KSHV潜伏和裂解感染机制的研究进展

南玉龙 谭晓华 杨磊

KSHV潜伏和裂解感染机制的研究进展

南玉龙 谭晓华 杨磊

卡波氏肉瘤相关疱疹病毒(KSHV)是卡波氏肉瘤(kapois's sarcoma，KS)的病原，并与PEL、MCD等多种淋巴增殖紊乱性疾病相关。其生命周期可分为潜伏感染和裂解感染两个阶段。在潜伏感染阶段，KSHV的病毒基因表达受到严格调控，只有少数病毒潜伏相关基因的持续表达，潜伏感染对病毒长期持续感染复制是必不可少的。在裂解复制阶段，病毒基因绝大部分复制表达，并包装产生新的感染性病毒颗粒。现就KSHV病毒潜伏感染和裂解感染机制的研究进展作一综述。

卡波氏肉瘤相关疱疹病毒; 潜伏感染; 裂解感染

卡波氏肉瘤相关疱疹病毒(kaposi's sarcoma－associated herpesvirus，KSHV)由美国学者Chang等人于1994年首次从艾滋病相关的卡波氏肉瘤(Kaposi's sarcoma，KS)组织中分离获得。随后研究发现，KSHV不仅是KS的病原，还在原发渗液性淋巴瘤(primary effusion lymphoma，PEL)以及多中心卡斯特曼病(multicentric castleman disease，MCD)中分离出该病毒。最近研究发现，KSHV不仅存在于KS患者微血管内皮细胞来源“梭形”肿瘤细胞中，以及外周血B－淋巴细胞中，KSHV还与皮肤、口腔、生殖系统等多种肿瘤的发生高度相关［1］。KSHV是一种环状双链DNA病毒，基因组编码序列长约140.5 kb左右，两翼富含－GC－末端重复序列，属于γ－疱疹病毒家族新成员。与其他属疱疹病毒家族成员相似，KSHV的生命周期由潜伏(latent)和裂解(lytic)复制感染两阶段组成。病毒进入宿主体内经历短暂的急性感染后，在病毒自身基因表达的潜伏核抗原(latent nuclear antigen，LANA)的作用下，其环状双链DNA分子直接耦联到宿主细胞核基因组中，随后迅速建立潜伏感染状态。在潜伏感染状态下，绝大部分病毒裂解复制相关基因处于沉默关闭状态，只有少数潜伏期相关病毒基因的表达，如ORF73、ORF72、K13。当宿主免疫功能受损或在外界某些理化因素的直接作用下，处于潜伏感染状态下的KSHV能够在一些相关因素的作用下被重激活并裂解复制，此时可检测到多种病毒裂解复制产物，如病毒复制与转录激活因子(replication and transcription activator，RTA)、病毒裂解复制立早期蛋白(immediate－early protein)MTA等。同时，KSHV包装产生新的感染性病毒颗粒。研究显示，KSHV感染机制的形成与多种因素包括宿主免疫防御因素、炎症介质介导、细胞因子调节［2，3］、病毒自身基因编码的产物以及环境因素等有关，是宿主免疫防御系统、病毒侵入能力以及周围环境因素共同作用的结果。

1 KSHV潜伏感染相关因素

1.1 潜伏期相关核抗原(latency nuclear antigen，LANA)

LANA是由KSHV ORF73编码大小为220－230 kDa的多功能核蛋白。LANA在整个病毒的生命周期中持续表达，在潜伏状态下对病毒染色质复制，正常结构形态维持，以及KSHV病毒基因组随宿主细胞有丝分裂进入子代细胞的过程中都发挥极其重要的作用［4］。已知KSHV基因组末端重复序列(terminal repeats，TRs)包含一个DNA复制起始的顺式作用元件(cis－element)，LANA作为一种反式作用蛋白，其C－端和N－端共同参与调节了其与基因组TRs的特异结合，最终形成DNA－蛋白质复合体来调节病毒染色质的复制［5］。LANA定位于细胞核中，能够将KSHV基因组与宿主基因组结合并随宿主细胞有丝分裂而成功进入子代细胞中［6］。目前认为，甲基化－CPG－结合蛋白MeCP2和DEK蛋白共同作用于LANA，可能介导了这种作用［7］。最近发现，在KSHV潜伏感染 JSC－1细胞株中，LANA蛋白与着丝粒蛋白 F (CENP－F)共同出现在着丝粒区域，并观察到其氨基末端和羧基末端能直接与CENP－F结合。此外，LANA还与另一种着丝粒蛋白Bub1(budding uninhibited by benzimidazole 1)有关，该蛋白与CENP－F共同形成复合物并与LALA相互作用。荧光免疫原位杂交显示，CENP－F、LANA、Bub1共同介导KSHV基因组附着到宿主基因组中，通过携带有短发夹结构RNA(shRNA)的慢病毒载体干扰Bub1蛋白的表达可显著减低KSHV基因组的拷贝数，而CENP－F蛋白去除后并未观察到这种现象［8］，提示LANA与多种蛋白相互作用共同促进了潜伏机制的建立。

