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皰疹病毒(Alphaherpesvirus)是一類具有相同形態(tài)學(xué)且具有囊膜的雙鏈DNA病毒，已知有120多種，成熟的病毒粒子由核心(core)、衣殼(capsid)、皮層(tegument)和囊膜(envelope)4個(gè)部分組成[1]，按其理化性質(zhì)可劃分為α、β、γ 3個(gè)亞科。皰疹病毒感染的宿主范圍廣，可以感染人類和其他脊椎動(dòng)物[2-4]。而α皰疹病毒感染后隨著基因表達(dá)時(shí)序的不同，分為立即早期(IE)基因、早期(E)基因和晚期(L)基因，其中IE基因調(diào)控著E基因和L基因的表達(dá)。目前在1型人單純皰疹病毒(Herpes simplex virus 1，HSV-1)中已發(fā)現(xiàn)了5個(gè)IE基因，包括ICP0、ICP4、ICP22、ICP27和ICP47， 而ICP4編碼的蛋白質(zhì)為病毒基因表達(dá)和復(fù)制所必需，為最重要的IE基因，它不僅對(duì)病毒的E基因和L基因有轉(zhuǎn)錄激活的作用，同時(shí)，在某些特殊條件也下發(fā)揮著轉(zhuǎn)錄抑制的作用。

1 ICP4的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

α皰疹病毒基因組由特定長(zhǎng)區(qū)(UL)和特定短區(qū)(US)兩個(gè)共價(jià)結(jié)合的片段組成，每一區(qū)域兩側(cè)都與反向重復(fù)序列相連，其中，UL和US之間的重復(fù)序列為內(nèi)部重復(fù)序列(IR)，而整個(gè)基因組兩端的重復(fù)序列為末端重復(fù)序列(TR)[5]。ICP4基因在病毒基因組的2個(gè)重復(fù)序列區(qū)域——IR和TR分別有一個(gè)拷貝，是α皰疹病毒中僅有的2個(gè)雙拷貝基因之一。

在HSV-1中，ICP4表達(dá)產(chǎn)物是一個(gè)大小為175 kDa的蛋白，具有基因表達(dá)調(diào)控蛋白所具有的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(helix-turn-helix)結(jié)構(gòu)[6]并以二聚體的形式存在[7]。ICP4和許多其他的轉(zhuǎn)錄因子一樣，擁有幾個(gè)功能區(qū)域：DNA結(jié)合區(qū)域、核定位區(qū)域以及兩個(gè)反式激活區(qū)域[8]，這些功能區(qū)域賦予了ICP4多種功能。Deluca[9-10]等通過(guò)構(gòu)建ICP4不同區(qū)域缺失的突變體來(lái)探究ICP4的功能域，其中只表達(dá)N端251個(gè)氨基酸的突變體既沒(méi)有激活功能也沒(méi)有抑制作用，可見(jiàn)N端對(duì)調(diào)控轉(zhuǎn)錄的重要性；通過(guò)比較缺失ICP4不同區(qū)域的突變體在宿主細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)位置確定了ICP4核定位功能域?yàn)?41-774位氨基酸。Shepard[11]等通過(guò)構(gòu)建細(xì)胞系和基因缺失的方法證明，缺失31-274位氨基酸的ICP4可結(jié)合到DNA上但不能調(diào)控任何類型基因的轉(zhuǎn)錄；如果結(jié)合DNA的區(qū)域缺失，ICP4的調(diào)控能力也會(huì)受到極大的影響。

ICP4蛋白的N末端和C末端共同調(diào)控著基因的表達(dá)且N端對(duì)ICP4的功能影響更大，缺失N端50～100位氨基酸所產(chǎn)生的影響比缺失整個(gè)C端的500個(gè)氨基酸影響大[12]，而N端30～210位氨基酸影響ICP4與TFIID的相互作用[13]，該區(qū)域缺失后會(huì)影響RNA聚合酶II對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的招募；N端還促進(jìn)前起始復(fù)合物(Pre-Initiation Complex,PIC)的形成。C端在啟動(dòng)L基因啟動(dòng)子及L基因與轉(zhuǎn)錄因子形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物時(shí)發(fā)揮作用，故C端的缺失對(duì)L基因的表達(dá)有極大影響，但對(duì)E基因的表達(dá)影響較小[14]；此外，ICP4蛋白在病毒DNA上多聚化需要C端參與，增加ICP4對(duì)DNA的親和力[15]。

