口蹄疫病毒突破宿主細胞天然免疫應(yīng)答的機制

張克山，尚佑軍，鄭海學(xué)，靳 野，何繼軍，劉艷紅，劉湘濤

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所 家畜疫病病原生物學(xué)國家重點實驗室農(nóng)業(yè)部畜禽病毒學(xué)重點開放實驗室 國家口蹄疫參考實驗室，甘肅蘭州 730046）

天然免疫又稱為非特異性免疫、固有免疫是機體與生俱來的抵抗體外病原體侵襲、清除體內(nèi)抗原性異物的第一道屏障[1]。細胞天然免疫是機體天然免疫的關(guān)鍵組成部分，隨著人們對巨噬細胞、NK細胞及樹突狀細胞（DCs）等天然免疫細胞的深入研究，加上天然免疫具有即時性且缺乏記憶性的特點，天然免疫得到越來越廣泛的重視和深入的研究。病毒成功侵入機體必須抑制甚至破獲宿主的天然免疫應(yīng)答以爭取獲得足夠的時間去復(fù)制并傳播到其他易感細胞、宿主或者逃避宿主的免疫監(jiān)視進入潛伏感染狀態(tài)[2]。在此過程中，病毒往往采取以下措施來抵御機體的細胞免疫:減少CD8+細胞毒性T淋巴細胞的數(shù)量、阻止病毒的抗原多肽遞呈于1型主要組織相容性復(fù)合物（MHC-1）等[3]。在某些急性感染過程病毒通過編碼同源性細胞因子或受體來抑制了補體介導(dǎo)的殺傷感染細胞或目標(biāo)效應(yīng)分子[4]。

FMDV作為一種急性、烈性、高度接觸性的人畜共患傳染病受到廣泛關(guān)注。疫苗免疫能夠激發(fā)機體產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答，在預(yù)防和控制口蹄疫過程中扮演著十分重要的角色而且有數(shù)百年的研究歷史[5]?？谔阋咛禺愋悦庖呔哂嗅槍π院陀洃浶?，被認(rèn)為是機體抗FMDV的主要免疫效應(yīng)機制受到普遍關(guān)注。口蹄疫滅活疫苗免疫后4～7天可以檢測到抗FMDV IgM，第14天能檢測到抗口蹄疫病的IgG且持續(xù)數(shù)月之久[6]，這對于傳染性極強的FMDV而言足以引起大規(guī)模的暴發(fā)和流行。相對于特異性的免疫應(yīng)答，天然免疫對抵抗FMDV感染研究相對較少，而非特異性免疫應(yīng)答在抵御FMDV感染過程中發(fā)揮著重要的作用。相對于傳染性極強的FMDV而言，初次感染FMDV的動物機體根本來不及產(chǎn)生特異性的體液免疫和細胞免疫，只能依賴天然免疫應(yīng)答的即時性和非特異性來抗衡FMDV的入侵。FMDV突破細胞天然免疫屏障成功感染機體的機制至今不十分清楚。深層次的認(rèn)識FMDV突破細胞天然免疫應(yīng)答的機制，有助于人們開發(fā)快速的生物治療藥物應(yīng)對口蹄疫的暴發(fā)和流行。本文將從以下4個方面對FMDV突破宿主宿主細胞天然免疫屏障的機制作以綜述。

1 FMDV抑制宿主細胞轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)

FMDV要在被感染動物體“嗜好”部位快速的復(fù)制以達到生存和致病的目的必須抵抗宿主細胞天然免疫系統(tǒng)[2]。與小核糖核酸病毒科的其他病毒一樣，F(xiàn)MDV侵入機體細胞后關(guān)閉了宿主細胞的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)和“帽子”依賴的翻譯系統(tǒng)，使得病毒在組織細胞中能夠快速有效的復(fù)制和傳播。FMDV編碼的4個結(jié)構(gòu)蛋白，10個非結(jié)構(gòu)蛋白以及這些蛋白在水解過程中產(chǎn)生的前體蛋白都對抵抗宿主細胞天然免疫應(yīng)答起著一定作用[7]。

