人类抗病毒因子APOBEC3H的研究进展

吴小霞

(琼台师范学院 数理系，海南 海口 571100)



·综 述·

人类抗病毒因子APOBEC3H的研究进展

吴小霞

(琼台师范学院 数理系，海南 海口 571100)

人类22号染色体编码了7个具有抗反转录病毒和抗反转录元件功能的胞嘧啶脱氨酶，可以使病毒反转录过程中产生的负链DNA上的胞嘧啶脱氨基变成尿嘧啶，导致正链DNA上出现G→A的突变，即APOBEC3。APOBEC3都有一个或两个催化域，而每个催化域都有保守基序HX1EX23- 24CX2- 4C。APOBEC3H是唯一一个含有Z3 APOBEC脱氨酶域的蛋白。在外周单核细胞，肝脏、皮肤等不同组织均已检测到APOBE3H的单倍型，包括HapⅠ、HapⅡ、HapⅢ、HapⅣ、HapⅤ、HapⅥ和HapⅦ。不同的APOBEC3H单倍型具有不同的抗病毒功能。APOBEC3H可显著地抑制HIV- 1的复制，优化APOBEC3H的体内表达水平，可成为一种治疗HIV- 1的新对策。

载脂蛋白BmRNA催化样蛋白； 载脂蛋白BmRNA催化样蛋白3H； 病毒感染因子； 综述

人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus type 1，HIV- 1)是反转录病毒，在宿主细胞内利用反转录酶将病毒RNA反转录为cDNA，cDNA进入细胞核被整合到细胞染色体，因宿主不能有效控制HIV- 1复制，导致宿主CD淋巴细胞减少及免疫功能的紊乱，产生获得性免疫缺乏综合征(acquired immune deficiency syndrome，AIDs)[1]。人类22号染色体编码7个载脂蛋白BmRNA催化样蛋白3(apolipoprotein B mRNA editing enzyme- catalytic polypeptide like3，APOBEC3)，即APOBE3A、APOBEC3B、APOBEC3C、APOBEC3DE、APOBEC3F、APOBEC3G及APOBEC3H[2- 3]。它们利用其胞嘧啶脱氨酶活性将HIV- 1反转录产生的负链cDNA中的C脱氨基变为U，导致正链DNA上出现G→A突变，从而使基因组发生超突变，因此具有强大的抗反转录病毒和抗反转录元件的功能[2- 6]。另外，APOBEC3还能对抗人T细胞白血病病毒(human T- cell leukemia virus，HTLV)、乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)、丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)、人类乳头瘤病毒(human papillomavirus，HPV)、人疱疹病毒(human herpers viruses，HHV)等引起的感染[7]。APOBEC3G是第一个被发现的APOBEC3成员[8]，APOBEC3H是APOBEC3家族最特殊的成员。APOBEC3H在细胞内表达较少，一旦APOBEC3H表达，可使HIV- 1的感染性降低150倍[2]，这说明APOBEC3H具有极为强大的抗病毒功能，若优化APOBEC3H的体内表达水平，可为HIV- 1的治疗提供新的对策。已有研究显示APOBEC3也对癌症治疗有一定作用。这些都说明研究并揭示APOBEC3H的特征将为人类治疗这些疾病带来新的希望。

1 APOBEC3H概述

人类APOBEC3H基因位于22q13.1，位于APOBEC3G的基因下游，编码6个外显子。由于最后一个外显子上的早熟终止密码子(premature termination codon，PTC)严重破坏了mRNA的表达，导致APOBEC3H在活体细胞中表达较弱，而修复PTC后却在培养细胞中检测到大量的APOBEC3H[2]。

人类APOBEC3H具有单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)，在此基础上产生了5个单点氨基酸多态性，分别为N15△、R18L、G105R、K121D和E178D，使APOBEC3H产生了突变体，目前已检测出7个单倍型。在人类外周血、单核细胞、肝脏、皮肤等[4]不同组织均检测到APOBEC3H单倍型，命名为HapⅠ(NRGKE)、HapⅡ(NRRDD)、HapⅢ(△RRDD)、HapⅣ(△LRDD)、HapⅤ(NRRDD)、HapⅥ(△LGKD)和HapⅦ(NRRKE)[4]。HapⅠ在人群中普遍存在，HapⅡ主要是在非洲血统的人群中被发现，HapⅢ和HapⅣ人群中都有分布，但出现的频率较低，而HapⅤ可在来自亚洲、非洲及高加索的人群中发现，HapⅥ在亚洲人群中出现，HapⅦ主要是在欧洲的高加索人群中发现[7，9- 10]。

