口蹄疫病毒抑制宿主天然免疫应答研究进展

2018-09-10张向乐朱紫祥郑海学

中国动物传染病学报 2018年4期

张向乐，朱紫祥，郑海学

（中国农业科学院兰州兽医研究所家畜疫病病原生物学国家重点实验室口蹄疫国家参考实验室，兰州730046）

口蹄疫（foot-and-mouth disease，FMD）是一种烈性动物传染病。FMD的病原为口蹄疫病毒（Foot-and-mouth disease virus，FMDV），主要感染家畜猪、牛、羊和多种偶蹄类野生动物。患病动物主要症状为发热，口腔、蹄部以及泌乳动物的乳头和乳房周围形成水泡[1,2]。FMD具有极强的传染性，一旦发生，会迅速传播，特别是在高密度饲养的畜群或没有及时监测的区域极易大面积流行。FMD的流行严重扰乱畜牧生产，阻碍不同国家间动物及动物源性食品的正常贸易，对其防控也消耗大量的人力和物力[3,4]。FMDV为小RNA病毒科、口蹄疫病毒属的成员，具有7种血清型，分别为O、A、C、SAT1、SAT2、SAT3和Asia1。FMDV抗原高度变异，表现出抗原多样性，不同血清型间无抗原交叉保护现象[5]。

FMDV是典型的免疫抑制性病毒，感染宿主后能够引发显著的免疫抑制，不仅影响疫苗的免疫效果，而且影响宿主对其他病原的抵抗能力[1]。宿主天然免疫系统在机体抵抗病原感染过程中发挥着至关重要的作用，是机体抵抗外来病原入侵的第一道防线[6]。而FMDV能够通过一系列机制抑制宿主天然免疫信号通路的激活，促进自身复制，维持病毒对宿主的感染[7]。开展FMDV对天然免疫应答调控的研究，有助于阐明FMDV的致病机制，为基因工程疫苗改造提供依据和思路。本文着重对FMDV抑制宿主天然免疫应答的机制进行阐述，希望能为FMD的防控提供参考。

1 口蹄疫病毒前导蛋白Lpro对天然免疫应答的抑制

Lpro作为FMDV的水解酶，不仅直接参与病毒自身的复制，而且在免疫抑制过程中发挥着重要的作用。Lpro至少以三种机制来拮抗宿主的天然免疫应答[8]，其中研究较早也较多的一类机制是 Lpro特异性切割真核宿主翻译起始因子（eukaryotic initiation factor，eIF）4GI和4GII，阻止了宿主细胞中加帽mRNA的募集[9]，从而抑制天然免疫下游抗病毒分子的合成和释放。但在此过程中，病毒蛋白的合成并不受影响，仍能够通过内部核糖体进入位点（internal ribosome entry sites，IRES）被翻译出来[10,11]。另外两种机制分别是病毒诱导的 NF-κB的特异性切割以及天然免疫信号分子的去泛素化。FMDV Lpro诱导p65/RelA（NF-κB的关键组分）降解，导致宿主细胞IFN-β转录的下调，从而抑制宿主天然免疫应答[12,13]。但至今未发现p65/RelA具体的酶切位点以及酶切后的产物，所以Lpro对p65/RelA的降解机制仍不明确。对Lpro进行序列分析以及生物信息学结构预测发现其具有去泛素化酶结构功能域，且去泛素化功能位点（Cys51和His148）在FMDV的7种血清型中是高度保守的。Lpro与一种去泛素化酶USP14的拓扑结构非常相似。目前已有实验证实Lpro具有去泛素化活性，可以显著抑制视黄酸可诱导基因（ retinoic acid inducible gene I，RIG-I）、TANK-结合激酶1（TANK binding kinase I，TBK1）、TNF受体结合因子6（TNF receptor associated factor 6，TRAF6）和TRAF3这些天然免疫信号通路关键分子的泛素化，进而抑制天然免疫应答[13]。

2 口蹄疫病毒蛋白水解酶3Cpro对天然免疫应答的抑制

3Cpro蛋白酶具有切割不同宿主蛋白的能力[14]，如3Cpro参与组蛋白H3的裂解，H3的氨基末端与真核细胞染色体转录活性的调节有关，3Cpro裂解H3改变了染色体的转录，最终使宿主细胞的翻译受阻[15]。3Cpro同样可以切割宿主eIF4A和eIF4G，抑制宿主抗病毒蛋白的合成，但其对eIF4A和eIF4G只能部分切割，并不能完全阻断细胞的翻译[16,17]。3Cpro能够降解模式识别受体LGP2和RIG-I，促进FMDV的复制[18,19]。3Cpro亦能降解天然免疫关键分子NEMO，影响NF-κB的入核，抑制下游抗病毒基因表达。3Cpro能够降解入核因子KPNA1，阻断STAT1的入核，抑制干扰素（interferon，IFN）的产生[20]。3Cpro还可以影响IRF3的磷酸化，阻碍IRF3的入核，进而阻碍IRF3诱导I型干扰素产生。同时，3Cpro也能够显著抑制OAS2、ISG54、RANTES、IP-10和IFN-λ1等细胞因子的产生，而这些细胞因子对干扰素调节因子的产生和活性极为重要。JAK-STAT通路在天然免疫应答中发挥着重要作用，3Cpro可以阻断JAKSTAT通路中关键分子STAT1/STAT2的入核，进而抑制下游抗病毒基因的表达，抑制天然免疫反应[21]。3Cpro还能够通过溶酶体路径降解双链RNA依赖的蛋白激酶PKR。PKR是天然免疫通路中非常重要的抗病毒蛋白。3Cpro对PKR的降解并不依赖水解酶活性[22]。因此，3Cpro除了依靠蛋白水解酶活性发挥抑制天然免疫的功能，可能还通过其他方式发挥免疫抑制功能。