1.1 FMDV Lpro抑制宿主細胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯

Lpro具有木瓜蛋白酶活性[8]，能夠把自己編碼的蛋白從FMDV整個ORF編碼區(qū)剪切下來[9]（圖1-1）；同時能夠切割宿主翻譯起始因子eIF4G而關(guān)閉宿主細胞“帽子”依賴的mRNA翻譯機制[10]。就宿主cap-mRNA翻譯系統(tǒng)而言，起始因子eIF4G作為一個橋梁，將mRNA和核糖體小亞基連接起來，對mRNA的翻譯起到橋梁作用[11]。FMDV感染后，由于Lpro的存在導(dǎo)致cap-mRNA和核糖體小亞基連接的橋梁eIF4G被切割，從而宿主細胞翻譯系統(tǒng)被關(guān)閉（圖1-2）；由于FMDV自身存在IRES結(jié)構(gòu)，是一種非“帽子”依賴的mRNA翻譯機制自身翻譯不受eIF4G的影響[12]。研究表明在FMDV感染的細胞中PABP、PTB以及轉(zhuǎn)錄起始因子的亞單位 NF-kB、eIF3a、eIF3b都被 Lpro蛋白不同成都的水解[13]（圖1-3），eIF3a和 eIF3b是組成轉(zhuǎn)錄起始因子復(fù)合物的必須成分，這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)進一步佐證了Lpro的蛋白水解作用能夠抑制宿主細胞的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)[6]。

1.2 FMDV 3Cpro對宿主細胞轉(zhuǎn)錄和翻譯的負(fù)調(diào)控機制

FMDV 3C蛋白酶主要負(fù)責(zé)FMDV多聚蛋白的加工，同時能夠從氨基端切割組蛋白H3[14]和轉(zhuǎn)錄起始因子eIF4A和eIF4GI等[15]。H3是染色體的成分之一與宿主細胞轉(zhuǎn)錄有關(guān)，組蛋白H3的降解使得宿主細胞染色體的轉(zhuǎn)錄受阻進而負(fù)調(diào)控了下游蛋白的表達[16]。因此FMDV 3Cpro的一定程度上抑制了宿主細胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯。

2 FMDV干擾宿主細胞分泌通路和MHC-I類分子的遞呈

在FMDV感染的細胞中，病毒抗原肽和MHC-I形成的復(fù)合物遞呈在細胞表面對于感染細胞的識別和清除起關(guān)鍵作用，大多數(shù)MHC-I能夠在細胞內(nèi)翻譯和組裝[17]并和內(nèi)源性抗原肽形成復(fù)合物，這些復(fù)合物在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過分泌途徑展示在細胞表面[18]。遞呈在細胞表面的病毒肽MHC-I復(fù)合物誘導(dǎo)了CTL活性，感染的細胞被清除，這一過程是宿主細胞抵抗FMDV入侵的有效手段[19]。研究證實FMDV病毒感染上皮細胞30min后能夠檢測到MHC-I分子的減少，感染后6小時和正常細胞相比約減少50%[20]，同時宿主細胞中IL-6和 IL-8的表達量也有不同程度的下降[21]。根據(jù)內(nèi)源性抗原加工和遞呈的機制，由于MHC-I的減少導(dǎo)致FMDV抗原多肽遞呈到效應(yīng)細胞的數(shù)量明顯減少，不能夠誘導(dǎo)較強的CD8+T細胞反應(yīng)，感染的細胞不能被及時清除或清楚的數(shù)量明顯減少。研究表明I型干擾素具有廣譜抗病毒作用是病毒感染機體后誘導(dǎo)產(chǎn)生的抑制病毒復(fù)制的主要物質(zhì)之一，然而由于FMDV的感染，宿主細胞轉(zhuǎn)錄和翻譯被大幅度抑制，I型干擾素的表達和分泌不同程度的降低使得FMDV得以在短期內(nèi)大量復(fù)制。因此，F(xiàn)MDV感染后宿主MHC-I、I型干擾素及其細胞因子的減少是FMDV突破宿主細胞天然免疫的機制之一。

3 FMDV破壞天然免疫細胞功能和I型干擾素的產(chǎn)生

3.1 FMDV破環(huán)樹突狀細胞（DCs）

樹突狀細胞（DCs）是哺乳動物的一類專職抗原遞呈細胞，在機體細胞免疫中扮演重要角色，在病毒感染的早期DCs除了能夠遞呈抗原外還能夠產(chǎn)生大量的IFN-α和細胞因子以抑制病毒的增值[22]。研究表明DCs在FMDV感染后，其分泌I型干擾素和細胞因子的效率大大降低[23]，但機理尚不清楚。

