2′-5′寡聚腺苷酸合成酶的抗病毒作用及机制研究进展

王寅彪，冯继伟，陈礼朋，宋 杰，吴卫东

（1.新乡医学院公共卫生学院，河南 新乡 453003；2.固始县动物疫病预防控制中心，河南 信阳 465200）

病原微生物感染宿主细胞后，可被宿主免疫细胞和非免疫细胞表面或细胞质内的模式识别受体识别，从而激活细胞内信号传导途径，诱导干扰素（interferons，IFN）的产生，为机体建立免疫应答状态［1］。IFN主要通过诱导特定基因产物的表达发挥抗病毒作用，这些基因表达产物包括2′-5′寡聚腺苷酸合成酶（2′，5′-oligoadenylate synthetase，OAS）、蛋白激酶R、抗黏液病毒蛋白和IFN诱导基因15等［2］。本文就活化OAS蛋白的双链核糖核酸（double-stranded ribonucleic acid，dsRNA）的特征、活化机制、OAS的抗病毒作用以及病毒逃逸OAS-核糖核酸酶L（ribonuclease L，RNase L）通路的作用机制进行综述，以期为后续研究提供参考。

1 OAS-RNase L通路

OAS是IFN诱导产生的重要抗病毒蛋白，IFN刺激可使细胞内的OAS蛋白含量大量增加，在结合病毒dsRNA后OAS发生活化，进而利用胞内游离的三磷腺苷（adenosine triphosphate，ATP）合成2′，5′-磷酸二酯键连接的寡聚腺苷酸（2′，5′-oligoadenylates，2-5As），2-5As通过活化RNase L，发挥降解单链RNA的作用，从而抑制病毒复制。OAS的这一抗病毒途径称为OAS-RNase L通路，可对多种DNA病毒和RNA病毒感染产生抑制作用［3］。

细胞内的OAS蛋白有OAS1、OAS2、OAS3及OAS样（OAS-like，OASL）蛋白4种亚型。OAS1、OAS2和OAS3分别含有1～3个OAS功能域，三者均具有2-5As合成酶活性，且OAS2和OAS3仅靠近C端的功能域具有酶活性。OASL不具有2-5As合成酶活性，但它能够通过C端的泛素样功能域增强视黄酸诱导基因蛋白I（retinoic acid-inducible gene I，RIG-I）受体信号通路，促进I型IFN的产生，发挥抗病毒作用［4］。4种OAS基因均位于人体12号染色体上，通过可变剪切机制可以产生10种不同的蛋白异构体。

OAS-RNase L通路的抗病毒作用最早发现于对微小RNA病毒感染的抑制作用，后续研究发现，OAS对复制过程中可产生dsRNA中间产物的DNA病毒也具有抑制作用［5］。而且，一些病毒可靶向作用于OAS-RNase L通路的不同阶段，逃避其抗病毒作用。流感病毒的NS1蛋白可通过阻隔dsRNA对OAS的活化，逃逸OAS-RNase L通路的抗病毒作用［6］。痘病毒可编码D9和D10 2种脱帽酶，水解mRNA分子5′端的帽子结构，从而减少dsRNA的聚集，干扰其对OAS-RNase L通路的活化［7］。

OAS基因的突变与自身疾病和机体对多种病原体的易感性存在相关性。OAS1基因突变可导致婴儿发生肺泡蛋白沉积症和低丙种球蛋白血症［8］。OAS基因位点的单核苷酸突变与儿童对肠道病毒71型感染的易感性相关［9-10］。作者研究发现，OAS蛋白的单一氨基酸突变，可降低其热稳定性和2-5A合成酶活性，影响其抗病毒作用（未发表数据）。

2 OAS的活化机制

OAS是细胞内识别病毒dsRNA的模式识别受体，但OAS蛋白不具有经典的dsRNA结合域，仅通过其表面带正电的氨基酸与dsRNA发生结合。OAS1活化需要识别的dsRNA最短为17 bp，在其带正电的凹槽与dsRNA结合后，氨基端小叶结构（N-lobe）发生空间构象改变，从而拉近D75、D77和D148的空间距离，组成催化三联体，结合催化所需的2个Mg2＋和ATP，合成2-5As［11］。OAS2活化需要识别35 bp以上的dsRNA，OAS3选择性识别较长的dsRNA（＞50 bp）发生活化［12-13］。dsRNA的长度和结构特征可能是OAS区分病毒dsRNA和自身RNA的关键。研究发现，OAS1识别的dsRNA序列大都含有NNWWNNNNNNNNNWGN基序（W代表A或U；N代表A、U、G、C任意碱基），解析出的OAS1与dsRNA复合物结构中的dsRNA也含有该基序［11］。作者研究发现，OAS1和OAS3对dsRNA（20～100 bp）的识别均具有长度依赖性，且OAS3表现得更为明显；但即便是含有上述基序的20 bp dsRNA对OAS1的活化能力也非常有限，约占其最大活性的7%～8%；因此，对OAS1与dsRNA复合物结构中OAS1蛋白是否达到了完全活化状态提出了质疑［14］。

