单纯疱疹病毒Ⅰ型感染的天然免疫反应及其逃逸机制

张晶晶，李琦涵

中国医学科学院北京协和医学院 医学生物学研究所，云南省重大传染病疫苗研发重点实验室，云南昆明650118

单纯疱疹病毒Ⅰ型（Herpes simplex virus typeⅠ，HSV-1）是一类线性双链DNA病毒，已经与人类宿主共同进化了数百万年。HSV-1进入机体后，可引发原发感染、潜伏感染和复发感染3种类型，原发感染可引起口腔唇部疱疹、疱疹性角膜炎和脑炎等疾病[1-3]，病毒可沿感染部位的神经末梢逆轴突方向入侵感觉神经组织，并在神经细胞中进行潜伏性感染[4]。

机体应对HSV感染的免疫应答由固有免疫系统和适应性免疫系统组成，宿主的抗病毒天然免疫反应是抵御病原体感染的第一道防线[5]，同时，CD8+T细胞在适应性免疫过程中也起至关重要的作用[6-8]。在抗病毒感染过程中，宿主细胞表面的模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs）可以识别病原体相关分子模式（pathogenassociated molecular patterns，PAMPs）来启动宿主的天然免疫应答[9]，参与其中的模式识别受体主要有 Toll样受体（Toll-like receptors，TLRs）、NOD样受体（NOD-like receptors，NLRs）和视黄酸诱导基因Ⅰ样受体（retinoic acid-inducible geneⅠ，RIG-Ⅰ-like receptors，RLRs）等，但在固有免疫应答过程中也有相应的蛋白及基因参与其中，如环状GMP-AMP合成酶（cyclic GMP-AMP synthase，cGAS）和γ干扰素诱导蛋白16（interferon-gammainducible protein 16，IFI16）等[10-15]，同时也有许多细胞类型，如自然杀伤（natural killer，NK）细胞、树突状细胞（dendritic cells，DCs）、浆细胞样树突状细胞（plasmacytoid dendritic cells，pDCs）和巨噬细胞等在机体的抗病毒感染过程中发挥重要作用[16]。但病毒针对机体的天然免疫反应也进化出不同的免疫逃逸策略，HSV-1复制过程中的基因产物在逃逸宿主的抗病毒天然免疫反应中起重大作用。因此，我们就HSV-1感染的天然免疫反应及病毒基因产物如何逃逸宿主的抗病毒免疫反应做简要综述，为今后HSV-1疫苗的研发提供理论依据。

1 模式识别受体介导的固有免疫反应

1.1 DNA识别受体介导的抗病毒天然免疫

胞内的DNA识别受体在宿主抗病毒感染过程中发挥重要作用。常见的胞内DNA识别受体如DNA依赖的干扰素调节因子激活物（DNA-dependent activator of IFN-regulatory factors，DAI）[17-19]、IFI16[20-22]、RNA解旋酶Ⅲ、DEAD盒解旋酶41（DEAD-box helicase 41，DDX41）[23-24]和 cGAS[21]等能够在胞内特异性识别病毒DNA，然后激活宿主的天然免疫应答和诱导干扰素产生来清除病毒。HSV-1在感染神经胶质细胞时，其复制产生基因组DNA被DAI识别后进而激活下游效应分子，随后激活NF-κB、干扰素调节因子（interferon regulatory factor，IRF）IRF3和IRF7等，同时胞质中的RNA聚合酶Ⅲ能将病毒DNA转录成双链RNA并通过干扰素β启动刺激因子1（IFN-β promoter stimulator 1，IPS-1）和STING激活转录因子，诱导产生Ⅰ型IFN，抑制HSV-1的复制[25]。IFI16可以结合HSV-1基因组DNA抑制病毒转录，同时增强PML-NBs（PML nuclearbodies）与基因组的结合，IFI16还可以通过凋亡相关蛋白ASC（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD）来介导炎症反应[26-27]，发挥抗病毒的免疫应答[28]。研究表明，HSV-1感染后可以诱发线粒体应激，线粒体DNA释放到细胞质中，被cGAS识别后催化ATP和 GTP形成 2'，3'-cGAMP，导致合成cGAMP的活化位点暴露[29]，可激活下游STING，依赖于STING-TBK1信号通路诱导干扰素产生[30-32]。DDX41是DExD-H解旋酶家族成员，在天然免疫中发挥重要作用，它能够在树突状细胞胞浆中通过模式识别受体识别外源双链DNA和结合STING蛋白，诱导转录因子NF-κB及IRF3活化，从而介导Ⅰ型IFN产生[33]。RNA聚合酶Ⅲ是一种由多个基因编码的蛋白，能够将病毒DNA转录成被RIG-Ⅰ识别的配体，然后激活RLR信号通路和编码Ⅰ型干扰素基因的转录，诱导机体产生干扰素，引起免疫应答[34]。

