疱疹病毒免疫逃逸相关蛋白及其作用机制研究进展

马宁宁，刘 占，邓梦梦，郭子仪，史志斌，陈 陆

疱疹病毒科(Herpesviridae)是一类包含核心、衣壳、间质蛋白层和囊膜4部分结构的双链DNA病毒,病毒粒子大小为 200～250 nm,依据基因组序列和病原学特点被分为α、β 和γ 3个亚科[1]。其中α亚科 DNA分子量较小，复制较快，如人单纯疱疹病毒(Herpes simplex virus, HSV)、水痘带状疱疹病毒(Varicella-zoster virus,VZV)和猪伪狂犬病病毒(Pseudorabies virus, PRV)等；β亚科DNA分子量较大,复制较慢，如人巨细胞病毒(Human cytomegalovirus，HCMV)和人疱疹病毒6型和7型(Human herpesvirus 6 and 7, HHV-6 and HHV-7)等；γ亚科以感染淋巴细胞为特征，如爱泼斯坦-巴尔氏病毒(Epstein-Barr virus, EBV)和卡波西氏肉瘤相关疱疹病毒(Kaposi sacoma-associated herpesvirus, KSHV)等[2]。经过数亿年的共同进化，脊椎动物形成了高度复杂的防御机制来对抗病原体入侵[3]。面对动物免疫系统的不断进化，疱疹病毒编码出多种蛋白并以不同的机制逃避宿主的免疫防御，得以终生潜伏感染于体内。潜伏感染期，机体无任何临床症状，被感染的细胞不产生感染性病毒颗粒，常会伴随宿主终生，为病毒的再激活提供有利条件，这为疱疹病毒提供了一个重要的生存优势[4]。近年来,以HSV、HCMV、EBV、PRV和马疱疹病毒(Equine Herpesvirus，EHV)等为代表的疱疹病毒在病毒免疫逃逸机制方面的研究取得了显著进展,病毒基因组编码的多种蛋白在免疫逃逸过程中发挥关键作用。本文就抑制MHC I类分子抗原递呈、TAP对抗原肽的转运以及病毒感染早期引发干扰素反应的免疫逃逸蛋白进行综述，为进一步研究人和动物感染其他疱疹病毒的免疫逃逸机制及靶向治疗提供参考，同时也为治疗性疫苗的研制提供思路。

1 介导MHC I类分子的疱疹病毒免疫逃逸蛋白

1.1MHC I类分子结构及功能 MHC I类分子是一条由MHC I基因编码的可糖基化的α重链(Heavy chain，HC)和非MHC基因编码的β2微球蛋白(β2-microglobulin，β2m)通过二硫键构成的异源二聚体。HC为I型跨膜蛋白，锚定在细胞膜上，包括3个胞外区结构域α1、α2和α3。前2个功能区共同构成抗原肽结合部位且两端闭合，尽可能地容纳8～11个氨基酸残基的多肽，α3负责与CD8分子结合；β2m为非跨膜成分，以非共价键与α链(主要为α3)相互作用，促进内质网中新合成的MHC I类分子向细胞表面运输，对稳定MHC I类分子结构具有一定的作用。抗原递呈细胞(Antigen presenting cell，APC)摄取的内源性抗原在蛋白酶体的作用下被降解成多肽，而后被抗原肽转运体(Transporter of antigenic peptide，TAP)转运至内质网，与MHC I类分子的抗原结合槽结合后形成异源三聚复合物(Peptide-MHC-complex，pMHC I)，随后穿过内质网经过高尔基体展示到细胞表面。细胞毒性T淋巴细胞(CTL)通过识别细胞表面的复合体，发挥细胞毒作用，裂解被感染的细胞。反之，抗原肽则会通过内质网相关蛋白降解途径(ER-associated protein degradation，ERAD)返回到细胞质中被降解。没有与抗原肽结合的MHC-I类分子则通过内质网的另一种通道离开，然后被很快降解，或者短暂地表达在细胞表面后通过内化被降解或回收[5-8]。

1.2介导MHC I类分子功能的疱疹病毒免疫逃逸蛋白及其作用机制 人和动物疱疹病毒编码多种免疫逃逸分子，这些分子能有效干扰MHC I类分子抗原递呈所涉及的各个方面，包括阻止MHC I类分子的成熟、诱导MHC I类分子以蛋白酶体和溶酶体途径降解及屏蔽抗原肽结合槽以干扰pMHC I的装配从而影响MHC I类分子的运输等，从而导致疱疹病毒在宿主体内终生潜伏存在[9]。以下是通过不同方式影响MHC I类分子功能的人和动物疱疹病毒及其编码的免疫逃逸蛋白。

