第十四章 艾滋病與人類免疫缺損病毒的分子生物學(xué)

艾滋病與人類免疫缺損病毒的分子生物學(xué)

Molecularbiologyofacquiredimmunodeficiencysyndromeandhumanimmunodeficiencyvirus

第十四章內(nèi)容8.1概述8.2HIV病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)與傳染8.3HIV基因結(jié)構(gòu)及編碼的蛋白8.4HIV的感染與復(fù)制8.5HIV基因的表達(dá)調(diào)控8.6病毒的致病機(jī)制8.7病毒感染與機(jī)體免疫8.8病毒感染的診斷8.9艾滋病的治療和預(yù)防８.１概述HIV在病毒分類學(xué)上屬逆轉(zhuǎn)錄病毒科（Retroviridae），慢病毒屬中的靈長類免疫缺損病毒亞屬，包括兩種，即HIV-I和HIV-II。該病毒科中共有7屬。反轉(zhuǎn)錄病毒科的主要成員如下表1。表1８.２HIV病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)與傳染

一、形態(tài)結(jié)構(gòu)1、HIV結(jié)構(gòu)(平面)圖.12.HIV結(jié)構(gòu)(立體)圖.2傳播途徑：血液、血液制品以及人體分泌液，如奶液和精液等。傳播對(duì)象：T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。危害：HIV能夠攻擊人體的免疫系統(tǒng)，特別是能夠侵入T細(xì)胞，使T細(xì)胞大量死亡，導(dǎo)致患者喪失一切免疫功能。二、病毒的傳染８.３HIV基因結(jié)構(gòu)及編碼的蛋白一、基因結(jié)構(gòu)

HIV基因組由兩條單鏈正鏈RNA組成，每個(gè)RNLA基因組約為9.7kb。在RNA5’端有一帽子結(jié)構(gòu)(m7G5`GmpNp)，3’端有P0ly(A)尾巴。由結(jié)構(gòu)上包括LTR，結(jié)構(gòu)蛋白編碼區(qū)（gag），蛋白酶編碼區(qū)（pro），多種酶活性的蛋白編碼區(qū)（pol），外膜蛋白（env）編碼區(qū)以及6個(gè)調(diào)節(jié)基因。見(圖3)、（圖4）。圖.3圖.4HIV基因結(jié)構(gòu)及編碼的蛋白

二、編碼蛋白的功能

1.gag基因:

gag基因編碼病毒的核心蛋白，翻譯時(shí)先形成一個(gè)分子量大約是55kD的前體蛋日（p55），然后在HIV蛋白酶的作用下裂解成p17、p24、p15三個(gè)蛋白質(zhì)。p24和p17分別參與構(gòu)成HIV顆粒的內(nèi)殼和內(nèi)膜，p15進(jìn)一步裂解成與病毒RNA結(jié)合的核殼蛋白p9和p7。2.pol基因:

pol基因編碼病毒復(fù)制所需的酶類，其中p66蛋白為逆轉(zhuǎn)錄酶，p32蛋白則為整合酶（integrase，INT）。3.pro基因:

從pol和gag基因重疊區(qū)內(nèi)起始的一段序列為pro基因，它編碼蛋白酶p22，p22在裂解上述HIV蛋白前體形成終末成熟蛋白的過程中起著主要作用。4.env基因:

env基因先編碼出一個(gè)88kD的蛋白質(zhì)，經(jīng)糖基化后分子量增至160kD，這就是HIV包膜糖蛋白前體gP160。該前體蛋白在蛋白酶作用下被切割成gp120和gp41，gp120暴露于病毒包膜之外稱外膜蛋白。

８.４HIV的感染與復(fù)制圖.5HIV的感染過程

HIV的感染

HIV感染細(xì)胞時(shí)可與細(xì)胞的CD4受體蛋白相結(jié)合；gp41稱跨膜蛋白，是嵌入病毒包膜脂質(zhì)中的部分。當(dāng)gp120與CD4受體結(jié)合后，其構(gòu)象改變導(dǎo)致與gP41分離，暴露出的gp41可插入細(xì)胞膜，造成膜融合，致使病毒核心被導(dǎo)入細(xì)胞。HIV與受體結(jié)合后，病毒核心進(jìn)入細(xì)胞并在酶作用下脫去蛋白殼。RT以病毒RNA為模板合成單鏈DNA，隨之經(jīng)細(xì)胞的DNA聚合酶合成雙鏈cDNA。cDNA經(jīng)環(huán)化后整合到細(xì)胞染色體上，病毒核酸隨細(xì)胞的分裂而傳至子代細(xì)胞，十分穩(wěn)定，可長期潛伏。

原病毒整合到宿主染色體上,無癥狀;原病毒利用宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和合成系統(tǒng)產(chǎn)生病毒mRNA,其中一部分編碼病毒蛋白,與基因組RNA組裝成新的病毒顆粒,從宿主細(xì)胞中釋放出來侵染其他健康細(xì)胞;宿主細(xì)胞死亡.主要過程總結(jié)如下:８.５HIV基因的表達(dá)調(diào)控LTR序列(1)核心調(diào)控元件(2)核心轉(zhuǎn)錄單位(3)反式作用因子應(yīng)答元件參與復(fù)制的調(diào)控蛋白(1)Tat蛋白(2)Rev蛋白(3)Nef蛋白(4)Vpr蛋白(5)Vpu蛋白(6)Vif蛋白

