1、. HIV病毒構造、復制、致病機理及研究進展 2013級生物技術基地一班 雨桐摘要：本文簡要介紹了HIV病毒的形態構造基因組及其編碼的蛋白，重點論述了HIV的復制和基因表達調控，并扼要闡述了HIV的致病機理以及艾滋病的研究治療進展。關鍵詞 ：HIV；形態構造；復制；基因表達調控；致病機理；研究進展引言：人類免疫缺陷病毒HIV，俗稱艾滋病AIDS病毒，誘發人類獲得性免疫缺陷綜合癥。HIV病毒屬反轉錄病毒的一種。已發現人類免疫缺陷病毒主要有兩種，即HIV-和HIV-。有關HIV的研究主要是針對HIV-進展的。一HIV病毒構造組織構造通過電子顯微鏡觀察，HIV-1和 HIV-2都具有慢病毒(1ent

2、ivirus)種屬的特征。病毒粒子直徑1 00200nm，主要由Env蛋白、Gag蛋白和Pol蛋白構成。HIV外層為脂質包膜，包膜蛋白由env基因編碼的外膜蛋白gpl20(e*ternal protein，SU)和跨膜蛋白gp41(transmembrane protein，TM)組成，gpl20通過非共價鍵與gp41相連，gp41是穿過Env脂質雙層的跨膜蛋白。Gag蛋白包括3個構造性蛋白：基質蛋白(MA p17)、衣殼蛋白(CA p24)和核殼蛋白(NC p15)。酰胺化(myristoylated)的基質蛋白MA附著于病毒包膜的部，對病毒的完整性至關重要，也是Env蛋白包裝到成熟病毒顆粒

3、中所必需的；中層為由衣殼蛋白CA組成的圓錐形核心；核心部為病毒基因組RNA分子、逆轉錄酶(p6 4)、整合酶(p3 2)、蛋白酶(pl 0)及與RNA結合的核殼(nucleocapsid)蛋白p9和p6。HIV病毒核心的RNA是兩個拷貝的單股正鏈RNA(ssRNA)，兩個單體在5端借氫鍵結合成二聚體，每個RNA基因組的長度約為98kb。在5端有一帽構造(m7 G5 PPP5GmpNp)，3端有poly A尾。核酸：兩條一樣單正鏈RNA與核衣殼蛋白(P7)結合，形成雙體構造 核衣殼衣殼：雙層層為衣殼蛋白P24)外層為膜蛋白P17)形態構造 包膜: 脂質雙層刺突: gp120, gp41 基因組構

4、造HIV-1的核酸(RNA)約含98kb的堿基，其主要基因構造與其他逆轉錄病毒一樣，兩端為長末端重復序列(10ng terminal repeat，LTR)，編碼主要構造蛋白的基因從5端到3端依次為gag、pol和env。此外還包括6個輔助性基因，其中兩個是調控基因tat和rev，4個是表達輔助蛋白的基因vpr、vpu、nef和vif。HIV-2無vpu基因，但含有另一個基因Up*。HIV基因組兩端的長末端重復序列不編碼病毒蛋白，但對病毒基因表達的起始和調節至關重要，其上有許多細胞轉錄因子結合位點，可分為調節單位、核心轉錄單位和反式作用元件單位(TAR)3個不同的調控功能區。基因產物功 能Ga

5、g核心蛋白Pol多種酶功能Env包膜蛋白TatTat-3、TaRNA沉默抑制因子，轉錄激活子Rev(Art、Trs)調控RNA剪切和運輸，與RRE結合曾加env的翻譯Vif侵染因子，病毒在巨噬細胞擴散中所必需Vpr(R)增加病毒復制Vpu輔助病毒組裝和釋放，以及gp160/CD4復合體的解聚Nef形成同源二聚體，引起多效應性的影響，如負調控CD4二HIV病毒復制過程復制方式HIV主要侵染人體的T淋巴細胞及巨噬細胞,并通過病毒膜蛋白gp120與細胞外表的CD4受體蛋白結合。首先,病毒體的包膜糖蛋白刺突gp120與細胞外表受體CD4吸附。然后錄酶以病毒RNA為模板,借宿主的tRNA作為引物,產生互