2 ICP4的定位

病毒感染的早期，ICP4分散在細(xì)胞核的核質(zhì)中；病毒感染的晚期，ICP4則分布在細(xì)胞核中的球狀結(jié)構(gòu)[16]。而Kalamvoki M等研究發(fā)現(xiàn)，缺失gE、gI或UL41的HSV突變株感染細(xì)胞后，胞質(zhì)中也有ICP4的存在[17]；此外，ICP27也會(huì)影響到ICP4在細(xì)胞中的定位[18]。這說(shuō)明，ICP4在細(xì)胞中的分布與其他蛋白有關(guān)。

ICP4是病毒粒子的組分之一，Suzanne M等通過(guò)比較HSV-1親本株與ICP4缺失株病毒粒子的蛋白成分差異，發(fā)現(xiàn)親本株病毒粒子中含有ICP4蛋白而缺失株病毒粒子中沒(méi)有ICP4蛋白，證明了ICP4確實(shí)是病毒內(nèi)部成分[19]。Everett的研究表明ICP4在病毒感染早期時(shí)還會(huì)結(jié)合在基因組上形成病毒核蛋白，以進(jìn)入病毒的復(fù)制中心[20]。

3 ICP4轉(zhuǎn)錄激活作用

在宿主細(xì)胞RNA聚合酶II(RNA Polymerase II，RNA POL II)介導(dǎo)的皰疹病毒基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子IID(Transcription factor II D,TFIID)含有能識(shí)別TATA框的TATA結(jié)合蛋白(TATA-binding protein，TBP)而對(duì)病毒基因的啟動(dòng)子進(jìn)行識(shí)別[21]。Sampath等對(duì)HSV-1研究表明，只有在ICP4與tk和gC啟動(dòng)子結(jié)合后，TBP和RNA POLII才能結(jié)合到tk和gC基因的啟動(dòng)子上[14]，表明ICP4對(duì)于病毒E基因和L基因的啟動(dòng)子與其他轉(zhuǎn)錄因子形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物至關(guān)重要。RNA POLII介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄中需要TFIID和中介體(Mediator)的參與，在病毒感染期間，ICP4不僅與TFIID相互作用，還會(huì)與中介體相互作用[22]，中介體在影響RNA POLII轉(zhuǎn)錄機(jī)制上起著重要的作用，它通過(guò)促進(jìn)RNA POL II加入PIC以建立上游激活劑和普通轉(zhuǎn)錄機(jī)制之間的橋梁，其中，PIC主要由一般轉(zhuǎn)錄因子(General transcription factors,GTFs)和RNA POL II構(gòu)成，且PIC的形成是RNA POL II轉(zhuǎn)錄機(jī)制形成的先決條件[23]。Lauren M等在對(duì)ICP4與TFIID結(jié)合的研究中發(fā)現(xiàn)，ICP4會(huì)和TFIID中的一系列TBP連接因子(TBP-associated factors，TAFs)結(jié)合，這些結(jié)合的TAFs復(fù)合物在整個(gè)病毒感染過(guò)程中都會(huì)被檢測(cè)到，而ICP4與中介體的結(jié)合只會(huì)在隨后被檢測(cè)到[24](圖1A)。

A. ICP4在發(fā)揮激活功能時(shí)，會(huì)和RNA聚合酶II、中介體(Mediator)、TFIID和TAFs共同作用；B.ICP4在發(fā)揮抑制轉(zhuǎn)錄的功能時(shí)，與DNA上的特異性序列結(jié)合并與TBP和TFIIB形成TPC。而隨著病毒感染過(guò)程的推進(jìn)，由其他細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子所介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄將會(huì)因?yàn)镋蛋白和L蛋白的增多而受到影響。圖1 ICP4轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制[28-29]Fig.1 Transcriptional regulation mechanism of ICP4[28-29]

ICP4蛋白激活E基因和L基因的機(jī)制是不同的，且涉及的轉(zhuǎn)錄因子也不一樣。在HSV-1中，ICP4與TFIID、TFIIA等轉(zhuǎn)錄因子以及RNA POL II共同進(jìn)行E基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，其中，ICP4加強(qiáng)了TFIIA使TBP穩(wěn)定結(jié)合TATA框的能力；而HSV-1的L基因具有啟動(dòng)子元件(initiator elements，INRs)，該元件的存在使L基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控并不需要TFIIA的參與，且ICP4能夠代替TFIIA使TFIID穩(wěn)定結(jié)合在L基因上[14，25-26]。

