Viperin抑制黄病毒属感染作用机制研究进展

许淑娟， 谢晶莹， 冯若飞*

(1.西北民族大学 生物医学研究中心 生物工程与技术国家民委重点实验室，甘肃 兰州 730030；2.甘肃农业大学 动物医学院，甘肃 兰州 730070)

抗病毒免疫因子(Virus inhibitory protein，endoplasmic reticulum-associated，interferon-inducible，Viperin)是近年来发现的具有重要免疫活性的宿主蛋白。Zhu等[1]在研究人巨细胞病毒(Cytomegalovirus，HCMV)感染人原代成纤维细胞的过程中发现2个转录增高的基因片段，分别命名为cig5和cig33。之后，Chin等[2-3]从HCMV感染的细胞中克隆了一段cDNA序列，经比对发现这段cDNA与cig5和cig33的融合序列高度相似，将其命名为Viperin。人类Viperin蛋白由361个氨基酸编码，分子质量约为42 kD。在目前已知的物种中，Viperin蛋白有3个不同的结构域：易突变的氨基端结构域、高度保守的SAM结构域(S-adenosyl methionine，SAM)和羧基端结构域。氨基端结构域包含的两亲性α螺旋具有介导Viperin定位到内质网(ER)和脂筏上的功能[4]。SAM结构域包含4个保守的模序，其中模序1(M1)包含3个半脫氨酸残基CxxxCxxC基序，该基序参与[4Fe-4S]簇的形成[5-6]。羧基端结构域可能参与蛋白和蛋白相互作用或介导酶活性的底物识别。Viperin抵抗病毒感染时，会因为病毒的类型不同而发挥不同功能域的作用。基因图谱微阵列研究表明，Viperin基因是最容易诱导的干扰素刺激基因(Interferon-stimulated genes，ISGs)之一[7]。在正常情况下，该蛋白在细胞中表达水平较低，受到干扰素(IFN)、双链 DNA、双链 RNA 类似物(Poly I：C)、脂多糖(Lipopoly saccharide，LPS)及多种病毒诱导后表达水平会上升。近年来，在Viperin的抗病毒研究中发现，Viperin不仅能够与某些病毒蛋白发生相互作用，抑制病毒增殖，而且能够与细胞内脂筏形成的相关蛋白进行相互作用，阻止病毒出芽，达到抗病毒效果[8]。黄病毒是一类通过节肢动物传播的病毒，每年有数百万人感染黄病毒。多数黄病毒属于嗜神经病毒，它们会引起严重的脑炎，甚至死亡。目前研究发现黄病毒属病毒拥有7种非结构蛋白(NS1、NS2A、NS2B、NS3、NS4A、NS4B和NS5)和3种结构蛋白(衣壳蛋白C、包膜蛋白E和膜蛋白prM/M)[9-11]。通过IFN诱导表达的Viperin蛋白可以抑制多数黄病毒在细胞中的复制，包括登革热病毒(Dengue virus，DENV)、寨卡病毒(Zika virus，ZIKV)、蜱传脑炎病毒(Tick-borne encephalitis virus，TBEV)、西尼罗病毒(West nile virus，WNV)和Langat病毒(Langat virus，LGTV)等。本文就Viperin抗上述几种黄病毒的作用机制综述如下。

1 Viperin对登革热病毒(DENV)感染的影响

登革热病毒(Dengue virus，DENV)为小颗粒(直径40～60 nm)单股正链RNA病毒[12]。近几年有报道称，Viperin是DENV感染细胞中高度诱导的ISGs之一[13]，发现它与DENV-2衣壳(CA)、NS3和病毒RNA共定位并相互作用，并且发现这种相互作用与它的抗病毒活性有关[14-15]。在DENV-2感染细胞中，Viperin不影响DENV-2进入细胞，但会抑制DENV-2 RNA的复制和病毒粒子的释放。NS3(69 kD)是DENV病毒基因组复制和转录的重要蛋白[16]。Viperin的抗DENV感染特性是由它的羧基端与DENV-2的 NS3蛋白相互作用，通过干扰DENV-2复制复合物合成减少早期RNA的产生[17]。脂筏在许多病毒的包装、出芽和侵入过程中参与了信号转导的整合和胞内膜运输的定向和分选[18]，Viperin可以通过抑制病毒粒子和脂筏之间的作用来抑制病毒复制，据报道，在DENV-2感染细胞中，Viperin与脂筏标记物BODIPY共定位，说明Viperin可以通过阻止CA与脂筏的结合来减少DENV的RNA复制和病毒粒子的产生[19]。

