人巨细胞病毒调控免疫逃逸相关基因的功能及其机制研究

陶微微，赵俊，王明丽

1.安徽医科大学第一临床医学院，合肥 230032;2.安徽医科大学微生物学教研室，合肥 230032

人巨细胞病毒调控免疫逃逸相关基因的功能及其机制研究

陶微微1，赵俊2，王明丽2

1.安徽医科大学第一临床医学院，合肥 230032;2.安徽医科大学微生物学教研室，合肥 230032

人巨细胞病毒(HCMV)是一个广泛传播的机会致病原，也是不断利用和操控机体免疫系统致慢性持续性病毒感染的典型代表。在病毒与宿主共同漫长进化过程中，HCMV产生了许多逃避宿主免疫系统识别的机制，其基因组编码了大量产物，通过抑制自然杀伤细胞和树突细胞功能，下调被感染细胞表面主要组织相容性复合体(MHC)Ⅰ类和Ⅱ类分子表达以减少病毒抗原呈递，损伤IgG介导的体液免疫，调节多种趋化因子和细胞因子的作用，从而控制宿主天然免疫应答和适应性免疫应答的核心功能。本文就HCMV的免疫逃避机制进行综述，探讨病毒与宿主相互作用的发生、发展与结局。

天然免疫;细胞免疫;体液免疫;细胞因子;趋化因子

人巨细胞病毒 (human cytomegalovirus，HCMV)也称人疱疹病毒5型，属β疱疹病毒亚科，是人类疱疹病毒中最大的一组病毒。该病毒基因组DNA大小为230 kb，由长独特序列(unique long，UL)和短独特序列(unique short，US)以及两端的长末端重复序列(terminal repeat long，TRL)、长内部重复序列(internal repeat long，IRL)、反转重复序列(inverted repeat sequence，IRS)和短末端重复序列(terminal repeat short，TRS)组成。

HCMV是一种广泛传播的机会致病原，也是人类先天性病毒感染的最常见病原之一。HCMV原发感染多表现为无症状的隐性感染，通常可被免疫系统有效控制，不会引起严重疾病，只有在免疫系统不成熟或免疫功能低下人群(如器官移植、免疫抑制、艾滋病患者及新生儿等)中，原发或继发HCMV感染才会引起严重的、弥散的甚至致死的疾病症状。但不管是隐性感染还是显性感染，HCMV感染后均不能被机体免疫系统彻底清除，而是终身潜伏于体内。近年来研究揭示，该病毒能利用其自身基因组编码的大量产物，达到免疫逃逸。