在調(diào)控轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，ICP4在DNA上多聚化使其與DNA的親和力增加，從而可與DNA更好地結(jié)合[15]，但它與被激活轉(zhuǎn)錄的基因啟動(dòng)子DNA不需要高度特異性的結(jié)合。Smiley等將缺失了gD基因啟動(dòng)子上游與轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)下游的ICP4特異性結(jié)合位點(diǎn)的突變株感染細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，gD基因的轉(zhuǎn)錄幾乎沒(méi)有受到影響[27]。

4 ICP4的轉(zhuǎn)錄抑制功能

α皰疹病毒ICP4對(duì)自身、LAT(Latency Assciatited Transcript，LAT)及L/STs(L/S junction-spanning transcripts，L/STs)轉(zhuǎn)錄可產(chǎn)生抑制作用，在ICP4轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控的過(guò)程中不需要與DNA上的特異性序列結(jié)合，但發(fā)揮轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生抑制作用時(shí)，其與DNA上的特異性序列結(jié)合卻是必不可少的條件，ICP4與DNA上的特異性序列結(jié)合時(shí)，親和力極高，這段特異性序列為ATCGTCNNNNYCGRC(R代表嘌呤，Y代表嘧啶，N代表任意堿基)。此外，ICP4抑制自身基因啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄和其與DNA的結(jié)合位點(diǎn)接近TATA框和轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)有關(guān)，ICP4的抑制功能主要受制于ICP4-DNA結(jié)合位點(diǎn)與TATA框的距離[30]。雖然在E基因和L基因的啟動(dòng)子上也有和ICP4蛋白親和力比較高的位點(diǎn)，但這些位點(diǎn)并不在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，所以不會(huì)被抑制。

ICP4與TBP和TFIIB形成三元復(fù)合物(tripartite complex，TPC)并與調(diào)控基因的DNA結(jié)合而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用，不能形成TPC的ICP4突變體是不能進(jìn)行轉(zhuǎn)錄抑制調(diào)控的[31-32]。ICP4除了抑制其本身、LAT與L/ST的轉(zhuǎn)錄外，其他IE基因也會(huì)隨著ICP4蛋白表達(dá)的增加而被抑制轉(zhuǎn)錄，然而其他IE基因并沒(méi)有ICP4抑制的結(jié)合位點(diǎn)，但具有其他細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，比如SP1，它的激活能力會(huì)隨著病毒感染的進(jìn)程而減弱，從而影響其他IE基因的轉(zhuǎn)錄[33](圖1B)。

5 ICP4與病毒潛伏感染

α皰疹病毒在入侵宿主細(xì)胞后，可在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞內(nèi)形成潛伏性感染，逃避宿主巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞及干擾素殺傷作用的自然防御系統(tǒng)，在病毒潛伏的過(guò)程中沒(méi)有完整的基因組復(fù)制，僅有小部分基因進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄。當(dāng)宿主抵抗力下降之后，病毒在神經(jīng)節(jié)和相鄰的神經(jīng)組織內(nèi)復(fù)制。

LAT是HSV-1在潛伏期間唯一大量存在和轉(zhuǎn)錄的RNA，在潛伏感染的建立、維持及激活中扮演著重要的角色；同時(shí)，在HSV-1潛伏感染期間也能檢測(cè)到ICP4的RNA[34]。LAT的啟動(dòng)子上具有ICP4高度特異性的結(jié)合位點(diǎn)，該位點(diǎn)對(duì)ICP4發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用至關(guān)重要，當(dāng)ICP4與LAT的特異性結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合后，可抑制LAT的轉(zhuǎn)錄；ICP4不僅可抑制LAT，還可抑制LAT所編碼的靶向ICP0、ICP34.5的miRNAs[35]，其中ICP0在HSV-1由潛伏感染進(jìn)入裂解性感染的過(guò)程中起到重要作用[36]，進(jìn)一步證明ICP4對(duì)維持潛伏是必要的。此外，在HSV-1由潛伏狀態(tài)進(jìn)入激活狀態(tài)時(shí)，ICP4會(huì)和HSV-1的其它miRNAs相互作用，如miR-H6會(huì)抑制ICP4蛋白的表達(dá)而影響HSV-1的潛伏[37-38]。最近，Maroui Ma的研究發(fā)現(xiàn)ICP4和ICP0對(duì)包含HSV-1 DNA的早幼粒細(xì)胞白血病(Promyelocytic leukemia，PML)核小體(Viral DNA-containing PML nuclear bodies，vDCP-NBs)的形成有重要作用，而vDCP-NBs與病毒基因組的潛伏感染時(shí)的主要表現(xiàn)形式相關(guān)[39]。

