病毒免疫逃逸防卫机制

2012-01-26崔奕杰付艳梅张秀丰

中国兽药杂志 2012年3期

崔奕杰，付艳梅，张秀丰

(衡水出入境检验检疫局，河北衡水 053000)

机体的免疫系统执行免疫监视和防卫功能，免疫应答是机体免疫系统受抗原刺激后，引起抗原特异的免疫细胞克隆增殖，最终由抗体或效应细胞将抗原清除出去的过程。入侵的病原体首先被单核-巨噬细胞、粒细胞、B细胞及自然杀伤(NK)细胞等非特异免疫细胞识别而被直接清除。如非特异免疫细胞不足以清除病原体，则导致特异性免疫应答的T及B细胞克隆的活化，产生效应特异杀伤T细胞，杀伤病毒感染靶细胞，使病毒不能复制而死亡;或经B细胞产生中和抗体与病毒结合，使之失去毒力，而被吞噬细胞等吞噬清除。作为生物体，病毒在与宿主长期共进化的过程中也在进化生存，它们在遭受宿主免疫攻击的同时针对在免疫应答过程中可以被“攻克”的所有成分，包括所有参与免疫应答的成分:抗原提呈细胞对外源性和内源性抗原的识别和处理、MHC-Ⅰ类和MHCⅡ类分子与抗原的结合、以及参与抗原信息传递的各种细胞因子和起免疫调节作用的补体系统，病毒使出各种“招数”去应对以逃避机体对自身的识别和清除，逃逸或拮抗宿主的免疫攻击。

这些免疫逃逸机制可大致分为三类:(1)逃避体液免疫系统的识别;(2)抑制细胞免疫应答;(3)干扰免疫效应功能。

1 逃避体液免疫系统的识别

逃逸宿主体液免疫的一个机制是病毒抗原决定位点变异，使病毒突变株逃逸已有抗体的中和作用。例如在流感病毒感染中，机体可产生针对流感病毒表面蛋白血凝素(HA)的中和抗体以迅速清除病毒，获得保护性免疫，而流感病毒可通过两种形式的抗原变异来逃避宿主的免疫清除:(1)抗原漂移。编码血凝素和神经氨酸酶基因的点突变可使抗体与表位结合部位的关键氨基酸发生改变，影响二者结合，从而使病毒突变株逃避抗体中和。以A型流感病毒为例，A型流感病毒(influenza A virus，IAV)是有囊膜负链RNA病毒，其基因组由8个节段的负链 RNA(HA、NA、NP、M、PB2、PB1、PA 和NS)组成，编码11种蛋白质，其中血凝素(hemagglutinin，HA)是IAV最重要的表面糖蛋白，介导病毒吸附敏感细胞，针对HA的抗体具有中和活性，神经氨酸酶(neuraminidase，NA)是另外一种重要表面糖蛋白，它能水解细胞表面唾液酸，释放病毒粒子，针对NA的抗体虽没有中和活性，但可以抑制病毒复制，降低疾病的严重程度。IAV复制时由病毒的依赖于RNA的RNA聚合酶(RNA-dependent RNA polymerase，RDRP)催化，由于RDRP缺乏校正活性，大约每合成104个核苷酸就会掺入一个突变，由于RNA病毒基因组复制时保真度较低，HA或/和NA的抗体结合位点内突变积累导致一些抗体结合能力丧失如抗原漂移，因此，针对早先毒株的抗体不能有效抑制突变病毒，从而导致突变病毒易于在部分免疫群体中传播开来。在1943/1944和1944/1945流感季节有效的疫苗，在1947年完全丧失免疫预防作用，进一步研究发现，1943年病毒株和1947年病毒株在HA和NA抗原性及其氨基酸序列方面存在显著差异[1]。(2)抗原转变。还以流感病毒为例，是指通过不同毒株间的基因重排产生带有“新”HA或/和NA亚型的流感毒株，这种抗原性变异较大的重组毒株甚至能引起全球性流感大流行，并且相关病死率显著增加。在二级宿主中流感病毒株RNA片段发生交换，导致血凝素蛋白抗原发生较大变化，这种情况下原有抗体不能中和病毒[2-3]。HCV(丙型肝炎病毒)外膜蛋白有高度的遗传变异性，尤其是在E2蛋白的N末端，有一个27个氨基酸的高变区(HVR1)。这个区域是HCV外膜结构的露出部分，也是表面抗原激发中和抗体最强的表位。研究表明，这个表位在宿主体内持续感染的过程中，经历着快速的突变[4]。HCV抗原决定表位的高变异性使机体产生的抗体不能有效地中和病毒颗粒，使病毒颗粒在体内难以被及时清除，这是HCV能逃避宿主的免疫监视，得以持续复制的一个主要原因。HIV病毒对体液免疫应答的逃避可概括为以下两个方面:一是包膜蛋白gp120 V1、V2、V3区的局部突变与糖基化伪装导致中和抗体与病毒的亲和力降低;二是远端的突变导致构像更加球样变，更加抵制抗体的中和作用。高度糖基化在隐蔽蛋白骨架上的中和性表位中发挥关键作用，即可以伪装中和性抗体的识别位点[5]。