1HCMV调节天然免疫

1.1 HCMV调控自然杀伤细胞的功能

自然杀伤细胞(natural killer，NK细胞)是执行免疫监视作用的重要效应细胞，无需抗原预先致敏即可直接或通过抗体依赖细胞介导的细胞毒作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC)杀伤某些肿瘤细胞和病毒感染细胞，在抵御早期病毒感染中发挥重要作用。HCMV基因组中存在多个基因位点(UL16、UL18、UL40、UL83、UL141和UL142)，编码特定的免疫调节分子，能抑制NK细胞识别和杀伤病毒感染细胞［1-4］。NK细胞活化性受体(NKG2D)可识别至少 8种不同配体，如主要组织相容性复合体Ⅰ多肽相关序列(major histocompatibility complex class Ⅰpolypeptide related sequence，MIC)A和B、UL16结合蛋白(UL16 binding protein，ULBP)1～6等，这些配体由恶性细胞或病毒感染细胞产生。NKG2D与其配体结合可使NK细胞活化，从而杀伤恶性细胞或病毒感染细胞。HCMV基因组中UL16、UL142编码产物和微小RNA(microRNA，miR)-UL112的作用靶点是 NKG2D 配体 (NKG2D ligand，NKG2DL)。UL16编码蛋白与 MICB、ULBP1、ULBP2和ULBP6在内质网螯合，UL142编码蛋白使MICA和ULBP3滞留于高尔基复合体顺面(cis-Golgi)，而 miR-UL112作用于 MICB转录本，HCMV通过这些途径下调NKG2DL在细胞表面的表达，逃避NK细胞的识别［5］。Müller等［6］用等离子共振发现UL16编码产物能在纳米级以相同的亲和力与MICB、ULBP1和ULBP2结合。UL16编码产物与其配体结合的能力取决于第169位是否为谷氨酰胺(MICB)或谷氨酸盐(ULBP1和 ULBP2)。如果该位置是精氨酸(如MICA或ULBP3)，UL16编码产物就不能与之结合。这归因于NKG2DL关键位置氨基酸的差异，提示UL16编码产物所施加的选择压力导致了 NKG2DL的多样性。此外，US18与US20编码产物单独作用时可促进MICA被溶酶体降解，共同作用时对MICA在细胞表面表达的影响最大，是逃避NK细胞杀伤的新免疫逃避物［5］。NK细胞的识别功能有赖于完整的肌动蛋白细胞骨架，HCMV基因组编码的pUL135可改建细胞骨架，抑制NK细胞活化。当靶细胞表达pUL135时，NK细胞对其黏附能力减弱，免疫突触形成减少，从而抑制NK细胞的细胞毒作用、脱颗粒及黏附靶细胞等功能，因此pUL135是一种有效的NK细胞免疫逃避物［7］。

1.2 HCMV调节树突细胞的功能

树突细胞(dendritic cell，DC)是目前发现的最强抗原呈递细胞，在协调免疫应答过程中起重要作用，其功能受损对许多免疫细胞产生级联影响。人白细胞介素10(human interleukin 10，hIL-10)是天然免疫过程中重要的负调节性细胞因子。hIL-10作用于DC可减弱其激活和维持免疫应答的功能，如抑制促炎症细胞因子产生，抑制MHCⅡ类分子和共刺激分子表达，抑制DC成熟及抑制其诱导T细胞应答。近年来，Avdic等［8］研究发现，HCMV UL111A编码 2种 hIL-10同系物:cmvIL-10和LAcmvIL-10。cmvIL-10抑制单核细胞来源的DC (monocyte-derived DC，MDDC)表面共刺激分子的表达，包括CD80、CD83、CD86和CD40，这些共刺激分子是T细胞有效活化所必需的。cmvIL-10作用于经典DC(classical dendritic cell，cDC)后，通过抑制抗凋亡基因(bcl-1、bcl-2和bcl-x)活化，导致cDC快速凋亡。cmvIL-10还可抑制cDC表面MHCⅠ类和Ⅱ类分子及共刺激分子B7-H1、B7-DC的表达。LAcmvIL-10具有cmvIL-10的部分功能，如抑制DC表面MHCⅡ类分子表达。通过这2种hIL-10同系物，HCMV得以损伤DC的一系列功能，逃避免疫系统的识别和清除。此外，被HCMV感染的成熟DC可抑制T细胞增殖，并通过CD95配体(CD95 ligand，CD95L)和肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体 (tumor necrosis factor-related apoptosisinducing ligand，TRAIL)诱导T细胞凋亡，达到免疫逃逸。