3.2 FMDV誘導(dǎo)淋巴細胞的減少和凋亡

在FMDV感染后，機體外周血淋巴細胞絕對數(shù)量出現(xiàn)了急性短暫性的減少[24]，而且外周血淋巴細胞減少程度和FMDV致病力強度成正相關(guān)。在出現(xiàn)病毒血癥時所有的T細胞和B細胞亞群都受到破壞[25]，F(xiàn)MDV感染早期T細胞受到更為嚴(yán)重的破壞，被破壞的T淋巴細胞因不能分泌IFN-γ而成為功能缺陷性細胞且持續(xù)到感染后的第10天左右[26]。這種淋巴細胞的減少和破壞隨著病毒血癥的降低在感染后4～7天即可恢復(fù)到原來的水平。這一現(xiàn)象為FMDV在體內(nèi)的復(fù)制和傳播提供了絕佳的機會和臨時性環(huán)境。FMDV感染能夠誘發(fā)宿主細胞程序性死亡（細胞凋亡），這一現(xiàn)象已經(jīng)在BHK-21[27]和豬體內(nèi)[28]得到證實。BEI滅活的FMDV能夠誘導(dǎo)未成熟的小鼠樹突狀細胞發(fā)生凋亡[29]，同時被FMDV感染的細胞有自溶標(biāo)記[30]。因此誘導(dǎo)宿主淋巴細胞減少和凋亡是FMDV抵抗天然免疫應(yīng)答的又一手段。

3.3 FMDV破壞NK的功能

NK細胞是一種不需要抗原特異性刺激就能夠發(fā)揮作用的天然殺傷細胞，它通過細胞應(yīng)激信號識別被FMDV感染的細胞，從而自主發(fā)揮細胞毒活性。NK細胞是病毒突破宿主細胞天然免疫所破壞的目標(biāo)細胞，研究表明FMDV感染早期能導(dǎo)致宿主NK細胞的功能異常[31]。豬感染FMDV的第2天NK細胞反應(yīng)活性開始下降而且這種狀態(tài)持續(xù)2～3天，感染動物血清中病毒滴度的升高和NK細胞殺傷活性的下降程度成正相關(guān)。

4 FMDV感染的免疫病理作用

由于FMDV前導(dǎo)蛋白L的存在，抑制了宿主細胞的轉(zhuǎn)錄與翻譯。病毒感染細胞中MHC-I的表達受到嚴(yán)重抑制，根據(jù)內(nèi)源性抗原加工和遞呈的機理感染的細胞不能被及時清除。由于 I型干擾素 IFN-α、IFN-β 的表達受到抑制，干擾素介導(dǎo)的抗病毒活性受到抑制[32]。Lpro的存在下調(diào)了炎癥基因的轉(zhuǎn)錄降解了NF-KB從而部分抑制了宿主細胞天然免疫[33]。FMDV 3C蛋白質(zhì)酶的存在產(chǎn)生了和Lpro相類似的抑制效應(yīng)，因此Lpro、3Cpro和其他蛋白的存在抑制了感染細胞炎性細胞因子表達和分泌[34]，炎性細胞因子表達量的減少對樹突狀細胞（DCs）、巨噬細胞、NK細胞和T細胞活性提供了抑制信號。

總之，F(xiàn)MDV感染宿主細胞的初期必須通過各種手段來抵抗甚至破壞宿主細胞的天然免疫應(yīng)答為病毒的侵入、復(fù)制和傳播爭取足夠的時間和十分有利的條件。這些手段包括：（1）減少外周血中淋巴細胞的數(shù)量；（2）破壞天然免疫細胞的活性；（3）干擾細胞因子的分泌；（4）抑制宿主細胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯；（5）干擾FMDV抗原肽的遞呈；（6）抑制I型干擾素的翻譯和分泌。但是以下問題仍然需要認(rèn)真思考和深入研究比如：病毒感染初期有哪些細胞參與了抗FMDV天然免疫應(yīng)答？這些細胞在抗FMDV天然免疫應(yīng)答中有何生活學(xué)特性？不同種屬動物之間抗FMDV天然免疫應(yīng)答機制有何區(qū)別？FMDV抵抗甚至破壞機體天然免疫應(yīng)答對預(yù)防和控制口蹄疫有何啟發(fā)？以上問題的回答和深入研究有助于人們開發(fā)快速的生物靶向治療藥物和新型疫苗以應(yīng)對口蹄疫的暴發(fā)和流行。

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