小鼠巨细胞病毒(Murine cytomegalovirus，MCMV)编码2种与MHC I类分子相互作用的蛋白质，干扰T细胞和自然杀伤细胞(NK)对受感染细胞的识别，包括m152/gp 40以及 m02-m16家族的成员m06/gp 48。其中m152/gp 40蛋白直接与MHC Ⅰ类分子相互作用, 从而将其滞留于内质网-高尔基体过渡部位(ERGIC); m06/gp 48通过其胞质尾部的双亮氨酸基序(Di-leucine motif)靶向MHC I类分子，在内质网中与MHC I类分子结合并将它们转移到溶酶体中降解。VZV将MHC Ⅰ类分子滞留于高尔基体中, 从而抑制其表达到细胞表面[6,10]。HCMV US2-US11基因编码几种干扰MHC I类分子的蛋白，如US2和US11导致新合成的HC链从内质网转移到胞浆即与内质网脱位，然后被胞质蛋白酶体降解；US10通过细胞质尾部的1个三亮氨酸基序下调HLA-G[11]。KSHV编码2个独特的基因产物K3和K5，与其他疱疹病毒免疫调节蛋白一样，K3和K5主要分布在内质网膜上，但它们对MHC I类分子代谢的影响并不发生在该细胞器，而是促进细胞表面MHC I的内吞，K3和K5蛋白具有E3泛素连接酶活性, 能够通过结合MHC Ⅰ类分子而使其泛素化, 进而引起MHC Ⅰ类分子的内化并被蛋白酶体降解[6]。与此相似，马疱疹病毒4型(EHV-4)的早期蛋白UL56能够诱导MHC I 类分子内化，最终通过溶酶体途径将其降解[12]。EBV的BDLF3蛋白虽然没有E3泛素连接酶活性, 但也能引起MHC Ⅰ类分子的泛素化, 并通过蛋白酶体降解[13]。还有一些蛋白侧重于阻止MHC I类分子的合成和表达，如单纯疱疹病毒1型(HSV-1)编码的VHS或UL41、EBV编码的BGLF 5和KSHV编码的 SOX或ORF 37是宿主关闭蛋白，阻断HLA I和II类分子的合成[14-15]。PRV编码的UL56可以增加SLA I HC的泛素化水平并通过溶酶体途径降解，其中PPXY基序对于SLA I HC的泛素化降解有重要作用[16]。

2 作用于TAP的免疫逃逸及相关蛋白研究

2.1TAP结构及功能 TAP位于内质网及高尔基体膜上，抑制TAP对抗原肽的转运是MHC I 类分子细胞表面表达量下降的重要因素之一[17]。TAP属于ATP结合盒(ATP-binding cassette，ABC)家族成员，是由TAP1和TAP2组成的异源二聚体，每个亚基各有1个高度保守的C-末端核酸结合区(NBD)和1个由6个核心跨膜螺旋组成的N-末端跨膜区(TMDs)[18-20]。这些跨膜螺旋相互缠绕，在内质网膜中形成通道，在通道的胞质侧，形成1个肽结合袋，可容纳长度为8～16个氨基酸残基的肽即负责肽的识别和结合。2个NBD分别由保守的WalkerA和WalkerB 结构域组成功能不同的ATP结合位点，催化ATP的的水解，为抗原肽的转运提供能量。起初TAP的肽结合部位面向胞浆内打开，2个NBD呈分开状态，装载ATP且结合多肽后2个NBD形成二聚体诱导TMDs由内向构象到向外构象转换，从而将肽从胞浆移动到内质网腔内。ATP水解后，NBDs二聚体解聚并触发TMDs向细胞内打开的构象转换[5,21,28]。

2.2作用于TAP的免疫逃逸蛋白及其作用机制 通常情况下，病毒感染细胞后经蛋白酶体降解的病毒肽结合至位于内质网膜上的TAP胞质侧的抗原结合槽，激活TAP上的ATP酶，ATP水解释放能量促使TAP二聚体结构发生改变，跨膜通道开放，抗原肽随即被转运至内质网腔内，内质网氨肽酶(Endoplasmic reticulum aminopeptidase，ERAP)对病毒肽N端进行修饰从而与MHC I的HC和β2m在内质网形成异源二聚体复合物的抗原结合槽结合形成pMHC I，随后展示到细胞表面，并被T细胞免疫监视产生免疫反应。以下是不同疱疹病毒通过干扰TAP多肽转运过程的不同阶段来逃避免疫系统的清除。

