HIV病毒結(jié)構(gòu)、復(fù)制、致病機(jī)理及研究報告進(jìn)展

1、. HIV病毒構(gòu)造、復(fù)制、致病機(jī)理及研究進(jìn)展 2013級生物技術(shù)基地一班 雨桐摘要：本文簡要介紹了HIV病毒的形態(tài)構(gòu)造基因組及其編碼的蛋白，重點(diǎn)論述了HIV的復(fù)制和基因表達(dá)調(diào)控，并扼要闡述了HIV的致病機(jī)理以及艾滋病的研究治療進(jìn)展。關(guān)鍵詞 ：HIV；形態(tài)構(gòu)造；復(fù)制；基因表達(dá)調(diào)控；致病機(jī)理；研究進(jìn)展引言：人類免疫缺陷病毒HIV，俗稱艾滋病AIDS病毒，誘發(fā)人類獲得性免疫缺陷綜合癥。HIV病毒屬反轉(zhuǎn)錄病毒的一種。已發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒主要有兩種，即HIV-和HIV-。有關(guān)HIV的研究主要是針對HIV-進(jìn)展的。一HIV病毒構(gòu)造組織構(gòu)造通過電子顯微鏡觀察，HIV-1和 HIV-2都具有慢病毒(1ent

2、ivirus)種屬的特征。病毒粒子直徑1 00200nm，主要由Env蛋白、Gag蛋白和Pol蛋白構(gòu)成。HIV外層為脂質(zhì)包膜，包膜蛋白由env基因編碼的外膜蛋白gpl20(e*ternal protein，SU)和跨膜蛋白gp41(transmembrane protein，TM)組成，gpl20通過非共價鍵與gp41相連，gp41是穿過Env脂質(zhì)雙層的跨膜蛋白。Gag蛋白包括3個構(gòu)造性蛋白：基質(zhì)蛋白(MA p17)、衣殼蛋白(CA p24)和核殼蛋白(NC p15)。酰胺化(myristoylated)的基質(zhì)蛋白MA附著于病毒包膜的部，對病毒的完整性至關(guān)重要，也是Env蛋白包裝到成熟病毒顆粒

3、中所必需的；中層為由衣殼蛋白CA組成的圓錐形核心；核心部為病毒基因組RNA分子、逆轉(zhuǎn)錄酶(p6 4)、整合酶(p3 2)、蛋白酶(pl 0)及與RNA結(jié)合的核殼(nucleocapsid)蛋白p9和p6。HIV病毒核心的RNA是兩個拷貝的單股正鏈RNA(ssRNA)，兩個單體在5端借氫鍵結(jié)合成二聚體，每個RNA基因組的長度約為98kb。在5端有一帽構(gòu)造(m7 G5 PPP5GmpNp)，3端有poly A尾。核酸：兩條一樣單正鏈RNA與核衣殼蛋白(P7)結(jié)合，形成雙體構(gòu)造 核衣殼衣殼：雙層層為衣殼蛋白P24)外層為膜蛋白P17)形態(tài)構(gòu)造 包膜: 脂質(zhì)雙層刺突: gp120, gp41 基因組構(gòu)

4、造HIV-1的核酸(RNA)約含98kb的堿基，其主要基因構(gòu)造與其他逆轉(zhuǎn)錄病毒一樣，兩端為長末端重復(fù)序列(10ng terminal repeat，LTR)，編碼主要構(gòu)造蛋白的基因從5端到3端依次為gag、pol和env。此外還包括6個輔助性基因，其中兩個是調(diào)控基因tat和rev，4個是表達(dá)輔助蛋白的基因vpr、vpu、nef和vif。HIV-2無vpu基因，但含有另一個基因Up*。HIV基因組兩端的長末端重復(fù)序列不編碼病毒蛋白，但對病毒基因表達(dá)的起始和調(diào)節(jié)至關(guān)重要，其上有許多細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，可分為調(diào)節(jié)單位、核心轉(zhuǎn)錄單位和反式作用元件單位(TAR)3個不同的調(diào)控功能區(qū)。基因產(chǎn)物功 能Ga

5、g核心蛋白Pol多種酶功能Env包膜蛋白TatTat-3、TaRNA沉默抑制因子，轉(zhuǎn)錄激活子Rev(Art、Trs)調(diào)控RNA剪切和運(yùn)輸，與RRE結(jié)合曾加env的翻譯Vif侵染因子，病毒在巨噬細(xì)胞擴(kuò)散中所必需Vpr(R)增加病毒復(fù)制Vpu輔助病毒組裝和釋放，以及gp160/CD4復(fù)合體的解聚Nef形成同源二聚體，引起多效應(yīng)性的影響，如負(fù)調(diào)控CD4二HIV病毒復(fù)制過程復(fù)制方式HIV主要侵染人體的T淋巴細(xì)胞及巨噬細(xì)胞,并通過病毒膜蛋白gp120與細(xì)胞外表的CD4受體蛋白結(jié)合。首先,病毒體的包膜糖蛋白刺突gp120與細(xì)胞外表受體CD4吸附。然后錄酶以病毒RNA為模板,借宿主的tRNA作為引物,產(chǎn)生互

