HIV-1與CCR5受體關(guān)系研究概況*

宋娜麗

(云南省中醫(yī)中藥研究院， 云南 昆明 650223)

獲得性免疫缺陷綜合癥(Acquired Immunodeficency Syndrom，簡稱AIDS)流行30年以來，人類已經(jīng)付出巨大的精力和財力試圖控制它的流行趨勢，但仍未能有效控制HIV的廣泛傳播，為了遏制這一世界性流行疾病的蔓延，各國科學家對艾滋病的發(fā)病機理、流行特點、遺傳易感性及治療方法與手段等各方面進行了詳細的研究，本文主要綜述近年艾滋病在趨化因子受體CCR5方面的研究概況，為以后研究CCR5在HIV-1疾病進程中的作用及開發(fā)防治艾滋病的有效藥物奠定基礎。

1 趨化因子受體CCR5

人類免疫缺陷病毒借助于易感細胞表面的受體進入HIV感染者或患者細胞，包括CD4受體以及CCR5、CCR2、CCR3和CXCR4等與HIV密切相關(guān)的趨化因子輔助受體。趨化因子受體(chemokine receptor)是G蛋白偶聯(lián)受體的超家族成員，此受體有7個跨膜區(qū)域，又稱7跨膜受體超家族。趨化因子受體大約由350個氨基酸組成，其中有些氨基酸構(gòu)成一個很短的酸性胞外N-端和一個胞內(nèi)C-端。N-端有酪氨酸的殘基和此端連接的糖基化位點；C-端具有能夠使趨化因子受體磷酸化的絲氫酸和蘇氨酸殘基，此端能與G-蛋白相連。此外，趨化因子受體還有與胞膜垂直的 7個a-螺旋跨膜結(jié)構(gòu)(seven-transmembrane domain，7TM)，7 TM在胞膜兩側(cè)形成以親水氨基酸組成的3個細胞內(nèi)環(huán)和3個細胞外環(huán)結(jié)構(gòu)，能夠起到信息傳遞的作用。HIV利用CXCR4、CCR5和CCR3受體感染細胞的病毒稱為X4型病毒，通常只利用CCR5受體感染細胞表面的病毒稱為R5型病毒株[1～3]。

2 CCR5與HIV-1

CCR5基因位于人染色體3q21.3-24區(qū)，由1個啟動子、2個外顯子和 1個中間分隔的內(nèi)含子組成。其中外顯子l含43bp的5’-非編碼區(qū)(5’-UTR)。外顯子2含lbp的5’-UTR及1個開放讀碼框(ORF)，其轉(zhuǎn)錄的mRNA長3.4kb，翻譯產(chǎn)物CCR5由352個氨基酸組成，分子量40.6kD[4]。目前已知CCR5為HIV-1毒株進入人體的最主要輔助受體，它在gp120與CD4識別后發(fā)生的構(gòu)象變化中起到了至關(guān)重要的作用。幾乎所有的HIV-1病毒株都是利用其中的CCR5或CXCR4受體，或同時利用2種受體入侵細胞，主要在于CCR5和CXCR4的N-末端和第二胞外區(qū)對于它們與HIV-1gp120的結(jié)合起著關(guān)鍵的作用。近些年對CCR5基因的多態(tài)性研究及其對艾滋病感染者易感性和疾病進程的影響呈增多趨勢，較多的抗艾滋病藥物也以CCR5為作用靶點展開研究，CCR5基因存在多種突變(如 CCR5Delta32、CCR5m303及CCR5-59353.T/C等)，并且己證明，某些 CCR5自然突變在抵抗 HIV-1感染及延緩疾病進展中起到了積極的作用，但感染后，發(fā)生基因突變個體的自然病程較未發(fā)生突變者更短，出現(xiàn)機會性感染的幾率更大，而對基因編碼區(qū)突變體CCR5△32的研究較為廣泛。CCR5△32是指CCR5基因的32個堿基缺失，即在CCR5等位基因編碼區(qū)域第185位氨基酸密碼子以后發(fā)生了32個堿基缺失，導致讀碼框架錯位，缺失了與G蛋白信號通路相關(guān)的胞外第三環(huán)結(jié)構(gòu)，就會在細胞膜表面產(chǎn)生截短的、無功能的穿膜蛋白質(zhì)，從而使CCR5蛋白無法正常穿膜表達于細胞膜上，不能使HIV-1gp120與CCR5△32有效結(jié)合，導致嗜巨噬細胞HIV-1病毒不能進入宿主細胞，發(fā)展為艾滋病[5]。