1.2 病毒Fas相关死亡结构域类似白介素1β转换酶(viral Fas－associated death domain－like interleukin 1β－converting Enzyme，vFLIP)KSHV进化发展了多种抗凋亡机制以对抗宿主死亡受体介导的凋亡反应。KHSV病毒基因K13编码的vFLIP是细胞FLICE抑制蛋白(cellular FLICE inhibitory protein，cFLIP)类似物，能够抑制caspase－8的活化，阻止细胞Fas通路介导的凋亡。此外，vFLIP能够活化NF－κB信号通路，促进细胞存活［9］。另有研究表明，vFLIP通过活化NF－κB信号通路，抑制核转录因子AP－1的表达，而AP－1直接影响了KSHV病毒复制与转录激活因子(replication and transcription activator，RTA)的表达。因此，vFLIP最终通过抑制RTA的表达，有利于KSHV的潜伏感染。K13基因的遗传缺失研究也证实了这一点［10］。据此推测，vFLIP可通过多条途径抑制病毒裂解基因的表达［10，11］，参与了病毒潜伏感染状态的建立。

1.3 病毒细胞周期素(v－Cyclin)v－Cyclin是KSHV编码的一种与D型周期素同源的细胞周期蛋白。v－Cyclin与CDK6形成激酶复合物，可导致pRB蛋白磷酸化，改变细胞周期进程，影响正常细胞周期调节蛋白 p27KIP1、p21CIP1、ORC1和CDC6等对细胞周期的正常调控［12］。v－Cyclin通过促进细胞增殖有助于KSHV的潜伏感染的建立。此外，v－Cyclin－CDK6能使 NPM(nucleophosmin)磷酸化，促进NPM－LANA相互作用并协同HDAC1共同调节了KSHV的潜伏感染［13］。然而，vCyclin在调节KSHV的生命周期进程中的作用并未完全清楚。

1.4 KSHV编码的miRNA 目前已知KSHV共编码12条miRNA，其中miRNA－K1－9和k10基因成簇定位在病毒vFLIP和kaposin之间的区域，而miRNA－K10和miR－K12 (ORFK12)定位于病毒基因编码区。KSHV编码的miRNA在病毒潜伏期持续表达，提示其对病毒潜伏感染状态调控非常重要［14］。在这些miRNA之中，mir－K9和mir－K12－7－5p靶向调控RTA 3'UTR区，抑制RTA蛋白的表达［15］，这对病毒潜伏状态的建立维持非常重要。此外，miR－K5、－K9、－K10a/b靶向调节Bcl－2相关因子BCLAF1，抑制细胞凋亡通路［16］;miR－k1靶向调控IκBα增加NF－κB信号通路活性，同时抑制病毒裂解复制;miR－K3能够直接抑制核因子I/B表达，而I/B能活化RTA启动子使病毒进入裂解复制［17］; mir－K11可以促进KSHV感染细胞的持续存活［18］。以上研究结果提示，KSHV编码的miRNA在对KSHV病毒生命周期的调节，尤其对病毒潜伏状态的建立与维持发挥了重要作用。

2 KSHV裂解感染相关因素

2.1 病毒复制与转录激活因子(replication and transcription activator，RTA) 研究证实，由ORF50编码的RTA蛋白是KSHV病毒从潜伏状态进入裂解感染状态的必要开关分子。RTA基因缺失可导致病毒无法正常裂解激活，DNA复制也受到影响。目前，有关RTA激活的分子机制研究提示多条细胞信号通路参与了其激活:(1)Raf/MEK/ERK/Ets－1信号通路参与了RTA的激活［19］。事实上，RTA、MTA和K－bZIP各启动子区域均含有AP－1蛋白特异结合序列，而AP－1存在于细胞核中，是该信号通路的下游效应分子，直接作用于病毒裂解期基因的转录调节。(2)MEK/ERK/JNK/P38 MAPK信号通路活化能够激活TPA－诱导的KSHV重激活。这3条信号通路也通过核转录因子AP－1直接作用于病毒裂解感染开关分子RTA表达，使病毒进入裂解复制状态。利用特异性阻滞剂阻断该信号通路，发现病毒的激活受到明显限制［20］。此外，RTA蛋白能够激活自身基因的转录与表达，使病毒从潜伏状态激活进入裂解状态。此时KSHV能够包装产生新的病毒颗粒，病毒颗粒同样能够激活RTA的表达，但具体机尚未清楚。