6、補負股DNA,構成RNANA雜交體。雜交體中的親代RNA由RNA酶H水解去除.再由負股DNA產生正股DNA,從而形成雙股DNA。雙股DNA環化后,由胞漿移行到胞核。在病毒整合酶的作用下,病毒基因組整合入細胞染色體中,整合的前病毒轉錄出單一的RNA前體,有些RNA前體拼接而形成病毒的mRNA,翻譯形成病毒的構造蛋白和非構造蛋白,另一些RNA前體經加帽加尾作為病毒的子代基因組RNA,與構造蛋白裝配成核衣殼。最后病毒核衣殼經過細胞膜以出芽方式形成完整病毒體釋放到細胞外。吸附、穿入細胞:刺突(gp120)細胞受體(CD4)和共受體(C*CR4、CCR5)，膜融合(gp41);脫殼: 胞漿, 釋放RNA

7、;逆轉錄: 胞漿, 逆轉錄酶, RNA酶H; RNA()cDNA(-)RNA:DNA雜交體dsDNA細胞核整合至宿主細胞染色體: 細胞核, 整合酶, 形成前病毒；前病毒活化: LTR (啟動子, 增強子), RNA多聚酶; 脫殼潛伏感染裝配施放基因表達調控、轉錄調控細胞因子和病毒因子共同完成對HIV基因表達的調控，包括轉錄和轉錄后兩個水平。HIV基因分成早期基因和晚期基因，早期基因有tat、rev和nef，其表達不依賴于rev，晚期基因有gag、pol、env、vpr、vpu和vif，因為涉及細胞質定位和表達，其表達都依賴于rev基因。 HIV轉錄是由5LTR的單一啟動子介導的，從5LTR產生

8、的9kb初級轉錄本能編碼9種基因。LTR由U3、R、U5三個亞區組成，U3區約45Obp，位于每個LTR的5端，含有大多數順式作用元件，是細胞轉錄因子的結合位點。每個LTR的中心區含有1OObp的R(重復序列)，轉錄起始于R區的第一個堿基，到R的最后一個堿基后，立即進展多腺苷酸化(polyadenylation)。U5區含有180bp，含有Tat結合位點和HIV包裝序列。U5的3端是lys tRNA的結合位點，lys tRNA是逆轉錄引物。HIV DNA整合到宿主染色體后，通常以兩種狀態存在：潛伏感染或者轉錄激活。HIV潛伏感染是抗病毒治療不能徹底鏟除病毒的一個重要原因。盡管在感染早期會產生有

9、效的免疫反響，但這些沉默的前病毒作為一個儲存器，在機體防御系統變弱時，潛伏的前病毒被激活，產生大量的感染性病毒粒子。開發針對潛伏期病毒的藥物是鏟除病毒的一條理想途徑，這依賴于對潛伏期病毒的深入研究。染色質的環境可能決定了前病毒的轉錄活性。例如，前病毒整合到受阻遏異源染色體上會導致病毒的潛伏，而缺少Tat也會導致潛伏感染。通常在感染細胞染色體中整合的多個拷貝前病毒，至少有一個會有轉錄活性。HIV含有兩個長末端重復序列LTR，只有上游LTR具有轉錄調控作用，而下游LTR能夠加Poly A尾到切割的初級轉錄子上。5LTR含有上游和下游啟動子，包括起始子、TATA框和三個Spl位點，這些區域協助RNA

10、聚合酶II(RNAP )定位在轉錄起始位點，組裝前起始復合物，在啟動子上游是轉錄增強子。HIV的LTR含有多種與細胞因子結合的DNA結合位點(圖17)。其中最為關鍵的是位于HIV-1LTR的U3區的、與NF-kB家族轉錄因子結合的DNA結合位點。NF-KB蛋白可以使病毒對激活狀態的感染細胞及時做出反響，刺激T細胞受體(T-cell receptor，TCR)引起NF-kB滅活，使其從細胞質轉移至核仁，繼而表達一系列T細胞特異性激活因子。HIV LTR也含有與轉錄因子SP-1、LEF和 Ets-1，以及NFAT-1和AP-1的結合位點(Garcia eta1，1989)。LEF、和NFAT-1是