2 HCMV干扰细胞免疫

MHCⅠ类和Ⅱ类分子是免疫系统将病毒抗原呈递给CD8+和CD4+T细胞识别并杀伤病毒感染细胞的关键分子。现有研究发现，HCMV基因组中，US2-11基因编码一系列糖蛋白，下调MHCⅠ类和Ⅱ类分子表达［9］。其中gpUS3在即刻早期合成，能保留MHCⅠ类分子，减少MHCⅡ类分子呈递。gpUS2和gpUS11在早期合成，诱导MHCⅠ类分子降解［10］。gpUS10在早期合成，能保留MHCⅠ类分子的重链，诱导人类白细胞抗原G(human leucocyte antigen G，HLA-G)降解［11］。gpUS6在晚期合成，能通过抗原呈递相关转运体(transporter associated with antigen processing，TAP)抑制抗原肽向内质网转运。UL82(pp71)在早期和晚期合成，能延缓MHCⅠ类分子从内质网运向高尔基复合体。UL83 (pp65)在早期和晚期合成，能阻止病毒抗原肽降解。HCMV基因组编码的miR-US4-1可特异性下调内质网氨基肽酶 1(endoplasmic reticulum aminopeptidase 1，ERAP1)，ERAP1在经MHCⅠ类分子呈递的抗原肽加工过程中发挥作用，其下调可致病毒抗原经MHCⅠ类分子途径的呈递减少［12］。综上所述，HCMV通过下调感染细胞表面MHCⅠ类和Ⅱ类分子表达，减少病毒抗原肽向 CD8+和CD4+T细胞呈递，逃避其识别和杀伤，从而在宿主体内长期存在。

3 HCMV调节体液免疫

现有研究对HCMV逃避体液免疫及IgG介导的细胞免疫机制知之甚少，后者由细胞表面表达有IgG Fc段受体的免疫细胞执行。特异性IgG抗体可中和体液中的病毒，其Fc段可通过与表达在多种免疫细胞(如NK细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、DC等)上的Fcγ受体(Fcγ receptor，FcγR)结合，产生广泛免疫效应，包括ADCC、吞噬作用、免疫复合物内吞、细胞因子产生等。gp34和gp68是Ⅰ型跨膜糖蛋白，分别由RL11基因和UL118-UL119基因编码。这2种蛋白分布于HCMV感染细胞表面，与人IgG结合具有高度特异性，不能与其他类型Ig结合。gp34和gp68能以纳摩尔级的高亲和力与免疫细胞上的FcγR竞争性结合IgG Fc段，阻断IgG介导的免疫细胞FcγR﹝即FcγRⅠ(CD64)、FcγRⅡ(CD32A)和FcγRⅢ(CD16)﹞的活化，抑制机体天然免疫细胞对病毒的杀伤作用。与野生型HCMV毒株相比，去除gp34和gp68编码基因(即TRL11/ IRL11和UL118-119)的HCMV HB5源性突变株诱导抗HCMV多克隆IgG抗体介导的FcγRⅠ、FcγRⅡ和FcγRⅢ活化的能力显著增强，IgG介导的免疫细胞清除病毒能力增强，因此 gp34和 gp68是HCMV逃避宿主体液免疫的有效糖蛋白［13］。

4 HCMV通过细胞因子和趋化因子发挥作用

4.1 HCMV调节多种细胞因子的作用

干扰素(interferon，IFN)是一种细胞因子，对限制病毒复制和协调适应性免疫应答有重要作用。Ⅰ型IFN通过与靶细胞受体结合，促使JAK/STAT信号通路活化，激活各种抗病毒基因启动子，诱导IFN刺激基因(interferon-stimulated gene，ISG)产物的合成与表达而介导IFN的多效性抗病毒、免疫调节、抗增殖等作用。ISG具有诱导细胞凋亡、抑制转录和促进其他信号转导通路、招募淋巴细胞、通过增加抗原呈递促进适应性免疫等作用。尽管IFN具有多种抗病毒效应，但HCMV仍能入侵、增殖并建立持续感染，这是该病毒能阻断各种依赖IFN的功能和控制ISG合成的结果。在HCMV感染细胞中，Ⅰ型IFN(IFN-α/β)介导的基因表达受损。HCMV基因组编码的即刻早期蛋白1(immediate early protein 1，IE1)被证实是Ⅰ型IFN应答的一种调节物，能阻滞STAT2的磷酸化反应而阻断Ⅰ型ISG的表达，使IFN的抗病毒作用受阻，实现免疫逃逸［14］。HCMV感染后，IFN 诱导蛋白 16(interferon-inducible protein 16，IFI16)作为一种核DNA感受器，与病毒DNA结合，并通过STING-TBK1-IRF3信号通路触发抗病毒细胞因子的表达。HCMV包膜蛋白pUL83通过与IFI16的PYRIN结构域作用，阻断其在感知病毒DNA后的寡聚反应和后续的免疫信号，从而抑制上述过程［15］。