6、補(bǔ)負(fù)股DNA,構(gòu)成RNANA雜交體。雜交體中的親代RNA由RNA酶H水解去除.再由負(fù)股DNA產(chǎn)生正股DNA,從而形成雙股DNA。雙股DNA環(huán)化后,由胞漿移行到胞核。在病毒整合酶的作用下,病毒基因組整合入細(xì)胞染色體中,整合的前病毒轉(zhuǎn)錄出單一的RNA前體,有些RNA前體拼接而形成病毒的mRNA,翻譯形成病毒的構(gòu)造蛋白和非構(gòu)造蛋白,另一些RNA前體經(jīng)加帽加尾作為病毒的子代基因組RNA,與構(gòu)造蛋白裝配成核衣殼。最后病毒核衣殼經(jīng)過細(xì)胞膜以出芽方式形成完整病毒體釋放到細(xì)胞外。吸附、穿入細(xì)胞:刺突(gp120)細(xì)胞受體(CD4)和共受體(C*CR4、CCR5)，膜融合(gp41);脫殼: 胞漿, 釋放RNA

7、;逆轉(zhuǎn)錄: 胞漿, 逆轉(zhuǎn)錄酶, RNA酶H; RNA()cDNA(-)RNA:DNA雜交體dsDNA細(xì)胞核整合至宿主細(xì)胞染色體: 細(xì)胞核, 整合酶, 形成前病毒；前病毒活化: LTR (啟動子, 增強(qiáng)子), RNA多聚酶; 脫殼潛伏感染裝配施放基因表達(dá)調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控細(xì)胞因子和病毒因子共同完成對HIV基因表達(dá)的調(diào)控，包括轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后兩個水平。HIV基因分成早期基因和晚期基因，早期基因有tat、rev和nef，其表達(dá)不依賴于rev，晚期基因有g(shù)ag、pol、env、vpr、vpu和vif，因?yàn)樯婕凹?xì)胞質(zhì)定位和表達(dá)，其表達(dá)都依賴于rev基因。 HIV轉(zhuǎn)錄是由5LTR的單一啟動子介導(dǎo)的，從5LTR產(chǎn)生

8、的9kb初級轉(zhuǎn)錄本能編碼9種基因。LTR由U3、R、U5三個亞區(qū)組成，U3區(qū)約45Obp，位于每個LTR的5端，含有大多數(shù)順式作用元件，是細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。每個LTR的中心區(qū)含有1OObp的R(重復(fù)序列)，轉(zhuǎn)錄起始于R區(qū)的第一個堿基，到R的最后一個堿基后，立即進(jìn)展多腺苷酸化(polyadenylation)。U5區(qū)含有180bp，含有Tat結(jié)合位點(diǎn)和HIV包裝序列。U5的3端是lys tRNA的結(jié)合位點(diǎn)，lys tRNA是逆轉(zhuǎn)錄引物。HIV DNA整合到宿主染色體后，通常以兩種狀態(tài)存在：潛伏感染或者轉(zhuǎn)錄激活。HIV潛伏感染是抗病毒治療不能徹底鏟除病毒的一個重要原因。盡管在感染早期會產(chǎn)生有

9、效的免疫反響，但這些沉默的前病毒作為一個儲存器，在機(jī)體防御系統(tǒng)變?nèi)鯐r，潛伏的前病毒被激活，產(chǎn)生大量的感染性病毒粒子。開發(fā)針對潛伏期病毒的藥物是鏟除病毒的一條理想途徑，這依賴于對潛伏期病毒的深入研究。染色質(zhì)的環(huán)境可能決定了前病毒的轉(zhuǎn)錄活性。例如，前病毒整合到受阻遏異源染色體上會導(dǎo)致病毒的潛伏，而缺少Tat也會導(dǎo)致潛伏感染。通常在感染細(xì)胞染色體中整合的多個拷貝前病毒，至少有一個會有轉(zhuǎn)錄活性。HIV含有兩個長末端重復(fù)序列LTR，只有上游LTR具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，而下游LTR能夠加Poly A尾到切割的初級轉(zhuǎn)錄子上。5LTR含有上游和下游啟動子，包括起始子、TATA框和三個Spl位點(diǎn)，這些區(qū)域協(xié)助RNA