HSV-1和HSV-2编码的ICP47是一种胞浆蛋白，其特殊的螺旋-环状-螺旋结构与胞浆区TAP的抗原肽结合位点具有高度的亲和力，更容易结合到 TAP，形成稳定的TAP-ICP47复合体，能竞争性地抑制TAP介导的抗原肽从胞浆向内质网的转运，并导致MHC I分子在内质网腔内滞留，ICP47对抗原肽递呈的抑制并不需要其它蛋白的参与[22-24]。牛疱疹病毒1型和5型(Bovine herpesviruses types 1 and 5，BHV-1和BHV-5)UL49.5不影响肽段与TAP的结合，而是病毒蛋白与TAP的核心区域结合，通过2种独特的机制破坏TAP介导的肽转运。其中BHV-1和BHV-5 UL49.5的C端会引起TAP的降解[25]。EHV-1/4 UL49.5则会独特地干扰ATP与TAP的结合，使TAP转运抗原肽缺乏能量来源，抗原肽迁移至内质网受抑制，从而降低pMHC I的形成，进而降低MHC I类分子在细胞表面的展示[16]。PRV UL49.5尽管和BHV-I和EHV-I UL49.5一样能抑制TAP的抗原递呈，但其并不影响TAP的稳定性以及TAP 与ATP的结合，其具体机制尚不清楚[26]。HCMV编码多种针对MHC I抗原递呈途径的免疫逃逸蛋白，包括TAP抑制剂US6。US6是I型膜蛋白，与EHV-1/4 US6一样，通过抑制胞浆中ATP与TAP1胞浆侧的NBDs结合，使得病毒抗原肽因缺乏能量而无法转移至内质网与MHC I结合形成复合物，借此逃避宿主免疫监视[27]。EBV编码的BNLF2a 通过C端尾部疏水锚定序列插入在内质网膜上，而N端的亲水多肽暴露在细胞质，与TAP胞质部结合，使TAP不能发生构象变化从而发生免疫逃逸[28]。

3 独立于MHC I类分子的免疫逃逸蛋白及其机制

干扰素(Interferon，IFN)是细胞先天性免疫防御系统的重要分子。干扰素经诱导产生后，通过与不同受体结合激发不同的信号转导通路，包括JAK-STAT、CRKL、PI3K和MAPK途径等，进而刺激下游效应蛋白2′,5′-寡聚腺苷酸合成酶(2′,5′-OAS)、蛋白激酶R(Protein kinase R，PKR)和ISG15等的产生，这些效应蛋白通过阻止病毒核酸复制和蛋白的合成，发挥抗病毒作用[29]。疱疹病毒编码多个蛋白分别通过阻止减少干扰素诱导表达、抑制干扰素信号通路、阻断抗病毒蛋白的激活等方式发挥免疫逃逸作用。

HSV-1皮层蛋白US11、VP16 和US3分别通过C末端的RNA结构域结合RIG-I/MAD-5、阻断IRF3以及过度磷酸化IRF3等方式阻止IFN-β产生[30-32]。HSV-1 VP24通过影响天然免疫中能激活树突状细胞免疫功能的TBK1与IRF3的相互作用，进而抑制ISD诱导的DNA识别受体信号通路的激活，阻止IFN-β产生[33]。HSV-1 UL36 和ICP0 分别通过去泛素化IκBα及与p65和p50相互作用并通过泛素-蛋白酶体途径降解p50而抑制NF-κB的活化[34-35]；PRV外源性表达的UL21蛋白能抑制NF-κB的产生，并且抑制效果与UL21表达量呈正相关[36]。PRV UL50通过促进IFN-α受体蛋白IFNAR1的溶酶体降解而抑制IFN-1激活细胞的抗病毒状态，包括产生抑制病毒复制的限制因子，从而有助于免疫逃逸[37]；HSV-1 UL46通过N端与干扰素基因刺激蛋白(Stimulator of interferon genes，STING)结合，C端与TBK1结合抑制STING通路[38]；HSV-1 UL24作用于cGAS-STING信号通路的NF-κB分支的p65，进而抑制cGAS-STING介导的天然免疫信号通路[39]。这些蛋白可能在病毒感染的不同时期单独或协同发挥作用，使疱疹病毒逃逸宿主的抗病毒天然免疫。

4 展 望

免疫逃逸是疱疹病毒感染的一个重要特征，也是疱疹病毒难以被根除的原因之一。随着对疱疹病毒结构及功能的深入研究，越来越清晰地认识到，疱疹病毒潜伏和激活并非某病毒基因独立促成的，而是病毒与宿主相互作用的结果。尽管对该类病毒免疫逃逸机制进行了大量的研究，但目前仍有许多尚不完全清楚，如PRV拮抗TAP转运抗原肽的机制和分子机理以及BHV-1在潜伏感染过程中病毒如何逃避免疫反应等。该类病毒免疫逃逸机制的复杂多样性给相关疾病的治疗和防治带来很大的挑战。现有抗病毒药物一般是通过干扰病毒本身来治疗感染，无法根除病毒，若要针对潜伏期，就要阻断与维持潜伏期相关蛋白质的功能。从以上不同疱疹病毒免疫逃逸相关蛋白及其作用机制来看，我们可以获得具有针对性的可干预靶点，为治疗其他未知免疫逃逸机制的疱疹病毒感染及复发提供研究思路，对其治疗奠定基础。

利益冲突：无