3 口蹄疫病毒非结构蛋白2B对天然免疫应答的抑制

FMDV 2B蛋白具有寡聚化形成跨膜孔道，增加宿主细胞膜通透性，扰乱宿主细胞Ca2+体内平衡，诱导宿主细胞发生自噬等特性[23,24]。研究同时发现，FMDV 2B蛋白可以降解模式识别受体RIG-I和LGP2，抑制宿主抗病毒反应，促进FMDV复制。2B蛋白对RIG-I和LGP2介导的抗病毒作用的抑制是2B蛋白直接与RIG-I及LGP2结合而降低RIG-I与LGP2的蛋白水平，这种降低作用并不依赖于蛋白酶体、溶酶体或自噬路径，其具体分子机制仍不清楚[18,19]。通过酵母双杂交及免疫共沉淀方法发现FMDV 2B蛋白可以与宿主亲环蛋白A（CypA）发生互作，而且在病毒感染状态下，也证实了这种互作。CypA可以降解FMDV Lpro和3A蛋白，Lpro和3A蛋白能够抑制天然免疫应答，而2B蛋白与CypA的互作直接抑制了CypA对Lpro和3A蛋白的降解，进而抑制宿主天然免疫应答[25]。CypA还可以促进RIG-I的泛素化从而促进天然免疫发生[26]，而2B蛋白与CypA的互作是否影响RIG-I的泛素化修饰仍不清楚。

4 口蹄疫病毒非结构蛋白3A对天然免疫应答的抑制

FMDV 3A蛋白与宿主嗜性及病毒毒力有关，与膜相关性及调控宿主蛋白的分泌有关联[1,27]。3A蛋白还可以增强病毒3D聚合酶与病毒RNA的结合，促进病毒的复制[28]。利用I型干扰素报告系统证实3A蛋白能够抑制IFN-β信号通路活化，进一步研究发现3A蛋白抑制天然免疫分子RIG-I、MDA5和VISA蛋白的表达，同时3A蛋白与RIG-I、MDA5和VISA蛋白有相互作用，抑制信号转导复合体的形成。3A蛋白还抑制天然免疫接头分子RIG-I、MDA5和VISA蛋白mRNA的表达水平[29]。因此3A蛋白可以通过多种机制抑制宿主天然免疫应答，也同样是FMDV感染过程中抑制天然免疫应答的重要因子之一。

5 口蹄疫病毒结构蛋白VP1对天然免疫应答的抑制

VP1是FMDV最重要的抗原蛋白，能够诱导中和抗体的产生[5]。VP1还能诱导细胞凋亡的发生，促进病毒的复制[30]。通过酵母双杂交实验及免疫共沉淀实验发现VP1可以与可溶性耐药相关钙结合蛋白（Sorcin）发生相互作用。Sorcin蛋白是天然免疫信号通路中的一个负调节因子。VP1可以与Sorcin结合，活化转录因子STAT3，STAT3的活化能够抑制IKK的活化而抑制NF-κB通路的活化，进而最终使得I型干扰素及部分细胞因子的表达受到抑制[31]。这表明VP1在FMDV感染过程中发挥着免疫抑制作用。

6 口蹄疫病毒结构蛋白VP3对天然免疫应答的抑制

VP3作为FMDV的结构蛋白，在病毒组装过程中发挥着重要作用[1]。研究发现VP3能够抑制I型干扰素通路活化，还能够抑制天然免疫接头分子VISA蛋白的表达。进一步分析证实VP3抑制天然免疫接头分子VISA蛋白mRNA的表达水平，而且VP3能够与VISA蛋白发生相互作用，抑制VISA调控的复合体形成，进而抑制IRF3二聚体化及其磷酸化，抑制IFN-β及干扰素诱导的抗病毒基因表达，促进FMDV的复制[32]。JAK1在天然免疫应答过程中发挥着非常重要的作用，VP3可以与宿主蛋白激酶JAK1蛋白发生相互作用抑制其表达，并通过溶酶体途径降解JAK1蛋白，抑制JAK-STAT通路活化，减少干扰素诱导的抗病毒基因表达[33]。因此，VP3蛋白通过多阶段阻断的方式抑制宿主天然免疫应答。

综上所述，FMDV感染宿主细胞过程中，通过多种病毒蛋白，以多途径阻断的方式发挥免疫抑制作用，机制较为复杂（图1）。目前一些问题仍尚未阐明，例如，已鉴定的具有免疫抑制功能的病毒蛋白间是否具有协同效应？这些病毒蛋白的哪些功能域或关键位点参与了免疫抑制？除了已鉴定的蛋白和通路，是否还有其他蛋白或者通路也参与免疫抑制过程？总之，FMDV感染后，其多个病毒蛋白通过发挥天然免疫抑制功能，造成宿主免疫力低下，进一步导致体液免疫应答受到抑制，造成病毒的快速复制和持续感染，并增加了宿主感染其他病原体的风险，使动物发生疾病的情况复杂化，给诊断和防控带来一系列问题。深入阐明FMDV感染过程中的免疫抑制机制，将有助于制定相应诊断方案和防控策略。