疱疹病毒(Herpesviridae)是一组具有包膜的双股DNA病毒,包括三个亚科:α-、β-和γ-疱疹病毒亚科.α-疱疹病毒亚科,如单纯疱疹病毒(Herpessimplex virus,HSV)和水痘带状疱疹病毒(Vari-cella zoster virus,VZV),增殖速度快,引起细胞病变;β-疱疹病毒亚科,如人巨细胞病毒(Human cyto-megalovirus,HCMV),生长周期长,感染细胞形成巨细胞;γ-疱疹病毒亚科,如EB病毒(Epstein-Barrvirus,EBV),感染的靶细胞是淋巴样细胞,可引起淋巴增生[1].目前报道较多的主要是核衣壳蛋白和囊膜糖蛋白[2-5].囊膜糖蛋白在病毒感染的吸附与穿入过程中起重要作用,介导病毒进入细胞,诱导病毒的出芽、释放,并在细胞之间转染等[6].
疱疹病毒基因组主要分为两个区域,UL区段和US区段,两区段以一段重复序列连接,两端还各有一段重复序列.疱疹病毒gN基因位于UL区段[7].本文就疱疹病毒gN基因及其编码蛋白功能的研究进展进行总结,为进一步研究疱疹病毒提供理论参考.
1、疱疹病毒gN基因及其编码蛋白的特点
1.1、疱疹病毒gN基因的特点
gN基因是疱疹病毒基因组中编码糖蛋白gN的基因,位于基因组UL区段的UL49基因和UL50基因之间.
Jons等[8]发现伪狂犬病毒(Pseudorabies virus,PRV)UL49.5基因位于UL50基因的上游,其编码蛋白与HSVUL49.5基因的蛋白产物具有同源性.根据疱疹病毒糖蛋白统一命名法,将其命名为gN.在其他疱疹病毒中,也发现有gN基因的同源基因存在.但是,在不同疱疹病毒中gN基因的碱基数不完全相同,一般在200~400bp之间,如人疱疹病毒3型(Hu-man herpesvirus 3,HHV-3)gN基因有264bp(NC-BI登录号NC_001348),EB病毒gN基因有309bp(NCBI登录号KC207814),传染性喉气管炎病毒(Infectious laryngotracheitis virus,ILTV)gN基因有354bp(NCBI登录号JN804826)等.
1.2、疱疹病毒gN蛋白的特点
不同疱疹病毒的gN基因碱基数略有差异,因而编码的蛋白的氨基酸组成和数量也略有不同,PRV gN蛋白由98个氨基酸残基(NCBI登录号AEM63941)组成,分子量为10kD,而 牛疱疹病 毒1型 (Bovine herpesvirustype 1,BHV-l)gN蛋白有96个氨基酸(NCBI登录号NP_045309),HSV-1gN蛋白有91个氨基酸(NCBI登录号NP_044652),马疱疹病毒1型(E-quine herpesvirus type 1,EHV-l)gN蛋白有100个氨基酸(NCBI登录号YP_053055)等.疱疹病毒gN蛋白含有一个可被水解的信号肽区和一个位于C末端的跨膜区.免疫电镜证实gN蛋白位于病毒囊膜上,gN蛋白是囊膜的组成部分,O-糖基化酶处理显示gN蛋白为O-糖基化结构组分;疱疹病毒gN蛋白的成熟在细胞质内完成,O-连接的糖基化在高尔基体中进行[9].
2、疱疹病毒gN蛋白的功能
2.1、在病毒的复制和细胞间感染中的作用
大多数疱疹病毒的gN蛋白都在内质网与gM蛋白形成糖蛋白复合物,存在于宿主细.在疱疹病毒中,gN/复合物参与病毒的复制和细胞间感染过程,但是该复合物在这些过程中的作用却不是必需的[6,11].在PRV中,gN/gM复合物对病毒的复制是可有可无的,而且在PRV染小鼠神经系统的过程中是非必需的[12]在BHV-1和HSV-l中,gN/gM复合物中的gM蛋白对病毒的复制和感染的影响非常小,是非必需的[13],因而gN蛋白在该过程中的作用同样是非必需的[14].HCMV gN蛋白的C末端区域对病毒粒子形态发生是必需的[11].
在EBV中,gN蛋白的缺失会使病毒的装配和感染受损[15].
2.2、在病毒免疫逃避中的作用
病毒在感染宿主的过程中往往需要克服宿主的免疫系统防御.在长期的宿主免疫选择压力下,病毒进化形成了潜伏感染、抗原变异、干扰抗原加工和呈递、调节宿主细胞因子、调控细胞凋亡以及抑制补体抗体系统等一系列逃避机体免疫的能力.目前已知的在疱疹病毒的免疫逃避作用主要是发生在水痘疱疹病毒[16].
已有报道,水痘疱疹病毒主要是通过gN蛋白调节使抗原处理相关转运蛋白(Transporter associ-ated with antigen processing,TAP)失活来逃避T淋巴细胞的识别[17].经研究发现,在水痘疱疹病毒中,gN蛋白作为免疫逃避分子,阻碍TAP运输多肽进入内质网的机制分为两种:一种是抑制主要组织相 容性复 合 体 (Major histocompatibility com-plex,MHC)Ⅰ类分子与多肽形成复合物,进而阻碍TAP运输多肽;另一种是直接作用于TAP,使其失活来抑制多肽运输过程[18,19].
BHV-1抑制TAP主要依赖于gN基因编码一个小的膜蛋白,该蛋白阻碍TAP的 多 肽 运 输 作 用,同 时 可 以 使TAP降解[10].而PRV gN蛋白使TAP失活来阻碍TAP运输多肽进入内质网[20].
