口蹄疫病毒复制复合体的研究进展

胡建军，沈超*

（1.武汉大学 病毒学国家重点实验室，湖北武汉 430072；2.武汉大学中国典型培养物保藏中心，湖北武汉 430072）

口蹄疫病毒（Foot-and-Mouth Disease Virus，FMDV）是小RNA病毒科口蹄疫病毒属的成员，为单股正链RNA病毒；全基因组共8 500 nt，编码一个多聚蛋白。在细胞内，该多聚蛋白被蛋白酶连续切割，产生成熟的结构蛋白和非结构蛋白，组成病毒外壳和复制“机器”，但非结构蛋白并不出现在成熟的病毒粒子中[1]。FMDV主要感染猪、牛、羊等偶蹄动物，导致宿主出现发热、斑疹、跛足等严重的临床症状。在流行地区采取的主要措施是接种疫苗，但现有的疫苗只能预防FMDV的感染，无法清除已感染宿主体内的病毒。目前，对于已感染动物采取的措施是全部销毁，造成巨大的经济损失。因此，抑制病毒基因组RNA复制，清除宿主体内的病毒或可成为治疗FMDV的良好策略[2]。

许多单股正链RNA病毒感染细胞后，在病毒蛋白和被劫持的宿主因子作用下导致内膜系统重塑，形成一种被称为复制复合体的膜状结构促进这些病毒基因组的复制，协调病毒复制周期，保护病毒RNA逃避宿主免疫应答，对病毒的感染至关重要[3-4]。FMDV感染的宿主细胞内膜系统重构，形成了“类膜细胞器”，其中包含了一些源自FMDV的非结构蛋白和源自宿主细胞的细胞因子[5]。暗示可能像其他单股正链RNA病毒一样，复制复合体在FMDV的感染过程中也发挥着重要的作用。本文将结合近年来的相关研究，从结构、功能、主要成分的生物学意义3方面对FMDV的复制复合体进行介绍。

1 FMDV复制复合体的结构

病毒作为介于生命和非生命的微小颗粒，自身并无完整的遗传-代谢系统。扩增其基因组和产生有传染性的子代病毒必须依赖宿主细胞。正链RNA病毒的复制一般发生在由病毒蛋白和宿主细胞因子共同诱导产生的复制复合体中。FMDV的复制复合体包括一个蛋白质-蛋白质和蛋白质-RNA相互作用的协调网络，涉及多种病毒和宿主细胞因子。在透射电镜下观察FMDV感染后的IBRS-2细胞，发现其内质网和高尔基体腔出现明显的肿胀，且在高尔基体附近出现大量囊泡状结构[6]。但关于FMDV复制复合体的三维结构大小的测量未见报道。

2 FMDV复制复合体的功能

2.1 调控FMDV的生活周期

FMDV感染宿主细胞后，宿主细胞的核糖体亚基识别基因组RNA并以不依赖帽子的方式进行翻译，翻译所得的多聚蛋白在蛋白酶的作用下切割成熟；随后以尿苷酰化的VPg为引物，以基因组RNA为模版，转录合成互补的负链RNA分子；基因组RNA与其转录出的负链RNA形成双链“复制中间体”，并以负链RNA为模板合成大量的病毒基因组RNA，新合成的正链RNA又可以作为翻译和转录的模板。在特定的包装信号作用下，新合成的病毒基因组RNA与病毒蛋白外壳组装成未成熟的FMDV粒子[7]。FMDV基因组RNA的翻译、转录、复制、病毒粒子的包装等过程都发生在复制复合体中，复制复合体通过某种未被阐明的机制确保这一系列过程在宿主细胞内高效有序的进行。

2.2 为FMDV的生活周期提供稳定的微环境

复制复合体作为一种“另类”的膜状细胞结构，一方面调控了整个膜结构内外的物质交换，使得膜结构内部FMDV翻译、转录、复制、病毒粒子的组装所需的成分维持较高的局部浓度，并提供所需的锚定位点，有利于这些生活周期的高效进行[8]；另一方面，其膜结构作为屏障使FMDV的翻译、转录、复制独立于宿主细胞，使得病毒的生活周期免受外界干扰，从而帮助病毒进行免疫逃逸[9]。

3 FMDV复制复合体组成成分及功能

3.1 复制复合体中的脂质及其生物学功能

脂质是FMDV乃至所有正链RNA病毒复制复合体的主要成分，是复制复合体的结构基础。与其他小RNA病毒类似，FMDV感染BHK细胞和IBRS-2细胞产生大量的囊泡。FMDV复制复合体脂质的重要来源是内膜系统的重塑，抑制Sar1的水平来抑制内质网上COPⅡ转运膜泡的形成能抑制FMDV的感染，而抑制Arf1和Rab1的水平从而抑制高尔基体上COPⅠ转运膜泡和分泌膜泡的形成不能抑制FMDV的感染。给予布雷菲德菌素A（BFA）破坏高尔基体的结构也无法抑制FMDV复制复合体的形成和病毒的感染[10]，这表明FMDV复制复合体中直接来源于宿主细胞器的部分可能是由内质网而非高尔基体提供。