11、所有的T細胞特異性因子，而SP-1結合位點對HIV啟動子的功能極其重要。當HIV LTR在細胞轉錄因子的作用下激活后，產生一些初級的、短的轉錄產物，其中一些轉錄子可以產生Tat蛋白，Tat蛋白與TAR元件的RNA莖環作用后極其穩定，使得聚合酶沿著病毒基因組有效延長，大大提高了病毒RNA的轉錄能力，病毒得以完成從RNA到DNA的過程。三HIV病毒致病機理HIV選擇性的侵犯帶有CD4分子的，主要有T4淋巴細胞、單核巨噬細胞、樹突狀細胞等。細胞外表CD4分子是HIV受體，通過HIV囊膜蛋白gp120與細胞膜上CD4結合后，gp120構像改變使gp41暴露，同時gp120-CD4與靶細胞外表的趨化因子

12、C*CR4或C*CR5結合形成CD4-gp120-C*CR4/C*CR5三分子復合物。gp41在其中起著橋的作用，利用自身的疏水作用介導病毒囊膜與細胞膜融合。最終造成細胞被破壞。HIV依靠血液、血液制品以及人體分泌液，如乳汁和精液等進展傳播，它主要感染T4-淋巴細胞，也可以感染其他類型如B-淋巴細胞和單形核細胞等。HIV感染后可引起明顯病變，形成多核巨細胞，并導致細胞死亡。HIV病毒可以通過所感染細胞擴散到全身，已在淋巴細胞、腦、胸腺、脾等組織發現了該病毒。 圖展示了經典的艾滋病毒相關腎病的病理特征四HIV病毒引起艾滋病的研究治療進展近日NIH 下屬的美國國家過敏癥和傳染病研究所科學家提醒了H

13、IV 病毒如何觸發信號，讓受感染的免疫細胞死亡。該發現的重要意義在于未來可以保護HIV 陽性患者的免疫系統免受損傷。HIV 病毒在CD4+T 細胞進展復制, 該過程非常復制包括了將病毒基因插入到細胞基因組。科學家發現在DNA 整合過程中, 一種稱之為DNA 依賴的蛋白酶DNA-dependent protein kinase, DNA-PK開場活化, DNA-PK通常負責DNA雙鏈的斷口修復過程。當HIV病毒將其基因整合到細胞DNA時, 病毒DNA與細胞DNA 結合處的單鏈DNA 是斷開的。然而, 科學家發現HIV 整合造成的斷口會激活DNA-PK, 而該蛋白卻扮演了破壞性的角色: 啟動死亡信

14、號讓宿主CD4+T 細胞死亡。這種瀕臨死亡的T 細胞不可能再去攻擊入侵物。科學家表示該發現對治療HIV 陽性患者的早期阻斷病毒復制過程有重要意義。改變DNA-PK 活性不僅能夠防止病毒復制也能提高CD4+T 細胞的存活率, 并保持其免疫功能參考文獻：Recent Progress in HIV-associated Nephropathy，Christina M.Wyatt，Annual Review of medicine vol 632012:147-159Establishment of a high-throughput screening system foruniversal anti-HIV targets，YIN Qi，Chinese Science Bulletin，April 2010 Vol. 55 No.10: 937942HIV-1gp120V3區的構造特征及其生物學功能，田海軍，自然科學進展，2003年1月，第13卷第1期HIV gp41 七肽重復區五螺旋蛋白的高效表達及對病毒融合的抑制，王久強，生物工程學報，2009, March 25; 25(3): 435-440H IV Tat 蛋白與單核細胞表達輔助受體CCR5 和感染H IV 病毒相