CCR5△32突變有純合子和雜合子2種突變，純合子突變是指構(gòu)成CCR5的2條鏈均發(fā)生了32個堿基缺失；雜合子則指其中一條鏈發(fā)生堿基缺失的現(xiàn)象[6]。純合子的個體能有效抵御HIV-1對人體的感染，原因主要是CCR5純合性的突變導致翻譯時讀碼框錯位，其產(chǎn)物CCR5發(fā)生第2胞外區(qū)域缺陷，使得7個跨膜結(jié)構(gòu)中的后3個跨膜區(qū)消失，第3胞內(nèi)環(huán)和胞內(nèi)C末端區(qū)域缺失，在宿主細胞表面產(chǎn)生無功能的穿膜蛋白，從而造成HIV-1gp120和V3復合物不能與變異的CCR5結(jié)合，阻止了HIV-1對宿主細胞的感染。雜合子雖無抵抗HIV-l感染的作用，但可顯著推遲感染者疾病進程的時間，主要因為雜合子會減少CCR5在宿主細胞表面的表達，從而減少病毒的復制，降低血漿中病毒載量水平。再者，某些雜合子個體內(nèi)CCR5配體(RANTES、MIP-1α和MIP-1β等)在血漿中的濃度明顯增加[7]，與HIV-1 競爭性結(jié)合CCR5，從而延緩疾病的進程，最后，與 CCR5△32翻譯后的受體僅含215個氨基酸、易被機體降解、且不表達在宿主細胞表面有關(guān)[8]。另外，一些研究發(fā)現(xiàn)在HIV感染者血漿中存在抗CCR5抗體，但這與HIV感染者機體CD4狀況和病毒載量水平無關(guān)，而健康人體內(nèi)卻未檢測到，推測可能是感染HIV后，機體的免疫系統(tǒng)被異常激活導致[9]。

研究發(fā)現(xiàn)，公認的能對HIV感染和AIDS進程有影響的只有CCR5△32和CCR5m-303 2種受體[10～12]，CCR5m- 303(101半胱氨酸變成終止密碼)是指在CCR5讀碼框內(nèi)303位堿基由A→T的點突變。突變使讀碼框內(nèi)形成一個終止子，導致CCR5的翻譯提前完成而產(chǎn)生無功能的CCR5穿膜蛋白，其作用與CCR5純合突變一樣也有抵抗HIV-1感染的作用。如果同一個體內(nèi)2條染色體同時發(fā)生CCR5△32和CCR5m303突變，將導致CCR5功能的全部喪失，這些個體對CCR5依賴病毒有著極強的抵抗力[14]。CCR5△32基因突變在我國不同的民族中，突變頻率有顯著性差異，其中維族最高為3.48%，漢族和藏族最低，分別為0.16%和0%[13～14]。CCR5m303在人群中的突變率較低，Quillent等人報道意大利人為0.2%[15]，我國未見報道[16～18]。而對中醫(yī)藥治療有效的HIV-1感染者基因變異情況及表達尚未見報道。

目前有關(guān)CCR5受體表達方面的研究，對經(jīng)HAART治療后的HIV感染者進行了許多有意義的嘗試。很有意思的是，采用HAART療法治療的HIV-1感染者，CCR5和CXCR4顯示不同的表達水平[19]。另有研究顯示，經(jīng)HAART治療后，病情有效控制的HIV感染者(病毒載量log值≤4)病毒載量水平越低，CCR5受體表達水平越高，但病情控制不理想者(病毒載量log值≥4)，CCR5受體也有可能有著較低的表達水平[20]；相反，經(jīng)HAART治療后，隨著HIV感染者CD4計數(shù)水平的上升，CCR5受體表達水平增高[21]。另有研究發(fā)現(xiàn)，CCR5密度與HIV病毒載量有關(guān)，CD4+T細胞表面CCR5密度是HIV-1感染者體內(nèi)病毒載量水平高低的決定性因素，CCR5越高，體內(nèi)病毒載量越高[22]。同時，法國學者發(fā)現(xiàn)CD4+T細胞表面表達的CCR5協(xié)同受體的數(shù)量，決定HIV感染者體內(nèi)CD4+細胞下降的程度，抗病毒治療的目標應是降低功能性CCR5的密度。另外，HAART治療后，HIV-1感染者CCR5-△32雜合子突變表達變化較CCR5純合子表達更敏感[23]。從這些研究我們發(fā)現(xiàn)，機體感染HIV病毒后，可能由于機體CCR5基因數(shù)量及表達水平的不同，或者藥物對機體的作用狀況的差別，會導致感染者或者患者免疫狀況或者病毒載量水平的不同。

