管峰，石國慶，趙進(jìn)，王一民

1. 中國計(jì)量學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，杭州 310018；

2. 新疆兵團(tuán)綿羊繁育生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石河子 832000；

3. 杭州彩洋牧業(yè)有限公司，杭州 310000

羊慢病毒及其抗性基因研究進(jìn)展

管峰1，石國慶2，趙進(jìn)1，王一民3

1. 中國計(jì)量學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，杭州 310018；

2. 新疆兵團(tuán)綿羊繁育生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石河子 832000；

3. 杭州彩洋牧業(yè)有限公司，杭州 310000

羊慢病毒也稱小反芻動(dòng)物慢病毒，主要包括綿羊梅迪-維斯納病毒和山羊關(guān)節(jié)炎-腦炎病毒，二者主要感染綿羊和山羊，目前該病在世界范圍內(nèi)流行并給養(yǎng)羊業(yè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。研究表明，不同綿羊品種對(duì)慢病毒易感性存在差異，這種差異表明易感性不同的綿羊可能存在遺傳多樣性的差異。全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)綿羊跨膜蛋白TMEM154 (Transmembrane protein 154)基因中的一個(gè)點(diǎn)突變E35K與抗病力高度相關(guān)，可以作為綿羊抗病選育的分子標(biāo)記。文章詳述了綿羊TMEM154基因E35K突變對(duì)抗病力的影響和當(dāng)前慢病毒抗病基因研究概況，包括鋅指家族、趨化因子受體CCR5、三重基序蛋白TRIM5α、載脂蛋白B mRNA剪輯酶催化多肽樣蛋白3、多能發(fā)育相關(guān)基因2和4，并簡要介紹了羊慢病毒特征和我國羊慢病毒病的流行狀況，以期為我國綿羊養(yǎng)殖業(yè)和抗病選育提供參考。

羊慢病毒；梅迪-維斯納病毒(MVV)；TMEM154基因；突變；抗病性

羊慢病毒同其他慢病毒均屬于 RNA反轉(zhuǎn)錄病毒屬，由于其侵染后引發(fā)的病程緩慢，因此被稱為慢病毒。羊慢病毒主要包括綿羊梅迪-維斯納病毒(Maedi-visna virus, MVV或者VMV)和山羊關(guān)節(jié)炎-腦炎病毒(Caprine arthritis encephalitis virus, CAEV)，二者主要侵害綿羊和山羊并能交叉感染，給養(yǎng)羊業(yè)帶來嚴(yán)重?fù)p失。人們?cè)趯?duì)羊慢病毒研究及防治過程中發(fā)現(xiàn)了不同品種間的綿羊?qū)β《疽赘行源嬖诓町?，結(jié)合現(xiàn)代生物學(xué)分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)了綿羊跨膜蛋白TMEM154 (Transmembrane protein 154)基因發(fā)生E35K突變后大大提高了綿羊?qū)β《镜目剐裕€有一些其他與羊慢病毒抗性相關(guān)的基因，這些研究成果為綿羊抗病育種提供了重要思路。本文對(duì)羊慢病毒概況、抗性基因研究尤其是 TMEM154基因進(jìn)行重點(diǎn)闡述，旨在為綿羊抗病育種研究和養(yǎng)羊業(yè)提供參考。

1 羊慢病毒概述

慢病毒屬于RNA反轉(zhuǎn)錄病毒屬，目前發(fā)現(xiàn)8種能夠感染人和脊椎動(dòng)物的慢病毒。羊慢病毒也稱小反芻動(dòng)物慢病毒(Small ruminant lentiviruses, SRLVs)，主要包括綿羊梅迪-維斯納病毒和山羊關(guān)節(jié)炎-腦炎病毒，二者在基因組、抗原特征、靶細(xì)胞、致細(xì)胞病變效應(yīng)、臨床癥狀和聚類關(guān)系等方面具有多個(gè)共同特征，往往可以在綿羊和山羊間交叉感染[1～5]，造成更為嚴(yán)重的臨床癥狀。羊慢病毒還能感染其他野生動(dòng)物，如野生大角羊等[6,7]。其他慢病毒還有貓免疫缺陷病毒(FIV)、猴免疫缺陷病毒(SIV)、牛免疫缺陷病毒(BWV)、馬傳貧病毒(EIAV)和人類免疫缺陷病毒(HIV)，羊慢病毒常作為慢病毒研究的模型。

