半乳糖凝集素(Galectin)与HIV相关性研究进展

傅春燕，薛 婧，魏 强

(北京协和医学院比较医学中心，中国医学科学院医学实验动物研究所，卫生部人类疾病比较医学重点实验室，国家中医药管理局人类疾病动物模型三级实验室，北京 100021)

1 引言

半乳糖凝集素(galectin)是凝集素超级家族中的一员，广泛分布于线虫、海绵到哺乳等各种动物体内。其成员众多，自1975年报道第一个哺乳动物galectin以来，现已发现15个成员，其在结构上均具有保守的糖识别结构域(carbohydrate-recognition domain，CRD)，对 β-半乳糖具有特殊的亲和力，通过识别宿主表面的糖蛋白发挥作用［1］。根据其分子结构的不同可将galectin划分为三类:原型、嵌合型、串联重复型。原型:含有单一的糖类识别结构域 CRD，包括 galectin-1、2、5、7、10、13、14、15;嵌合型:包含一个糖类识别结构域CRD和一个胶原蛋白样重复结构域，galectin-3是其唯一成员;串联重复型:两个 CRD 串联融合，包括 galectin 4、6、8、9、12［2］。Galectin广泛表达在各种组织细胞中，包括肌肉、心脏、胎盘、骨髓、肝脏;上皮细胞、内皮细胞、单核细胞、巨噬细胞、树突细胞、T细胞、B细胞等。其在细胞黏附、细胞凋亡、炎症反应、肿瘤转移等许多生理和病理过程中发挥重要的作用［3－6］。近年来，研究发现galectin与HIV之间存在着一定的关系，主要表现在:其中的一些成员能够促进HIV感染，一些成员能够使HIV感染的细胞发生凋亡。

人类免疫缺陷病毒 (human immunodeficiency virus，HIV)于 1983 年首次在美国发现［7］。它是一种感染人类免疫细胞的慢病毒(Lentivirus)，属反转录病毒的一种。该病毒破坏人体的免疫系统，导致免疫系统失去抵抗力，进而导致各种疾病及癌症得以在人体内生存，发展到最后导致获得性免疫缺陷综合症(AIDS)。虽然，鸡尾酒疗法的发明与广泛应用延缓了大多数感染者的发病时间，使感染者体内的病毒数可以降低至无法验出的状况，使死亡率大幅下降，但是该方法并未使艾滋病患者得到彻底根治［8］，艾滋病仍是全球人类健康的重大威胁，据报道，截至2011年6月底世界上约有6 400万人感染艾滋病毒，而2 500万人死亡，每天平均有7 000宗新病例［9］。

鉴于半乳糖凝集素(主要是galectin-1、galectin-3和galectin-9)与HIV-1感染及HIV-1感染细胞凋亡的关系，学者们相信深入该领域的研究将有助于艾滋病发病机制的了解，并利于艾滋病治疗新药的研发。本文就半乳糖凝集素与HIV-1感染及HIV-1感染细胞凋亡关系的研究进展作简要综述。

2 Galectin对HIV-1感染性的调节

早期研究表明，HIV优先感染活化的CD4+T淋巴细胞，艾滋病毒进入CD4+T淋巴细胞首先是通过病毒与细胞膜的融合来完成的［10］。该融合过程涉及到病毒表面膜蛋白(gp120和gp41)与细胞表面受体蛋白(CD4和CCR5等)之间的相互作用。HIV-1病毒包膜蛋白gp120和gp41在病毒感染中起着重要的作用。在病毒进入细胞的过程中，gp120先和CD4分子结合，发生构象改变，进而导致gp41构象的变化，使病毒包膜和细胞膜融合而感染细胞［11］。