人体APOBEC3H单倍型具有不同的细胞稳定性，在3种稳定的HapⅡ、HapⅤ和HapⅦ中，HapⅡ和HapⅤ在人群中出现最频繁[11]。Refslan等[12]发现稳定的/不稳定的表型是原发CD4+T细胞内源APOBEC3H蛋白的本质属性，以依赖感染病毒的Vif蛋白的自然变异的方式产生抗HIV- 1感染的不同抵抗力。稳定/不稳定APOBEC的地理分布与一个重要的高/底功能的Vif氨基酸残基的分布有关。

Cagliani等认为在非洲之外由于自然选择产生了大量的减弱酶稳定性的突变，如105G；而N15△在所有人群中性进化[13]。这可能是由于古老非洲环境中的选择压力保持了APOBEC3H的多样性，包括HapⅡ[7，9，13]。尽管HapⅠ稳定性不高，离开非洲使人们陆续暴露于新的病原体环境中，感染会促进HapⅠ的传播[7，9，13]。

2 APOBEC3H的结构特征

APOBEC3蛋白都有1个或2个具有保守基序HX1EX23- 24CX2- 4C[10，13](X为任意氨基酸)的胞嘧啶脱氨酶域(cytidine deaminase domain，CDD)。CDD与Zn离子合作，His和Cys与一个Zn离子结合，而Glu被认为在催化作用中起到了启动子触发器的作用[10，13]。根据二者之间氨基酸的结合特异性将APOBEC3分为3类：Z1(APOBEC3A、APOBEC3B与APOBEC3G的C末端CDD)、Z2(APOBEC3C、APOBEC3B和APOBEC3G的N末端CDD，APOBEC3D和APOBEC3F的C末端CDD与N末端CDD)和Z3(APOBEC3H)。APOBEC3蛋白以单体、二聚体和寡聚复合物的形式出现[6，13]。APOBEC3H是APOBEC3家族唯一一个有Z3型Zn离子结合域的蛋白[6，13- 14]。

APOBEC3H的Z3域与其他APOBEC3蛋白的Z1域和Z2域的序列对比显示有28%～43%的相似性，与APOBEC3C的Z2域及APOBEC3F的C末端CDD有更高的序列相似性，与APOBEC3D的N末端CDD相似性较低[5]。事实上，APOBEC3H的特征更类似于双域蛋白APOBEC3G和APOBEC3F的N末端CDD[5，14]。APOBEC3G和APOBEC3F的N末端CDD在包装进入病毒粒子过程中结合病毒RNA而起重要作用，但是却没有酶活性。由于APOBEC3H只有一个域，所以它能与RNA结合，也能与底物结合，具有酶活性[5]。

APOBEC3H似乎同时利用脱氨酶依赖和非依赖性机制来靶向逆转录过程并限制HIV- 1复制[5]。胞嘧啶脱氨酶可抵抗HIV- 1是因为它们具有使其包装进入HIV- 1而产生抗病毒功能的特殊的RNA结合活性。Wang等[3]发现APOBEC3H病毒粒子的包装不依赖胞嘧啶脱氨酶域，而是依赖于一个基序YYFW。YYFW基序用一种RNA依赖的方式结合HIV- 1的核衣壳，而一个Y112A的突变完全破坏病毒粒子的进入。

APOBEC3H独特的YY(F/Y)W基序结合7SLRNA可使其有效地进入HIV- 1病毒粒子，APOBEC3H HapⅡ也具有强大的抗病毒功能是因为可以被有效地包装进入病毒粒子，可结合的宿主小RNAs有7SL和Y RNAs[4]。YY(F/Y)W基序的关键氨基酸W115A突变，导致APOBEC3表达水平降低并削弱了对7SLRNAs的亲和力，减弱了病毒粒子的包装而降低了抗病毒功能。APOBEC3H HapⅠ对宿主小RNAs的结合力较低，所以降低了病毒粒子进入的速率，导致抗病毒功能大大下降[4]。

APOBEC3H HapⅢ和HapⅣ的SNP ΔN15丧失了与RNAs结合的功能，APOBEC3H HapⅡ Δ15N也不能包装进入HIV- 1的病毒粒子或表现抗病毒功能。APOBEC3H单倍型具有不同的细胞定位，这与它们不同的RNA结合力有关[7，15]。因此，与Pol- Ⅲ RNA例如7SLRNA的结合是人类APOBEC3胞嘧啶脱氨酶强大抗病毒功能的一个保守的结构。