1.2 TLRs介导的抗病毒天然免疫

细胞对于病原微生物的识别并介导特异性天然免疫反应在很大程度上依赖于一个蛋白受体家族TLRs，它能够激活不同的信号通路，诱导促炎细胞因子和共刺激分子的产生。TLRs是比较保守的Ⅰ型跨膜蛋白家族[35]，它可以作为受体特异性识别病原[36]。TLRs的模式识别可以介导一些细胞信号通路，诱导产生IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α及IFNs等细胞因子，引起粒细胞、巨噬细胞的趋化聚集，引发炎症反应，从而诱导机体产生抗病毒的天然免疫应答。目前已发现的TLRs至少有10个，在参与机体的抗HSV-1感染过程中发挥至关重要的作用，TLR2[37]、TLR3[38]、TLR4和TLR9参与宿主细胞对HSV-1的识别。研究表明，经鼻腔进行HSV-1感染缺乏TLR衔接子蛋白髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）的小鼠可致100%的死亡率，这表明通过TLRs进行的先天免疫在HSV-1感染过程中起重要作用[39-40]。HSV-1感染宿主细胞过程中，病毒表面的糖蛋白gH、gL和gB[39,41]可以和TLR2相互作用，激活NF-κB信号通路，诱导炎症因子的表达。在HSV-1复制过程中，树突状细胞中的TLR3能够识别病毒的双链RNA，激活下游信号通路，诱导干扰素产生，发挥机体的抗病毒免疫应答；除TLR3外，TLR9也能够识别双链DNA，通过MyD88、白细胞介素1受体相关激酶（interleukin-1 receptor-associated kinase，IRAK）IRAK1和IRAK4形成复合物来诱导Ⅰ型干扰素产生，在缺失TLR9的情况下，感染HSV-1后神经系统的病毒载量或总生存率均没有变化[42]，说明TLR9在抗病毒免疫应答中发挥重要作用[43-45]。

1.3 RLRs介导的抗病毒天然免疫

模式识别受体中的RIG-Ⅰ样受体在病毒感染后激活天然免疫抗病毒过程中起重要作用，主要成员有RIG-Ⅰ和黑素瘤分化相关基因5（melanoma differentiation associated gene 5，MDA5）[46]。RIG-Ⅰ样受体家族分布于细胞质中，主要识别细胞质中的病毒成分[47]。HSV-1入侵宿主细胞后,促进细胞5S rRNA假基因141（RNA5SP141）的转录产物从细胞核转移至细胞质，被胞质中的RIG-Ⅰ识别，RIG-Ⅰ和MDA5就会通过其解旋酶结构域识别并结合这些病毒RNA。RIG-Ⅰ主要识别结合短链和5′-三磷酸RNA，而MDA5主要识别结合长链RNA[48-49]。RNA被识别后，信号传递到下游的线粒体抗病毒信号蛋白（mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS），RNA 和 MAVS N 端CARD相互作用，招募TANK结合激酶1和NF-κB抑制蛋白激酶ε，诱导NF-κB转录因子的活化，从而产生干扰素和炎症因子。

2 固有免疫细胞的抗病毒免疫应答

机体抗病毒免疫过程中，除了宿主细胞表面的模式识别受体介导产生Ⅰ型IFN外，固有免疫细胞在抗病毒感染中也发挥作用。

2.1 自然杀伤细胞的抗病毒免疫应答

NK细胞作为先天免疫系统的一部分，在识别和最终快速清除感染病毒的细胞中发挥重要作用。NK细胞的激活不仅依赖于细胞因子的分泌或直接作用于靶细胞的细胞溶解[50]，还依赖于通过激活胚系编码细胞和配体的抑制受体的整合信号。有研究表明，NK细胞的增殖和活化离不开 IL-2、IL-12、IL-15、IL-18 等细胞因子[51-53]。NK细胞在识别病毒感染靶细胞时，先和靶细胞建立一个免疫突触，然后分泌穿孔蛋白和颗粒酶B，穿孔蛋白在靶细胞中形成一个孔道，允许颗粒酶B释放，然后激活多个凋亡通路，最后集中在Caspase-3上导致靶细胞的凋亡[54]，颗粒酶B的作用在腺病毒的研究过程中已经得到证实[55]。IL-18在NK细胞的快速激活中起关键作用，从而控制鼻内感染HSV-1后肺部的早期复制[52]，同时研究表明，NK细胞能够保护C57BL/6小鼠不受HSV-1的感染，NK细胞和T细胞缺陷小鼠感染HSV-1后出现死亡，而仅T细胞缺陷的小鼠则没有[56-57]，同时NK细胞缺乏的患者可能会导致严重的甚至致命的HSV-1感染[58-59]。研究表明HSV-1编码的糖蛋白，如gB、gC、gD和gH/gL可以激活NK细胞介导的细胞抗病毒免疫[60]，因此NK细胞在抗HSV-1感染过程中发挥第一道防线作用。