1.1 梅迪-維斯納病毒

綿羊梅迪-維斯納病毒在北美也稱為綿羊進(jìn)行性肺炎病毒(Ovine progressive pneumonia virus, OPPV)，引起綿羊的梅迪-維斯納病或綿羊進(jìn)行性肺炎(OPP)[8,9]。綿羊感染后表現(xiàn)為呼吸困難、乳腺炎、衰弱和關(guān)節(jié)炎、腦炎等不同癥狀[4,10]，還會(huì)造成產(chǎn)羔數(shù)減少、羔羊初生重降低以及早期死亡等繁殖性能障礙[11]。梅迪-維斯納病毒自發(fā)現(xiàn)至今已在世界多個(gè)國家流行，造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。梅迪和維斯納在愛爾蘭語中代表呼吸困難和衰弱，引起這兩個(gè)不同癥狀的病毒先后在1957年和1958年從病羊的大腦和肺組織中分離得到，后來認(rèn)定其為同一種病毒[12]。綿羊梅迪-維斯納病毒為單股RNA病毒，具有 6個(gè)開放閱讀框，該病毒具有感染單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突細(xì)胞的趨向性而且可以侵染多種組織器官，在傳播與復(fù)制過程中由于堿基突變、重組等導(dǎo)致病毒發(fā)生變異，且容易發(fā)生抗原漂移導(dǎo)致變異病毒株的出現(xiàn)。目前梅迪-維斯納病毒被分為 A-E共5個(gè)不同的基因型，又分別有15、3、1、1和2個(gè)亞型，其中有13個(gè)亞型可以交叉感染山羊[1,13]。

1.2 山羊關(guān)節(jié)炎-腦炎病毒

山羊關(guān)節(jié)炎-腦炎病毒的發(fā)現(xiàn)相對(duì)較晚，在1980年該病毒被分離鑒定并命名為山羊節(jié)炎-腦炎病毒[14]，但目前已經(jīng)遍布多個(gè)多家和地區(qū)，成為山羊全球性流行病之一，尤其在挪威、英國大不列顛、日本和墨西哥最為嚴(yán)重，調(diào)查監(jiān)測(cè)的血清陽性率分別高達(dá)86%、54.5%、63.3%和 56.8%[15]。山羊感染后主要表現(xiàn)為體況下降、肺炎、乳腺硬化、關(guān)節(jié)炎和腦炎等臨床癥狀[6]。令人堪憂的是，無論在自然狀況還是實(shí)驗(yàn)條件下綿羊和山羊慢病毒均可以交叉感染，造成更加嚴(yán)重的臨床癥狀[3,5,6,10]。

1.3 羊慢病毒流行狀況

綿羊慢病毒一般認(rèn)為最早發(fā)現(xiàn)于南非(1915年)、荷蘭(1918年)和美國(1923年)及冰島(1939年)的綿羊中[12,16]，目前幾乎遍布除澳大利亞和新西蘭之外的所有養(yǎng)羊國家和地區(qū)，而在美國、加拿大、歐洲多國、南美洲國家以及非洲的幾十個(gè)國家和地區(qū)曾有較大規(guī)模的流行[8,12,13,17]。慢病毒通過水平和垂直方式進(jìn)行傳播，前者主要是直接接觸和氣溶膠造成的呼吸系統(tǒng)傳播，后者則主要通過母乳傳給后代[4,5,9,16]。2012年調(diào)查顯示，在美國綿羊中血清陽性率高達(dá)36%[17]，比2001年美國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)的24%的陽性率[9]增加了 50%，陽性血清的綿羊生產(chǎn)力普遍下降約20%[18]。由于綿羊慢病毒的這種潛在感染，在美國綿羊群體中有 1/4甚至更多的綿羊表現(xiàn)出肺炎和衰弱等臨床癥狀[19]，也是造成美國野生大角綿羊死亡因素的最重要原因(占死亡因素的36%)[7]，而且還有不斷蔓延擴(kuò)大的趨勢(shì)。由于慢病毒感染后病程緩慢，不易被發(fā)現(xiàn)，且在病毒株和不同易感性綿羊群體間毒株具有選擇感染弱者的趨向性[13,20]，因此對(duì)綿羊養(yǎng)殖業(yè)造成的損失(除直接死亡和淘汰)達(dá)40%以上[20]，年死亡率可達(dá) 30%[21]，是全球養(yǎng)羊業(yè)預(yù)防的重要疫病之一。目前防治的主要辦法是通過檢測(cè)并隔離淘汰陽性血清羊群以此降低發(fā)病率和死亡率，但是這種方法需要花費(fèi)大量的人力和物力[9,22]，不過冰島通過這些防疫措施加上嚴(yán)格的管理成為第一個(gè)人工根除綿羊梅迪-維斯納病的國家。

