病毒感染與內(nèi)質網(wǎng)應激

譚小飛，呂頌雅

（武漢大學 生命科學學院，病毒學國家重點實驗室，湖北武漢 430072）

內(nèi)質網(wǎng)（Endoplasmic reticulum，ER）是真核細胞內(nèi)負責蛋白質折疊、修飾、組裝以及鈣儲存的多功能細胞器，因其龐大復雜的膜結構以及附著其上的大量功能性蛋白而成為調控多種信號通路的樞紐，只有在內(nèi)質網(wǎng)中正確折疊的蛋白質才能被運輸?shù)礁郀柣w并成為分泌蛋白或膜蛋白[1]。正常情況下，ER上的3種跨膜蛋白——IRE1、PERK和ATF6與ER伴侶分子Bip/GRP78結合，三者的功能被抑制。當細胞受到不同的環(huán)境因素干擾時，則會導致肽鏈在內(nèi)質網(wǎng)中的折疊受阻，錯誤折疊的蛋白質大量聚集從而使細胞處于應激狀態(tài)，稱內(nèi)質網(wǎng)應激（ER stress, ERS）[2]。這些錯誤折疊的蛋白質在早期會通過內(nèi)質網(wǎng)相關降解途徑（ER -associated degradation,ERAD）被降解。一旦ER中聚集的錯誤折疊蛋白超過ER的負荷能力時，就會與Bip/GRP78結合而釋放出IRE1、PERK和ATF6，激活未折疊蛋白反應[3]。近年來，對于病毒感染與內(nèi)質網(wǎng)應激的機制研究已經(jīng)有了很大突破，了解病毒對內(nèi)質網(wǎng)應激及UPR信號通路的調控機制對于研究新的抗病毒藥物及提出新的抗病毒策略具有重要意義。本文對幾種重要病毒感染與內(nèi)質網(wǎng)應激及UPR的關系研究進展進行了簡要綜述。

1 病毒感染引起內(nèi)質網(wǎng)應激并調控UPR

病毒在其感染過程中合成的大量病毒蛋白將使內(nèi)質網(wǎng)處于應激狀態(tài)。細胞為了維持自身穩(wěn)態(tài)，常常會啟動UPR介導的蛋白降解途徑（ERAD）以及宿主細胞凋亡、自噬等調控機制，抑制或降解病毒蛋白的合成和堆積來維持細胞穩(wěn)態(tài)，同時抑制病毒的復制；而病毒則會通過反調控或利用UPR反應，為其在宿主體內(nèi)復制增殖提供適宜的環(huán)境，最終成功復制；同時，病毒感染引起的持續(xù)UPR和炎癥可能也是病毒疾病的重要病因[4]。下面將概述幾種常見的引起人類疾病的重要病毒感染與UPR的關系。

1.1 RNA病毒感染與UPR

登革熱病毒（Dengue virus，DENV）感染細胞在不同時期分別激活UPR的不同通路。感染早期，PERK通路被激活，細胞通過在翻譯水平減弱蛋白的產(chǎn)生來抵抗病毒的入侵，而病毒為了維持自身復制，會通過增強GADD34的表達來反饋抑制PERK通路中eIF2ɑ的磷酸化；隨后，IRE1-XBP1通路可被病毒糖蛋白prM，E，NS1及憎水小分子ER錨定蛋白激活，使XBP1s以及下游靶基因ERdj4、EDEM、P58表達量均上調，在加速細胞內(nèi)未折疊蛋白降解的同時使細胞抵御凋亡；感染晚期會檢測到ATF6通路的瞬間激活，具體原因還不清楚[5]。

丙型肝炎病毒（Hepatitis C virus, HCV）入侵宿主細胞會引起ERS，目前關于被感染肝細胞如何在這種細胞應激壓力下存活的機制并未完全清楚，但總體可分為4步：（1）被感染細胞將會在翻譯水平減少蛋白的堆積，并優(yōu)先編碼UPR相關蛋白；（2）UPR通過誘導伴侶蛋白的表達增強ER的功能；（3）ER compartments的增殖使細胞適應了大量病毒蛋白的產(chǎn)生和堆積，并開始起始ERAD泛素化及自噬；（4）在ERAD仍無法緩解細胞內(nèi)未折疊蛋白堆積的壓力時，UPR會激活細胞凋亡信號通路[6]。

