楊陽(yáng) 任怡 齊瑞群 高興華

載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽家族在病毒性疾病中的研究進(jìn)展

楊陽(yáng) 任怡 齊瑞群 高興華

載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽家族是一種通過(guò)脫氨酶作用編輯DNA和RNA序列的抗病毒活性蛋白分子。最初載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽3家族因具有抑制HIV復(fù)制的作用而得到關(guān)注。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽家族在與人類疾病密切相關(guān)的其他病毒感染如人類嗜T細(xì)胞病毒、丙型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、人乳頭瘤病毒、單純皰疹病毒中同樣發(fā)揮重要作用。此外，載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽的編輯作用不僅是病毒基因多樣性和進(jìn)化性的來(lái)源，也是腫瘤發(fā)生的重要原因。

病毒性疾病；載脂蛋白B類；肽類

在眾多干擾素刺激基因中，載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽（APOBEC）的研究最為廣泛。大量證據(jù)顯示，APOBEC通過(guò)脫氨酶作用誘導(dǎo)胞嘧啶或脫氧胞嘧啶突變?yōu)槟蜞奏せ蛎撗跄蜞奏?，從而抵抗病毒感染?］。然而這種堿基修飾作用除可清除外來(lái)DNA外，尚可激活自身修復(fù)系統(tǒng)、DNA去甲基化、突變和重組，甚至在腫瘤發(fā)生過(guò)程中也起重要作用［2］。因此，APOBEC在相關(guān)的病毒感染性疾病中的作用應(yīng)該引起足夠重視。

1 人類APOBEC家族分型

人類APOBEC家族共有11個(gè)成員，包括位于12號(hào)染色體的APOBEC1和誘導(dǎo)活化脫氨酶（AID），6號(hào)染色體的APOBEC2，22號(hào)染色體上的7個(gè)APOBEC3亞型及位于1號(hào)染色體上的APOBEC4。每個(gè)成員含有1個(gè)或2個(gè)鋅指樣催化結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域由保守的氨基酸序列H-X-E-X（23-28）-P-C-X（2-4）-C構(gòu)成（X代表任意氨基酸）。已知的APOBEC家族成員均為胞苷脫氨酶，主要通過(guò)3種方式與底物相互作用：DNA編輯、RNA編輯和非編輯方式。APOBEC1是最早發(fā)現(xiàn)的APOBEC家族成員，主要參與RNA編輯，導(dǎo)致載脂蛋白B翻譯提前終止，生成了載脂蛋白B100蛋白的截短形式載脂蛋白B48［3］。AID主要參與編輯單鏈DNA，更偏向作用于WRC序列（W代表A或T；R代表A或G），在抗體類型轉(zhuǎn)換重組、體細(xì)胞高突變和基因轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。AID基因缺陷可引發(fā)2型高IgM綜合征及IgG、IgA、和IgE抗體類型的缺失［4］。APOBEC2主要在心臟、骨骼肌的肌肉發(fā)育中發(fā)揮作用。APOBEC3A作用于單鏈DNA，表達(dá)在CD14+的單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中，也表達(dá)于銀屑病和正常的角質(zhì)形成細(xì)胞中［5］。起初發(fā)現(xiàn)，APOBEC3A的脫氨酶活性并不引起DNA突變，提示可能存在一種非依賴于催化活性的作用機(jī)制［6］。隨著研究深入，逐漸在人乳頭瘤病毒（HPV）［5］、Rous肉瘤病毒［7］和人類嗜 T 細(xì)胞病毒（HTLV）Ⅰ型［8］中發(fā)現(xiàn)，APOBEC3A也具有編輯外來(lái)DNA，引起病毒基因突變、阻礙病毒復(fù)制的功能。APOBEC3B同樣作用于DNA，表達(dá)于腸道、子宮及乳腺等部位，其基因缺失可引起HBV清除能力的減弱，易誘發(fā)肝癌［9］。APOBEC3G是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)能夠抗HIV病毒的細(xì)胞因子，其抗病毒能力最強(qiáng)，可使HIV反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的cDNA負(fù)鏈dC脫氨基為dU，引起正鏈G-A的超突變，以降低HIV的感染。不僅如此，APOBEC3G還具有廣譜的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒能力，可促使乙型肝炎病毒G高突變?yōu)锳，從而抑制病毒復(fù)制，發(fā)揮固有免疫的作用［10］。