上述逆转录病毒的共同特性是病毒RNA基因组要逆转录为双链脱氧核糖核酸(DNA)分子，此过程是由病毒的逆转录酶(RT)介导的，RT在病毒组装过程中掺入病毒体。病毒只有当逆转录成DNA前病毒并插入宿主染色体后，其编码基因方开始表达。逆转录病毒的极端适应功能部分归因于RT缺乏校正能力，其错译率远高于细胞DNA多聚酶，因此几乎在病毒复制的每一周期中均会发生变异。RT在DNA合成过程中，其固有的在模板间“跳跃”的能力，可导致在共同组装的基因组间、病毒和细胞RNAs间以及病毒基因组不同区域间高发的基因重组。在逆转录病毒复制的过程中，基因序列的转换(碱基替代)、点突变、插入、缺失、重叠等各环节出现的错误均会导致基因变异。慢性HIV感染者体内每天均有数以亿计的细胞被感染，所以每天都可能会有数以千万计的点突变发生[6]。

2 抑制细胞免疫应答

2.1 病毒抗原的加工和呈递病毒抗原的加工和呈递在免疫应答过程中起中枢作用。病毒感染导致特异性T细胞的应答，首先是产生T细胞活化所需要的双信号条件:病毒的抗原(Ag)肽结合于组织相容抗原MHC-Ⅰ类或MHCⅡ类分子的沟内，形成Ag肽-MHC分子复合物，表达于抗原提呈细胞(APC)表面，经APC携带至T细胞处，被T细胞表面的抗原识别受体(TCR)特异识别并结合Ag肽-MHC分子，产生信号1;T细胞与APC表面的辅佐分子及受体(CD28-B7，CD40-CD40L)的配对结合，产生信号2，分别活化CD8+杀伤T细胞(CTL)及CD4+辅助性T淋巴细胞(HTL，Helper T Lymphocyte)，CTL分化为效应CTL，直接杀伤病毒感染靶细胞或HTL分泌细胞因子，支持CTL增殖及分化为效应CTL。B细胞虽能直接识别病毒抗原，但需要HTL产生的细胞因子才能进行增殖并分化为浆细胞，分泌IgG类中和抗体，间接消除病毒。

2.2 病毒编码蛋白的拮抗作用病毒基因可编码某些蛋白作用于抗原呈递过程，进而逃避免疫系统的识别和清除。例如CTL关键表位的改变;多肽抗原与MHC的结合表位的突变;多肽抗原与MHC的结合受到抑制，或TCR的识别过程受到影响，都影响免疫应答过程而导致病毒逃避现象的产生。

