黃 博，朱夢瑤，丘霈珊，張若男，張文慶，余小強，盧玉珍*

(1. 華南師范大學生命科學學院，廣東省昆蟲發(fā)育生物學與應用技術重點實驗室，廣州 510631；2. 中山大學有害生物控制與資源利用國家重點實驗室，廣州 510275；3. 華中師范大學生命科學學院，武漢 430079)

桿狀病毒(baculovirus)是具有囊膜包裹的雙鏈環(huán)狀DNA病毒，基因組大小為80～180 kb，只專一性感染昆蟲，主要以鱗翅目、雙翅目和膜翅目昆蟲為宿主(Langeetal., 2004；Harrisonetal., 2018)。桿狀病毒包括核型多角體病毒(nucleopolyhedrovirus, NPV)和顆粒體病毒(granulovirus, GV)，其中NPV能在細胞核內形成截面約為0.6～2 μm的多面型包涵體(occlusion body, OB)，又名多角體(polyhedron)。桿狀病毒在感染周期可以產生兩種物理形態(tài)和結構不同的病毒粒子：包埋型病毒粒子(occlusion-derived virus, ODV)和芽生型病毒粒子(budded virus, BV)。環(huán)境中的NPV病毒以包涵體/多角體的形式存在，ODV包埋于包涵體蛋白晶體中。包涵體內包埋多個ODV，一個ODV囊膜中存在單個或多個核衣殼，如家蠶核多角體病毒Bombyxmorinucleopolyhedrovirus(BmNPV)屬于單粒包埋核多角體病毒，苜蓿銀紋夜蛾核型多角體病毒Autographacalifornicamultiple nucleopolyhedrovirus(AcMNPV)屬于多粒包埋核多角體病毒。包涵體在自然環(huán)境中非常穩(wěn)定，可以長期保護ODV的活性。

目前已有100多種桿狀病毒完成基因組測序，基于進化樹、宿主以及病毒粒子包埋等信息，可將NPV劃分為四個屬：α-桿狀病毒屬(鱗翅目特異NPVs)、β-桿狀病毒屬(鱗翅目特異GVs)、γ-桿狀病毒屬(膜翅目特異NPVs)和δ-桿狀病毒屬(雙翅目特異NPVs)(Jehleetal., 2006; Williamsetal., 2017)。其中，α-桿狀病毒的研究最為透徹，包括AcMNPV、BmNPV、黃杉毒蛾核多角體病毒Orgyiapseudotsugatamultiple nucleopolyhedrovirus(OpMNPV)、甜菜夜蛾核型多角體病毒Spodopteraexiguamultiple nucleopolyhedrovirus(SeMNPV)和棉鈴蟲核型多角體病毒Helicoverpaarmigerasingle nucleopolyhedrovirus(HaSNPV)等。根據BV病毒粒子囊膜上的膜融合蛋白差異，α-桿狀病毒可分為兩個類群：利用glycoprotein 64(GP64)作為BV膜融合蛋白的Group I NPVs，包括AcMNPV、BmNPV等；以F蛋白(fusion protein)為膜融合蛋白的Group II NPVs，包括SeMNPV、HaSNPV等。本文將重點介紹鱗翅目昆蟲與核型多角體病毒的互作研究。

