HSP70 与病毒相互作用研究进展

尹玉伟, 张培军, 茆安婷, 张腾月, 郭曦尧, 李月红

(1.吉林农业大学动物科学技术学院, 吉林 长春130118 ; 2.吉林省卫生监测检测中心, 吉林 长春130000;3.河南科技大学动物科学与技术学院, 河南 洛阳471003)

热休克蛋白(Heat Shock Protein,HSP)也称应激蛋白(Stress Protein,SP),最早发现于1962 年,由遗传学家Ritossa[1],最初在研究果蝇热应激中发现,随着研究的逐渐深入,发现HSP 是一个庞大的家族,其主要包括5 个主要的家族：低分子量HSPs家族、中等分子量HSPs 家族、HSP70 家族、HSP90家族和HSP110 家族[2],其中HSP70 家族最为保守,同时很多研究都证实HSP70,具有在机体热应激中以分子伴侣的形式保护细胞蛋白功能。 近些年,研究发现,HSP70 与病毒感染有重要的关系,本文将以近些年HSP70 家族与病毒间相互作用的研究进行综述。

1 HSP70 与病毒相互作用

1.1 HSP70 对病毒促进作用 对于以下病毒HSP70 主要表现出促进作用。 Dong(2016)等通过蛋白高通量测序的方法,对猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)的非结构蛋白NSP12 与机体其他蛋白之间的互作进行筛选,发现有112 个蛋白与其有较高作用的可能性,并且这些蛋白大都是结合蛋白或者是分子伴侣蛋白,112 个蛋白主要集中在RNA 的翻译与蛋白质的合成,其中在对HSP70 抑制后,发现病毒的RNA 减少,并且病毒的复制也相应的减少,HSP70 表现出对PRRSV 的促进作用[3],另一项报道也证明了这一点,Gao(2014)等通过使用HSP70 抑制剂对HSP70 基因进行抑制后,发现病毒dsRNA 的水平会降低,并且病毒的复制和翻译都减弱[4]。 HSP70 还能促进日本乙型脑炎病毒(JEV)感染,Ye(2013)等通过串联技术和质谱分析,对宿主异常蛋白和JEV 的NS5 蛋白之间的相互作用进行检测,发现HSP70、eEF-1α 以及其他一些蛋白能与NS5 有相互作用,同时发现细胞质内的HSP70 不但能与NS5 相互作用,也能与JEV 的NS3 蛋白以及病毒dsRNA 相互作用,并且抑制HSP70 表达时,JEV 的基因组表现为减少的趋势[5],也有学者发现HSP70 能与JEV 的NS5 蛋白产生互作,Western Blot显示NS5 蛋白能够上调HSP70 的表达,同时能减弱IFN-β介导的相关免疫基因磷酸化作用[6]。 而在登革热病毒感染时,HSP70 主要表现出促进作用,Taguwa(2015)等研究发现,登革热病毒感染机体时,其从复制、装配到释放的过程每一步都需要HSP70 的参与,并且在这些过程中每一步都分别有9 个辅助因子参与,在HSP70 的作用下,辅助病毒完成感染,因此HSP70 在登革热病毒感染时主要表现出促进作用[7],另一项研究,Howe(2016)等开发了一种HSP70 小分子抑制剂,同时也发现登革热病毒感染对HSP70 呈剂量依赖性的增加,其机制主要是HSP70 限制了病毒的进入,也证明了HSP70 在未来作为抵抗登革热感染新靶点[8]。 Delarevega(2017)等研究发现,HSP70 参与疱疹病毒复制过程中病毒蛋白质折叠过程,并且在随着疱疹病毒感染时间的增加,太平洋牡蛎的鳃中HSP70 表达量逐渐增加,原位杂交结果也暗示着HSP70 参与病毒感染的过程,从而为促进了疱疹病毒复制[9]。