在依靠MHC-Ⅰ类分子限制的CD8+细胞毒T细胞来清除被病毒感染的细胞这一过程中，病毒编码了一些蛋白产物来影响抗原呈递过程的各个环节，从而逃避免疫系统的清除。

2.2.1 病毒编码蛋白影响蛋白酶酶解作用，阻碍Ag肽的产生;当EB病毒感染细胞后，病毒基因所编码的EBNA-1包含有一个Gly-Ala的重复区域，此区域可通过抑制泛素/蛋白酶体的分解途径而影响抗原多肽的产生[7]。而病毒蛋白需在胞浆被蛋白酶降解成8～12个氨基酸的小肽后才能被MHC-I类分子呈递。

2.2.2 病毒基因组编码蛋白抑制抗原多肽原运输:蛋白被酶解成抗原性多肽后，必须经TAP(抗原加工相关转运蛋白)转运至内质网腔才能与MHC-Ⅰ类分子结合。单纯疱疹病毒(HSV)感染细胞后，其即刻早期基因的表达产物ICP47能有效抑制抗原肽转运者TAP对抗原性多肽的转运作用，从而阻碍了抗原多肽和MHCⅡ类分子在内质网内的结合，使CTL不能有效地识别HSV感染的细胞[8]。ICP47对 TAP的抑制作用，可能是由于ICP47能以较抗原多肽更强的亲和力同TAP上的残基结合。

2.2.3 病毒编码蛋白阻止或破坏多肽/MHC-I类分子复合体的形成:MHC-I类分子与肽正确组装成MHC-I类分子/肽复合物后必须从内质网转运到细胞表面才能被CTL细胞识别，而一些病毒蛋白可使MHC-I类分子偏离其正常途径。如人巨细胞病毒(HCMV)蛋白有 US2、US3、US6、US11，其中HCMV基因组中US(unique short)区域内的即刻早期基因能编码一个内质网残基蛋白US3，US3能同MHC-I类分子结合，使MHC-I类分子不能移出内质网腔，使感染细胞表面不能呈现抗原多肽/MHC-I类分子复合体[9]。US2和 US3可选择性影响HLA-A和HLA-B，而不影响HLA-C和HLA-E，因为 HLA-A和HLA-B可有效诱导CTL介导的免疫应答。

2.2.4 抗原提呈细胞功能失调:病毒可能通过隔离它们于免疫系统作用不到的场所而逃避免疫识别。DC(树突状细胞)是目前发现的功能最强的抗原提呈细胞(antigen presenting cell，APC)，也是唯一能独立刺激活化初始型T细胞(naive T cell)，诱发初级免疫应答的抗原提呈细胞，其摄取的外源性抗原既可通过MHC-II类途径呈递给CD4+T细胞，也能通过MHC-I类途径呈递给CD8+T细胞。乙肝病毒(HBV)在肝细胞复制增殖释放的过程中，在肝细胞表面形成了特异性的病毒抗原。进入循环系统的各种病毒颗粒通过肝脏树突状细胞的提呈激活初始型 T细胞，产生的细胞毒性T细胞(CTL)通过杀伤感染的肝细胞而清除HBV，产生Th2细胞则通过激活B细胞产生抗体来清除血液循环系统中的病毒颗粒。DC对HBV的提呈作用在大部分个体能够起到保护作用。慢性HBV感染者的HBV-DNA通过编码一种逆转录酶而使病毒DNA与宿主肝细胞基因组发生整合，从而使免疫系统不能识别。病程越长，整合的机会越多。慢性乙型肝炎患者外周血单个核细胞来源的DC表型缺陷和功能障碍主要包括以下表现形式:(1)诱导CTL不足;(2)产生IL-12不足;(3)混合淋巴细胞反应(MLR)中DC刺激T细胞增殖及产生细胞因子(IFN-γ等)的能力下降;(4)DC成熟的表面标志(CD80、CD86、HLA II类分子等)表达下降;(5)在对HBsAg或HBcAg应答中，刺激特异性T细胞增殖能力下降。上述都是受HBV感染的DC抗原提呈功能失调的表现[10]。HBV一般认为传统的免疫特权场所的例子是少量淋巴细胞聚集的组织如眼睛、大脑和睾丸。已经证实HBV除微血管屏障外，几乎在全身组织中都可以找到(肝内缺少这种微血管屏障)，微血管屏障可以阻止HBsAg特异性细胞毒性T细胞进入，虽然这些免疫特权场所不会因此而受到免疫介导的器官损伤，它们却可以提供潜在的可能引起再感染的病毒残留[11]。