然而2009年又有报道指出,疱疹病毒gN蛋白的亚型蛋白可诱导细胞产生毒株特异性的抗体反应,而HCMV gN蛋白的多态性可促进血清阳性者的再感染,进而逃避该抗体反应[21].
HCMV gM-gN复合物是一个主要的病毒中和活性靶蛋白.对线性菌株特异性抗原表位进行监测的结果表明,HCMV gN亚型诱导菌株产生特异性的中和抗体反应,但是gN亚型的生物学意义尚不清楚[22-23].
使用HCMV gM蛋白和gN蛋白的DNA疫苗免疫小鼠,可以使小鼠对小鼠巨细胞病毒(Murine cyto-megalovirus,MCMV)形成免疫[24].
3 、gN蛋白与其他蛋白的相互作用
3.1、糖蛋白复合物gM/gN的形成方式
疱疹病毒gM蛋白是病毒感染的非必需蛋白,其调节机制主要在感染的起始阶段[25].gM蛋白可依靠二硫键与gN蛋白结合形成复合物,gM蛋白的缺失可影响gN蛋白的表达,导致gN蛋白表达量下降[26-27].免疫沉淀试验发现gN蛋白与gM蛋白的蛋白复合物是在生物合成的早期形成,因其在受感染的细胞中有非成熟和成熟两种形式存在[9].该复合物的形成有两种方式.一是通过形成二硫键进行连接,如PRV、BHV-1[28]、EHV-l、HCMV[26]等,其连接位点在两种蛋白的半胱氨酸处.在对HCMV的gM蛋白研究中发现,gM蛋白与另一蛋白形成一个二硫键复合物,经验证该未知蛋白存在于膜上,并与其他疱疹病毒的gN蛋白具有很高的同源性,试验结果表明该未知蛋白是gN蛋白,由此可知gM蛋白与gN蛋白 以 复 合 物 的 形 式 存 在 于 细 胞 并 发 挥 作用[27,29].二是通过非共价进行连接,其相互作用的本质目前为止还不清楚.
3.2、在蛋白成熟过程中的相互作用
在疱疹病毒中,gN蛋白的存在对gM蛋白的成熟过程有一定的影响,gM蛋白的存在同样对gN蛋白的成熟过程有一定的影响.有报道指出,BHV-1中,gN蛋白在与gM蛋白形成复合物后,会从内质网被运输到高尔基体[10,28];PRV gM蛋白的缺失会造成gN蛋白的非糖基化,同时在内质网处的大量聚集,说明在没有gM蛋白的作用下,gN蛋白不能运输到细胞表面或其它细胞质区域(除内质网外)[9].
Walter Fuchs等[30]发现,在ILTV中gN蛋白的正确加工需要依赖于gM蛋白,免疫共沉淀试验表明gM蛋白和gN蛋白有稳定的蛋白质-蛋白质相互作用;在EHV-1中,使用瞬时转染试验表明gN缺失毒株感染细胞中的gM蛋白功能丧失,放射免疫沉淀实验表明gM蛋白的成熟依赖于gN蛋白[31].EBV中gN蛋白的缺失也会造成gM蛋白的加工及其运输到高尔基体的障碍,而gN蛋白的正确加工也依赖于gM蛋白的表达[32].在人疱疹病毒6型(Human her-pesvirus 6,HHV-6)中,gM蛋白对病毒的增长必不可少,但其成熟需要gN蛋白的存在[33].
3.3、在细胞融合过程中的抑制作用
疱疹病毒gM/gN复合物具有抑制细胞融合的作用.HSV-1、人 疱 疹 病 毒8型 (Human herpes virus type 8,HHV-8)、ILTV、EHV-1等疱疹病毒的gN蛋白要以复合物的形式才会产生明显的抑制作用,而PRV中gM蛋白能在gN蛋白缺失的情况下抑制细胞融合.HSV-1、HHV-8的gM/gN复合物和PRV的gM蛋白能抑制人或牛的细胞融合[34].
gM/gN可引起疱疹病毒包膜蛋白向高尔基体的运输,可能有两方面的原因,①是细胞内吞作用,②是包膜蛋白浓度较高.Colin Mcrump等[35]
通过亚细胞定位研究发现,HSV-l和PRV中gM/gN能引起US6蛋白和UL22蛋白/UL1蛋白从细胞表面向细胞内的运输.该结果表明抑制融合可能与这一运输过程有关,使其不能有效刺激细胞融合.由此可以推测出gM/gN通过除去细胞表面蛋白来抑制融合.
4、展望
已知疱疹病毒gN基因参与病毒的复制、感染和成熟过程,并且具有免疫逃避作用.但是,由于疱疹病毒gN蛋白的分子大小在动物疱疹病毒中的差异较大,对其功能和表达调控的研究相对较少,在研究上主要通过免疫荧光、蛋白互补、酵母双杂交等实验方法来研究gN基因的定位及功能.疱疹病毒gN蛋白与gM蛋白形成复合物后的功能也尚未完全研究清楚.目前,国内外关于疱疹病毒gN基因的研究主要在HSV和HCMV,而对于其他疱疹病毒gN基因的研究相对较少,因此,本文对疱疹病毒gN基因及其编码蛋白进行全面阐述,为进一步开展疱疹病毒gN基因的深入研究提供帮助,更有利于进一步阐明病毒感染和免疫逃避的分子机制,有效地预防和治疗疱疹病毒感染具有重要的现实意义.
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