1.2 HSP70 对病毒抑制作用 对于以下病毒HSP70 主要表现出抑制作用。 Lahaye(2012)等通过研究发现,HSP70 蛋白能够抑制狂犬病病毒的复制,并且还发现,HSP70 蛋白还能清除已经感染细胞中的病毒,HSP70 被抑制表达时,病毒的mRNA 会上升,同时,还发现HSP70 能够与狂犬病病毒的N 蛋白进行结合,结果都表明HSP70 能参与病毒感染的过程,能够在一定程度上控制狂犬病病毒感染[10]。在HIV 感染时,CD4+T 细胞能够表达IL2 和IL15,从而限制病毒的复制,在这其中CD4+T 细胞表达的抗病毒因子以及免疫途径的黏膜整合素等,都需要HSP70 的介导[11],另外还有报道,显示了HSP70 还能介导HIV 自身两个蛋白之间的互作,揭示了两蛋白在病毒是否启动复制过程中的互作关系,从而为探究病毒的长期潜伏,打下了基础[12]。 对于流感病毒HSP70 主要表现出抑制的效果,Li(2011)等研究表明,HSP70 能够和流感病毒的PB1 和PB2 蛋白相互作用,当抑制HSP70 表达时,流感病毒的相关核蛋白等都显著的增加,同时观察到,HSP70 从细胞质向细胞迁移,体外试验也同时证明了HSP70 能够抑制流感病毒的复制[13];而流感病毒的另一项研究发现,HSP70 能够使细胞核中的聚合酶的活性增高,但对于核外细胞质的聚合酶却是抑制作用,对于流感病毒细胞质是其复制的场所,而其复制又依赖于聚合酶活性,也因此HSP70 会对流感病毒表现出抑制的作用[14]。 HSP70 对于丙肝病毒(HCV)的作用同样是抑制,Khachatoorian 等对HSP70 与HCV 做了系统的研究,发现HSP70 能够抑制HCV 的复制,同时能与HCV 的NS5A 蛋白之间相互作用,但其与HSP70 家族另一蛋白HSC70 对HCV 的作用不同,HSP70 主要是结合NS5A 的氨基酸环化区,HCS70却不是;应对HCV 感染时,HSC70 主要集中在胞内,HSP70 主要在胞外;HSP70 与HSC70 都具有抑制HCV 的作用,HSP70 在未来具有治疗HCV 新靶点潜力更大[15-16]。

1.3 HSP70 抗病毒免疫调节作用 HSP70 在免疫调节中扮演着重要角色,在抗病毒疫苗中HSP70 被作为佐剂,来提高免疫球蛋白的释放,从而提高免疫效果[17],同时也有研究表明,HSP70 能够在病毒感染时,执行免疫调节作用,介导干扰素等一些抗病毒物质免疫调节,Kim(2012)等研究发现,麻疹病毒感染时能够介导一个与先前不同的干扰素释放的通路,通过HSP70 表达差异的细胞系或者小鼠,在病毒感染后通过转录分析,第5 天时,IFN -1 开始出现表达、巨细胞活性增加和抗原呈递加强,从而发现HSP70 能介导IFN -1 的表达,导致IFN -1不需要通过其感受器来增加表达;体外试验通过脑巨噬细胞也得到了相同的结论;而IFN -β 的表达依赖HSP70,但其释放需要通过Toll 样受体2 和4,这些释放过程,都表明HSP70 参与抗病毒作用,而对IFN 机制却不同[18]。 之后,他们团队在2013 年,通过水泡型口炎病毒的研究发现,HSP70 能够介导IFN-1 的释放;体外试验通过病毒感染小鼠神经细胞发现,在感染的早期,胞内的HSP70 释放到基质中,并且这个释放量随着病毒的感染时间增加而导致细胞凋亡增加;体内试验通过,HSP70 敲除的小鼠进行研究发现,HSP70 能够提高病毒的清除率,提高小鼠的存活率,发现其与IFN -1 表达有关,而正常小鼠同样也有较高的IFN -1 表达;因此HSP70 具有一定的细胞保护功能,同时又有介导抑制病毒复制的作用[19]。

2 展望

HSP70 作为热应激蛋白家族中最为保守的蛋白,不但保护机体承受不良环境,而且在细菌[20]和病毒的感染中均发挥着重要的作用。 目前,养殖业中,应对细菌和病毒的感染,大多采用疫苗免疫来保护机体,疫苗免疫费时费力,对动物的应激较大。大多数研究也都集中在研发高保护率的疫苗,从而忽略了机体先天性免疫的作用,HSP70 作为热应激的主要表达蛋白并且参与机体先天免疫,在抗病毒中具有重要作用,目前对HSP70 的研究多集中HSP70 与应对病毒感染时的机制研究,有一定的科研意义,但是要应用与生产中还有很大的距离,因此,在未来的研究中,开发低廉的HSP70 抑制剂和促进剂,将为防治病毒或者细菌感染提供新的途径。