1 核型多角體病毒生活史

當昆蟲取食被包涵體污染的食物后，包涵體進入中腸并在堿性的腸道中被蛋白酶溶解，釋放出ODV(圖1)。ODV穿過中腸圍食膜，其囊膜與中腸上皮細胞微絨毛膜融合之后，核衣殼侵入中腸柱狀上皮細胞，形成初級感染(primary infection)。隨后，部分病毒核衣殼可以直接從中腸上皮細胞的基底膜上出芽釋放，快速形成少量的BV；另一部分核衣殼則進入細胞核并解聚釋放病毒基因組，調控病毒基因的表達、病毒基因組DNA的復制和結構蛋白合成。子代核衣殼在病毒發(fā)生基質(virogenic stroma, VS)中形成后通過核膜出芽進入細胞質，而后脫去從核膜獲得的包膜，并通過被病毒編碼的糖蛋白修飾的質膜出芽，獲得囊膜并形成BV(圖2)(Blissard and Theilmann, 2018)。釋放出的BV穿過腸道基膜(basal lamina)進入血淋巴系統(tǒng)迅速擴散感染全身的組織細胞，也可以直接感染某些類型的細胞(如氣管細胞、血細胞)，從而引發(fā)次級感染(secondary infection)(圖1)。BV通過胞吞作用進入細胞質，在晚期內吞體的酸性環(huán)境下，BV囊膜蛋白發(fā)揮膜融合作用，釋放核衣殼到細胞質中。肌動蛋白多聚體可推進核衣殼的運輸和穿過核孔，釋放病毒基因組開始新一輪的復制。次級感染過程中產生的新的BV能在蟲體內部的細胞和組織間傳播擴散。而在病毒感染的晚期，BV的生成減少，大量的病毒核衣殼被包裝成ODV，并被多角體蛋白包埋，多角體蛋白聚合結晶形成包涵體。隨著感染進入到極晚期，被感染的宿主細胞膜裂解，蟲體液化(Donlyetal., 2014)。桿狀病毒編碼的幾丁質酶(v-chiA)和組織蛋白酶(v-cath)能降解昆蟲的外骨骼，使得包涵體釋放到環(huán)境中(Hawtinetal., 1997)。

圖1 核型多角體病毒的侵染周期Fig.1 The infection cycle of nucleopolyhedrovirus

雖然ODV和BV的基因組相同，核衣殼的結構和組成上基本相似，但是囊膜有很大差別，導致其在病毒侵染過程中的功能顯著不同(Blissard and Theilmann, 2018)。BV從宿主細胞中出芽產生，其單層囊膜來源于被病毒蛋白修飾的細胞質膜；ODV在細胞核內組裝，其多層囊膜來源于被修飾的細胞核膜(Feietal., 2018)。ODV和BV的核衣殼和囊膜上存在特異性和共有的蛋白，如PTP(protein tyrosine phosphatase)、BRO(baculovirus repeated ORFs)等蛋白是AcMNPV的BV核衣殼特異性蛋白，GP64、v-UBI(viral-ubiquitin)等是BV囊膜特異性蛋白，P33、Ac5等是ODV核衣殼特異性蛋白，PIF、ODV-E66等是ODV囊膜特異性蛋白，P78/83、Ac58、VP39等是ODV和BV共有的核衣殼蛋白，ODV-E25、ODV-E18是共有的囊膜蛋白。

BV和ODV囊膜脂質組成也有很大的不同，如AcMNPV感染草地貪夜蛾Sf9細胞后產生的BV囊膜磷脂約含有50%磷脂酰絲氨酸、13%鞘磷脂、12%磷脂酰肌醇、11%磷脂酰膽堿、8%磷脂酰乙醇胺以及6%溶血卵磷脂(Braunagel and Summers, 1994; Faulkneretal., 1997)，而AcMNPV的ODV囊膜脂質大約由39%磷脂酰膽堿、30%磷脂酰乙醇胺、20%磷脂酰絲氨酸以及少量的溶血卵磷脂組成。脂質組分的差異可能在ODV和BV侵染宿主細胞以及組裝和出芽中有著重要作用。