羊慢病毒至今無治療辦法和預(yù)防的疫苗，主要預(yù)防措施是定期檢疫并淘汰陽性個(gè)體和隔離保護(hù)羔羊[2,13]。盡管很多研究小組開展了疫苗的研制，但均不能很好的預(yù)防慢病毒感染甚至部分疫苗還會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)毒血癥等副作用[8,23]。因此，必須尋找其他途徑來提高綿羊?qū)τ诼《镜目共⌒裕肿訕?biāo)記輔助選擇和慢病毒抗性基因 TMEM154突變體(E35K)綿羊的發(fā)現(xiàn)為這一目標(biāo)提供了技術(shù)和材料[8]。

1.4 我國羊慢病毒研究概況

綿羊梅迪-維斯納病于1966年從澳大利亞傳入我國，該病在我國頒布的動(dòng)物疫病名錄中屬于二類疫病，目前在新疆、遼寧、甘肅、內(nèi)蒙古、河北、吉林和天津等省市傳播，發(fā)病后死亡率100%。我國在1984年從新疆于田羊中分離并鑒定了梅迪-維斯納病毒，并定義為CMV-1毒株，之后陸續(xù)在新疆卡拉庫爾羊、薩福克、中國美利奴羊等多個(gè)品種的綿羊中分離鑒定出該病毒。

我國的科研人員在對(duì)梅迪-維斯納病毒的研究中也發(fā)現(xiàn)不同綿羊品種對(duì)該病毒表現(xiàn)出不同的敏感性，其中新疆美麗奴羊?yàn)榈兔舾衅贩N(＜2%)，新疆卡拉庫爾羊也可能是一種低易感品種，而最初發(fā)現(xiàn)該病毒的新疆于田羊則為易感品種，血清陽性率高達(dá)60%以上，在進(jìn)口的阿萊羊中為12.67%，在新疆本地品種多浪羊中沒有發(fā)現(xiàn)陽性個(gè)體。在中國美利奴羊中分離到毒性強(qiáng)弱不同的病毒株，但尚不清楚這些毒株是否與病毒自身的高變異突變有關(guān)。

我國在 1987年從進(jìn)口的薩能奶山羊羊群中發(fā)現(xiàn)了山羊關(guān)節(jié)炎-腦炎病毒，隨后在1981～1984年間從英國進(jìn)口的 472份奶山羊的血清中檢測(cè)到 10.8%的陽性個(gè)體，這些個(gè)體分布于甘肅、陜西、貴州、黑龍江、遼寧和四川，并有擴(kuò)散的現(xiàn)象。我國已經(jīng)分離鑒定出5個(gè)不同的山羊關(guān)節(jié)炎-腦炎病毒毒株，分別為甘肅、陜西、四川、貴州和山東毒株[3]。山羊?qū)﹃P(guān)節(jié)炎-腦炎病毒的易感性隨著年齡增大而增加，且奶山羊易感性普遍高于肉用山羊。

2 羊慢病毒抗性基因

2.1 跨膜蛋白154基因(TMEM154)