2.1 Galectin-1对HIV-1感染性的调节

HIV附着到靶细胞表面是通过病毒表面的env蛋白和细胞表面的受体CD4相互作用后侵入细胞。物理性的接触使得env蛋白的构象发生变化，导致病毒与细胞膜融合，进而完成病毒的复制周期。因此env-CD4相互作用在膜融合阶段是非常重要的。但是，即使env在感染早期与CD4具有一定的亲和性，但在体内，由于机体免疫系统等障碍的存在，总体来说env蛋白与CD4分子的亲和性并没有那么高，有实验证明可以在37°C达到动力学平衡，因此病毒有效的建立感染是有一定的难度。而研究表明，galectin不仅能够介导细胞与细胞间的相互作用，也能够介导细胞与病原体之间的相互作用，Christian St-Pierre等在单核细胞来源的巨噬细胞中的研究表明低浓度的galectin-1能够增加HIV的感染性。其主要机制是:galectin-1作为一中间体，既能与病毒包膜蛋白gp120结合，又能与靶细胞表面的CD4分子结合，它通过β-半乳糖苷方式结合到env糖蛋白gp120表面的N-糖基化位点，又可以优先结合到CD4糖蛋白表面。HIV-1利用galectin-1增加gp120-CD4相互作用，稳定的粘附到靶细胞表面，增加了感染效率。

2.2 Galectin-9对HIV-1感染性的调节

2.2.1 Galectin-9与T细胞免疫球蛋白黏蛋白3(T cellimmunoglobulin and mucin domain-containing molecule 3，Tim-3)的相互作用:在免疫系统中，galectin-9起着多种多样的作用，例如:调节性T细胞(Treg)的分化和功能、树突细胞的成熟、抗病毒免疫都与 galectin-9 有一定的关系［12－17］。Galectin-9主要有两个受体:T细胞免疫球蛋白黏蛋白3(T cell immunoglobulin and mucin domain-containing molecule 3，Tim-3)和细胞表面二硫键异构酶(protein disulfide isomerase，PDI)。大部分galectin-9在T细胞上的功能是通过与Tim-3的结合而起作用的。T细胞免疫球蛋白粘蛋白分子3(Tim-3)是一种Ⅰ型膜表面蛋白分子，属于新近发现的T细胞免疫球蛋白粘蛋白分子家族的一员。Tim-3分子只选择性表达在分化的Th1细胞而不是Th2细胞上，可以作为新的区分Th1和Th2细胞的表面标志。研究显示，Tim-3还表达于多种细胞组织，包括CD8+T细胞、Th17细胞、巨噬细胞、树突细胞、肿瘤细胞、上皮细胞等。Tim-3分子通过与CD4+CD25+调节性T细胞和抗原提呈细胞上表达的Tim-3配体相互作用，抑制Th1免疫应答，在自身和异体免疫性疾病以及免疫耐受中起着重要作用。最近研究表明，galectin-9通过与Tim-3的相互作用，能够显著的降低活化的CD4+T淋巴细胞上的 CCR5，CXCR4 和 α4β7 的表达量［18］。因此，galectin-9通过这种途径降低HIV对CD4+T淋巴细胞的感染。并且，galectin-9还能够限制病毒在已感染的CD4+T淋巴细胞中的复制。

2.2.2 Galectin-9与二硫键异构酶(protein disulfide isomerase，PDI)相互作用促进HIV感染:二硫键异构酶家族是一类在内质网中起作用的巯基-二硫键氧化还原酶，是一种内质网滞留蛋白，为多功能蛋白质，它们通常含CXXC(Cys-Xaa-Xaa-Cys，CXXC)活性位点，活性位点的两个半胱氨酸残基可催化底物二硫键的形成、异构及还原。所有PDI家族成员包含至少一个约100个氨基酸残基的硫氧还蛋白同源结构域。PDI家族的主要职能是催化内质网中新生肽链的氧化折叠，另外在内质网相关的蛋白质降解途径(ERAD)、蛋白质转运、钙稳态、抗原提呈及病毒入侵等方面也起重要作用。研究表明PDI通过改变病毒融合蛋白的构象及细胞表面的受体，使病毒更易于进入靶细胞。最近研究显示，PDI是galectin-9在活化的T淋巴细胞表面的受体，并且能够和HIV包膜蛋白gp120、靶细胞表面CD4分子、辅助受体CXCR4形成复合物［19］，这表明了 galectin-9通过与PDI的相互作用能够促进HIV感染。