2 核型多角體病毒侵染特征

2.1 包涵體溶解與ODV釋放

包涵體/多角體蛋白(polyhedrin)是包涵體/多角體的主要蛋白，其三聚體通過二硫鍵相連形成結晶并將ODV包埋(Jietal., 2010)。多角體蛋白的N-末端區(qū)域含有約40個殘基的無序氨基酸序列，可能參與ODV病毒顆粒與多角體晶體的互作。包涵體表面由糖類和蛋白質所組成的光滑無縫的多角體膜(polyhedron envelope, PE)包裹，用于密封表面和提高多角體的穩(wěn)定性。鱗翅目特異性的NPVs都含有PE蛋白(Ac131)，PE蛋白和P10纖維化結構有關，而P10蛋白參與多角體膜的組裝(Vlaketal., 1988; Whitt and Manning, 1988)。包涵體表面的蛋白酶可能來源于蟲體、細菌和病毒的混合物，可被熱失活。在昆蟲腸道堿性腸液的刺激下，包涵體迅速被腸道或多角體上的蛋白酶溶解，其中早期被破壞的就是連接三聚體的二硫鍵(Wang and Granados, 2000；Pengetal., 2011)。破壞腸道的圍食膜能降低桿狀病毒的半致死劑量，表明圍食膜是抵御ODV病毒侵染的物理屏障(Wang and Granados, 2000)。一些α-桿狀病毒和β-桿狀病毒的包涵體含有一種叫做增強子素(enhancins)的金屬蛋白酶，enhancins能消化圍食膜組分粘蛋白，破壞圍食膜從而提高病毒感染效率(Topraketal., 2012)。AcMNPV編碼ODV-E66(Ac46)降解圍食膜上的硫酸軟骨素從而增強初級感染(Sugiuraetal., 2013)。ODV囊膜上ac145和ac150編碼的幾丁質結合蛋白也可能參與腸道感染(Dalletal., 2001)。

2.2 ODV與中腸細胞

ODV對昆蟲上皮細胞的識別有很高的特異性，ODV病毒顆粒首先和微絨毛膜直接接觸并融合進入中腸上皮細胞(Granados and Lawler, 1981)。目前的實驗結果顯示，ODV囊膜表面的病毒口服感染因子(perosinfectivity factors，PIFs)復合物介導ODV與微絨毛膜的結合和融合(Genceretal., 2018; Wangetal., 2018; Wangetal., 2019)。PIF復合物包括9種組分，P74(Ac138/PIF0)最早被發(fā)現，敲除p74基因不會影響B(tài)V的產生，卻使ODV口服感染能力喪失(Kuzioetal., 1989；Haas-Stapletonetal., 2004)。之后發(fā)現了9種PIFs，分別命名為PIF1到PIF9，除了PIF5外，其他PIFs都參與PIF復合物的組裝。其中PIF1、2和3是核心成分，可以形成約230 kDa的核心復合物。PIF0、4、6、7和9依賴PIF1-3核心復合物而聚集形成約400 kDa的蛋白復合物，最終PIF8加入后形成完整的PIF復合物(Wangetal., 2019)。

AcMNPV的ODV與中腸微絨毛細胞融合后，釋放出ODV的核衣殼(Granados and Lawler, 1981)。中腸微絨毛細胞靠近腸腔側含有很多交聯的肌動蛋白絲，間接的證據表明肌動蛋白絲與ODV核衣殼的入核有關(Ohkawaetal., 2010)。除了入核，核衣殼也能繞過細胞核直接穿過腸道表皮細胞到達微絨毛細胞下的基膜，隨后直接進入血淋巴(Granados and Lawler, 1981; Hofmannetal., 1995)。BV在病毒感染1～2 h后就會出現在基膜附近(Granados and Lawler, 1981)，表明同時入核的基因組編碼了早期基因參與到病毒對腸道細胞的快速穿過，從而逃避細胞和腸道免疫。

2.3 BV感染宿主細胞

GP64是AcMNPV的BV粒子的主要囊膜蛋白，屬于第三類病毒膜融合蛋白，其同源基因存在于所有的Group I NPVs中。GP64單體通過二硫鍵相互連接形成三聚體融合蛋白復合物，參與受體結合(Falangaetal., 2012)。當BV感染細胞時，病毒通過GP64與細胞膜表面的潛在受體結合而吸附在細胞表面。隨后BV通過網格蛋白(clathrin)介導的內吞途徑進入中腸上皮細胞以外的其它組織細胞或離體培養(yǎng)的細胞(Longetal., 2006)。F蛋白廣泛分布于桿狀病毒中，是α-桿狀病毒屬Group II NPVs囊膜的主要糖蛋白，β-桿狀病毒屬和δ-桿狀病毒屬的BV囊膜的主要糖蛋白，敲除Group II桿狀病毒的F蛋白導致BV無法產生(Wangetal., 2008)。F蛋白能替代GP64并在GP64缺失的AcMNPV中發(fā)揮功能，但是兩者的三級結構和構象變化存在較大差異(Lungetal., 2002)。雖然Group I NPVs也含有F蛋白(稱為F-like蛋白)，如AcMNPV中的Ac23，但是該蛋白含量低。AcMNPV的Ac23不是BV病毒的復制和感染所必須的，但會影響到ODV的囊膜化和致病活力(Lungetal., 2003)。結合進化關系和功能實驗顯示，Group I桿狀病毒獲得GP64之后，F蛋白的功能可能就被取代。