羊慢病毒感染后要經(jīng)過較長的潛伏期才會(huì)出現(xiàn)臨床癥狀，但不同品種的綿羊存在易感性的差異，如美國的Rambouillet羊和Columbia羊分別屬于低易感和高易感品種。最近在慢病毒易感性相關(guān)因素的分析中，對(duì)美國69組綿羊群體采用全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)分析了 50614個(gè)標(biāo)記后，在綿羊TMEM154基因中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)和慢病毒易感性相關(guān)的SNP位點(diǎn)(p=3×10-9)，該位點(diǎn)位于編碼區(qū)35位，為谷氨酸(E35)時(shí)趨向于易感，而為賴氨酸(K35)時(shí)趨向于抗性[17]。當(dāng)基因序列中有一個(gè)E35拷貝時(shí)感染概率比非攜帶者綿羊高28倍；綜合品種和年齡等因素，攜帶單拷貝E35等位基因的綿羊易感風(fēng)險(xiǎn)比非攜帶者高2.85倍[17]。另外，在TMEM154基因的信號(hào)肽和跨膜區(qū)發(fā)現(xiàn)了 5個(gè)錯(cuò)義突變(L14H、T25I、D33N、T44M和N70I)和2個(gè)缺失多態(tài)性(R4A為1個(gè)堿基缺失，E82Y為7個(gè)堿基缺失)位點(diǎn)，后來證明這些位點(diǎn)也影響了綿羊?qū)β《镜囊赘行訹9,17,19]。根據(jù) TMEM154基因突變的類型，研究人員把常見的TMEM154基因突變分成3種類型：野生型(E35，N70)定義為第3種基因型，第1種和第2種單倍型相對(duì)第 3種單倍型都是存在一個(gè)堿基突變，分別為K35和 I70[17]。對(duì)來自多個(gè)國家的 74個(gè)品種 2819只綿羊檢測(cè)結(jié)果顯示，易感的E35等位基因頻率在這些綿羊中達(dá)51%，且存在于幾乎所有綿羊品種中，說明易感基因型在各羊群中為主要基因型，也暗示多數(shù)綿羊?qū)β《酒毡橐赘衃24]。在同等飼養(yǎng)條件下，野生型和N70I突變?nèi)后w比兩個(gè)拷貝的 K35基因型綿羊的易感性高 2.85倍；在人工對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，K35突變體抗性綿羊比易感綿羊的抗病力最高可達(dá) 69倍[17]。對(duì)綿羊K35純合子、K35單拷貝個(gè)體和E35野生型個(gè)體的易感率預(yù)測(cè)分別為 0.094、0.323和0.346，這一預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)際人工感染實(shí)驗(yàn)結(jié)果(0.107、0.338和 0.367)高度吻合，即第 3種和第 2種單倍型綿羊的易感性是第1種單倍型綿羊的3.56倍，而第3種和第2種單倍型綿羊的易感性相似[9]。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)TMEM154基因的一些稀有突變體(R4A)綿羊，這些羊終生不會(huì)感染慢病毒[17]。與常見哺乳動(dòng)物牛、豬、鼠、馬以及人類相比，TMEM154基因的K35突變只發(fā)現(xiàn)于綿羊中[17]。對(duì)來自多個(gè)國家39個(gè)家養(yǎng)品種和2個(gè)野生品種的75只綿羊全基因組進(jìn)行分析，在包含TMEM154基因的62Kb區(qū)域發(fā)現(xiàn)了1300多個(gè)新的多態(tài)位點(diǎn)，其中在TMEM154基因結(jié)構(gòu)區(qū)發(fā)現(xiàn)的有義突變位點(diǎn) 4個(gè)，包括信號(hào)肽區(qū)域A13V突變和胞外域3個(gè)突變(E31Q、I74F和I102T)，其中 A13V和 I102T僅發(fā)現(xiàn)于家養(yǎng)綿羊品種，而E31Q和I74F存在于野生品種[24]。另外，TMEM154基因雙拷貝第1種單倍型(K35，N70)綿羊的抗病性還表現(xiàn)在能有效抑制感染后病毒在體內(nèi)的復(fù)制，病毒數(shù)量代表了感染后臨床癥狀的嚴(yán)重程度[13,25]。