3 Galectin对HIV-1感染细胞凋亡的影响

细胞凋亡(apoptosis)，又称程序性细胞死亡(PCD)，是一种精确调节的细胞死亡过程，是目前生物界最热门的研究领域之一。细胞凋亡之所以引起学者们的广泛关注，在于它在保证许多生物的健康生存上起到了十分关键的作用。细胞凋亡是免疫应答和免疫调节的重要形式之一，也是免疫学的一个重要研究课题。1972年，Kerr首先提出细胞凋亡是不同于坏死的一个主动的自我破坏过程。1980年，Wyllie等在糖皮质激素诱导胸腺T细胞死亡的过程中，观察到一系列形态学和生物化学的变化，与常规坏死不同，认为这是细胞内基因调控发生的有序的死亡过程，并提出了细胞程序性死亡(PC)的概念。对免疫学来说，细胞凋亡有特殊的意义。免疫系统识别外来异物和自身组织的形成，必须依靠对自身起反应的淋巴细胞的删除，而这种删除主要是通过细胞凋亡来完成的。淋巴细胞对靶细胞的杀伤过程部分也是通过靶细胞凋亡实现的。细胞凋亡如果出现紊乱，机体可能出现严重的病理状态，如肿瘤、白血病、自身免疫性疾病(类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、强直性脊柱炎等)、免疫缺陷等。

研究表明，galectin通过糖依赖的形式，特异地结合糖蛋白以正向或反向调节细胞凋亡。例如:细胞外的galectin-1能够直接诱导T细胞和胸腺细胞的凋亡;细胞内的galectin-3则能够阻止T细胞的凋亡;细胞内的galectin-7也有诱导凋亡的功能，如诱导上皮细胞凋亡［19］。Galectin-1和 galectin-3是目前galectin家族中研究最多的成员，因为他们表达最广泛。虽然研究显示galectin-1和galectin-3都能诱导细胞凋亡，但是它们是通过不同的途径诱导T细胞凋亡。它们识别不同的T细胞表面糖蛋白受体，galectin-1 的主要受体为 CD7、CD45、CD43，而galectin-3 的主要受体为 CD45、CD71［20］。

最近研究发现，HIV-1感染的T细胞表面糖蛋白的糖基化发生改变，比如唾液酸化的减少、核心2-O聚糖的增加。Galectin-1能识别这种糖基化的改变，从而诱导活化的T淋巴细胞的凋亡。目前，galectin-1诱导T细胞的凋亡的机制仍存在着争议，有人认为galectin-1诱导T细胞凋亡是通过Fas/caspase-8信号通过完成的［21］，然而另一些研究者却不同意这个观点。但可以确定的是，galectin-1诱导T细胞的凋亡与细胞表面糖蛋白的糖基化改变相关，因为研究者发现，一旦细胞表面糖蛋白的唾液酸化增加，galectin-1诱导的细胞凋亡会被抑制，而细胞表面糖蛋白的唾液酸化减弱，galectin-1诱导的凋亡效应则增强。另外，核心2 O-聚糖能够为聚乳糖胺提供延伸位点，这是galectin-1诱导T细胞凋亡所需要的［22］。

4 小结

Galectin作为免疫调节剂，在免疫系统中发挥着多种多样的作用。Galectin与HIV感染及HIV感染的细胞凋亡密切相关。迄今为止，研究主要集中于T细胞，对相应的机制也有不同的了解。HIV也感染其它免疫细胞，galectin、HIV感染与其它免疫细胞的关系及相应的机制也值得深入研究。另外，在深入研究的基础上，有可能为研发出基于galectin的抗AIDS新药提供新的线索。

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