HCMV编码多种独特的miRNA，在免疫逃逸效应中起重要作用。IL-32是一种促炎症细胞因子，能增强NK细胞的细胞毒作用，是HCMV-miRNAUL112的作用靶点。IL-6和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)均为促炎症细胞因子，HCMV-miR-US5-1、miR-US5-2、miR-UL112可使IL-6和TNF-α分泌减少。miR-US25-2、miR-UL112和miR-US25-1也许可抑制HCMV复制，对病毒的播散和存活似乎不利，但可能代表病毒对自身播散的一种负反馈调节机制。这种机制对病毒通过最低限度激活宿主免疫应答而建立终生潜伏感染可能至关重要［16］。

现有研究表明，在HCMV基因组中，UL128编码的蛋白在结构和功能上都与人CC类趋化因子相似，能招募外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)至病毒感染部位，促进IL-6和 TNF-α表达，导致病毒复制和播散。Zheng等［17］应用 RNA干扰技术，构建了一个 HCMV (UL128+/UL128-)感染的组织细胞(MRC-5)与PBMC共同培养体系，通过检测上清液中细胞因子(IL-2、IL-4、IL-6、IL-10和IFN-γ)水平，发现HCMV UL128+感染组中IL-6和TNF-α水平显著提高，而在敲除UL128基因的上清液中却是下降的。此外，研究还发现丝裂原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase/extracellular regulated protein kinase，MAPK/ERK)信号转导通路参与了UL128诱导的PBMC增殖。UL128选择性诱导细胞因子表达，提示其是多种炎症介质的诱导物，且一个特定的炎性大环境对病毒的复制与播散是必需的。如果不能控制这个过程，将导致病毒感染组织炎症反应加重，提示以后的研究应致力于探索如何使促炎症细胞因子失活，并将其作为HCMV感染所致各类炎性疾病的一种新的治疗手段。

Nemcovicova等［18］发现，TNF受体超家族(TNF receptor superfamily，TNFRSF)的TRAIL死亡结构域能在感染过程中维持免疫稳态以促进凋亡和调节抗病毒免疫。而HCMV基因组中UL141编码的糖蛋白可通过阻断细胞表面TRAIL死亡结构域和脊髓灰质炎病毒受体CD155(一个连接素样的Ig折叠分子)的表达，抑制宿主的防御反应，从而逃避宿主免疫系统对其的清除。

4.2 HCMV调节多种趋化因子的作用

HCMV基因组编码4种趋化因子受体类似物(UL33、UL78、US27和US28)，它们均为G蛋白耦联受体，其中US28是最具特征的。US28作为磷脂酶C和核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)的基本激活剂而一直被广泛研究。US28能结合一系列趋化因子并激活多种与增殖有关的途径，还可通过对细胞迁移的调节和免疫逃避参与病毒播散，其配体包括许多人CC类趋化因子﹝如调节激活正常T细胞表达分泌因子(regulated upon activation，normal T cell expressed and secreted，RANTES)、单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)、MCP-3和巨噬细胞炎性蛋白 1α (macrophage inflammatory protein 1α，MIP-1α)﹞及CX3C类趋化因子［19］。HCMV US28诱导的细胞迁移依赖于G蛋白信号转导，可被磷脂酶C β抑制剂U73122及细胞内钙螯合剂 BAPTA-AM阻断［20］。这些受体类似物能降低细胞外趋化因子的浓度，进而抑制炎症细胞被招募至感染组织。在用啮齿类动物模型研究病毒感染的致病机制时发现，这些受体类似物对维持病毒正常复制有十分重要的作用，因为其缺失会产生有缺陷的病毒，这种病毒不能正确运输和(或)在重要的靶细胞内复制［21］。