2.2 MTA 病毒裂解复制立早期蛋白(Immediate－early protein)也称为MTA，是由ORF57编码的一种核蛋白因子，其同源物广泛存在于人疱疹病毒和多种动物疱疹病毒中。MTA基因缺失后的重组KSHV不能包装产生新的子代病毒，而且裂解期基因表达缺陷，恢复表达MTA后病毒的基因表达恢复正常。提示MTA是KSHV裂解复制所必需的［21］。值得注意的是，MTA本身并不增加RTA表达或其他裂解基因的表达，而是结合到具有转录调节功能的其他蛋白因子协同发挥其功能。例如，在KSHV裂解复制初，MTA和RTA两者能够相互作用协同结合到ORF50特定启动子区调节RTA蛋白的表达。当去掉RTA蛋白后，MTA并不能影响病毒裂解基因的表达［22］。此外，MTA蛋白穿行于细胞核和细胞质之间，因此有学者认为，RTA蛋白与细胞内转运体Ref/Aly相互作用能够促进RNAs前体的转运，并维持其结构稳定［23，24］，还与细胞内转运体RBM15、OTT3作用共同促进病毒ORF59蛋白的表达［25］。

2.3 K－bZIP(basic－region leucine－zipper transcription factors，bZIPs)KSHV－K8基因编码转录抑制产物，K－bZIP蛋白含有基本结构域(aa122－189)和RTA特异结合结构域(aa499－550)，能直接作用于RTA。与MTA功能相反，K－bZIP以剂量依赖的方式抑制 RTA的转录活性，也能抑制RTA基因的自身激活［26］。Ellison和Izumiya等人全面研究了K－bZIP和RTA对KSHV全基因组81个ORF相关启动子的作用，结果显示，其中有34个启动子活性能被RTA活化，21个启动子能被K－bZIP单独激活，但两者协同后有3个RTA反应性启动子反而抑制［27］。除此之外，K－bZIP对 ORF36编码的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶vPK具有调节作用，K－bZIP、vPK共同定位于病毒DNA复制与转录同一区域，vPK能使K－bZIP第111位苏氨酸残基强烈磷酸化而抑制其转录抑制活性。因此，K－bZIP、vPK具有协同调节病毒裂解复制基因的功能［28］。总之，K－bZIP既能够促进KSHV DNA裂解复制，又能反馈抑制调节某些病毒基因的表达［29］。

3 其它因素对KSHV感染复制的影响

3.1 宿主免疫因素 病毒急性感染宿主细胞后，即刻受到宿主免疫系统的监视和攻击。有研究显示，KSHV病毒颗粒感染宿主细胞后IFN－β和干扰素调节因子IRF－3表达增加，而 IFN－β高表达能够引起宿主抗病毒基因的高表达［30］。此外，之前已有报道IFN－α可直接抑制病毒裂解基因的转录，INF－γ抑制病毒晚期裂解基因的表达［31］，细胞干扰素调节因子IFR－7能竞争性结合到KSHV裂解复制开关蛋白RTA反应性元件(RRE)区，从而竞争性抑制其他蛋白调节分子与RTA的结合［32］。这种由病毒诱导的宿主抗病毒反应抑制了病毒裂解基因的复制与表达，可能有利于病毒潜伏感染的建立和受感染细胞的永久存活。

3.2 HIV－1和其他病毒感染 已知HIV－1感染PEL源系细胞BC－3后能够增强KSHV的裂解产物的表达。HIV－1转录因子Tat足以激活RTA的转录［33］，而且其他病毒感染宿主细胞后也能使KSHV重激活，如HHV1、HHV6、EBV等［34］。KSHV病毒首次从AIDS－KS中分离获得，并且KS是AIDS患者高发的肿瘤之一，因此，众多学者认为KSHV感染和HIV感染之间可能存在某种关联。