綿羊 TMEM154基因多態(tài)性和慢病毒易感相關(guān)性的發(fā)現(xiàn)為綿羊抗病育種提供了基礎(chǔ)，但是對(duì)TMEM154基因的其他功能卻知之甚少。TMEM154基因位于綿羊17號(hào)染色體，包含7個(gè)外顯子，編碼191個(gè)氨基酸的前體蛋白，N端含有一個(gè)信號(hào)肽區(qū)域，還有胞外區(qū)、胞內(nèi)區(qū)和跨膜區(qū)，在30～31位氨基酸之間剪切后成為 161個(gè)氨基酸的成熟蛋白；綿羊TMEM154基因與牛、人和鼠的DNA序列具有92.5%、67.3%和 53.8%的相似性[17]。盡管發(fā)現(xiàn)了TMEM154基因多態(tài)性與綿羊?qū)β《疽赘行韵嚓P(guān)，但對(duì)該基因在慢病毒感染過程中的作用了解尚少。小鼠 TMEM154基因在乳腺發(fā)育中有特異表達(dá)但是具體功能尚不清楚[26]，而人的跨膜蛋白154在呼吸系統(tǒng)的功能具有保守性，與哮喘病的嚴(yán)重程度相關(guān)[19]。從薩?？搜?TMEM154基因部分敲除的研究結(jié)果來看，推測(cè)綿羊 TMEM154基因功能缺失可以提高綿羊?qū)β《镜目共⌒远粫?huì)影響生長繁殖狀況[17]。

2.2 其他與羊慢病毒抗性相關(guān)的基因

在對(duì)羊慢病毒的研究中還發(fā)現(xiàn)了一些感染前后表達(dá)量變化的基因和細(xì)胞因子，如組織相容復(fù)合物(MHC)、白細(xì)胞介素(IL)家族成員以及腫瘤壞死因子(TNF)和干擾素(IFN)等，但這些細(xì)胞因子和基因位點(diǎn)均不能作為羊慢病毒抗性育種的標(biāo)記[8,25]。同時(shí)，TMEM154基因抗性突變體并不能完全對(duì)慢病毒產(chǎn)生抗性，這促使研究人員對(duì)更多基因進(jìn)行了篩選，在這個(gè)研究過程中發(fā)現(xiàn)了一些和慢病毒抗病性相關(guān)的基因。

2.2.1 鋅指家族簇

繼發(fā)現(xiàn)綿羊TMEM154基因突變后，White等[19]利用GWAS技術(shù)篩選到了一個(gè)和慢病毒易感性極顯著相關(guān)的基因區(qū)域，該基因位于綿羊20號(hào)染色體的鋅指簇(Zinc finger cluster)，包含ZNF192、ZSCAN16、ZNF389和 ZNF165基因。其中，在鋅指家族成員ZNF389基因中一個(gè) 2堿基插入/缺失多態(tài)性位點(diǎn)(g.29500068_29500069delAT)與綿羊感染后慢病毒在體內(nèi)蓄積量顯著相關(guān)，這一位點(diǎn)的不同等位基因頻率在不同品種間存在差異[11]。該等位基因的插入純合型個(gè)體感染后體內(nèi)慢病毒數(shù)量極顯著低于插入-缺失和缺失-缺失兩種基因型個(gè)體[11]，慢病毒數(shù)量直接影響了臨床癥狀，還可能影響其在個(gè)體間的傳播能力，也可能是導(dǎo)致不同品種易感性差異的原因之一。這個(gè) 2堿基(AT)多態(tài)性位點(diǎn)還影響了羔羊出生重，即插入純合基因型個(gè)體部分階段繁殖的后代羔羊出生重較輕，但羔羊斷奶重和后期生長率無顯著差異[27]，這一多態(tài)性位點(diǎn)對(duì)綿羊其他方面的影響尚不清楚。鋅指蛋白具有多個(gè)核酸結(jié)合位點(diǎn)，影響基因的轉(zhuǎn)錄，它可能通過對(duì)宿主基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)來抑制慢病毒的復(fù)制或者通過轉(zhuǎn)錄因子作用于病毒[11]。宿主鋅指抗病毒蛋白(Zinc-finger antiviral protein, ZAP)可以直接通過選擇性剪切人類慢病毒 HIV的mRNA來抑制病毒的復(fù)制[28]，因此推測(cè)綿羊鋅指家族或許通過一個(gè)或多個(gè)作用機(jī)制來實(shí)現(xiàn)對(duì)梅迪-維斯納病毒的抑制作用[11]，鋅指家族也被認(rèn)為是將來慢病毒感染機(jī)制研究中重要的候選對(duì)象之一。

