾滋病的流行已得到有效遏制，但“防艾”仍是我國亟待解決的醫(yī)療衛(wèi)生與社會問題。在逾30年的研究歷程中，全球研究者在HIV的發(fā)病機(jī)制、高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法、病毒標(biāo)志物的檢測、機(jī)體免疫反應(yīng)機(jī)制等方面都取得了顯著成就，但仍沒有開發(fā)出可徹底治愈艾滋病的藥物和預(yù)防性疫苗。2011年，研究者在髓系細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一種新型天然抗病毒因子-SAMHD1蛋白，具有獨(dú)特的抗HIV病毒機(jī)制，并且對多種不同類別的病毒有確定限制作用。本文將對SAMHD1蛋白的最新研究進(jìn)展作以下綜述。
1SAMHD1蛋白的發(fā)現(xiàn)歷程
人源SAMHD1蛋白由我國著名免疫學(xué)家曹雪濤院上在2000年首次在人樹突細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，并于2009年確定該蛋白與人體自身免疫疾病AGS (aicardi-goutie'res syndrome)綜合癥相關(guān)。SAMHD1蛋白是人體自身免疫系統(tǒng)中的一部分，它的主要功能是監(jiān)測細(xì)胞庫核苷酸量的水平和清除髓系細(xì)胞內(nèi)過多的核苷酸，從而減少機(jī)體的對核苷酸代謝障礙所產(chǎn)生的免疫反應(yīng)。AGS疾病為Mgl1基因突變所致，是一種非常罕見遺傳性自身免疫性疾病，機(jī)體產(chǎn)生大量的干擾素，激活機(jī)體非正常免疫反應(yīng)，出現(xiàn)系統(tǒng)性的紅斑狼瘡自身免疫疾病，嚴(yán)重者還會出現(xiàn)腦萎縮并產(chǎn)生腦病相關(guān)的后遺癥。該疾病主要原因是髓系細(xì)胞內(nèi)缺乏內(nèi)源性SAMHD1蛋白和細(xì)胞內(nèi)核苷酸代謝失調(diào)，機(jī)體的非正常免疫反應(yīng)被激活所造成。
2SAMHD1蛋白的結(jié)構(gòu)和功能區(qū)域
SAMHD1蛋白是由不育α基序結(jié)構(gòu)域(SAM域)和組氨酸/天冬氨酸殘基(HD)結(jié)構(gòu)域所組成。人的SAMHDI基因全長l878bp，626個氨基酸組成，由16個外顯子翻譯而成，SAMHD1蛋白相對分子質(zhì)量為7.2xl04Da，等電點(diǎn)為7.0。SAMHD1蛋白是由N端的核酸定位信號(nuclear localizationsignal，NLS) KPPR，SAM區(qū)域(氨基酸殘基44～108)，HD區(qū)域(氨基酸殘基163～355)和一個C端的多變區(qū)所組成(圖1)。SAMHD1蛋白是一個核酸蛋白，通過N端(NLS)定位于細(xì)胞核;SAM區(qū)域參與蛋白與蛋白的相互作用，并與RNA的發(fā)卡結(jié)構(gòu)相結(jié)合;HD區(qū)域由組氨酸和天冬氨酸交替的排列而組成(H…DH…D)的基序，具有磷酸水解酶活性;C端的多變區(qū)能與病毒蛋白X (viralprotein X，Vpx)的α螺旋結(jié)構(gòu)域相互結(jié)合，誘導(dǎo)Vpx蛋白對自身的降解。Planelles等將HD殘基中的組氨酸、天冬氨酸突變?yōu)楸彼幔l(fā)現(xiàn)SAMHD1蛋白失去降解細(xì)胞中核苷酸(deoxynu-cleotide triphosphate，dNTPs)的活性。在U937細(xì)胞，HD區(qū)域突變導(dǎo)致SAMHD1蛋白對HIV的限制失敗。Beloglazova等研究發(fā)現(xiàn)，SAMHD1蛋白3'～5'外切酶活性和脫氧鳥苷三磷酸酶活性受SAMHD1蛋白SAM區(qū)域的影響，SAM區(qū)域與HD區(qū)域相結(jié)合能發(fā)揮最大的核酸酶活性。
3SAMHD1蛋白抗病毒的廣譜性及分子 機(jī)制
3.1SAMHD1蛋白的廣譜性
SAMHD1蛋白是一種廣譜抗反轉(zhuǎn)錄病毒(re-troviral)和抗DNA病毒的天然抗病毒因子。它不僅能抑制HIV-1病毒和Vpx缺陷的HIV-2病毒復(fù)制，還能抑制貓免疫缺陷病毒(feline immunode-ficiency virus，F(xiàn)IV)、猴免疫缺陷病毒(simian im-munodeficiency vlrus，SIV)、鼠白血病病毒(murineleukemia virus，MLV)、梅森輝瑞猴病毒(masonpfizer monkey virus，MPMV)和馬傳染性貧血病毒(equine infectious anemia virus，EIAV)等逆轉(zhuǎn)錄病毒在分化的髓系細(xì)胞中復(fù)制。最近研究發(fā)現(xiàn)SAMHD1蛋白同樣可以抑制DNA病毒在分化的髓系細(xì)胞中的復(fù)制。SAMHD1蛋白具有抗逆轉(zhuǎn)錄病毒和抗DNA病毒的生物活性。