3 CCR5拮抗劑的研究情況

目前對于艾滋病的藥物治療，主要是基于抑制病毒的復制，減緩艾滋病病程的進展，但不能完全殺滅病毒，一旦機體免疫系統(tǒng)嚴重受損，將大大增加機會性感染的發(fā)生率。以CCR5為靶點的抗艾滋病藥物的研究也是該領域關(guān)注的熱點，主要有以下幾種：日本Takeda制藥公司開發(fā)的CCR5拮抗劑TAK-779，仍處于臨床前開發(fā)階段，可以阻滯HIV膜融合階段gp120與細胞膜上CCR5的結(jié)合，其作用位點在受體的細胞外側(cè)面跨膜α螺旋1、2、3、7形成的袋狀結(jié)構(gòu)內(nèi)[24]；由Pfizer公司開發(fā)的化合物UK-427857目前處于Ⅱ期臨床階段，主要通過阻滯HIV膜融合階段gp120與細胞膜上CCR5受體的結(jié)合，而使病毒不能進入宿主細胞[25]；由Schering-Plough公司開發(fā)的小分子Sch-C正處于Ⅰ/Ⅱ期臨床研究階段，它與CCR5的結(jié)合比TAK-779更具有特異性，能有效地拮抗RANTES的誘導作用，但本身并不誘導鈣離子釋放；該公司開發(fā)的Sch-D也處于Ⅰ期臨床研究階段，它的抗病毒活性比Sch-C高近10倍，它對R5 HIV-1鏈的A、B、C和E亞型都具有廣泛活性[26]；其它正在開發(fā)的藥物如E-913也處于Ⅱ期臨床研究階段[27，28]。研究表明，隨著對艾滋病認識及對CCR5靶點研究的深入，更多治療艾滋病的有效藥物將會進入臨床，并最終會應用于臨床。

4 小結(jié)

由于CCR5是HIV-1非合胞體形成株感染和進入靶細胞的主要輔助受體，它參與HIV-1感染過程中的一些關(guān)鍵性區(qū)域，由于其配體在病毒進入細胞的水平上阻止感染，而且，CCR5△32突變純合子個體對HIV-1非合胞體形成株的感染有保護作用[29，30]。因此，趨化因子受體CCR5與HIV-1相關(guān)性的研究已經(jīng)越來越深入，這為人類治療艾滋病提供了理論和實驗基礎，開發(fā)治療艾滋病的與CCR5相關(guān)的拮抗劑，雖然速度緩慢但已有很大進展。本文旨在闡述CCR5受體應作為開發(fā)預防及治療艾滋病藥物的重要考慮因素，并應對其進行深入研究，這將非常有益于抗艾滋病藥物的研制、艾滋病的預防及艾滋病患者的預后治療。

[1]Alvarez Losada S，C anto-Nogues C，Munoz-Fernandez MA.A new possible mechanism of human immunodeficiency virus type l infection of neural cells[J].Neurobiol Dis，2002，11(3)：469～478.

[2]Hieshima K，Yoshie O. Chemokine receptors and HIV-l infection[J].Nippon Rinsho，2002，60(4)：681～687.

[3]衛(wèi)艷萍，馮龍，馬云云，等.以人CCR5啟動子為靶的藥物篩選方法的初步建立[J].生物醫(yī)學工程學雜志，2009，26(5)：1043～1046.

[4]Michael NL，Nelson JA，Chang G，et al.Exclusive and persistent use of the entry corecptor CXCR5 by human immunodeficiency virus type l from a subject homozygous for CCR5 delta 32[J].J Virol 1998，72(7)：6040～6047.

[5]Sheppard HW，Celum C，Michael NL，et al.HIV-1 infection in individuals with the CCR5-Delta32/Delta32 genotype：acquisition of syncytium-inducing virus at seroconversion[J].J.Acquir.Immune Defic.Syndr.2002，29(3)：307～313.

[6]Samson M，Libert F，Doranz B，et al.Resistance to HIV-l infection of Caucasian individuals bearing mutant alleles of the CCR5.chemokine receptor gene[J].Nature，1996，382：722～725.

[7]張麗，郭葆玉.CXCR4結(jié)構(gòu)功能與HIV-1感染的分子生物學[J].國外醫(yī)學分子生物學分冊，2001，23(6)：369～371.

[8]Sheppard HW，Celnm C，Michael NI，et al.HIV-I infection in individuals with the CCR5-delta32/delta32 genotype：acquisition of syncytium-inducing virus at seroconversion[J].J Acquir immune Defic Syndr，2002，29(3)：307～313.

[9]Edith Grene，Ligia A.Pinto，Alan L.et al.Anti-CCR5 antibodies in sera of HIV-positive individuals[J].Human Immunology 2001，62，143～145.