5 结语

HCMV感染机体后，其基因组通过编码大量产物以逃避宿主的免疫应答，实现其在机体内漫长的潜伏感染状态。当机体免疫力降低时，病毒再激活，引起机体众多组织和器官的严重损害和功能障碍。因此，深入研究该病毒的免疫逃逸机制，将对人类预防和治疗HCMV感染有重大的临床意义和价值。

［1］ Wang EC，McSharry B，Retiere C，Tomasec P，Williams S，Borysiewicz LK，Braud VM，Wilkinson GW.UL40-mediated NK evasion during productive infection with human cytomegalovirus［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2002，99(11): 7570-7575.

［2］ Wilkinson GW，Tomasec P，Stanton RJ，Armstrong M，Prod’homme V，Aicheler R，McSharry BP，Rickards CR，Cochrane D，Llewellyn-Lacey S，Wang EC，Griffin CA，Davison AJ.Modulation of natural killer cells by human cytomegalovirus［J］.J Clin Virol，2008，41(3):206-212.

［3］ Wills MR，Ashiru O，Reeves MB，Okecha G，Trowsdale J，Tomasec P，Wilkinson GW，Sinclair J，Sissons JG.Human cytomegalovirus encodes an MHC class I-like molecule(UL142)that functions to inhibit NK cell lysis［J］.J Immunol，2005，175 (11):7457-7465.

［4］ Prod’homme V，Sugrue DM，Stanton RJ，Nomoto A，Davies J，Rickards CR，Cochrane D，Moore M，Wilkinson GW，Tomasec P.Human cytomegalovirus UL141 promotes efficient downregulation of the natural killer cell activating ligand CD112［J］.J Gen Virol，2010，91(Pt 8):2034-2039.

［5］ Fielding CA，Aicheler R，Stanton RJ，Wang EC，Han S，Seirafian S，Davies J，McSharry BP，Weekes MP，Antrobus PR，Prod’homme V，Blanchet FP，Sugrue D，Cuff S，Roberts D，Davison AJ，Lehner PJ，Wilkinson GW，Tomasec P.Two novel human cytomegalovirus NK cell evasion functions target MICA for lysosomaldegradation［J］.PLoS Pathog，2014，10 (5):e1004058.

［6］ Müller S，Zocher G，Steinle A，Stehle T.Structure of the HCMV UL16-MICB complex elucidates select binding of a viral immunoevasin to diverse NKG2D ligands［J］.PLoS Pathog，2010，6(1):e1000723.

［7］ Stanton RJ，Prod’homme V，Purbhoo MA，Moore M，Aicheler RJ，Heinzmann M，Bailer SM，Haas J，Antrobus R，Weekes MP，Lehner PJ，Vojtesek B，Miners KL，Man S，Wilkie GS，Davison AJ，Wang EC，Tomasec P，Wilkinson GW.HCMV pUL135 remodels the actin cytoskeleton to impair immune recognition of infected cells［J］.Cell Host Microbe，2014，16(2):201-214.

［8］ Avdic S，McSharry BP，Slobedman B.Modulation of dendritic cell functions by viral IL-10 encoded by human cytomegalovirus［J］.Front Microbiol，2014，5:337.

［9］ Besold K，Wills M，Plachter B.Immune evasion proteins gpUS2 and gpUS11 of human cytomegalovirus incompletely protect infected cells from CD8 T cell recognition［J］.Virology，2009，391(1):5-19.

［10］ Noriega VM，Tortorella D.Human cytomegalovirus-encoded immune modulators partner to downregulate major histocompatibility complex class I molecules［J］.J Virol，2009，83(3):1359-1367.

［11］ Park B，Spooner E，Houser BL，Strominger JL，Ploegh HL.The HCMV membrane glycoprotein US10 selectively targets HLA-G for degradation［J］.J Exp Med，2010，207(9): 2033-2041.