2.3 限制NK细胞介导的杀伤作用限制NK细胞介导的杀伤作用也是病毒逃避细胞免疫应答的一个重要的机制。NK细胞是固有免疫系统的主要成分并在针对某些病毒的防御中起关键作用，为了能在宿主中长期存活，病毒发展了许多特异性机制以避免NK细胞的监视和激活。例如病毒蛋白可对NK细胞激活受体和配体之间的相互作用进行拮抗，HCMV UL16可与ULBP结合，竞争性抑制其与NK细胞表面激活受体NKG2D的结合，从而抑制NK细胞的细胞毒性作用[12]。

3 干扰免疫效应功能

3.1 抑制或调节细胞因子和趋化因子免疫系统细胞因子和趋化因子由细胞分泌的多肽组成，能够起始、协调和调控免疫细胞激活、增殖趋化和炎症过程。作为病毒靶目标的细胞因子或趋化因子包括 IFN-α、β、γ(immunoreactive fibronectin);IL-1、IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-8、IL-10、IL-12、IL-16、IL-18(白细胞介素);集落刺激因子;TNF(Tumor necrosis factor)等。病毒可以阻断细胞因子的产生，如干扰细胞因子和趋化因子合成或延迟细胞因子成熟;病毒还可以干扰细胞因子信号转导过程，如编码细胞因子和趋化因子受体同源物，或者病毒编码蛋白受体提供虚假信号和干扰趋化因子转运，或者病毒分子中和细胞因子和失活细胞受体等;最后，病毒可干扰细胞因子效应功能，如抑制或改变细胞因子转导通路。在丙型肝炎病毒(HCV)感染过程中，IFN调节因子3(interferon regulatory factor 3，IRF-3)是细胞抗病毒反应过程中的一个重要转录因子，它的活化可诱导IFN-α转录和分泌，并可直接刺激一些IFN效应基因转录。当病毒感染细胞时，病毒的复制产物如双链 RNA中间体诱发细胞的一系列激酶链锁反应，导致IRF-3羧基端特异性磷酸化。磷酸化使IRF-3的空间构象发生改变，IRF-3形成二聚体并转运到细胞核内，与一些转录共激活因子相互作用，激活IFN-α和一些抗病毒效应基因的转录。HCV的丝氨酸蛋白酶NS3/4A可能通过切割一个或多个未知的宿主细胞IRF-3信号转导通路中的靶蛋白分子，进而阻断病毒感染所诱发的IRF-3活化，抑制宿主的免疫反应[4]。在EB病毒感染过程中，涉及一系列细胞因子的变化，包括IL-10的产生和IL-2的水平下调。在病毒的增殖期，由 EB病毒基因BCRF1编码了一个胞内IL-10的同系物，称为病毒IL-10(vIL-10)，vIL-10不但抑制淋巴细胞和NK细胞合成干扰素，抑制巨噬细胞IL-1、IL-12和TNF，而且可以抑制巨噬细胞依赖性T细胞增殖[10]。EB病毒编码的BARF1蛋白可以抑制单核细胞分泌α干扰素。上述这些细胞因子在抗感染免疫中具有重要的作用。因此，它们水平的下调，有利于病毒对新的B淋巴细胞的再次感染和转化。