迄今为止，大量的研究数据显示，KSHV感染机制的建立涉及因素众多，包括病毒自身基因调控以及产物、宿主免疫因素参与、环境因素等协同作用以及与其他病毒感染的相互影响。虽然KSHV感染已取得大量的研究成果，但因其机制较为复杂，仍然有待深入研究。

［1］Sarid R，Gao SJ．Viruses and human cancer:from detection to causality［J］．Cancer Lett，2011，305:218－227．

［2］Hwang S，Wu TT，Tong LM，et al．Persistent gammaherpesvirus replication and dynamic interaction with the host in vivo［J］．J Virol，2008，82:12498－12509．

［3］Zhang T，Wang Y，Zhang L，et al．Lysine residues of interferon regulatory factor 7 affect the replication and transcription activator－mediated lytic replication of Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus/human herpesvirus 8［J］．J Gen Virol，2011，92:181－187．

［4］Si H，Verma SC，Lampson MA，et al．Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus－encoded LANA can interact with the nuclear mitotic apparatus protein to regulate genome maintenance and segregation［J］．J Virol，2008，82:6734－6746．

［5］Kelley－Clarke B，De Leon－Vazquez E，Slain K，et al．Role of Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus C－terminal LANA chromosome binding in episome persistence［J］．J Virol，2009，83: 4326－4337．

［6］Kelley－Clarke B，Ballestas ME，Komatsu T，et al．Kaposi's sarcoma herpesvirus C－terminal LANA concentrates at pericentromeric and peri－telomeric regions of a subset of mitotic chromosomes［J］．J Virology，2007，357:149－157．

［7］Matsumura S，Persson LM，Wong L，et al．The latency－associated nuclear antigen interacts with MeCP2 and nucleosomes through separate domains［J］．J Virol，2010，84:2318－2330．

［8］Xiao B，Verma SC，Cai Q，et al．Bub1 and CENP－F can contribute to Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus genome persistence by targeting LANA to kinetochores［J］．J Virol，2010，84:9718－9732．

［9］Matta H，Mazzacurati L，Schamus S，et al．Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus(KSHV)oncoprotein K13 bypasses TRAFs and directly interacts with the IkappaB kinase complex to selectively activate NF－kappaB without JNK activation［J］．J Biol Chem，2007，282: 24858－24865．

［10］Ye FC，Zhou FC，Xie JP，et al．Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus latent gene vFLIP inhibits viral lytic replication through NF－kappaB－mediated suppression of the AP－1 pathway:a novel mechanism of virus control of latency［J］．J Virol，2008，82: 4235－4249．

［11］Grossmann C，Ganem D．Effects of NFkappaB activation on KSHV latency and lytic reactivation are complex and context－dependent［J］．J Virology，2008，375:94－102．

［12］Sarek G，Jarviluoma A，Ojala PM．KSHV viral cyclin inactivates p27KIP1 through Ser10 and Thr187 phosphorylation in proliferating primary effusion lymphomas［J］．Blood，2006，107:725－732．

［13］Sarek G，Jarviluoma A，Moore HM，et al．Nucleophosmin phosphorylation by v－cyclin－CDK6 controls KSHV latency［J］．PLoS Pathog，2010，6:e1000818．

［14］Lu CC，Li Z，Chu CY，et al．MicroRNAs encoded by Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus regulate viral life cycle［J］．EMBO Rep，2010，11:784－790．

［15］Li G，Wu Z，Peng Y，et al．MicroRNA－10b induced by Epstein－Barr virus－encoded latent membrane protein－1 promotes the metastasis of human nasopharyngeal carcinoma cells［J］．Cancer Lett，2010，299:29－36．

［16］Ziegelbauer JM，Sullivan CS，Ganem D．Tandem array－based expression screens identify host mRNA targets of virus－encoded microRNAs［J］．Nat Genet，2009，41:130－134．

［17］Gottwein E，Mukherjee N，Sachse C，et al．A viral microRNA functions as an orthologue of cellular miR－155［J］．Nature，2007，450: 1096－1099．

［18］Qin Z，Freitas E，Sullivan R，et al．Upregulation of xCT by KSHV－encoded microRNAs facilitates KSHV dissemination and persistence in an environment of oxidative stress［J］．PLoS Pathog，2010，6:e1000742．

［19］Yu F，Harada JN，Brown HJ，et al．Systematic identification of cellular signals reactivating Kaposi sarcoma－associated herpesvirus［J］．PLoS Pathog，2007，3:e44．