10、聚合酶II(RNAP )定位在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，組裝前起始復(fù)合物，在啟動子上游是轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子。HIV的LTR含有多種與細(xì)胞因子結(jié)合的DNA結(jié)合位點(diǎn)(圖17)。其中最為關(guān)鍵的是位于HIV-1LTR的U3區(qū)的、與NF-kB家族轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的DNA結(jié)合位點(diǎn)。NF-KB蛋白可以使病毒對激活狀態(tài)的感染細(xì)胞及時做出反響，刺激T細(xì)胞受體(T-cell receptor，TCR)引起NF-kB滅活，使其從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至核仁，繼而表達(dá)一系列T細(xì)胞特異性激活因子。HIV LTR也含有與轉(zhuǎn)錄因子SP-1、LEF和 Ets-1，以及NFAT-1和AP-1的結(jié)合位點(diǎn)(Garcia eta1，1989)。LEF、和NFAT-1是

11、所有的T細(xì)胞特異性因子，而SP-1結(jié)合位點(diǎn)對HIV啟動子的功能極其重要。當(dāng)HIV LTR在細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子的作用下激活后，產(chǎn)生一些初級的、短的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，其中一些轉(zhuǎn)錄子可以產(chǎn)生Tat蛋白，Tat蛋白與TAR元件的RNA莖環(huán)作用后極其穩(wěn)定，使得聚合酶沿著病毒基因組有效延長，大大提高了病毒RNA的轉(zhuǎn)錄能力，病毒得以完成從RNA到DNA的過程。三HIV病毒致病機(jī)理HIV選擇性的侵犯帶有CD4分子的，主要有T4淋巴細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等。細(xì)胞外表CD4分子是HIV受體，通過HIV囊膜蛋白gp120與細(xì)胞膜上CD4結(jié)合后，gp120構(gòu)像改變使gp41暴露，同時gp120-CD4與靶細(xì)胞外表的趨化因子

12、C*CR4或C*CR5結(jié)合形成CD4-gp120-C*CR4/C*CR5三分子復(fù)合物。gp41在其中起著橋的作用，利用自身的疏水作用介導(dǎo)病毒囊膜與細(xì)胞膜融合。最終造成細(xì)胞被破壞。HIV依靠血液、血液制品以及人體分泌液，如乳汁和精液等進(jìn)展傳播，它主要感染T4-淋巴細(xì)胞，也可以感染其他類型如B-淋巴細(xì)胞和單形核細(xì)胞等。HIV感染后可引起明顯病變，形成多核巨細(xì)胞，并導(dǎo)致細(xì)胞死亡。HIV病毒可以通過所感染細(xì)胞擴(kuò)散到全身，已在淋巴細(xì)胞、腦、胸腺、脾等組織發(fā)現(xiàn)了該病毒。 圖展示了經(jīng)典的艾滋病毒相關(guān)腎病的病理特征四HIV病毒引起艾滋病的研究治療進(jìn)展近日NIH 下屬的美國國家過敏癥和傳染病研究所科學(xué)家提醒了H

13、IV 病毒如何觸發(fā)信號，讓受感染的免疫細(xì)胞死亡。該發(fā)現(xiàn)的重要意義在于未來可以保護(hù)HIV 陽性患者的免疫系統(tǒng)免受損傷。HIV 病毒在CD4+T 細(xì)胞進(jìn)展復(fù)制, 該過程非常復(fù)制包括了將病毒基因插入到細(xì)胞基因組?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)在DNA 整合過程中, 一種稱之為DNA 依賴的蛋白酶DNA-dependent protein kinase, DNA-PK開場活化, DNA-PK通常負(fù)責(zé)DNA雙鏈的斷口修復(fù)過程。當(dāng)HIV病毒將其基因整合到細(xì)胞DNA時, 病毒DNA與細(xì)胞DNA 結(jié)合處的單鏈DNA 是斷開的。然而, 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)HIV 整合造成的斷口會激活DNA-PK, 而該蛋白卻扮演了破壞性的角色: 啟動死亡信

14、號讓宿主CD4+T 細(xì)胞死亡。這種瀕臨死亡的T 細(xì)胞不可能再去攻擊入侵物?？茖W(xué)家表示該發(fā)現(xiàn)對治療HIV 陽性患者的早期阻斷病毒復(fù)制過程有重要意義。改變DNA-PK 活性不僅能夠防止病毒復(fù)制也能提高CD4+T 細(xì)胞的存活率, 并保持其免疫功能參考文獻(xiàn)：Recent Progress in HIV-associated Nephropathy，Christina M.Wyatt，Annual Review of medicine vol 632012:147-159Establishment of a high-throughput screening system foruniversal anti-HIV targets，YIN Qi，Chinese Science Bulletin，April 2010 Vol. 55 No.10: 937942HIV-1gp120V3區(qū)的構(gòu)造特征及其生物學(xué)功能，田海軍，自然科學(xué)進(jìn)展，2003年1月，第13卷第1期HIV gp41 七肽重復(fù)區(qū)五螺旋蛋白的高效表達(dá)及對病毒融合的抑制，王久強(qiáng)，生物工程學(xué)報，2009, March 25; 25(3): 435-440H IV Tat 蛋白與單核細(xì)胞表達(dá)輔助受體CCR5 和感染H IV 病毒相