杆状病毒与宿主细胞的相互作用

王春苗 张艳阳

（1.河北北方学院医学检验学院寄生虫教研室，河北 张家口075000；2.江苏省徐州市铜山区张集中心医院，江苏 徐州221000）

杆状病毒是一类节肢动物病毒，具有高度的宿主特异性，主要寄生于鳞翅目，膜翅目和双翅目昆虫，其基因组为一个环状的双链DNA分子，大小约80～180 kb.杆状病毒包括两个属：核型多角体病毒属（NPV）和颗粒体病毒属 （GV）.杆状病毒在复制时产生两种形态和功能都有差异的病毒粒子，即有两种表现型：芽殖型病毒体 （budded vir us，BV）和包含体来源型病毒体 （occl usion，ODV）.病毒感染宿主细胞早期，主要产生病毒粒子BV，到了感染的晚期，则BV减少，逐渐过渡到只产生ODV［1］.杆状病毒复制周期中产生的两种病毒粒子BV和ODV，都必须通过其表面的膜蛋白与宿主细胞表面蛋白或相关受体发生相互作用才能吸附并侵入细胞.ODV上的特异性蛋白介导着ODV结合到昆虫的中肠上皮细胞，成功结合到中肠细胞以后，ODV病毒通过病毒囊膜与细胞表面膜融合的方式进入细胞，而BV进入细胞主要是由受体介导的细胞内吞作用.如病毒粒子的ODV－E25和ODV－E66，这两个蛋白的N末端具有一段疏水序列，从而在病毒入核和定位运输方面起了一定的作用，而且ODV－E25和ODV－E66也参与了ODV核衣壳包被到囊膜的过程［2］.

杆状病毒与其昆虫宿主在长期进化过程形成了相互适应关系，它们之间的相互作用是多方面，多层次的［3］，本文对杆状病毒与宿主相互作用的一些研究作了简要的阐述.

1 杆状病毒对宿主的影响

1.1 对宿主基因的调控

杆状病毒的基因表达具有时序性，分为极早期，早期，晚期以及极晚期，感染宿主以后，早期基因迅速表达，目的之一就是抑制宿主基因的转录，从而利于自身基因的复制转录［4］.

1.2 抑制宿主细胞凋亡

昆虫细胞为了防御杆状病毒的侵染，采取细胞凋亡机制，但是杆状病毒为了使其获得最佳的生长优势，会改变宿主基因的表达水平，抑制宿主细胞凋亡，以利于其生存与繁殖.杆状病毒基因组编码抗细胞凋亡蛋白来打破宿主的这种防御体系，而且杆状病毒某些抗凋亡可能是在病毒与宿主的长期进化适应的过程中从昆虫宿主细胞中获得的［5］.苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒 （Ac MNPV）中的p 35基因，棉铃虫核型多角体病毒 （HaSNPV）基因组中的iap基因家族，以及莲纹夜蛾核形多角体病毒 （Spli MNPV）的p49基因等都是抗凋亡基因［6］.不同的杆状病毒，不同的抗凋亡基因，具有不同的机制，如阻断RNA合成，非正常的DNA复制周期，还有促进细胞凋亡的病毒基因等［7］.目前对于这些抗凋亡基因的研究进展报道很多［8－11］，这大大加深了对病毒与宿主细胞相互作用的分子机制的认识.近年来的研究表明，细胞凋亡还是限制杆状病毒宿主范围的因素之一［12－13］.

1.3 阻止宿主的周期进程

杆状病毒还能阻止宿主的周期进程，ie2是Ac MNPV的一个极早期基因，它能阻止草地贪夜蛾（Spodoptr a f r ugiper da）和粉蚊夜蛾 （Trichopl usia ni）细胞系的细胞周期，因为杆状病毒IE2存在指环结构，这个结构对于阻止细胞周期于S期至关重要［14］.

1.4 诱导宿主细胞的迁移

杆状病毒成纤维细胞生长因子 （fibroblast growth factor，FGF）即VFGF表达产物能够促进细胞的运动［15］.据推测，v FGF能够促进宿主细胞向感染部位迁移，促进宿主的死亡［16－17］.

1.5 影响宿主的发育

杆状病毒通过调节宿主的激素水平，从而对于宿主的发育产生一定的影响.杆状病毒基因组中存在一个egt基因，它编码蜕皮甾醇尿昔二磷酸葡萄糖基转移酶 （EGT）.杆状病毒感染昆虫后产生的EGT酶能催化昆虫体内尿苷二磷酸葡萄糖 （UDP－gl ucosyl）中的葡萄糖基转移到蜕皮激素上，使蜕皮激素失活.从而阻碍寄主昆虫的蜕皮和化蛹，延长幼虫的取食时间，以利于病毒自身的大量繁殖.