AcMNPV的BV囊膜上還含有其他低豐度的蛋白，如v-UBI(Ac35)、GP37(Ac64)、ODV-E25(Ac94)、ODV-E18(Ac143)和BV/ODV-E26(Ac16)等(Dengetal., 2007)。ODV-E25(Ac94)和ODV-E18(Ac143)對于感染性BV的產生非常重要，v-UBI、GP37和BV/ODV-E26蛋白雖然能影響B(tài)V的數量，但是并非BV的感染和增殖所必須的(Volkmanetal., 1984；Volkman and Goldsmith, 1985; Pearsonetal., 2001)。

BV病毒顆粒內吞體的形成和轉運與宿主細胞內吞分選轉運復合體(the endosomal sorting complex required for transport, ESCRT)及可溶性N-乙基馬來酰亞胺敏感因子附著蛋白受體(soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptors，SNARE)系統(tǒng)有關(Votteler and Sundquist, 2013)。病毒顆粒被內吞之后，在內吞體膜上質子泵的作用下，內吞體酸化，GP64的構象發(fā)生改變進而誘導病毒囊膜與內吞體膜或內吞體內的囊泡膜融合，從而釋放核衣殼到細胞質中(Backovic and Jardetzky, 2011; Dong and Blissard, 2012)。BV感染后能誘導細胞核周圍的肌動蛋白骨架發(fā)生聚合，病毒非必須基因arif-1參與了肌動蛋白的定位。病毒的P78/83(Ac9)定位于核衣殼末端，通過招募成核劑Arp2/3復合物促進肌動蛋白聚合，推進病毒核衣殼穿過核孔復合體進入細胞核(Muelleretal., 2014)。隨著細胞核內病毒基因的表達和DNA的復制，子代核衣殼在病毒發(fā)生基質VS中組裝后被運輸到環(huán)帶區(qū)域，該運輸過程依賴于核內于F-肌動蛋白的聚合以及核衣殼蛋白VP80(Ac104)、P78/83(Ac9)、VP1054(Ac54)和BV/ODV-C42(Ac101)的參與(Mareketal., 2011; Guanetal., 2016)。

2.4 BV從宿主細胞中釋放

AcMNPV在核內組裝好的一部分核衣殼會從核膜出芽用于產生BV，另一部分核衣殼仍然留在細胞核內用于ODV的組裝(圖2)。決定核衣殼從核膜出芽還是留在細胞核的機制尚不清楚，可能受BV或ODV的核衣殼特異性蛋白的調控(Braunageletal., 2003; Xuetal., 2015)。BV核衣殼的泛素化修飾多于ODV核衣殼，泛素化可作為核衣殼出核的標記并參與出核過程的調控(Biswasetal., 2018)。核衣殼通過細胞核膜上由病毒和宿主蛋白構成的蛋白復合物出核，核衣殼出核后被包裹在核膜形成的運輸泡中。微管可能參與運輸泡在細胞質中的運輸，SNARE蛋白也參與運輸泡的產生或核衣殼從運輸泡中釋放(Guoetal., 2017)，釋放后的核衣殼借助肌動蛋白聚合或微管被運輸到細胞質膜(Ohkawaetal., 2010；Danquahetal., 2012)。ESCRT也介導了核衣殼從核膜或細胞質膜的出芽釋放過程(Yueetal., 2018)。大量的病毒膜融合蛋白(GP64或F蛋白)在細胞質中合成并被轉運至細胞質膜，核衣殼通過病毒膜融合蛋白區(qū)域的細胞質膜包裹而出芽形成子代BV。AcMNPV囊膜GP64融合蛋白極大地決定了BV的組裝效率(Oomens and Blissard, 1999)。