dsRNA对OAS的活化机制可从OAS功能域以及OAS蛋白多聚化2个方面解释。OAS1含有1个功能域，在结构上，单个OAS1蛋白分子活化所需的dsRNA可以短至20 bp。虽然OAS2含有2个功能域且仅有C端的功能域具有2-5As合成酶活性，但单独的C端功能域并不能被有效活化，N端的功能域对于OAS2的活化不可或缺［13］。OAS3的3个功能域中仅有C端的1个功能域保留了2-5As合成酶活性。研究表明，OAS3的N端功能域I可与dsRNA发生高亲和力结合，使得OAS3选择性地识别较长的dsRNA［12］。但仅从单个蛋白分子功能域与dsRNA结合的角度不能解释较长的dsRNA和poly（I：C）对OAS蛋白的超强活化作用。研究发现，细胞内dsDNA受体环磷酸鸟苷-腺苷合成酶（cyclic GMP-AMP synthase，cGAS）在结合dsDNA后能发生多聚体化，OAS1与cGAS具有相似结构，关于OAS在识别dsRNA后能否发生多聚化是未来从结构层面探索其活化机制的研究方向［15］。

3 哺乳动物和禽类的OAS蛋白

小鼠体内含有12个OAS基因，分别为mOAS1a～mOAS1h、mOAS2、mOAS3、mOASL1和mOASL2，位于5号染色体上［16］。在8个mOAS1基因中，目前仅发现mOAS1b具有抗西尼罗病毒（west nile virus，WNV）感染的作用，mOAS1b不具有2-5A合成酶活性，这一抗WNV感染的作用也不依赖RNase L分子［16-17］。mOAS2和mOAS3与hOAS2和hOAS3具有相似的基因组结构，但其抗病毒作用目前未见报道。在mOASL中，mOASL2能够抑制呼吸道合胞病毒感染，而mOASL1则不具有这一抗病毒作用［18］。同时，特定病毒感染也可靶向逃逸小鼠OAS-RNase L通路的抗病毒作用。小鼠脑脊髓炎病毒的L*蛋白可直接结合RNase L分子，干扰OAS-RNase L通路的抗病毒作用［19］。小鼠肝炎病毒的NS2蛋白及轮状病毒的VP3蛋白则编码磷酸二酯酶，将OAS合成的2-5As再次降解为单个ATP或一磷腺苷，使RNase L不能被活化［20］。

猪源OAS蛋白（porcine2′，5′-oligoadenylate synthetase，pOAS）包括pOAS1a、pOAS1b、pOAS2和pOASL。pOAS1a和pOASL能够抑制猪乙型脑炎病毒的复制［21］。pOAS1b、pOAS2和pOASL可抑制猪繁殖及呼吸综合征病毒的体外复制［22-23］。

目前唯一发现的禽类OAS基因是OASL。鸡OASL包括鸡OAS样蛋白A（chicken 2′，5′-oligoadenylate synthetase-like protein A，chOASL-A）和chOASL-B，其中chOASL-A能够抑制WNV感染［24］。水禽中也存在OASL基因的高表达，研究发现，鹅OASL能够抑制鸭坦布苏病毒和新城疫病毒感染［25］。

4 外源OAS蛋白的抗病毒作用

OAS蛋白被病毒dsRNA活化后，一般仅通过RNase L通路或RIG-I通路在细胞内发挥抗病毒作用。而且，OAS基因不编码信号肽分子，理论上OAS蛋白不能够被分泌到细胞外环境中。但丙型肝炎患者血清中却存在着OAS蛋白，且使用IFN-α治疗的丙型肝炎患者血清中OAS蛋白含量更高，并与IFN-α治疗的效果呈正相关［26］。THAVACHELVAM等［27］将OAS1蛋白添加至细胞培养基后发现，外源的OAS1蛋白可被细胞吞噬并抑制脑心肌炎病毒（encephalomyocarditis virus，EMCV）、水泡性口炎病毒等病毒感染，小鼠体内实验也存在这一作用；而且2-5As合成酶活性缺失的OAS1突变体和野生型OAS1蛋白在正常细胞和RNase L敲除的细胞中均表现出相同的抗病毒活性，表明胞外来源的OAS蛋白对EMCV的抑制作用不依赖于OAS1蛋白的2-5A合成酶活性，也不依赖于RNase L通路。因此，在特定病毒（如丙型肝炎病毒）感染时，OAS蛋白可以被宿主细胞分泌至细胞外进入血液，进而被其他细胞摄入，从而发挥抗病毒作用，表明OAS可作为潜在的药物分子治疗病毒性疾病。

5 总结与展望

综上所述，OAS是细胞内识别病毒dsRNA的受体，通过RNase L通路或RIG-I通路发挥抗病毒作用。OAS蛋白的功能域及多聚化对于认识、探索其活化机制具有重要意义。OAS蛋白的活化受到dsRNA的长度和基序特征的影响，更易被相对较长的dsRNA活化，从而特异识别病毒来源的dsRNA，避免自身免疫应答的产生，维持细胞稳态。由单核苷酸多态性产生的OAS突变体在稳定性、酶活性以及抗病毒作用方面可能发生了改变，从而使机体更易感染特定病毒或产生某种疾病。OAS的抗病毒作用需进一步研究以期为新型抗病毒药物的研发奠定基础。