1.2 DNA病毒感染與UPR

乙型肝炎病毒（Hepatitis B virus, HBV）是一種有包膜的部分雙鏈DNA病毒[7]，在轉基因小鼠中，過表達野生型L蛋白可導致GGH現(xiàn)象[8]，并激活IRE1-XBP1，使GRP78和GRP94這兩種UPR伴侶蛋白的表達量上調，EDEM的表達升高，并伴隨著病毒表面蛋白的降解加強；將內(nèi)源的EDEM1沉默后，細胞中HBV表面蛋白會積累并增加分泌[9]?？梢?，HBV感染激活IRE1-XBP1，一方面，細胞通過IRE1-XBP1-ERAD機制降解因突變而滯留在ER中的病毒蛋白，起質控作用；另一方面，通過ERAD降解正常病毒蛋白限制病毒產(chǎn)量[10]。

人巨細胞病毒（Human cytomegalovirus, HCMV）感染細胞時通過對UPR信號通路的一系列調控來避免細胞死亡以利于自身的復制[11]。感染早期大量激活PERK和eIF-2α但限制eIF-2α的磷酸化，通過P-eIF2α介導的途徑積累ATF4并限制JNK的磷酸化，使細胞避免由內(nèi)質網(wǎng)應激引起的凋亡，確保病毒自身的復制順利進行[12]。HCMV感染并不激活ATF6，且通過其他途徑來轉錄激活Bip、GRP97等分子伴侶，Bip在復制早期會瞬時增加，一段時間后回到正常水平，病毒糖蛋白US11被證明與Bip有物理作用，病毒可能通過對Bip的精確調節(jié)來控制UPR反應的激活與抑制[13]。

2 結語與展望

深入探討由病毒感染引起的內(nèi)質網(wǎng)應激反應及其對炎癥反應的調控機制，既可加深人們對細胞在應激狀態(tài)下自我調控的了解，也有助于人們更好地了解病毒性疾病的發(fā)生及致病機制，為病毒性疾病的防御及治療提供新的思路和方案，減少甚至逆轉病毒侵染人體后對人體細胞的損傷，從而達到保護人群健康，治療疾病的目的。

[1]馮利杰,沈玉先,李俊.內(nèi)質網(wǎng)應激與炎癥[J].中國藥理學通報,2013,29(6):756-760.

[2]Walter P, Ron D. The Unfolded Protein Response: from Stress Pathway to Homeostatic Regulation[J].Science,2011,334(6059):1081.

[3]Marciniak S J, Yun C Y, Oyadomari S, et al. CHOP Induces Death by Promoting Protein Synthesis and Oxidation in the Stressed Endoplasmic Reticulum[J].Genes Dev,2004,18(24):3066.

[4]Li S, Kong L, Yu X. The Expanding Roles of Endoplasmic Reticulum Stress in Virus Replication and Pathogenesis[J].Crit Rev Microbiol,2015,41(2):150-164.

[5]Klomporn P, Panyasrivanit M, Wikan N, et al. Dengue Infection of Monocytic Cells Activates ER Stress Pathways, but Apoptosis is Induced through both Extrinsic and Intrinsic Pathways[J].Virology,2011,409(2):189-197.

[6]Pena J, Harris E. Dengue Virus Modulates the Unfolded Protein Response in a Time-dependent Manner[J].J Biol Chem,2011,286(16):14226.

[7]Fink S L, Jayewickreme T R, Molony R D, et al. IRE1 Promotes Viral Infection by Conferring Resistance to Apoptosis[J].Sci Signal,2017,10(482).

[8]Klein M, Chong P. Is a Multivalent Hand, Foot, and Mouth Disease Vaccine Feasible?[J]. Hum Vaccin Immunoth er,2015,11(11):2688-2704.

[9]Stoykova Z D, Ivanova L I, Todorova T T. The Role of Cytomegalovirus in Congenital and Early Postnatal Infections in Northeastern Bulgaria[J].Folia Med,2017,59(3).

[10]Xuan B, Qian Z, Torigoi E, et al. Human Cytomegalovirus Protein pUL38 Induces ATF4 Expression, Inhibits Persistent JNK Phosphorylation, and Suppresses Endoplasmic Reticulum Stressinduced Cell Death[J]. J Virol,2009,83(8):3463-3474.

[11]Wiertz E J, Jones T R, Sun L, et al. The Human Cytomegalovirus US11 Gene Product Dislocates MHC Class I Heavy Chains from the Endoplasmic Reticulum to the Cytosol[J].Cell,1996,84(5):769.

[12]Machold R P, Wiertz E J, Jones T R, et al. The HCMV Gene Products US11 and US2 differ in their ability to attack allelic forms of murine major Histocompatibility Complex (MHC) Class I Heavy Chains[J].J Exp Med,1997,185(2):363-366.

[13]Jin A C, Lee A H, Platzer B, et al. The Unfolded Protein Response Element IRE1α Senses Bacterial Proteins Invading the ER to Activate RIG-I and Innate Immune Signaling[J]. Cell Host Microbe,2013,13(5):558-569.