2.5 ODV的組裝

在病毒復制的晚期，大量組裝的核衣殼滯留于細胞核內并被內核膜(inner nuclear membrane, INM)內陷產生的核內微囊泡包裹形成ODV(圖2)。ODV的組裝是復雜的，涉及到ODV膜蛋白向宿主細胞核的轉運、核內膜的形成、核衣殼的裝配及其與核內膜的結合、核內膜對核衣殼的包裹，最終包涵體蛋白晶體將單個或多個ODV包埋，形成包涵體(Shietal., 2015；Qinetal., 2019)。ODV囊膜蛋白在核內表達后轉移到細胞質中加工成熟后入核，定位在細胞核內膜，誘導微囊泡形成。微囊泡在細胞核膜處形成后脫離，Ac76、Ac75和Ac93參與了該過程，這三個蛋白也參與了核衣殼出核和BV的形成(Yuanetal., 2011；Weietal., 2014)。隨著核衣殼與核內病毒膜的互作，核衣殼聚集，其末端與微囊泡關聯，微囊泡變長，其內的核衣殼平行排列(Shietal., 2015)。病毒極晚期基因高表達，產生大量包涵體蛋白和P10蛋白參與包涵體的形成。

圖2 芽生型病毒粒子侵染非中腸細胞Fig.2 The infection process of budded virus in nonmidgut host cells

3 NPV與昆蟲免疫

昆蟲雖然缺乏獲得性免疫，但在長期進化過程中形成了一套較為完善的先天免疫系統(tǒng)，抵御病原物(包括病毒)的入侵。昆蟲的免疫系統(tǒng)可分為體液免疫和細胞免疫。體液免疫主要通過Toll-Sp?tzle、IMD(immune deficiency)、JAK-STAT(janus kinase/signal transducer and activator of transcription)等信號通路上調抗菌肽、活性氧和溶菌酶等效應分子(effectors)的表達，殺滅病原物；而RNAi是昆蟲體內重要的抗病毒機制(Voinnet, 2005)。細胞免疫主要通過血細胞參與吞噬、包囊和節(jié)結形成等過程清除異物(Lemaitre and Hoffmann, 2007)。酚氧化酶(phenoloxidase，PO)屬于體液蛋白，激活后引發(fā)黑化反應以殺滅病原物，能同時激活體液免疫和細胞免疫(Luetal., 2014; Yietal., 2014)。此外，細胞凋亡、活性氧(reactive oxygen species, ROS)系統(tǒng)在昆蟲免疫中也發(fā)揮功能。

3.1 NPV侵染與免疫信號通路

昆蟲識別病原微生物后能將免疫信號轉到細胞內級聯放大，誘導產生效應因子，如抗菌肽(Luetal., 2018)。抗性和易感品系的家蠶感染BmNPV后，抗菌肽Gloverin在抗性品系中的表達顯著高于易感品系，表明被病毒侵染的抗性品系的免疫反應被顯著激活(Baoetal., 2010)。在AcMNPV感染的細胞中添加Gloverin能降低BV的產量(Moreno-Habeletal., 2012)。但是，也有報道顯示AcMNPV感染的幼蟲中，抗菌肽Gloverin和Attactin的表達是下調的(Choietal., 2012)，可能跟侵染的時期和對象有關。JAK/STAT通路調控細胞增殖、分化、凋亡和免疫，JAK/STAT通路的關鍵蛋白STAT被激活后從細胞質轉移到細胞核內調控基因表達。飼喂BmNPV后的家蠶血細胞中BmSTAT的表達量上調，而Toll受體的配體Sp?tzle-1的表達量并沒有顯著升高(Liuetal., 2015)。降低BmSTAT的表達量導致細胞對BmNPV的抗性下降，增加BmSTAT的表達量后細胞對NPV的抗性也增加，表明JAK/STAT通路可能參與了抗病毒防御(Zhangetal., 2016)。感染BmNPV后，Toll家族受體在抗性品系的家蠶中腸中表達高于易感品系(Zhouetal., 2013)。AcMNPV會通過TLR9(toll-like receptor 9)激活小鼠的先天免疫(Abeetal., 2005)。唾液酸結合免疫球蛋白樣凝集素(sialic acid binding immunoglobulin-like lectin, Siglec)作為Ⅰ型膜蛋白，能參與識別流感病毒和觸發(fā)病毒的內吞(Shinyaetal., 2006；Crockeretal., 2007)，Siglec通過TLR信號通路來調節(jié)免疫反應(Paulsonetal., 2012)。Siglec在家蠶抗性品系的中腸中被BmNPV上調，Siglec和Toll在NPV感染過程中的功能有待后續(xù)研究進一步驗證。