2 APOBEC在病毒性疾病中的作用

2.1 在HIV中的作用：HIV是逆轉(zhuǎn)錄病毒家族中的一員，屬于慢病毒屬。HIV除可通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄酶生成cDNA感染宿主細(xì)胞外，尚可編碼多種調(diào)節(jié)蛋白提高病毒復(fù)制及載量。APOBEC家族成員在HIV感染中均發(fā)揮作用，尤以APOBEC3G報(bào)道最為廣泛，其次是APOBEC3F和APOBEC3DE，APOBEC3B也具有較弱的抗HIV活性。APOBEC蛋白在HIV反轉(zhuǎn)錄成cDNA階段，造成其cDNA上堿基突變，胞嘧啶突變?yōu)槟蜞奏?，?dǎo)致HIV功能喪失，感染概率下降。同時(shí)還可通過(guò)激活宿主的免疫系統(tǒng)對(duì)抗病毒感染，如激活針對(duì)HIV特異性的CD8+細(xì)胞毒T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞［11］。然而HIV會(huì)編碼一種叫做病毒感染因子的蛋白來(lái)抵制APOBEC家族的攻擊。該蛋白可通過(guò)蛋白酶體誘導(dǎo)APOBEC3G的降解，還可同時(shí)連接APOBEC3G和泛素連接酶復(fù)合體，導(dǎo)致APOBEC3G的泛素化而降解［12］。除此之外，病毒感染因子還能夠通過(guò)阻礙APOBEC3G包裝進(jìn)入病毒顆粒及干擾其mRNA翻譯的途徑降低蛋白表達(dá)［13］。這樣在沒(méi)有病毒感染因子蛋白存在時(shí)，APOBEC3G的病毒抑制效果最為突出，可使近50%以上的HIV序列產(chǎn)生突變；而在病毒感染因子存在情況下，則主要依賴于不受其調(diào)節(jié)的APOBEC3B發(fā)揮作用。在臨床研究中發(fā)現(xiàn)，APOBEC3 mRNA表達(dá)水平同患者體內(nèi)CD4+T細(xì)胞數(shù)量呈正比，與HIV病毒載量成反比［14］。此外，APOBEC3G蛋白在HIV陰性患者體內(nèi)表達(dá)水平高于HIV陽(yáng)性患者，同樣提示APOBEC家族分子具有潛在的抗病毒活性。正因?yàn)橛蟹肿由飳W(xué)水平和臨床層面的研究結(jié)果，分子干預(yù)療法逐漸成為近年來(lái)治療HIV的新手段，然而如何進(jìn)一步提高APOBEC家族的活性，抑制病毒復(fù)制、促進(jìn)高突變，降低APOBEC3G在病毒感染因子存在情況下的降解以及誘導(dǎo)病毒感染因子自身的降解成為了新的研究熱點(diǎn)。

2.2 在HTLV中的作用：HTLV屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒中的反轉(zhuǎn)錄病毒屬。絕大多數(shù)感染HTLV者無(wú)任何臨床癥狀，只有大約5%的感染者可能發(fā)展為成人T細(xì)胞白血病，另有1%～2%的患者發(fā)展為HTLV相關(guān)的脊髓/熱帶痙攣性下肢輕癱［15］。與HIV一樣，HTLV感染的細(xì)胞類型同樣是CD4+T細(xì)胞，推測(cè)APOBEC蛋白家族在此感染中同樣發(fā)揮重要作用；而與之不同的是，HTLV無(wú)法編輯病毒感染因子樣拮抗蛋白，因此不能誘導(dǎo)APOBEC的降解［8］。研究發(fā)現(xiàn)，HTLV序列幾乎不存在突變位點(diǎn)，突變率僅為0.1%～5%之間。至今，在HTLV感染患者的外周血中尚未發(fā)現(xiàn)突變點(diǎn)。盡管如此，在感染HTLV患者的細(xì)胞中仍可發(fā)現(xiàn)GG、GA和GC的少量突變，提示APOBEC3G和其他成員在此過(guò)程中發(fā)揮作用。突變率低很可能是因?yàn)樵摬《緦?duì)APOBEC家族作用不敏感或?qū)ζ浯嬖谝欢ǔ潭鹊牡种啤?/p>

2.3 在HPV中的作用：HPV是雙鏈DNA病毒，為乳頭瘤病毒家族中的一員。在病毒與人類腫瘤關(guān)系的研究中，HPV的作用最為明確。Vartanian等［5］通過(guò)檢測(cè)9例HPV16陽(yáng)性的宮頸癌癌前病變組織和6例HPV1α陽(yáng)性的跖疣樣本，結(jié)果顯示，HPV的兩條DNA鏈均可被APOBEC編輯。另有研究表明，APOBEC3A和3G可誘導(dǎo)HPV16的早期基因2中C到U的突變［16］，進(jìn)一步闡明APOBEC家族在HPV感染中發(fā)揮作用。