一、LTR序列1.核心調(diào)控元件2.核心轉(zhuǎn)錄單位3.反式作用因子應(yīng)答元件（見圖6）調(diào)節(jié)單位

核心單位TRA

圖.61.調(diào)節(jié)單位Coup-TFAP-1NF-ATUSFTCF-1аNF-κβ-453-78圖.7Coup-TF-371-334

雞卵蛋白轉(zhuǎn)錄因子是coup-F家族中相對(duì)低分子量蛋白含有鋅指環(huán)結(jié)構(gòu)，起負(fù)調(diào)節(jié)作用AP-1

激活蛋白1由含亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)的c-jun和c-Fos家族成員組成的二聚體，屬于正調(diào)節(jié)因子-347-329NF-AT

激活T細(xì)胞核因子（有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)）。-292-235-216-203USF

上游激活因子含有螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)具有負(fù)調(diào)節(jié)作用-160-173TCF-1а

T細(xì)胞因子1a含有高速泳動(dòng)簇基序，起正調(diào)節(jié)作用-139-124NF-κβ

核因子κβ含有鋅指環(huán)結(jié)構(gòu)及錨定蛋白重復(fù)序列，是增強(qiáng)子區(qū)。由3-4bp間隔的兩個(gè)10bp（GGGACTTCCC）序列構(gòu)成，負(fù)責(zé)調(diào)控HIV基因在多種細(xì)胞（尤其是T細(xì)胞）中高速表達(dá)。-104-782.核心單位-780

SP1

TATA圖.8

SP1

Sp1含有與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)和兩個(gè)富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)域?？尚纬啥垠w或三聚體。當(dāng)三個(gè)sp1分子與DNA結(jié)合后，改變了DNA的空間構(gòu)型，激活HIV基因的轉(zhuǎn)錄。-78富含GC-46TATA

TATA元件兩端有反向重復(fù)序列，可能是轉(zhuǎn)錄因子螺旋-環(huán)-螺旋DNA結(jié)合蛋白的識(shí)別位點(diǎn)。TATA元件上結(jié)合的是一組蛋白質(zhì)，這些蛋白稱為轉(zhuǎn)錄因子ⅡD（TFⅡD），也包括一些輔助激活蛋白（TBP）的細(xì)胞因子，這種作用是與RNA聚合酶相關(guān)，由此啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。-24

-283.TRA圖.9TRA(反式激活因子應(yīng)答元件)似發(fā)夾結(jié)構(gòu)，含有4個(gè)莖區(qū)和一個(gè)環(huán)區(qū)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)與tat蛋白結(jié)合有關(guān)。只有與tat蛋白共結(jié)合，才能轉(zhuǎn)錄出長mRNA，否則只能轉(zhuǎn)錄出小段的mRNA。二、參與HIV復(fù)制的調(diào)控蛋白

1.Tat蛋白2.Rev蛋白3.Nef蛋白4.Vpr蛋白5.Vpu蛋白6.Vif蛋白（1）Tat蛋白的結(jié)構(gòu)由tat基因編碼，tat有兩個(gè)外顯子，前外顯子編碼67aa,后外顯子編碼34aa，共101aa。兩個(gè)外顯子所形成的肽共有6個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)。前外顯子有5個(gè)區(qū)，后外顯子為一個(gè)區(qū)。見（圖.10）1.Tat蛋白

Tat蛋白有6個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)，見下圖，其中第一、第二和第四個(gè)三個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)與反式激活功能有關(guān)。圖.10Tat蛋白的結(jié)構(gòu)示意圖第1區(qū)為N區(qū)，也是酸性氨基酸區(qū)，因含有Gln和Asp對(duì)激活HIV-1基因的表達(dá)有增強(qiáng)作用。第2區(qū)為富含Cys區(qū)，在其16個(gè)aa中含有7個(gè)Cys,可以與二價(jià)金屬離子形成tat二聚體，在7個(gè)Cys中有6個(gè)是維持tat活性所必需的。第4區(qū)為堿性區(qū)，有兩個(gè)功能：48~52為GRKKR（甘-精-賴-賴-精）序列，是核仁定位信號(hào)，可介導(dǎo)自身或異種蛋白進(jìn)入細(xì)胞核。該肽段可與TAR的RNA的凸起部分特異結(jié)合。（2）調(diào)控原理Tat與TAR是一個(gè)協(xié)同調(diào)解過程。

TAR序列及完整的高級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)調(diào)控的影響。若TAR序列發(fā)生突變，雖tat蛋白也能結(jié)合，但不能激活HIV表達(dá)。寄主因子協(xié)同作用的影響

在不同的細(xì)胞中，tat的活性可有上千倍的差別，在人鼠雜交細(xì)胞中，只有在保持人第12號(hào)染色體的雜交瘤細(xì)胞中，tat才能有效地激活HIV-1的轉(zhuǎn)錄。說明其調(diào)控還需寄主細(xì)胞編碼蛋白的協(xié)助作用。上游啟動(dòng)子和增強(qiáng)子對(duì)調(diào)控的影響

當(dāng)TAR遠(yuǎn)離啟動(dòng)子時(shí)，它的活性迅速下降。而且這種依賴作用對(duì)非激活和激活細(xì)胞并不一樣，對(duì)激活細(xì)胞作用非常大，而NF-κβ的作用恰與上述依賴作用相反。

Rev蛋白由兩個(gè)外顯子組成，分別編碼一個(gè)25個(gè)氨基酸和