RNAi(RNA interfering)作為一種先天的抵抗病毒感染的防御機制廣泛存在于植物、線蟲和動物中(Ding, 2010)。RNAi是利用非編碼小RNA分子切割靶標mRNA抑制基因表達。果蠅的micro RNA(miRNA)和small interfering RNA(siRNA)分別被Ago1(argonaute proteins 1)和Ago2(argonaute proteins 2)識別后，被加載到RNA誘導的沉默復合體(RNA-induced silencing complex, RISC)，剪切或抑制靶標基因(Ding, 2010)。此外，Piwi- RNA(piwi-interacting RNA, piRNA)通路可在siRNA途徑缺陷的條件下進行抗病毒免疫(Ding, 2010)。這三種RNAi通路中，siRNA通路是果蠅的主要抗病毒通路。感染HaSNPV的棉鈴蟲中能檢測到大約20 nt的來源于病毒的小核酸片段，沉默Dicer-2后細胞中對應的病毒轉錄本增加，表明病毒的轉錄本通過宿主的RNAi途徑被降解(Jayachandranetal., 2012)。雖然RNAi是有效的抗病毒途徑，但是病毒能編碼不同的RNAi抑制蛋白(viral suppressors of RNA silencing, VSRs)以逃避宿主免疫。如DNA病毒IIV6的340R能結合dsRNA和siRNA抑制其被Ago2剪切，敲除340R的病毒毒力顯著減弱(Bronkhorstetal., 2019)。研究表明感染了BmNPV、家蠶質型多角體病毒B.moricytoplasmic polyhedrosis virus(BmCPV)和家蠶二分濃核病毒B.moribidensovirus(BmBDV)的家蠶中，Dicer-2并沒有被激活，表明RNAi通路沒有被激活，具體機制有待后續(xù)研究(Liuetal., 2015)。

3.2 昆蟲血淋巴與NPV的免疫互作

酚氧化酶是黑色素合成的關鍵酶，可以響應病原的侵染產生具有細胞毒性的氧自由基和潛在毒性的半醌和三羥酚。當模式識別受體(pattern recognition receptors, PRRs)識別病原物后，可觸發(fā)絲氨酸蛋白酶級聯途徑，剪切酚氧化酶原(prophenoloxidase, PPO)形成有活性的酚氧化酶。絲氨酸蛋白酶抑制劑Serpins通過反應中心環(huán)插入到蛋白酶的活性區(qū)域，從而導致蛋白質的構象變化而失活(Huntington, 2011)。對AcMNPV有抗性的美洲棉鈴蟲中，血細胞中的病毒滴度低，黑化和包裹反應能抑制病毒的感染(Trudeauetal., 2001)。酚氧化酶原2s(prophenoloxidase 2s)和磷脂酶A2(phospholipase A2)通過釋放溶血磷脂也能激活酚氧化酶原系統(tǒng)，抗病毒的家蠶血淋巴中這兩個基因在BmNPV感染后顯著上調表達(Bao and Lvetal., 2010)，表明酚氧化酶原系統(tǒng)參與宿主對NPV的抵抗。為了成功侵染宿主，NPV進化出不同的策略抑制宿主的黑化反應。Hemileucasp. NPV的hesp018基因編碼絲氨酸蛋白酶抑制劑，能抑制酚氧化酶的活性(Ardisson-Araújoetal., 2015)。棉鈴蟲NPV病毒則能上調宿主的絲氨酸蛋白酶抑制劑(serpin5/9)抑制PPO的激活(Yuanetal., 2017)。AcMNPV的conotoxin-like(ctx)基因能抑制血淋巴的黑化(Caoetal., 2012)。