6 ICP4的其他功能

除了調(diào)控病毒基因轉(zhuǎn)錄和介導(dǎo)病毒潛伏感染外，ICP4還具有許多其他功能。例如，miR-101是Hela細(xì)胞編碼的一種miRNA，可影響HSV-1的復(fù)制[40]，而ICP4會(huì)介導(dǎo)miR-101表達(dá)從而抑制HSV-1的復(fù)制[41]。此外，Dembowski JA的研究還發(fā)現(xiàn)，ICP4可能還會(huì)影響重要的染色質(zhì)重塑細(xì)胞因子的招募[42]。

ICP4和細(xì)胞凋亡也有一定的關(guān)聯(lián)，HSV-1誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的的功能可被病毒自身的某些蛋白抑制[43]。Leopardi研究表明，ICP4具有抗凋亡功能，是抑制HSV-1誘導(dǎo)凋亡的因素之一[44]；PirittaPeri也發(fā)現(xiàn)，ICP4和US3缺失的HSV-1感染U937細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)大量凋亡和壞死性凋亡現(xiàn)象[45]。

ICP4還能對(duì)宿主細(xì)胞中的一些因子進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)控，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子-A(vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A)是導(dǎo)致感染HSV-1復(fù)發(fā)性角膜疾病的因素之一,ICP4可以調(diào)控VEGF-A的轉(zhuǎn)錄而促進(jìn)新血管的廣泛生成，從而導(dǎo)致復(fù)發(fā)性角膜疾病，其機(jī)制是VEGF-A啟動(dòng)子中含有和病毒E基因啟動(dòng)子中一樣的順式CG框，ICP4得以進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)控[46]。

HSV的ICP4對(duì)人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)感染后在CD4+淋巴細(xì)胞中的復(fù)制也會(huì)產(chǎn)生影響，Albrecht M A 將標(biāo)記的HIV分別與HSV 親本株、ICP0缺失株、ICP4缺失株和ICP27缺失株病毒共同感染CEM細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)HIV和ICP4缺失病毒株共感染時(shí)，HIV不能復(fù)制，而和其他的毒株共感染時(shí)卻可以復(fù)制，說(shuō)明ICP4會(huì)增強(qiáng)HIV在人CD4+淋巴細(xì)胞中的復(fù)制[47]。

7 ICP4與其他蛋白互作

ICP4可以與許多其他病毒蛋白相互作用對(duì)彼此的表達(dá)及作用產(chǎn)生影響。Liu M等報(bào)道了ICP0和ICP4在病毒感染細(xì)胞中的直接相互作用，ICP4可以抑制ICP0的轉(zhuǎn)錄，而ICP0也要拮抗ICP4的抑制[48]。在缺失ICP0的情況下，敲低干擾素誘導(dǎo)蛋白(Nuclear Interferon (IFN)-Inducible Protein 16，IFI16)，ICP4的表達(dá)會(huì)增加[49]。ICP4和 ICP0還會(huì)協(xié)同誘導(dǎo)E基因和L基因的轉(zhuǎn)錄[50]。此外，UL21蛋白的累積會(huì)延遲ICP4蛋白的合成[51]；被膜蛋白UL7的突變也會(huì)減少ICP4的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而減弱HSV-1的毒力[52]。ICP27對(duì)ICP4的抑制功能具有調(diào)節(jié)作用，在缺少ICP27的情況下，ICP4對(duì)L/ST啟動(dòng)子的抑制作用有所下降[53]；而在感染了ICP27突變株的細(xì)胞中，核內(nèi)包含著ICP4蛋白的病毒復(fù)制結(jié)構(gòu)無(wú)法形成，取而代之的是小指環(huán)狀的結(jié)構(gòu)[54]。

8 展 望

ICP4是α皰疹病毒中一個(gè)必需蛋白，在激活病毒E和L基因的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)控病毒的潛伏感染等方面具有重要作用，目前對(duì)HSV-1 ICP4的研究較為深入且集中于功能域?qū)D(zhuǎn)錄調(diào)控產(chǎn)生的作用、與其他蛋白及宿主細(xì)胞因子之間的相互作用以及與DNA結(jié)合的模式等方面，而對(duì)α皰疹病毒亞科其他成員的ICP4的研究資料相對(duì)缺乏，今后應(yīng)將研究重點(diǎn)放在ICP4對(duì)潛伏感染的調(diào)控及與細(xì)胞凋亡的關(guān)系等方面。

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