2.2.2 趨化因子受體CCR5

趨化因子受體 CCR5 (Chemokine (C-C motif) Receptor 5)是G蛋白偶聯(lián)因子超家族(GPCR)成員的細(xì)胞膜蛋白，也是HIV入侵機(jī)體細(xì)胞的主要輔助受體之一，還具有調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞炎癥募集反應(yīng)的作用。綿羊CCR5具有兩個(gè)外顯子，外顯子兩端序列在物種間高度保守，整個(gè)開放閱讀框位于第二外顯子，編碼 352個(gè)氨基酸的蛋白，綿羊與牛和人的 CCR5分別具有95.5%和83.5%的相似性。人類CCR5編碼區(qū)一個(gè)32bp片段缺失多態(tài)性導(dǎo)致CCR5蛋白功能喪失但對(duì)HIV產(chǎn)生了強(qiáng)抗性，CCR5調(diào)控區(qū)的一個(gè)序列多樣性位點(diǎn)有效延緩了該病的病程。White等[29]對(duì)綿羊 CCR5基因開放閱讀框(ORF)和調(diào)控區(qū)進(jìn)行測(cè)序，在啟動(dòng)子區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一個(gè)影響慢病毒感染的4堿基缺失位點(diǎn)，該位點(diǎn)位于一個(gè)八肽轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合區(qū)，缺失突變等位基因攜帶綿羊感染后體內(nèi)慢病毒數(shù)量顯著低于其他群體綿羊體內(nèi)的慢病毒數(shù)量，同時(shí)該位點(diǎn)缺失還顯著降低了CCR5的表達(dá)。但這一結(jié)果是在個(gè)別群體中發(fā)現(xiàn)的，后來對(duì)更多綿羊的研究顯示 CCR5多態(tài)性與慢病毒抗性并沒有確定的關(guān)系甚至在 Lowa綿羊中出現(xiàn)相反結(jié)論，這也可能和綿羊品種與病毒類型有關(guān)，能否作為綿羊慢病毒抗性的篩選標(biāo)記仍存在爭議[8,25]。盡管如此，不可否認(rèn)CCR5與綿羊的慢病毒感染有關(guān)，還與如寄生蟲和支原體感染有關(guān)[29]，不過這一基因在綿羊感染慢病毒中的作用尚需更多研究。

2.2.3 三重基序蛋白TRIM5α

三重基序蛋白TRIM5α(Tripartite motif-containing 5 alpha)是在研究人類HIV過程中發(fā)現(xiàn)的，TRIM5α對(duì)慢病毒的抑制作用具有物種特異性[30]。Jauregui等[31]于2012年首次對(duì)綿羊和山羊的TRIM5α及其慢病毒抗性進(jìn)行了研究，山羊和綿羊 TRIM5α序列具有種間高度保守和種內(nèi)變異的特點(diǎn)，這種遺傳特征可能與山羊和綿羊的進(jìn)化以及羊慢病毒的交叉感染存在某種因果關(guān)系。TRIM5α在體外綿羊細(xì)胞模型中的表達(dá)能有效抑制慢病毒的侵染，其含有的RING-B-box結(jié)構(gòu)域通過識(shí)別并阻止病毒脫衣殼作用限制梅迪-維斯納病毒的復(fù)制[2,31]，但是這種抑制作用和 TRIM5α自身序列多態(tài)性有關(guān)，不同序列的TRIM5α能有效抑制HIV-2和羊慢病毒的侵染[31]。不過，TRIM5α對(duì)慢病毒的抑制作用是否與自身基因多態(tài)性、不同毒株以及宿主種類有關(guān)尚未見報(bào)道。

2.2.4 載脂蛋白 B mRNA剪輯酶催化多肽樣蛋白3(APOBEC3)