3.3 NPV和宿主凋亡的發(fā)生

細胞凋亡是一種由基因控制下的程序性死亡，由多種凋亡因子誘導而發(fā)生，在機體發(fā)育、組織穩(wěn)態(tài)平衡以及免疫中發(fā)揮著重要作用(Ikedaetal., 2013)。NPV感染昆蟲初期，細胞凋亡被激活以抑制病毒復制和擴增；而在昆蟲感染后期，病毒則會抑制宿主的凋亡以促進病毒擴增(Roulstonetal., 1999；Ikedaetal., 2013)。多種NPV(如BmNPV, SeMNPV, OpMNPV)感染舞毒蛾Ld652Y細胞均會誘導凋亡(Ishikawaetal., 2003)，感染AcMNPV會誘導Sl-zsu-1細胞凋亡(Zhangetal., 2002)。在沒有病毒DNA復制時，受斜紋夜蛾核型多角體病毒Spodopteralituramultiple nucleopolyhedrovirus(SpltMNPV)和大豆夜蛾核型多角體病毒Anticarsiagemmatalismultiple nucleopolyhedrovirus(AgMNPV)感染的家蠶Bm-5細胞會引發(fā)凋亡(Ishikawaetal., 2003)，這些結果表明桿狀病毒通過多種機制誘導昆蟲細胞的凋亡。

隨著病毒的進化，病毒擁有不同的策略可以抑制宿主細胞凋亡，促使自身得以繼續(xù)增殖。目前在桿狀病毒基因組已發(fā)現有3種凋亡抑制機制：p35類凋亡抑制劑、凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis, iap)和凋亡抑制因子(apoptotic suppressor, apsup)(Huangetal., 2019)。Caspase半胱氨酸酶是誘導凋亡發(fā)生的關鍵組分，其中起始caspase能剪切自激活，引起caspase級聯反應，效應caspase可直接降解胞內蛋白，引起凋亡(Denton and Kumar, 2015)。AcMNPV的p35蛋白能直接抑制效應caspase大亞基的剪切從而避免caspase被激活，阻斷凋亡的發(fā)生(LaCountetal., 2000)。海灰翅夜蛾核型多角體病毒Spodopteralittoralisnucleopolyhedrovirus(SpliNPV)、粘蟲核型多角體病毒Leucaniaseparatamultiple nucleopolyhedrovirus(LsNPV)和SpltMNPV含有p35的同源基因p49，p49蛋白能抑制效應caspase和水解起始caspase(Linetal., 2010)。與細胞編碼的IAPs相比，病毒編碼的IAPs缺少N端不穩(wěn)定基序，OpMNPV的Op-IAP也能抑制caspase的激活。Caspase大小兩個亞基間的TETE-G位點被剪切后能激活caspase, Op-IAP能阻塞剪切位點從而抑制凋亡(Lamkanfi and Dixit, 2010)。被舞毒蛾核型多角體病毒Lymantriadisparmultiple nucleopolyhedrovirus(LdMNPV)感染的Ld652Y細胞中病毒基因apsup在早期表達，能抑制由p35缺失的AcMNPV誘導的凋亡(Yamadaetal., 2011)。Ld652Y細胞中apsup能阻止Ld-Dronc(caspase)的蛋白酶解過程和失活caspase-3-like蛋白酶，從而抑制凋亡發(fā)生(Yamadaetal., 2013)。

4 NPV與宿主的其他互作過程

桿狀病毒的感染會改變宿主的細胞周期，創(chuàng)造適合病毒擴散的條件。桿狀病毒在侵染過程中能阻礙宿主的細胞周期但不影響DNA的復制，從而促進病毒擴增。AcMNPV的轉錄活化因子ie2在感染草地貪夜蛾SpodopterafrugiperdaSf細胞早期表達，參與阻止細胞有絲分裂的進行。AcMNPV病毒對細胞周期的阻滯取決于侵染時細胞所處的周期狀態(tài)(Prikhod’ko and Miller, 1998; Mainzetal., 2002; Tungetal., 2016)。HaSNPV和BmNPV分別感染棉鈴蟲和家蠶細胞系后，導致細胞有絲分裂停留在G2/M期(Zhangetal., 2012; Zhouetal., 2004)。