小RNA病毒科复制复合体脂质的另一个重要来源是利用宿主的代谢系统进行合成。在受感染的细胞中，Ⅲ型磷脂酰肌醇4激酶（PI4KⅢ）产生高水平的PI4P，然后在复制复合体中将其转换为胆固醇。对于许多小RNA病毒，复制复合体是在利用PI4KⅢβ的过程中在高尔基体膜上形成的，而FMDV复制不需要PI4KⅢ。在受FMDV感染的细胞中，PI4P水平不会增加，在复制复合体中也无法检测到PI4P[10]，这表明FMDV对复制复合体膜上的脂质有独特的需求，但新合成的这一部分脂质由何种细胞因子调控未见报导。

3.2 复制复合体中的病毒非结构蛋白质及其生物学功能

复制复合体病毒自身的蛋白质和宿主细胞中被病毒劫持的细胞因子协同作用，共同调节FMDV感染的进程。FMDV非结构蛋白2C在小RNA病毒科复制复合体中高度保守，也是FMDV复制复合体中的关键蛋白[11]。Bienz等[12]研究发现，2C的N端具有两亲性螺旋（残基17-34），具有结合细胞膜的能力，是膜重排和病毒复制复合体形成所必需的。2C的C端还有一个对肠病毒和脊髓灰质炎病毒感染非常重要 ATPase结构域（残基 60～270）[13]，但 2C在FMDV的复制复合体中的功能未被阐明。Barton等[14]发现靠近FMDV 3A蛋白的细胞质RNA解旋酶A（RHA）促进了复制复合体以及细胞poly(A)结合蛋白（PABP）的组装，免疫共沉淀证实这些蛋白质与RHA形成复合物。Hesterberg等[15]在电镜下观察到宿主细胞中FMDV 3Dpol聚集在复制复合体膜上，3Dpol能与FMDV基因组RNA相互作用，其RNA依赖的RNA聚合酶（RdRp）活性是FMDV的RNA复制所必需的。小RNA病毒科中肠道病毒3C已被证实参与到复制复合体中[16]。FMDV 3C蛋白对翻译后多聚蛋白的切割成熟和帮助病毒进行免疫逃逸至关重要，但其是否定位于复制复合体中未见报导。

3.3 复制复合体中的宿主细胞因子及其生物学功能

一些宿主细胞因子也能通过与病毒的蛋白互作在复制复合体中发挥作用。Beclin1是自噬过程的调控因子,通过标记膜形成吞噬体，参与自噬通路的启动并介导自噬体和溶酶体的融合[17]。Gladue等[18]通过酵母双杂交实验证实Beclin1是2C的天然配体，在FMDV感染的细胞中未见溶酶体与含有病毒蛋白的自噬体的融合，过表达Beclin1后则出现了融合。这一现象表明2C可以结合Beclin1来阻止溶酶体与自噬体的融合，从而有利于病毒逃脱宿主细胞的“清理”。波形蛋白（Vimentin）已被证明在多种病毒的复制周期中起着重要的作用，与牛痘病毒和登革热病毒的病毒复制过程有关[19-20]。Gladue等[21]证实在FMDV感染的MCF-10A细胞中，2C和Vimentin存在蛋白互作，共同参与FMDV复制复合体的形成；通过免疫荧光技术观察到围绕FMDV蛋白2C的Vimentin笼状结构的瞬时形成，破坏Vimentin的生理结构后FMDV复制能力显著降低。复制复合体结构微小，成分复杂，其内的许多成分和具体的功能仍待进一步研究。

4 结论与展望

构成FMDV复制复合体膜成分的脂质主要有两大来源，一是来源于内质网膜重塑，这一过程的关键调控因子仍未确定；二是来源于脂质的从头合成，且不依赖于小RNA病毒科常见的PI4KⅢ，具体由何种因子调控仍未见报导。构成FMDV复制复合体的另一种主要成分——蛋白质，主要包含病毒自身的非结构蛋白和宿主的细胞因子。参与复制复合体的病毒非结构蛋白有2C、3A和3Dpol，3C也可能是复制复合体蛋白；Beclin 1和Vimentin是已知的属于宿主细胞因子的复制复合体蛋白，能与2C产生蛋白质互作。但这些蛋白在FMDV复制复合体中的功能仍待进一步研究，复制复合体中许多未被确认的成分也急需后续研究者进行探索。

FMDV基因组的复制和产生有传染性的子代病毒均与病毒复制复合体有关，复制复合体对病毒翻译、转录、复制进行时空调控，确保这些过程必需的成分保持一定的局部浓度，并保护其不受胞质环境影响，对于FMDV的感染至关重要。阐明复制复合体的组成成分及其功能有助于更进一步研究FMDV的感染机制和开发有针对性的治疗FMDV的药物。