載脂蛋白 B mRNA剪輯酶催化多肽樣蛋白3(Apolipoprotein B mRNA-editing catalytic polypetide like 3，APOBEC3，A3)是一種最近發(fā)現(xiàn)的能抵抗包括HIV在內(nèi)的多種反轉(zhuǎn)錄病毒的蛋白家族，也是將來綿羊和其他動(dòng)物慢病毒防治研究的重要候選對(duì)象[32～34]。APOBEC是一個(gè)很大的胞苷脫氨酶家族，成員還包括APOBEC1、APOBEC2和APOBEC4。A3具有抑制多種病毒復(fù)制的活性，其機(jī)制可能是通過脫氨基作用使得病毒基因組突變，或脫氨基之外的其他作用改變病毒的逆轉(zhuǎn)錄、復(fù)制以及核殼化等生命周期，同時(shí)病毒也會(huì)反作用于A3使之抑制病毒的作用減弱[33]。A3編碼基因在不同物種間變異很大，基因數(shù)目從嚙齒類的1個(gè)到靈長類的7個(gè)，而綿羊有3個(gè)A3基因，編碼4種具有胞嘧啶脫氨酶活性蛋白，這些蛋白具有抑制MVV和人類HIV以及小鼠白血病病毒MLV的活性。不過，綿羊A3家族在結(jié)構(gòu)、活性及亞細(xì)胞定位與牛和人類的A3均有不同，與病毒的相互作用模式也有自身特異性[33]。目前研究發(fā)現(xiàn)不同物種的A3有多個(gè)家族成員，其結(jié)構(gòu)域也有不同，與病毒作用以及抑制病毒的作用模式也不同，A3在羊慢病毒抗病性中的作用尚需開展更多的研究。

2.2.5 多能發(fā)育相關(guān)基因2(DPPA2)和4(DPPA4)

在對(duì)綿羊慢病毒易感性基因篩選中，發(fā)現(xiàn)多能發(fā)育相關(guān)基因 2(Developmental pluripotencyassociated 2, DPPA2)的一個(gè) SNP位點(diǎn)和慢病毒感染率高度相關(guān)(p=0.006)[19]，該基因和多能發(fā)育相關(guān)基因4(DPPA4)均具有多種潛能，在胚胎發(fā)育期表達(dá)，還在肺部生長發(fā)育中具有重要作用，二者可能參與了慢病毒的感染過程。羊慢病毒還存在于公羊的精液和母羊生殖道中，有人推測(cè)早期胚胎和生殖細(xì)胞中DPPA2和 DPPA4的表達(dá)可能和羊慢病毒的這種垂直傳播有關(guān)。其次，DPPA2還在胚胎發(fā)育期表達(dá)，可能和免疫系統(tǒng)的發(fā)育與功能維持有關(guān)，DPPA2通過影響免疫系統(tǒng)和白細(xì)胞的形成從而影響慢病毒的感染。

3 羊TMEM154基因多態(tài)性與慢病毒抗性機(jī)制

羊慢病毒感染后由于病毒的基因組和宿主DNA發(fā)生整合，導(dǎo)致宿主終生帶毒，同時(shí)病毒復(fù)制過程中還可能存在基因變異以及遭受梅迪-維斯納和山羊關(guān)節(jié)炎腦炎病毒的雙重感染[6]，嚴(yán)重?fù)p害動(dòng)物健康的狀況。羊慢病毒具有巨噬細(xì)胞/單核細(xì)胞趨向性而非T淋巴細(xì)胞趨向性，因此不會(huì)造成羊的免疫缺陷[2,17]，這是慢病毒家族中羊慢病毒不同于人類慢病毒HIV的重要特征之一，但是羊慢病毒對(duì)宿主造成的感染機(jī)制尚不完全清楚。羊慢病毒的侵染并不引起羊的固有免疫反應(yīng)，可能是病毒逃過了單核細(xì)胞免疫監(jiān)測(cè)而直接進(jìn)入了靶組織，還可能直接干擾了巨噬細(xì)胞和樹突細(xì)胞等效應(yīng)細(xì)胞的功能，改變了病毒誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)類型，從而逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)[2]。

綿羊 TMEM154基因突變影響了其對(duì)慢病毒的抗病力，但是由于跨膜蛋白 154在綿羊以及其他動(dòng)物中的研究尚少，這種機(jī)理尚不明確[17]。在綿羊感染慢病毒過程中，跨膜蛋白154可能作為綿羊梅迪-維斯納病毒的受體在單核細(xì)胞系中表達(dá)，作為輔助受體協(xié)助慢病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞，而該基因的 E35K突變位于胞外域，導(dǎo)致該蛋白功能改變從而使綿羊易感性降低；R4A缺失突變體可能導(dǎo)致跨膜蛋白154功能完全喪失而使得綿羊具有完全抗性[8,17]。綿羊TMEM154基因的E35K突變還改變了原來蛋白的電荷，這一突變導(dǎo)致原本帶負(fù)電荷的酸性谷氨酸(E35)被帶正電荷的堿性賴氨酸(K35)取代，這種改變可能引起跨膜蛋白 154構(gòu)象的改變，而其他部位的突變則可能徹底改變蛋白的結(jié)構(gòu)，從而改變蛋白的功能甚至導(dǎo)致功能喪失[8]。從這一點(diǎn)來說，TMEM154基因不同突變類型導(dǎo)致蛋白功能不同程度的改變，因此攜帶單個(gè)突變的綿羊比雙拷貝突變體更容易受到慢病毒的侵害。