2 Viperin对寨卡病毒(ZIKV)感染的作用

寨卡病毒是一种由伊蚊传播的单股正链RNA病毒，病毒颗粒呈圆球状, 直径约40～70 nm (也有报道其直径仅约20 nm) , 具有囊膜, 表面有棘突[20]。在Vanwalscappel等[21]的研究中，正常情况下ZIKV无法感染巨噬细胞，但将巨噬细胞中Viperin基因敲除后，ZIKV则可以感染巨噬细胞，说明Viperin能够阻断ZIKV感染宿主细胞。Viperin阻断ZIKV感染的机制是在ZIKV进入细胞后，抑制了病毒早期RNA的复制和蛋白质的合成，从而抑制了病毒的增殖。最近的研究证实Viperin可以通过诱导ZIKV中NS3蛋白降解干扰病毒早期RNA合成[22]。此外，Viperin还通过和NS3的相互作用降低了ZIKV中其他几种蛋白的稳定性，从而抑制ZIKV的复制。为了确定Viperin对ZIKV的抗病毒活性区域，在对HCV和DENV研究中改造的Viperin蛋白的基础上[14，23]，对Viperin基因进行改造，形成4种突变CHME3小胶质细胞系，其中有两种突变细胞系是对Viperin基因的羧基端结构域进行缺失改造[21]。在ZIKV对这上述4种突变细胞系感染24 h后，发现ZIKV对两种羧基端结构域突变细胞系的感染能力比另外两种细胞系强，说明羧基端结构域是Viperin对ZIKV的重要抗病毒活性区域。

3 Viperin对蜱传脑炎病毒(TBEV)的影响

蜱传脑炎病毒是一种经硬蜱传播的球状病毒，直径40～50 nm, 有囊膜, 囊膜表面可见棘突[24]，主要侵染人中枢神经系统。蜱传脑炎 TBEV对Viperin高度敏感，因此作为研究Viperin的模型病毒。研究显示Viperin能够与TBEV的结构蛋白prM和E以及非结构蛋白NS2A、NS2B、NS3相互作用且共定位[22]。TBEV的NS3蛋白是一种具有NTPase活性和丝氨酸蛋白酶活性的多功能蛋白，对TBEV的复制具有重要作用。在NS3存在的情况下，Viperin和NS3的相互作用致使NS3蛋白酶降解，导致结构蛋白prM和E以及非结构蛋白NS2A和NS2B也被降解。这说明，Viperin能特异性降解TBEV的非结构蛋白NS3及其辅助因子，并由此限制TBEV在细胞中病毒蛋白质的合成来抑制其复制。值得注意的是，外源性添加TBEV或ZIKV编码NS3的质粒可消除Viperin的抗病毒作用。这恰好再一次证明NS3蛋白对于TBEV在细胞内复制的重要性。同样也说明了NS3蛋白在细胞内的表达量超过Viperin在体内的积累量时，Viperin就无法阻止TBEV或ZIKV在细胞体内的复制。与ZIKV不同，Viperin对TBEV的抗病毒活性需要SAM结构域[25]，Upadhyay曾研究过SAM结构域在TBEV的抗病毒活性中的重要性，Upadhyay将SAM结构域中的4个保守SAM模序全部单独点突变，构成4种突变体质粒(突变体为M1～M4)，将这4种突变体质粒转染Hela细胞后感染TBEV，观察TEBV的复制。结果表明，转染这4种质粒的Hela细胞中Viperin虽然在蛋白水平均可检测到，但却都失去了抑制TBEV复制的作用[26]。这表明Viperin的SAM结构域对TBEV的抗病毒功能需要全部4个SAM域模序。