3.2 干扰补体系统补体反应是宿主抵御微生物感染的一种重要的非特异性反应，该反应通过经典途径和替代途径来激活，最后形成攻膜复合体，破坏病毒的囊膜或感染细胞的细胞膜。每条途径都由补体调节因子严格的调控。一些病毒如痘病毒、疱疹病毒编码的一些蛋白，其氨基酸序列与补体系统的调控蛋白有序列相似性，这些蛋白或通过结合补体调控因子来阻断补体激活，或者直接或间接地结合到补体上，介导病毒进入宿主细胞。牛痘病毒编码的两种SCR(short consensus repeat)蛋白是典型的补体调控蛋白。其中一种是病毒感染细胞分泌的35KD的蛋白(编码基因为C21L)，该蛋白与C4b结合蛋白的序列极为相似，能结合到C3b、C4b上，从而阻断补体激活的经典途径和替代途径，保护胞内病毒免受补体介导的中和作用[13]。

3.3 抑制靶细胞凋亡凋亡，即程序性细胞死亡，是T、B细胞成熟和免疫效应阶段杀伤感染细胞的一个正常机制。病毒感染可直接诱导凋亡，被病毒感染的细胞的死亡将严重限制病毒的复制和病毒蛋白的表达，子代病毒颗粒释放之前免疫系统通过杀死宿主细胞而限制病毒感染，而且病毒在复制和繁殖时需要细胞蛋白，因此，在漫长的进化过程中，病毒发展了各种机制在感染时期延迟或抑制细胞的死亡，抗拮凋亡的发生，以便进行病毒蛋白的合成、装配和复制。EB病毒编码的LMP-1蛋白可诱导细胞表达Bcl-2蛋白。Bcl-2蛋白是细胞内与膜相关的多肽，可抑制许多类型细胞的凋亡[12]。病毒DNA复制的进行需依赖宿主细胞代谢提供足够的dNTPs，而HCMV有其独特的调节宿主细胞dNTPs生物合成机制。病毒通过特定方式刺激细胞中相关酶的表达，使细胞感染HCMV后不能进行有丝分裂，抵抗了宿主细胞的凋亡[14]。

3.4 病毒自身产生调节因子逃避免疫监视病毒负性调节因子(negative regulate factor，Nef)是HIV的调节蛋白之一，其生物学活性在不同灵长类慢病毒中高度保守，可以通过调节宿主细胞膜表面的受体，结合多种重要的信号转导分子，影响DC细胞、巨噬细胞、T细胞和B细胞及NK细胞等的免疫活性，破坏机体的免疫功能，逃避免疫监视，使HIV病毒不能被机体清除，从而在获得性免疫缺陷综合征(acquired immunodeficiency syndrome，AIDS)的发病中具有重要的作用[15]。HBV-DNA复制过程中存在校读偏差，这是HBV-DNA序列异质性存在的内因，其次HBV还要受到机体的免疫系统及抗病毒药物的选择压力等外因的影响。

3.5 潜伏病原体逃避免疫监视潜伏病原体是逃避免疫监视的一种重要形式。几乎所有的疱疹病毒都有潜伏能力，而且潜伏几乎是终身的。VZV(水痘-带状疱疹病毒)潜伏时，转录和表达都被尽可能的抑制，其DNA没有整合到细胞的DNA中而是以游离基因形式存在于细胞中[16]，但具体的病毒与细胞如何相互作用维持潜伏状态尚不清楚。

病毒逃避机体抗感染反应的机制还有很多，如表达Fc受体、分子粘附素以及超抗原、合成类固醇相似物等机制。这些机制是病毒在宿主体内能有效复制和赖以生存的条件，同时也是共同进化的结果。通过研究病毒基因编码的与其免疫逃避相关的蛋白，使病毒学研究有了一个新的范畴，将有助于阐明病毒病理学机理，为研制出新的病毒疫苗和抗病毒药物打下了坚实的基础。

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