2.4 在乙型肝炎病毒中的作用：據(jù)估計(jì)目前全世界約有20億人感染乙型肝炎病毒，2.4億人有慢性肝炎病毒感染的病史。大量證據(jù)表明，乙型肝炎病毒基因容易受到APOBEC3蛋白家族的作用，這種編輯作用主要發(fā)生在負(fù)鏈DNA上，引起對(duì)應(yīng)的正鏈G-A的突變。此外，正鏈中也可見(jiàn)到C-T的突變?？梢?jiàn)乙型肝炎病毒雙鏈DNA均可受到APOBEC3蛋白編輯［17］。在研究APOBEC3G中發(fā)現(xiàn)其可以降低高達(dá)30倍的病毒載量。除了編輯依賴性途徑外，APOBEC3家族還可通過(guò)抑制病毒前基因RNA的包裝，阻礙反轉(zhuǎn)錄等非編輯途徑抑制病毒復(fù)制，清除感染［18］。

2.5 在丙型肝炎病毒中的作用：盡管有研究顯示，APOBEC3G能夠在體外抑制丙型肝炎病毒復(fù)制，但并未發(fā)現(xiàn)病毒序列的突變，提示APOBEC家族很有可能依賴的是非編輯途徑。與其他病毒不同，在正常肝臟組織和肝細(xì)胞系中，APOBEC3G蛋白表達(dá)水平較低，而在感染丙型肝炎病毒的組織和淋巴細(xì)胞中表達(dá)顯著提高，推測(cè)是一種反應(yīng)性的增加，以對(duì)抗病毒感染，保護(hù)機(jī)體肝臟功能。目前，APOBEC在治療丙型肝炎病毒過(guò)程中取得了一定效果，通過(guò)增加感染細(xì)胞中APOBEC3G表達(dá)水平可以顯著抑制丙型肝炎病毒復(fù)制，為臨床治療工作開(kāi)辟了新的道路［19］。

2.6 在人皰疹病毒中的作用：人皰疹病毒是一組具有包膜的雙鏈DNA病毒，與多種疾病密切相關(guān)，且常以潛伏狀態(tài)持續(xù)存在，當(dāng)宿主免疫功能低下時(shí)可多次復(fù)發(fā)。Suspene等［20］在人單純皰疹病毒感染患者的口腔皮損中檢測(cè)到病毒基因的高突變，且發(fā)現(xiàn)體外過(guò)度表達(dá)APOBEC3C可使病毒滴度下降4倍，病毒傳染性下降10倍以上。除APOBEC3外，APOBEC1也可通過(guò)多種途徑抑制該病毒的復(fù)制。

3 APOBEC在腫瘤中的作用

APOBEC蛋白家族在病毒性疾病中發(fā)揮了不可替代的作用，然而其致突變性在腫瘤發(fā)生中的負(fù)面影響同樣不可小視。突變后除可誘導(dǎo)機(jī)體正常修復(fù)外，尚可引起DNA甲基化、重組以及修復(fù)的不徹底［3］，這些均是腫瘤發(fā)生的重要誘因。研究發(fā)現(xiàn)，APOBEC在乳腺癌、宮頸癌、膀胱癌等癌癥中的突變作用廣泛存在并與其mRNA水平相一致，且該突變位點(diǎn)正是胞嘧啶［21］。該結(jié)果是偶發(fā)事件，還是突變機(jī)制中無(wú)法避免的不良反應(yīng)，亦或?qū)儆谡T導(dǎo)突變功能的必須條件，均需進(jìn)一步研究。

綜上所述，盡管APOBEC蛋白家族與人類病毒性疾病的關(guān)系和作用機(jī)制較為明確，但是否在免疫系統(tǒng)中具有其他作用機(jī)制、與機(jī)體的細(xì)胞因子是如何相互作用的以及在人類腫瘤性疾病中發(fā)揮的功能等問(wèn)題仍是今后研究的重點(diǎn)。

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Apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide family in virus-related diseases

Yang Yang,Ren Yi,Qi Ruiqun,Gao Xinghua.Department of Dermatology,First Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China

Gao Xinghua,Email:gaobarry@hotmail.com

The apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide （APOBEC） family are a group of active antiviral proteins that can edit DNA and RNA sequences by deamidizing enzymes.The APOBEC-like 3 （APOBEC3） family was firstly noticed forits inhibitory effectagainsthuman immunodeficiency virus type 1 （HIV-1） infection.With the development of research,the APOBEC family have been found to play an important role in other viral infections closely related to human diseases,such as human T-cell lymphotropic virus （HTLV）,hepatitis C virus （HCV）,hepatitis B virus （HBV）,human papilloma virus（HPV）,herpes simplex virus （HSV）,etc.In addition,the editing function of the APOBEC family contributes not only to viral genetic diversity and evolution,but also to tumorigenesis.

Virus diseases;Apolipoproteins B;Peptides

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.01.017

2012年衛(wèi)生公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)（201202013）

110001沈陽(yáng)，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院皮膚科

高興華，Email:gaobarry@hotmail.com

本文主要縮寫(xiě)：APOBEC：載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽，AID：誘導(dǎo)活化脫氨酶，HPV：人乳頭瘤病毒，HTLV：人類嗜T細(xì)胞病毒

2014-02-17）