2.2 树突状细胞的抗病毒免疫应答

DCs是目前发现的功能最强大的抗原呈递细胞，能够显著刺激初始T细胞的增殖，在免疫系统中发挥重要作用。DCs对HSV的识别促进了不同类型抗病毒细胞因子的分泌以及IFN-α/β的释放，从而产生了有效的抗病毒作用，如早期阻断HSV基因表达从而阻断病毒从感染细胞中释放。病毒感染树突状细胞后会通过下调细胞FLICE样抑制蛋白[61]进行凋亡或被成熟的树突状细胞吞噬，在成熟的树突状细胞中被处理并呈现给适应性免疫细胞[62]。研究表明DCs可以直接或间接分泌炎性细胞因子来激活NK细胞[63-64]，感染没有DCs的小鼠发现体内激活NK细胞的水平显著降低并在感染后数天死亡[65]。其中，pDC是一群来源于淋巴样干细胞的DCs亚型，主要功能是通过TLR7和TLR9活化并快速释放大量IFN-α/β参与抗病毒免疫应答。有研究证明野生型HSV-1诱导pDC表面受体参与细胞的趋化、成熟、迁移、细胞毒性等[57]，提示pDC在HSV-1感染中具有很强的抗病毒活性[66]，一些研究团队证明了pDCs在HSV黏膜感染中起作用，pDC可以通过TLR9识别HSV-1和HSV-2[67-68]，并且在小鼠模型和人类中均会因HSV-1感染而产生大量IFN-α[69]。研究表明pDC的缺失似乎并不影响局部HSV-1感染的抗病毒反应，反而在系统性感染HSV-1后，对Ⅰ型IFN的产生、NK细胞的激活和CD8+T细胞的反应起重要作用[70]。因此，有关DCs的抗病毒免疫机制以及不同亚群的DCs在抗病毒过程中的先天免疫有待进一步研究。

2.3 其他类型细胞的抗病毒免疫应答

巨噬细胞具有多种免疫功能，包括吞噬细胞功能、肿瘤细胞毒性、细胞因子的分泌和抗原的表达等，在HSV-1感染机体时，巨噬细胞在感染的最初几小时内就具有了抗疱疹作用[71]。巨噬细胞是在三叉神经节中通过诱导型一氧化氮合酶（iNOS）以及激活TLR2和TLR9来对HSV-1感染起到控制作用[72]。除了巨噬细胞之外，肥大细胞在抗HSV-1感染中也起重要作用。肥大细胞主要驻留在和眼睛相关的淋巴组织中，如泪腺、结膜等，肥大细胞缺乏的小鼠对HSV-1感染更敏感，表现出更大的角膜水肿[73]，因此，肥大细胞可看作是角膜HSV-1感染的先天哨兵，参与眼部HSV-1感染的先天免疫应答。

3 HSV-1的免疫逃逸

HSV-1同人类宿主共同进化了约600万年，人类和HSV已经成功地建立了平衡，在这种平衡下，病毒可以潜在感染并在宿主生物的整个生命周期中持续存在。在HSV感染后，机体的天然免疫机制被激活，相应地，HSV便进化出了抵抗机体免疫应答的反应机制。

糖蛋白C通过与硫酸肝素或硫酸软骨素结合，介导病毒粒子与细胞的黏附。糖蛋白C有2个参与调节补体激活的域，一个域与C3结合，另一个域用于阻断C5和裂解素与C3的结合，从而阻断经典补体途径和替代补体途径[74-75]。糖蛋白E和糖蛋白G在促进HSV-1胞间传播中也发挥了不同的作用。这些糖蛋白与IgG的Fc区结合，阻断HSV-1被抗体中和及抗体依赖细胞毒性和吞噬作用[76-77]。另外，HSV-1感染后期表达的一种蛋白激酶US3能使KIF3磷酸化并下调CD1d的表达，从而抑制NK细胞的功能[78]；UL41的晚期编码产物病毒粒子宿主关闭蛋白（Vhs）促进参与抗病毒免疫的基础细胞蛋白的丢失，如TNF受体1[79]和IFI16[80]。皮层蛋白 UL46、UL36、UL24 和 VP22 在HSV-1拮抗宿主抗病毒免疫应答中起重要作用。UL46可能通过干扰STING的功能来逃逸宿主抗病毒免疫应答[23]；VP22主要通过cGAS的酶活性，从而阻碍DNA受体识别信号通路来抑制IFN-β的产生[81]；UL36泛素特异蛋白酶通过特异性靶向结合Ⅰ型干扰素受体亚单位IFNAR2，干扰JAK1和IFNAR2的结合，从而拮抗Ⅰ型干扰素介导的抗病毒天然免疫信号通路[82]；UL24通过抑制NF-κB的激活来破坏DNA感应信号通路[83]；病毒蛋白VP16能和IRF3结合并阻断CBP（CREB binding protein）共激活因子的募集，从而阻断IRF3信号通路[84]。

4 结语

综上所述，HSV的免疫应答涉及识别病毒成分并靶向和裂解病毒感染细胞的多种机制。HSV-1同人类进化了数百万年，人类与HSV-1也成功建立了平衡，抗病毒感染过程中机体的免疫应答也促使HSV-1进化出了相应的免疫逃逸机制。因此，了解HSV-1的发病机制、机体的抗病免疫机制及免疫逃逸机制，将为今后疫苗的研发及防治提供理论依据。