3.2SAMHD1蛋白抗逆轉(zhuǎn)錄病毒分子機(jī)制
逆轉(zhuǎn)錄病毒利用自身逆轉(zhuǎn)錄酶將病毒RNA模板反轉(zhuǎn)錄到DNA，整合到宿主細(xì)胞基因組中，在宿主酶和細(xì)胞器的參與下進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，最終組裝成病毒顆粒。巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞在先天免疫和適應(yīng)性免疫對抗病毒的反應(yīng)過程中具有重要作用，也是病毒早期感染與復(fù)制的主要場所。SAMHDI蛋白存在于髓系細(xì)胞，可降解髓系細(xì)胞中脫氧核苷三磷酸(dNTPs)，將脫氧核苷三磷酸(dNTPs)水解成脫氧核苷(nucleosides，dNs)和無機(jī)的三磷酸(triphosphates，3P)，使細(xì)胞內(nèi)4種dNTPs濃度水平低于病毒反轉(zhuǎn)錄所需的dNTPs濃度水平(圖3A)。被HIV-1感染的細(xì)胞，無法提供充足的病毒自身復(fù)制的材料-dNTPs，使病毒RNA逆轉(zhuǎn)錄為DNA的過程受到阻止，從而抑制病毒在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制和對細(xì)胞的破壞。SAMHD1蛋白最后餓死骨髓系細(xì)胞中的病毒，Laguette稱此過程為“核苷酸倉庫耗竭”。最近Lahouassa等。研究顯示，在細(xì)胞外重組的SAMHD1蛋白也能直接降解細(xì)胞內(nèi)的4種dNTPs濃度，降低細(xì)胞內(nèi)dNTPs水平，使分化髓系細(xì)胞不被病毒所感染，當(dāng)移去體外重組的SAMHD1蛋白時，細(xì)胞可被病毒所感染。Laguette等則通過沉默SAMHD1基因表達(dá)或者提供外源脫氧核苷三磷酸，使細(xì)胞內(nèi)4種dNTPs濃度水平提高，顯著提高HIV-I病毒和缺陷Vpx蛋白的HIV-2病毒對分化骨髓系細(xì)胞的感染性。Amie等最近研究發(fā)現(xiàn)，SAMHD1蛋白是一種dGTPs依賴性的脫氧核苷三磷酸水解酶。在缺乏dGTPs的條件下，SAMFID1蛋白主要是以沒有活性的單體和二聚體形式存在，當(dāng)dGTPs存在時，SAMHD1蛋白以具有催化活性的四聚體形式存在。四聚體的SAMHD1蛋白能迅速水解單體的dGTPs，但是不能水解單體的dATPs、dTTPs和dCTPs，當(dāng)4種dNTPs同時存在時，SAMHD1蛋白能同時水解4種dNTPs。dGTPs可能是SAMHDI蛋白的激活劑和優(yōu)先底物。
3.3SAMHD1蛋白抗DNA病毒分子機(jī)制
DNA病毒與細(xì)胞表面受體結(jié)合，通過胞吞或膜融合的方式進(jìn)入細(xì)胞，利用宿主細(xì)胞中的dNTPs與相關(guān)合成酶產(chǎn)生病毒DNA。牛痘病毒(Vacciniavirus)和I型單純皰疹病毒(herpes simplex virustype l，HSV-1)都是典型雙鏈DNA病毒，這兩種病毒依賴宿主細(xì)胞提供dNTPs進(jìn)行自身復(fù)制，SAMHD1蛋白同樣能降解宿主細(xì)胞中dNTPs濃度，抑制DNA病毒對分化髓系細(xì)胞的感染與復(fù)制。然而，雙鏈DNA病毒能編碼核糖核苷酸還原酶(ri-bonucleotide reductase， RNR)和胸苷激酶(thymi-dine kinase，TK)，具有dNTP生物合成功能，關(guān)鍵時候能為病毒DNA聚合酶提供必要底物(dNTPs)。Hollenbaugh等使用胸苷激酶和核糖核苷酸還原酶缺陷型的牛痘病毒感染非分裂髓系細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中dNTPs濃度很低，缺陷型的牛痘病毒不能大量感染巨噬細(xì)胞。隨后向培養(yǎng)的細(xì)胞中添加野生型牛痘病毒或者加入能降解SAMHD1蛋白的病毒蛋白Vpx，細(xì)胞中能檢測到高濃度dNTPs，并且發(fā)現(xiàn)有更多的細(xì)胞感染牛痘病毒。通過RNA干擾技術(shù)沉默SAMHD1蛋白的表達(dá)，則使單純皰疹病毒標(biāo)志蛋白ICP-4和UL-27在THP-1細(xì)胞中大量表達(dá)，病毒載量大大提高。當(dāng)細(xì)胞中dNTPs濃度很低時，低濃度的dNTPs就會激活核糖核苷酸還原酶和胸苷激酶的活性，從而啟動dNTP生物合成機(jī)制，提高巨噬細(xì)胞中的dNTPs濃度，供病毒復(fù)制需要。
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