3 APOBEC3H的抗病毒机制

不同的APOBEC3H单倍型具有不同的抗病毒功能，而具有强大抗病毒功能的APOBEC3H单倍型主要分布在细胞质中[7]。Naruse等[16]报道具有功能多样性的AOBEC3H的两个单倍型N15△和G105R，与HIV- 1感染的容易程度有关。N15△或G105R突变会完全破坏APOBEC3H的表达，因此，只有HapⅡ、HapⅤ和HapⅦ可稳定表达并抑制HIV- 1复制，因为它们没有出现N15△或G105R突变。APOBEC3H与APOBEC3G具有相同的抗病毒机制。APOBEC3H可通过酶依赖的及非酶依赖的途径来抑制病毒感染，酶依赖的途径为主要途径[17]。APOBEC3H蛋白可利用其胞嘧啶脱氨酶活性，在病毒反转录过程中使新生的病毒cDNA链上dC脱氨基变成dU，导致正链DNA上出现G→A的突变，使得复制终止[2- 6，7，9- 18]。

HIV- 1基因组编码的附属蛋白Vif可以与Cullin5、ElonginB、ElonginC及RBX1等形成E3连接酶复合物，作为定位靶APOBEC3的底物识别亚基，启动病毒生产细胞内的泛素- 蛋白酶体依赖的降解[19- 20]。Zhao等[21]发现Vif上有功能的关键域对EloB/C、Cul5和CBFβ之间的联系有重要作用，是HIV- 1 Vif介导的G2/M细胞周期停滞和APOBEC3H降解所必须的，使APOBEC3H失活的HIV- 1Vif突变体不能引起G2/M细胞周期停滞。

当Vif在功能强大时，HIV- 1可对抗稳定的APOBEC3H蛋白和所有的内生APOBEC3蛋白并能大量复制。APOBEC3H的蛋白水平由于感染而增长了10多倍[12]。对比APOBEC3H与APOBEC3G的氨基酸序列发现，APOBEC3G的Vif应答基序DPDY在APOBEC3H并不保守，APOBEC3H内替换这一基序并没有降低其对HIV- 1Vif的抵抗性[5]。因此，稳定表达的APOBEC3H单倍型在人群中的分布可能比之前认为的更广泛。这也说明APOBEC3H在抑制反转座子和HIV- 1的感染中有重要作用。

Feng等[11]阐述了HapⅡ和HapⅤ搜索ssDNA底物寻找含胞嘧啶脱氨酶基序的机制，HapⅡ能利用滑行、跳跃和节间转移动作在酶- 底物相遇后连续使多个胞嘧啶脱氨基。相反，HapⅤ表现出减弱的滑行和节间转移功能，却能沿着ssDNA跳跃。HapⅤ减弱的持续性并不能导致单周期感染性实验中抑制HIV- 1复制的有效性降低，说明跳跃和节间转移对突变有效性是多余的。优化ssDNA的持续性需要β2折叠形成APOBEC3H的二聚体。这些发现支持跳跃能补偿节间跳跃缺陷的模型，也说明HapⅡ和HapⅤ利用不同的机制诱发HIV- 1突变。

4 结 语

总之，APOBEC3H是APOBEC3家族唯一一个Z3蛋白，利用独特的YY(F/Y)W基序结合7SLRNA可使其有效地进入HIV- 1病毒粒子，从而抑制HIV- 1的复制。APOBEC3H有N15△、R18L、G105R、K121D和E178D 5个单点氨基酸多态性，形成了具有不同抗病毒功能的APOBEC3H单倍型，已经在不同人群发现了7种，只有HapⅡ、HapⅤ、HapⅦ可稳定表达并可抑制Vif缺陷的HIV- 1。另外，APOBEC3H还可以抑制HTLV、HBV、HCV等病毒的感染。Zhu等[22]发现位于APOBEC3H外显子2的rs139293 T等位基因可能会显著降低肺癌的发病率。这说明APOBEC3H的基因突变与人体某些癌症有关。因此，研究作为人体固有免疫成员的APOBEC3H，了解APOBEC3H的结构和功能特点，可为人类寻找治疗艾滋病、癌症等的方法带来希望，也为治疗这些疾病提出一条新的思路。

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2016- 04- 21

2016- 07- 06

吴小霞(1979-)，女，山东泰安人，副教授，生物物理硕士。E- mail:redrain2003@sohu.com

吴小霞.人类抗病毒因子APOBEC3H的研究进展[J].东南大学学报:医学版，2016，35(6)：1013- 1016.

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A

1671- 6264(2016)06- 1013- 04

10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.06．039