[10]Libert F.Cocbaux P.Beckman G.et al.The delta ccr5 mutation conferring protection against HIV-1 in Caucasian populations has a single and recent origin in Northeastern Europe. Hum. Mol. Genet.，1998，7：399～406.

[11]Stephens JC.，Reich DE.，Goldstein DB.，et al.Dating the origin of the CCR5-Del 32 AIDS-resistance allele by the coalescence of haplotypes.Am.J.Hum.Genet.1998，62：1507～1515.

[12]Quillent C.，Oberlin E.，Braun J.，et al.HIV-1-resistance phenotype conferred by combination of two separate inherited mutations of CCR5 gene[J].Lancet.1998，351：14～18.

[13]Martinson J.J.，Chapman N.H.，Rees D.C.，et al.Global distribution of the CCR5 gene32basepair deletion[J].Nat.Genet，1997，16：100～102.

[14]王福生，金磊，劉明旭，等.中國普通人群中感染HIV-1感染輔助受體和配體基因多態(tài)性的分析[J].科學通報，2001，46：569～573.

[15]Quillent C，Oberlin E，Braun J，et al.HIV-1 resistance phenotype conferred by combination of two separate inherited mutations of CCR5 gene[J].Lancet，1998，351(9095)：1418.

[16]劉明旭，王福生，金磊，等.新疆維吾爾族人群HIV協(xié)同受體CCR5基因突變的檢測[J].解放軍醫(yī)學雜志，2001，26(2)：113～114.

[17]王福生，陳菊梅.HIV-1感染、致病機理和人體CCR5、CCR2等基因多態(tài)性之間的相互關(guān)系研究進展[J].中國艾滋病性病防治，2000，6(1)：58～59.

[18]王福生，馮鐵建.深圳地區(qū)艾滋病病毒感染人群的HIV-1抗性

基因多態(tài)性研究[J].中國艾滋病性病防治，2001，3(1)：137～140.

[19]Pierdominici，M.，Giovannetti，A.，Ensoli，F(xiàn).，et al.Changes in CCR5 and CXCR4 expression and beta-chemokine production in HIV-1-infected patient treated with highly active antiretroviral therapy[J].J.Acquir.Immune Defic.Syndr.2002，29(2)，122～131.

[20]Natalia S.S.，Alejandro V.，Geronimo F.，et al.Control of HIV-1 RNA load after HAART interruption：Relationship with CCR5 co-receptor density and proviral DNA load in HIV-infected patient[J].Journal of Clinical Virology，2007，40：64～67.

[21]Vincent T，Portales P，Baillat V，et al.The immunological response to highly active antiretroviral therapy is linked to CD4+T cell surface CCR5 density[J].J Acquir Immune De c Syndr.2006，43：377～378.

[22]Reynes J，Portales P，Segondy M，et al.CD4+T cell surface CCR5 density as determining factor of virus load in persons infected with human immunodeficiency virus type 1[J].J.Inf.Dis.，2000，(8)：927～932.

[23]O’Brien，S.J.Moore，J.P.The effect of genetic variation in chemokines and their receptors on HIV transmission and progression to AIDS[J].Immunol.Rev，2000，177，99～111.

[24]甘海峰，查曉明，吉民.以CCR5為靶點的小分子抗艾滋病藥物的研究與開發(fā)[J].藥學進展，2005，29(4)：151～155.

[25]Shiraishi M，Aramaki Y，F(xiàn)ujino M.Discovery of novel，potent，and selective small-molecule CCR5 antagonists as anti-HIV-1 agents：synthesis and biological evaluation of anilide derivatives with a quaternary ammonium moiety[J].J Med Chem，2000，43(10)：2049～2063.

[26]Anthony J，Xu W，Lepore V，et al.Sodium salt of a HIV integrase inhibitor[p].WO：03016305，2003，02(27).

[27]Kazmierski W，Bifulco N，Kenakin T.Recent progress in discovery of small-molecule CCR5 chemokine receptor ligands as HIV-1 inhibitors[J].Bioorg.Med.Chem，2003，11(13)：2663～2776.

[28]Chen Z，Hu B，Huang W，et al.HIV-1 mutants less susceptible to Sch-D，a novel small-molecule antagonist of CCR5[EB/OL].www.aids online.com.cn/medication/drug.05.htm，2003，12(15).

[29]Cormier EG，Persuh M，Thompson DA，et al.Specific interaction of CCR5 amino-terminal domain peptides containing sulfotyrosines with HIV-1 envelope glycoprotein gp120[J].Proc Natl Acad Sci USA，2000，97：5762～5767.

[30]Farzan M.，Mirzabekov T，Kolchinsky P，et al.Tyrosine sulfation of the amino terminus of CCR5 facilitates HIV-1 entry[J].Cell，1999，96：667～676.