载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽家族在病毒性疾病中的研究进展

杨阳 任怡 齐瑞群 高兴华

载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽家族在病毒性疾病中的研究进展

杨阳 任怡 齐瑞群 高兴华

载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽家族是一种通过脱氨酶作用编辑DNA和RNA序列的抗病毒活性蛋白分子。最初载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽3家族因具有抑制HIV复制的作用而得到关注。随着研究的深入，发现载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽家族在与人类疾病密切相关的其他病毒感染如人类嗜T细胞病毒、丙型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、人乳头瘤病毒、单纯疱疹病毒中同样发挥重要作用。此外，载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽的编辑作用不仅是病毒基因多样性和进化性的来源，也是肿瘤发生的重要原因。

病毒性疾病；载脂蛋白B类；肽类

在众多干扰素刺激基因中，载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽（APOBEC）的研究最为广泛。大量证据显示，APOBEC通过脱氨酶作用诱导胞嘧啶或脱氧胞嘧啶突变为尿嘧啶或脱氧尿嘧啶，从而抵抗病毒感染［1］。然而这种碱基修饰作用除可清除外来DNA外，尚可激活自身修复系统、DNA去甲基化、突变和重组，甚至在肿瘤发生过程中也起重要作用［2］。因此，APOBEC在相关的病毒感染性疾病中的作用应该引起足够重视。

1 人类APOBEC家族分型

人类APOBEC家族共有11个成员，包括位于12号染色体的APOBEC1和诱导活化脱氨酶（AID），6号染色体的APOBEC2，22号染色体上的7个APOBEC3亚型及位于1号染色体上的APOBEC4。每个成员含有1个或2个锌指样催化结构域，该结构域由保守的氨基酸序列H-X-E-X（23-28）-P-C-X（2-4）-C构成（X代表任意氨基酸）。已知的APOBEC家族成员均为胞苷脱氨酶，主要通过3种方式与底物相互作用：DNA编辑、RNA编辑和非编辑方式。APOBEC1是最早发现的APOBEC家族成员，主要参与RNA编辑，导致载脂蛋白B翻译提前终止，生成了载脂蛋白B100蛋白的截短形式载脂蛋白B48［3］。AID主要参与编辑单链DNA，更偏向作用于WRC序列（W代表A或T；R代表A或G），在抗体类型转换重组、体细胞高突变和基因转化中发挥重要作用。AID基因缺陷可引发2型高IgM综合征及IgG、IgA、和IgE抗体类型的缺失［4］。APOBEC2主要在心脏、骨骼肌的肌肉发育中发挥作用。APOBEC3A作用于单链DNA，表达在CD14+的单核细胞和巨噬细胞中，也表达于银屑病和正常的角质形成细胞中［5］。起初发现，APOBEC3A的脱氨酶活性并不引起DNA突变，提示可能存在一种非依赖于催化活性的作用机制［6］。随着研究深入，逐渐在人乳头瘤病毒（HPV）［5］、Rous肉瘤病毒［7］和人类嗜 T 细胞病毒（HTLV）Ⅰ型［8］中发现，APOBEC3A也具有编辑外来DNA，引起病毒基因突变、阻碍病毒复制的功能。APOBEC3B同样作用于DNA，表达于肠道、子宫及乳腺等部位，其基因缺失可引起HBV清除能力的减弱，易诱发肝癌［9］。APOBEC3G是第一个被发现能够抗HIV病毒的细胞因子，其抗病毒能力最强，可使HIV反转录产生的cDNA负链dC脱氨基为dU，引起正链G-A的超突变，以降低HIV的感染。不仅如此，APOBEC3G还具有广谱的抗逆转录病毒能力，可促使乙型肝炎病毒G高突变为A，从而抑制病毒复制，发挥固有免疫的作用［10］。