1.6 导致宿主昆虫液化

昆虫被杆状病毒感染后会发生液化现象，这有利于病毒向周围环境扩散.目前在杆状病毒苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒NPV和GV中，发现与昆虫宿主液化相关的基因有组织蛋白酶基因V-cath基因和几丁质酶基因.家蚕核型多角体病毒 （BmNPV）的FP25K基因表达产物通过影响组织蛋白酶的释放与分泌而参与虫体液化［18］.

2 宿主对病毒的影响

杆状病毒影响宿主的同时，宿主也会对杆状病毒产生一定的影响，主要包括以下几个方面：

2.1 对病毒早期基因转录的调控

宿主RNA聚合酶Ⅱ是杆状病毒早期基因表达的关键成分.病毒感染宿主细胞以后，核衣壳通过细胞质，进入细胞核，释放出病毒DNA后，开始了极早期基因的转录表达，随即进入了早期基因的表达，极早期和早期基因表达主要依赖于宿主编码的RNA聚合酶Ⅱ.感染约6 h后，病毒的晚期基因开始转录，这是以病毒DNA的复制为标志的，晚期表达则依靠自身编码的RNA聚合酶.由于杆状病毒的早期基因转录由宿主RNA聚合酶Ⅱ所介导，所以病毒早期启动子必须能够被宿主因子，尤其是RNA聚合酶Ⅱ所识别.例如gp 64基因早期启动子的转录就是受宿主转录因子的调节，而不需要病毒基因产物.杆状病毒极早期和早期基因的表达主要依赖于宿主的转录系统和转录因子，这是杆状病毒与宿主在分子水平上的相互作用.

2.2 宿主肌动蛋白对病毒复制侵染等过程的影响

宿主肌动蛋白在病毒的复制过程中发挥重要功能［19］，同时参与病原物的胞内与胞间运输［20］.宿主F－肌动蛋白与病毒蛋白发生相互作用，参与BV与ODV核衣壳的组装［21］，微管蛋白与Ac MNPV EXON0（AC141）的相互作用促进BV向胞外运输［22］.宿主肌动蛋白在杆状病毒的侵染过程中也起着重要作用.因为病毒感染细胞的诸多过程都与细胞的微丝骨架有密切关系［23］，而肌动蛋白正是组成细胞微丝骨架的重要成分.有研究发现杆状病毒感染宿主细胞会导致核内肌动蛋白的积累，还有研究表明Ac MNPV感染Sf 21细胞以后，会引起宿主细胞内肌动蛋白有序的变化，从内吞体中释放出的核衣壳及其相关蛋白会引起宿主细胞形成肌动蛋白缆索［24］.另外，棉铃虫核多角体病毒 （Hear NPV）的核衣壳可以诱导肌动蛋白单体的体外聚合.进一步的实验揭示Hear NPV ORF2编码的蛋白即HA2蛋白在体外可以诱导Ar p2／3复合物依赖的肌动蛋白聚合，同时证实HA2可以使宿主细胞内的肌动蛋白发生重排［25］.

2.3 对病毒基因组的影响

宿主基因组转座子有时也会插入到病毒基因组中，引起病毒表型发生变化.如昆虫杆状病毒多角体形态异常的突变等，都有可能是宿主基因转座而产生的［26］.宿主DNA插入杆状病毒基因组中，为病毒提供了一个获得宿主基因的机会，这也为昆虫基因在个体和物种之间水平传播提供了途径.

2.4 宿主域的变化

杆状病毒宿主域的变化也反映出病毒与宿主细胞之间的相互作用.有相关报道发现当Ac MNPV与其它杆状病毒进行混合感染后，可以使Ac MNPV产生变异株，这个变异株的宿主域明显扩大，原因是病毒编码的解旋酶的某些氨基酸序列发生了改变［27］.目前虽然解旋酶影响病毒扩大宿主域的机制还不清楚，但是推测可能与宿主蛋白发生了一定的作用.

3 总 结

杆状病毒是一个重要的病毒类群，具有多方面的应用价值.研究杆状病毒与宿主细胞之间的相互作用是认识杆状病毒的复制以及致病机理的重要环节，但目前细节方面报道的还很少，宿主蛋白参与杆状病毒感染过程的研究报道也较少，对于杆状病毒与宿主细胞之间的相互作用的机制的了解还未见深入.为了使杆状病毒能够有效的运用到实际，深入研究杆状病毒与宿主细胞之间的相互作用是非常有意义的.在今后的研究中，我们期待在此方面有新的突破.