［20］Xie J，Ajibade AO，Ye F，et al．Reactivation of Kaposi's sarcomaassociated herpesvirus from latency requires MEK/ERK，JNK and p38 multiple mitogen－activated protein kinase pathways［J］．Virology，2008，371:139－154．

［21］Han Z，Swaminathan S．Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus lytic gene ORF57 is essential for infectious virion production［J］．J Virol，2006，80:5251－5260．

［22］Palmeri D，Spadavecchia S，Carroll KD，et al．Promoter－and cellspecific transcriptional transactivation by the Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus ORF57/Mta protein［J］．J Virol，2007，81: 13299－13314．

［23］Sahin BB，Patel D，Conrad NK．Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus ORF57 protein binds and protects a nuclear noncoding RNA from cellular RNA decay pathways［J］．PLoS Pathog，2010，6: e1000799．

［24］Jackson BR，Boyne JR，Noerenberg M，et al．An interaction between KSHV ORF57 and UIF provides mRNA－adaptor redundancy in herpesvirus intronless mRNA export［J］．PLoS Pathog，2011，7:e1002138．

［25］Majerciak V，Uranishi H，Kruhlak M，et al．Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus ORF57 interacts with cellular RNA export cofactors RBM15 and OTT3 to promote expression of viral ORF59［J］．J Virol，2011，85:1528－1540．

［26］Reinke AW，Grigoryan G，Keating AE．Identification of bZIP interaction partners of viral proteins HBZ，MEQ，BZLF1，and K－bZIP using coiled－coil arrays［J］．Biochemistry，2010，49:1985－1997．

［27］Ellison TJ，Izumiya Y，Izumiya C，et al．A comprehensive analysis of recruitment and transactivation potential of K－Rta and K－bZIP during reactivation of Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus［J］．J Virology，2009，387:76－88．

［28］Izumiya Y，Izumiya C，Van Geelen A，et al．Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus－encoded protein kinase and its interaction with K－bZIP［J］．J Virol，2007，81:1072－1082．

［29］Lefort S，Flamand L．Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus K－bZIP protein is necessary for lytic viral gene expression，DNA replication，and virion production in primary effusion lymphoma cell lines［J］．J Virol，2009，83:5869－5880．

［30］Perry ST，Compton T．Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus virions inhibit interferon responses induced by envelope glycoprotein gpK8.1［J］．J Virol，2006，80:11105－11114．

［31］Pozharskaya VP，Weakland LL，Offermann MK．Inhibition of infectious human herpesvirus 8 production by gamma interferon and alpha interferon in BCBL－1 cells［J］．J Gen Virol，2004，85: 2779－2787．

［32］Wang J，Zhang J，Zhang L，et al．Modulation of human herpesvirus 8/Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus replication and transcription activator transactivation by interferon regulatory factor 7［J］．J Virol，2005，79:2420－2431．

［33］Zeng Y，Zhang X，Huang Z，et al．Intracellular Tat of human immunodeficiency virus type 1 activates lytic cycle replication of Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus:role of JAK/STAT signaling［J］．J Virol，2007，81:2401－2417．

［34］Da Silva SR，de Oliveira DE．HIV，EBV and KSHV:viral cooperation in the pathogenesis of human malignancies［J］．Cancer Lett，2011，305:175－185．

Progress in researh of Kaposi's Sarcoma－Associated herpesvirus latency and reactivation

NAN Yu－long*，TAN Xiao－hua，

YANG lei*．*Laboratory of Xinjiang Endemic and Ethnic Disease，Shihezi University，XinJiang 832002，China

Kaposi's sarcoma－associated herpesvirus(KSHV)is linked to the development of Kaposi's sarcoma(KS)，also is closely associated with several lymphoproliferative disorders，including primary effusion lymphoma(PEL)，and multicentric Castleman's disease (MCD)．The life cycle of KSHV consists of latent and lytic replication phases．In the latent stage，viral gene expression is strictly regulated which only a limited number of KSHV genes are expressed．The establishment of latent stage is essential for long－term persistent infection of virus replication．During lytic infection stage，KSHV produces a wide range of viral products and infectious virions．This paper will review the molecular basis of KSHV latency and reactivation with a focus on the most recent advancements in the field．

KSHV;Latent infection;Lytic infection

10.3969/j．issn.1674－4985.2012.03.098

国家自然科学基金资助项目(编号: 81071636)

832002石河子大学新疆地方与民族高发病省部共建教育部重点实验室(南玉龙，杨磊);杭州师范大学健康管理学院(谭晓华，杨磊)

杨磊

2011－12－19)

(本文编辑:王宇)