2 APOBEC在病毒性疾病中的作用

2.1 在HIV中的作用：HIV是逆转录病毒家族中的一员，属于慢病毒属。HIV除可通过逆转录酶生成cDNA感染宿主细胞外，尚可编码多种调节蛋白提高病毒复制及载量。APOBEC家族成员在HIV感染中均发挥作用，尤以APOBEC3G报道最为广泛，其次是APOBEC3F和APOBEC3DE，APOBEC3B也具有较弱的抗HIV活性。APOBEC蛋白在HIV反转录成cDNA阶段，造成其cDNA上碱基突变，胞嘧啶突变为尿嘧啶，导致HIV功能丧失，感染概率下降。同时还可通过激活宿主的免疫系统对抗病毒感染，如激活针对HIV特异性的CD8+细胞毒T细胞和自然杀伤细胞［11］。然而HIV会编码一种叫做病毒感染因子的蛋白来抵制APOBEC家族的攻击。该蛋白可通过蛋白酶体诱导APOBEC3G的降解，还可同时连接APOBEC3G和泛素连接酶复合体，导致APOBEC3G的泛素化而降解［12］。除此之外，病毒感染因子还能够通过阻碍APOBEC3G包装进入病毒颗粒及干扰其mRNA翻译的途径降低蛋白表达［13］。这样在没有病毒感染因子蛋白存在时，APOBEC3G的病毒抑制效果最为突出，可使近50%以上的HIV序列产生突变；而在病毒感染因子存在情况下，则主要依赖于不受其调节的APOBEC3B发挥作用。在临床研究中发现，APOBEC3 mRNA表达水平同患者体内CD4+T细胞数量呈正比，与HIV病毒载量成反比［14］。此外，APOBEC3G蛋白在HIV阴性患者体内表达水平高于HIV阳性患者，同样提示APOBEC家族分子具有潜在的抗病毒活性。正因为有分子生物学水平和临床层面的研究结果，分子干预疗法逐渐成为近年来治疗HIV的新手段，然而如何进一步提高APOBEC家族的活性，抑制病毒复制、促进高突变，降低APOBEC3G在病毒感染因子存在情况下的降解以及诱导病毒感染因子自身的降解成为了新的研究热点。

2.2 在HTLV中的作用：HTLV属于逆转录病毒中的反转录病毒属。绝大多数感染HTLV者无任何临床症状，只有大约5%的感染者可能发展为成人T细胞白血病，另有1%～2%的患者发展为HTLV相关的脊髓/热带痉挛性下肢轻瘫［15］。与HIV一样，HTLV感染的细胞类型同样是CD4+T细胞，推测APOBEC蛋白家族在此感染中同样发挥重要作用；而与之不同的是，HTLV无法编辑病毒感染因子样拮抗蛋白，因此不能诱导APOBEC的降解［8］。研究发现，HTLV序列几乎不存在突变位点，突变率仅为0.1%～5%之间。至今，在HTLV感染患者的外周血中尚未发现突变点。尽管如此，在感染HTLV患者的细胞中仍可发现GG、GA和GC的少量突变，提示APOBEC3G和其他成员在此过程中发挥作用。突变率低很可能是因为该病毒对APOBEC家族作用不敏感或对其存在一定程度的抵制。

2.3 在HPV中的作用：HPV是双链DNA病毒，为乳头瘤病毒家族中的一员。在病毒与人类肿瘤关系的研究中，HPV的作用最为明确。Vartanian等［5］通过检测9例HPV16阳性的宫颈癌癌前病变组织和6例HPV1α阳性的跖疣样本，结果显示，HPV的两条DNA链均可被APOBEC编辑。另有研究表明，APOBEC3A和3G可诱导HPV16的早期基因2中C到U的突变［16］，进一步阐明APOBEC家族在HPV感染中发挥作用。

2.4 在乙型肝炎病毒中的作用：据估计目前全世界约有20亿人感染乙型肝炎病毒，2.4亿人有慢性肝炎病毒感染的病史。大量证据表明，乙型肝炎病毒基因容易受到APOBEC3蛋白家族的作用，这种编辑作用主要发生在负链DNA上，引起对应的正链G-A的突变。此外，正链中也可见到C-T的突变。可见乙型肝炎病毒双链DNA均可受到APOBEC3蛋白编辑［17］。在研究APOBEC3G中发现其可以降低高达30倍的病毒载量。除了编辑依赖性途径外，APOBEC3家族还可通过抑制病毒前基因RNA的包装，阻碍反转录等非编辑途径抑制病毒复制，清除感染［18］。