［1］ Rohr mann G.Introduction to the baculovir uses and their taxon my，str uctural proteins of baculovir us occlusion bodies and virions［M］／／Rohr mann GF.Baculovir us Molecular Biology ［Inter net］.Bethesda （MD）：National Center for Biotechnology Infor mation（VS）.Bookshelf：2008：5－7

［2］ Slack J，Arif BM.The baculovir uses occlusion－derived vir us：Virion structure and f unction ［J］.Adv Virus Res，2007，69：99－165

［3］ Cheng XW，Lynn DE.Baculovir us interactions in vitro and in vivo ［J］.Adv Appl Micr obiol，2009，68：217－239

［4］ 王冠.杆状病毒早期感染对家蚕血淋巴细胞的影响以及宿主细胞的应激反应研究 ［A］.南京师范大学学位论文，2004

［5］ 郑元木，杨俊，于威.杆状病毒细胞凋亡抑制蛋白 ［J］.生命的化学，2008，28（4）：415－417

［6］ 舒端阳，陈娟，郭素英，等.杆状病毒凋亡抑制基因 ［J］.生物技术通报，2009，6：38－41

［7］ 包人月，吴金美，吴小锋.昆虫杆状病毒细胞凋亡抑制基因 ［J］.细胞生物学杂志，2006，28（5）：676－680

［8］ 曾宪东.杆状病毒Ac MNPV iap基因功能及分子机理的研究 ［D］.中国科学院研究生院 （武汉病毒研究所）学位论文，2007

［9］ 余倩.杆状病毒凋亡抑制基因的研究进展 ［J］.生物技术通报，2011，2：33－36

［10］ Yu Q，Lin T，Feng G，et al.Function alanalysis of the putative antiapoptotic genes，p49 and iap，of Spodopteralitur a nucleopolyhedrovir us with RNAi［J］.J Gen Vir ol，2008，89：1873－1880

［11］ Yan F，Deng X，Yan J，et al.Functional analysis of the inhibitor of apoptosis genes in Antheraea pernyi nucleopolyhedrovir us ［J］.J Microbiol，2010，48（2）：199－205

［12］ Feng G，Yu Q，Hu C，et al.Apoptosis is induced in the haemoly mph and fat body of Spodopter aexigua larvae upon oral inoculation with Spodoptera litura nucleopolyhedrovir us ［J］.J Gen Virol，2007，88：2185－2193

［13］ Chikhalya A，Luu DD，Carrera M，et al.Pat hogenesis of autographa califor nica multiple nucleopolyhedrovir us in fifthinstar Anticarsia gemmatalis larvae［J］.J Gen Virol，2009，90：2023－2032

［14］ 张艳华，彭建新，洪华珠.杆状病毒与宿主的相互作用 ［J］.微生物通报，2003，30（1）：81－85

［15］ Detvisitsakun C.Functional characterization of a baculovir us fibroblast growth factor［A］.The paper of Kansas State University，2006

［16］ Detvisitsakun C，Berretta MF，Lehiy C，et al.Stimulation of cell motility by a viral fibroblast growth factor ho molog：Proposal for a role in viral pathogenesis ［J］.Virology，2005，336 （2）：308－317

［17］ Katsuma S，Dai mon T，Mita K.，et al.Lepidopteranort holog of Drosophila breathless is a receptor for the baculovirus fibroblast growth factor［J］.J Virol，2006，80 （11）：5474－5481

［18］ 金利容，刘凯于，胡秋婷.与宿主昆虫液化相关的杆状病毒基因及其蛋白 ［J］.微生物学杂志，2005，6：76－80

［19］ Volk man，LE.Baculovir us infectivity and the actincytoskeleton ［J］.Curr Dr ug Tar gets.2007，8：1075－1083

［20］ 李小青，周蕊，贾蕴丽，等.肌动蛋白在Ac MNPV向细胞外运输过程中作用的初步研究 ［J］.中国病毒学，2004，19 （6）：632－635

［21］ Marek M，Merten OW，Galibert L，et al.Baculovirus VP80 protein and the factin cytoskeleton interact and connect the viral replication factory with the nuclear periphery ［J］.J Virol，2011，85 （11）：5350－5362

［22］ Fang M，Nie Y，Theil mann DA.Ac MNPV EXON0 （AC141）which is required for the efficient egress of budded virus nucleocapsids interacts with beta－tubulin ［J］.Virology，2009，385（2）：496－504

［23］ Ploubidou A，Way M.Viral transport and the cytoskeleton ［J］.Curr Opin Cell Biol.，2001，13 （1）：97－105

［24］ Charlton CA，Volk man LE.Penetration of Autographa califomica nuclearpolyhedrosis virus nucleocapsids into IPLB Sf21 cells induces actin cable formation ［J］.Vir ology，1993，197 （1）：245－254

［25］ 王倩.杆状病毒调控宿主肌动蛋白的分子机理研究 ［A］.中国科学院研究生院 （武汉病毒研究所）博士学位论文，2007

［26］ 曹阳，葛慈斌，肖巧学，等.昆虫杆状病毒多角体形态异常的突变研究进 ［J］.蚕业科学，2000，26：79－85

［27］ Kamita SG，Maeda S.Sequencing of the putive DNA helicase－encoding gene of the Bombyx mori nuclear polyhedrosis virus and fine－mapping of a region involved in host range expansion ［J］.Gene，1997，190 （1）：173－179