鱗翅目昆蟲的變態(tài)發(fā)育受保幼激素和蛻皮激素的調控，蛻皮激素由昆蟲的前胸腺分泌，能促使幼蟲蛻皮。桿狀病毒基因組中的egt基因可以編碼蛻皮甾體尿苷5′-二磷酸葡萄糖基轉移酶(ecdysteroid uridine 5′-diphosphate glucosyltransferase)，可以催化尿苷5′-二磷酸糖基(uridine 5′-diphosphate glucosyl)添加到蛻皮激素上，形成沒有活性的蛻皮激素22-β-D-吡喃葡萄糖苷(ecdysone 22-β-D-glucopyranose)，進而延遲蛻皮和化蛹，以利于病毒大量繁殖(Rodriguesetal., 2001)。當昆蟲被病毒感染后，桿狀病毒能增加宿主的活動能力以及促使其向高處攀爬，蟲體死亡液化破裂時能促進病毒的傳播(Kamitaetal., 2005; Wangetal., 2015)。LdMNPV的egt基因表達可以增強舞毒蛾L.dispar的攀爬行為，這種行為可能與egt導致的蛻皮激素的失活有關(Hooveretal., 2011)。蛋白質酪氨酸磷酸酯酶(protein tyrosine phosphatase, PTP)能將蛋白或者RNA去磷酸化，ptp基因缺失的BmNPV無法誘導典型的病毒誘導性爬行癥狀(Kamitaetal., 2005; Katsumaetal., 2012)。但是BmPTP的磷酸化活性與病毒對宿主的行為控制無關(Katsumaetal., 2012)。此外，NPV感染晚期的幼蟲呈現能量代謝被抑制，食欲減退，體色變黃、發(fā)白的癥狀。

5 總結與展望

昆蟲和桿狀病毒的相互作用是復雜而多樣，桿狀病毒感染的過程中涉及病毒形態(tài)轉化、宿主的免疫防御與病毒對免疫的抑制、宿主細胞的凋亡、病毒對宿主基因組的整合等過程，病毒和宿主雙方博弈過程中的主導方如何變化仍不清楚。當前的研究大多集中在細胞中，細胞和蟲體中病毒與宿主的互作關系存在較大差異，未來需要開展更多的活體研究。盡管當前對桿狀病毒的感染過程研究的比較深入，但是更多的實驗結果還是集中在桿狀病毒外殼蛋白的結構和功能的研究上，如GP64蛋白。GP64蛋白從1995年首次被發(fā)現到現在得到了廣泛研究，而對于病毒入侵細胞的具體過程還不是很清楚。ODV是NPV啟動侵染的重要病毒顆粒形態(tài)，盡管ODV的關鍵組分已被鑒定，但是ODV結合與進入細胞的機制有待深入研究。隨著CRISPR-Cas9等技術的發(fā)展，開發(fā)特定昆蟲細胞系(如ODV可侵染的細胞系)和轉基因昆蟲，將會更有利于研究ODV與宿主中腸細胞的相互作用。

桿狀病毒的應用前景巨大，從農業(yè)到醫(yī)學都具有很好的實用性。桿狀病毒對靶標害蟲有很強的殺蟲毒力，而且對環(huán)境友好，已被開發(fā)成農業(yè)害蟲殺蟲劑。已發(fā)現的600多種桿狀病毒中只有個別NPV的寄主范圍是廣譜的，其中甘藍夜蛾核型多角體病毒Mamestrabrassicaemultiple nucleopolyhedrovirus(MbMNPV)的應用最多。針對目前NPV殺蟲劑價格偏貴以及作用時間長的劣勢，擴展桿狀病毒的寄主范圍，提升NPV的毒力，縮短殺蟲時間是亟待解決的問題。近年來桿狀病毒表達載體系統(tǒng)被大量應用于高質量重組蛋白的表達，已被用于多種疫苗的生產。重組桿狀病毒BacMam作為質粒可以將攜帶的基因轉移到哺乳動物細胞中，并且因為哺乳動物細胞中沒有桿狀病毒的啟動子，所以重組病毒并不能在細胞中復制，因此BacMam作為哺乳動物細胞基因載體，在疾病的基因治療方面也有很好的潛在應用。