［12］ Gredmark-Russ S，Söderberg-Nauclér C.Dendritic cell biology in human cytomegalovirus infection and the clinical consequences for host immunity and pathology［J］.Virulence，2012，3(7): 621-634.

［13］ Corrales-Aguilar E，Trilling M，Hunold K，Fiedler M，Le VT，Reinhard H，Ehrhardt K，Mercé-MaldonadoE，AliyevE，Zimmermann A， Johnson DC， Hengel H. Human cytomegalovirus Fcγ binding proteins gp34 and gp68 antagonize Fcγ receptors I，II and III［J］.PLoS Pathog，2014，10 (5):e1004131.

［14］ Amsler L，VerweijMC，DeFilippis VR.Thetiersand dimensions of evasion of the type I interferon response by human cytomegalovirus［J］.J Mol Biol，2013，425(24):4857-4871.

［15］ Li T，Chen J，Cristea IM.Human cytomegalovirus tegument protein pUL83 inhibits IFI16-mediated DNA sensing for immune evasion［J］.Cell Host Microbe，2013，14(5):591-599.

［16］ Goldberger T，Mandelboim O.The use of microRNA by human viruses:lessons from NK cells and HCMV infection［J］.Semin Immunopathol，2014，36(6):659-674.

［17］ Zheng Q，Tao R，Gao H，Xu J，Shang S，Zhao N.HCMV-encoded UL128 enhances TNF-alpha and IL-6 expression and promotes PBMC proliferation through the MAPK/ERK pathway in vitro［J］.Viral Immunol，2012，25(2):98-105.

［18］ Nemcovicova I，Benedict CA，Zajonc DM.Structure of human cytomegalovirus UL141 binding to TRAIL-R2 reveals novel，non-canonical death receptor interactions［J］.PLoS Pathog，2013，9(3):e1003224.

［19］ Vomaske J，Nelson JA，Streblow DN.Human cytomegalovirus US28:a functionally selective chemokine binding receptor［J］.Infect Disord Drug Targets，2009，9(5):548-556.

［20］ Hjortø GM，Kiilerich-Pedersen K，Selmeczi D，Kledal TN，Larsen NB.Human cytomegalovirus chemokine receptor US28 induces migration of cells on a CX3CL1-presenting surface［J］.J Gen Virol，2013，94(Pt5):1111-1120.

［21］ Miller WE，Zagorski WA，Brenneman JD，Avery D，Miller JL，O’Connor CM.US28 is a potent activator of phospholipase C during HCMV infection of clinically relevant target cells［J］.PLoS One，2012，7(11):e50524.

Regulation of the host immune system by human cytomegalovirus: the current research progress

TAO Wei-Wei1，ZHAO Jun2，WANG Ming-Li2
1.The First Clinical Medical College of Anhui Medical University，Hefei 230032，China;2.Department of Microbiology，Anhui Medical University，Hefei 230032，China

Human cytomegalovirus(HCMV) is a widespread opportunistic pathogen，causing chronic and persistent infections by controlling body’s immune system.During the long evolution process of the virus and the host，the virus has developed mechanisms to evade the host immune system.The viral genome encodes a large number of products to control the central functions of both innate and adaptive immunity of the host by inhibiting the functions of natural killer(NK)cells and dendritic cells，down-regulating the expressions of major histocompatibility complex(MHC)class I and II in infected cells，impairing IgG-mediated humoral immunity as well as regulating the functions of chemokines and cytokines.This paper reviews the immune interfering mechanisms by HCMV，and probes into the occurrence，development and outcomes of the interaction between the virus and the host.

Innate immunity;Cellular immunity;Humoral immunity;Cytokine;Chemokine

.WANG Ming-Li，E-mail:1952987441@qq.com

2014-10-18)

安徽省科技厅科技攻关项目(08010302179)，校企合作实践教育基地项目(2012sjjd014)

王明丽