4 Viperin对其他病毒的抑制作用

目前仅有Viperin在体内针对2种黄病毒的体内研究，这2种黄病毒分别为西尼罗病毒和Langat病毒。在这2种病毒感染小鼠研究中发现，Viperin可以促进LGTV和WNV感染小鼠血清中IFN I的产生[22]。在Szretter等[27]的研究中，敲除Viperin基因，小鼠的脾脏、肾脏和大脑表现为WNV感染率增加，因而出现更高的死亡率。接种弱毒型的LGTV时，野生型(WT)小鼠与Viperin-/-小鼠经腹腔感染后，实验结果显示它可以抑制脾脏、大脑中的LGTV复制，却不能抑制小脑或脑干中的LGTV复制[28]。在没有Viperin的情况下，小鼠感染WNV后，Viperin-/-小鼠大脑皮层和白质区的WNV复制水平较高。有文章报道称，Viperin在皮层星形胶质细胞中本底表达水平较高，并且在病毒感染后迅速上调[29]。但在使用IFN处理Viperin-/-星形胶质细胞后，经测定发现与其他的ISG的表达量比较，只激活了少量Viperin表达。从小鼠大脑中分离出来的皮层神经元，在IFN处理后，Viperin高表达并抑制了LGTV、TBEV、WNV、ZIKV复制。相反，从小鼠小脑中分离出的神经元颗粒细胞在IFN处理后并不依赖Viperin产生抗病毒反应。结合这些数据，说明Viperin介导了脑内LGTV、TBEV、WNV的细胞类型和区域特异性抑制。

5 展 望

黄病毒严格依赖细胞分泌途径，这种途径将蛋白质和胞膜成分从内质网通过高尔基体传递到细胞质膜，用于病毒粒子的组装、成熟和释放[30]。Viperin正是通过调节宿主细胞内的内质网、线粒体及脂筏来抑制黄病毒在宿主细胞中的复制、蛋白合成、释放等过程。Viperin可以与日本乙型脑炎(Epidemic Encephalitis B，JEV)、TBEV和ZIKV等黄病毒的非结构蛋白NS3相互作用来抑制病毒RNA的积累，NS3和Viperin之间的这种相互作用在黄病毒中相当普遍。虽然NS3与Viperin相互作用和共定位，但是只有TBEV和ZIKV的NS3被降解，这说明Viperin对这些病毒的抗病毒活性与降低NS3稳定性的能力密切相关但降解NS3蛋白是特异性的[25]。除黄病毒属外，还发现HCV感染的细胞中，Viperin能在病毒复制复合体的脂滴表面与HCV 的NS5A结合。同样也发现Viperin能与原病毒宿主因子vapa相互作用，损害vapa与NS5A的关联[31]。因此，不同黄病毒的非结构蛋白与Viperin的结合位点保守的特性可作为一个很好的研究切入点，为黄病毒感染导致的相关疾病提供一种潜在有效的治疗策略。

近年来，有关Viperin抗病毒活性的研究成为一大热点，并取得了很多新的进展。目前研究较多的是Viperin在不同的物种中，不同的病毒感染后所表现的抗病毒活性。除了抗病毒作用外，Viperin还参与巨噬细胞的分化。在近期的报道中提到，Viperin缺乏可促进巨噬细胞极化，促进M1和M2细胞因子的分泌[32]。随着对Viperin抗病毒作用研究的深入，发现Viperin可以在病毒生命周期的不同阶段抑制不同的病毒，且有多种途径诱导Viperin表达，表明该蛋白具多种功能。针对该蛋白的一些抗病毒作用的分子机制逐渐有些进展[33]，希望以其有效的广谱抗病毒活性为切入点，研发针对多种病毒的多价疫苗，为特异性免疫治疗手段提供理论基础。除此之外，它还具备哪些生物学功能，这些功能对不同的细胞、病毒还具有什么作用，这些问题还需要更加深入地研究。