2.5 在丙型肝炎病毒中的作用：尽管有研究显示，APOBEC3G能够在体外抑制丙型肝炎病毒复制，但并未发现病毒序列的突变，提示APOBEC家族很有可能依赖的是非编辑途径。与其他病毒不同，在正常肝脏组织和肝细胞系中，APOBEC3G蛋白表达水平较低，而在感染丙型肝炎病毒的组织和淋巴细胞中表达显著提高，推测是一种反应性的增加，以对抗病毒感染，保护机体肝脏功能。目前，APOBEC在治疗丙型肝炎病毒过程中取得了一定效果，通过增加感染细胞中APOBEC3G表达水平可以显著抑制丙型肝炎病毒复制，为临床治疗工作开辟了新的道路［19］。

2.6 在人疱疹病毒中的作用：人疱疹病毒是一组具有包膜的双链DNA病毒，与多种疾病密切相关，且常以潜伏状态持续存在，当宿主免疫功能低下时可多次复发。Suspene等［20］在人单纯疱疹病毒感染患者的口腔皮损中检测到病毒基因的高突变，且发现体外过度表达APOBEC3C可使病毒滴度下降4倍，病毒传染性下降10倍以上。除APOBEC3外，APOBEC1也可通过多种途径抑制该病毒的复制。

3 APOBEC在肿瘤中的作用

APOBEC蛋白家族在病毒性疾病中发挥了不可替代的作用，然而其致突变性在肿瘤发生中的负面影响同样不可小视。突变后除可诱导机体正常修复外，尚可引起DNA甲基化、重组以及修复的不彻底［3］，这些均是肿瘤发生的重要诱因。研究发现，APOBEC在乳腺癌、宫颈癌、膀胱癌等癌症中的突变作用广泛存在并与其mRNA水平相一致，且该突变位点正是胞嘧啶［21］。该结果是偶发事件，还是突变机制中无法避免的不良反应，亦或属于诱导突变功能的必须条件，均需进一步研究。

综上所述，尽管APOBEC蛋白家族与人类病毒性疾病的关系和作用机制较为明确，但是否在免疫系统中具有其他作用机制、与机体的细胞因子是如何相互作用的以及在人类肿瘤性疾病中发挥的功能等问题仍是今后研究的重点。

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Apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide family in virus-related diseases

Yang Yang,Ren Yi,Qi Ruiqun,Gao Xinghua.Department of Dermatology,First Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China

Gao Xinghua,Email:gaobarry@hotmail.com

The apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide （APOBEC） family are a group of active antiviral proteins that can edit DNA and RNA sequences by deamidizing enzymes.The APOBEC-like 3 （APOBEC3） family was firstly noticed forits inhibitory effectagainsthuman immunodeficiency virus type 1 （HIV-1） infection.With the development of research,the APOBEC family have been found to play an important role in other viral infections closely related to human diseases,such as human T-cell lymphotropic virus （HTLV）,hepatitis C virus （HCV）,hepatitis B virus （HBV）,human papilloma virus（HPV）,herpes simplex virus （HSV）,etc.In addition,the editing function of the APOBEC family contributes not only to viral genetic diversity and evolution,but also to tumorigenesis.

Virus diseases;Apolipoproteins B;Peptides

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.01.017

2012年卫生公益性行业科研专项经费（201202013）

110001沈阳，中国医科大学附属第一医院皮肤科

高兴华，Email:gaobarry@hotmail.com

本文主要缩写：APOBEC：载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽，AID：诱导活化脱氨酶，HPV：人乳头瘤病毒，HTLV：人类嗜T细胞病毒

2014-02-17）