4 展望

羊慢病毒自發(fā)現(xiàn)以來，已經(jīng)遍布世界絕大多數(shù)養(yǎng)羊國家，成為綿羊養(yǎng)殖業(yè)的常見病之一，該病傳入我國后流行至今并持續(xù)危害我國養(yǎng)羊業(yè)。由于慢病毒進(jìn)入機(jī)體的途徑和發(fā)病機(jī)制以及引起的免疫反應(yīng)機(jī)理尚不完全清楚，對(duì)綿羊抗原和抗體檢測(cè)結(jié)果在同一時(shí)間不盡一致[35]，同時(shí)慢病毒的高度變異性、跨物種傳播甚至還能“躲避”目前的檢測(cè)技術(shù)[6]，因此是養(yǎng)羊業(yè)甚至人類健康的潛在威脅。綿羊慢病毒抗性基因的發(fā)現(xiàn)尤其是 TMEM154基因突變體對(duì)慢病毒抗性的發(fā)現(xiàn)和功能研究都為慢病毒的防治提供了基礎(chǔ)，也為綿羊抗病育種提供了手段和材料，

相信隨著這些基因功能研究的深入和新型慢病毒疫苗的開發(fā)[23]，必將推動(dòng)人們對(duì)羊慢病毒防治的進(jìn)程，也為其他慢病毒的研究提供借鑒。我國養(yǎng)羊業(yè)受到羊慢病毒的危害，但尚未開展該病抗病育種的研究，也未見我國綿羊品種的基因多態(tài)性研究。為此，我國也應(yīng)大力開展抗病綿羊的選育工作，為我國綿羊的抗病育種奠定基礎(chǔ)。

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(責(zé)任編委: 趙要風(fēng))

Progress on ovine lentivirus and its resistant genes

Feng Guan1, Guoqing Shi2, Jin Zhao1, Yimin Wang3

1. College of Life Sciences, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China;
2. The Key Sheep Breeding and Reproduction Biotechnology Laboratory of Xinjiang Production and Construction Group, Shihezi 832000, China;
3. Hangzhou Caiyang Animal Husbandry Co., Ltd. Hangzhou 310000, China

Ovine lentivirus, also termed as small ruminant lentiviruses (SRLVs), includesmaedi-visna virus (MVV) and caprine arthritis encephalitis virus (CAEV), which can infect sheep and goats. SRLVs are wide spread throughout the world causing serious economic implications for animal industry. Breed differences in susceptibility to MVV had suggested a strong genetic diversity in sheep. Genome wide association study (GWAS) indicated that a SNP (E35K) in ovine transmemebrane protein 154 (TMEM154) gene was significantly associated with sheep resistance to MVV and can be used as a molecular marker in sheep resistant selection breeding. Here, we review the progress of E35K mutation in sheep TMEM154 gene and its effects on resistance to MVV, and other lentivirusresistant genes including zinc finger cluster, chemokine reveptor 5 (CCR5), tripartite motif-containing 5 alpha (TRIM5α), apolipoprotein B mRNA-editing catalytic polypetide like 3 (APOBEC3), developmental pluripotencyassociated 2 (DPPA2) and DPPA4.Furthermore, SRLVs and the epidemic status are introduced. We hope to provide some guidance for sheep resistant breeding.

ovine lentivirus; maedi-visna virus; TMEM154 gene; mutation; resistance

2014-05-09;

2014-07-17

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：31360540)，國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(編號(hào)：2011AA100307)和十二五國家支撐計(jì)劃課題(編號(hào)：2011BAD28B05-1-1)資助

管峰，博士，副教授，研究方向：動(dòng)物分子遺傳育種。E-mail: guanfengzgjl@163.com

10.3724/SP.J.1005.2014.1204

時(shí)間: 2014-9-28 14:31:38

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20140928.1623.004.html