肝代謝調控下抗HBV感染的新策略：營養療法

孫維華，胡康洪*， 孫 鴿， 田小輝， 成細瑤

(1.湖北工業大學中德生物醫學中心，湖北武漢 430068;2.發酵工程湖北省協同創新中心，湖北武漢 430068)

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肝代謝調控下抗HBV感染的新策略：營養療法

孫維華1，2，胡康洪1，2*， 孫 鴿1，2， 田小輝2， 成細瑤1，2

(1.湖北工業大學中德生物醫學中心，湖北武漢 430068;2.發酵工程湖北省協同創新中心，湖北武漢 430068)

乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus,HBV)是一種嗜肝性DNA病毒，慢性HBV感染會引起嚴重肝臟病變(如慢性肝炎、肝硬化和肝癌)。大量研究表明HBV能夠響應肝代謝變化，病毒基因調控與肝代謝基因調控存在密切關聯。雖然相關研究仍處于探索階段，但是在感染過程中病原與宿主代謝基因調控及肝代謝狀態間的關聯機制可能成為一種極具潛力的臨床治療策略。介紹了HBV感染與宿主代謝方面間的聯系，指出適時進行營養療法有望成為一種抗HBV感染的有效策略。

乙型肝炎病毒(HBV)；基因調控；營養療法

人類乙型肝炎病毒(Hepatitis B virus,HBV)是嗜肝DNA病毒科的代表類型，其基因組是含有部分單鏈的雙鏈DNA，為通過逆轉錄進行復制的小DNA病毒[1-3]。該基因編碼4個重疊或者部分重疊的開放閱讀框(Open reading frame，ORF)，分別為P區、S區、C區和X區[4]。通過基因組序列對比，HBV可分為8個基因型，從A到H型，每個基因型的分布存在地域性差異[4]。通過電鏡檢測病毒性乙型肝炎病人的血清，發現病人的血清中存在3種形態的病毒顆粒，分別為直徑42 nm完整的具有感染性的Dane顆粒，直徑22 nm無核酸和感染性的脂蛋白球型和管型顆粒[5]。學術界一致認為HBV的嗜肝性是通過肝細胞膜上的特異性受體及肝細胞內環境來維持的。最新發現HBV受體為牛磺膽酸鈉共轉運多肽(Sodium taurocholate cotransporting polypeptide，NTCP)[6]，相關靶點藥物從設計到臨床尚需相當長的過渡時間。

HBV基因組內有2個增強子，其中增強子1(Enh I)位于1 043～1 235 nt；增強子2 (Enh II)位于1 570～1 771 nt，與HBV X基因重疊，位于C基因上游[7]。在Enh I上存在Nuclear factor 1 (NF1)、CAAT enhancer-binding protein (C/EBP)、Hepatocyte nuclear factor 1、3、4 (HNF1、HNF3和HNF4)、Activator protein 1 (AP1)、cAMP-response element binding protein (CREB)等轉錄因子或DNA結合蛋白的結合位點，Enh I可增強HBV基因的SpI、SpII、Xp、Cp(S、C、X基因啟動子)轉錄活性。Enh I對Cp的作用通過Enh II實現。在Enh II上存在HNF1、HNF3、HNF4、nuclear respiratory factor 1 (NRF1)等轉錄因子結合位點。HBV Enh I、Enh II均有轉錄的肝細胞特異性，即僅在肝細胞內才能轉錄。這是由與HBV增強子相互作用的肝特異性核因子1、3、4(HNF1、HNF3、HNF4)所決定的[7-8]。

1 HBV持續感染與肝代謝調控基因的關系

作為一種僅3.2 kb的小DNA病毒，HBV通過招募細胞的轉錄因子到其基因組上進行轉錄水平的調節[7],有些轉錄因子是肝富集的核受體，它們廣泛參與肝細胞基因的調控；有些轉錄因子對于維持肝臟行使機體的主要代謝功能是必不可少的[9]。已經證明肝細胞核因子4α hepatocyte nuclear factor 4α(HNF4α)對HBV基因表達作用至關重要，同時它也是肝臟糖代謝中基因表達的重要調節子[10]。目前，已經證實代謝調節子過氧化物酶體增殖活化受體 γ共激活因子1α(Peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator 1α，PGC1α)通過HNF4α共激活糖異生基因，同時也能共激活HBV。禁食條件能夠促進環磷酸腺苷反應元件結合蛋白輔助激活因子2(cAMP-regulated transcriptional coactivator 2，CRCT2)入核，上調PGC1α的表達，從而明顯上調HBV基因的表達，表明禁食能夠引起HBV復制的上調，且上調HBV基因的表達依賴于PGC1α的表達。前期研究中已詳細闡述了CRTC2在PGC1α介導下能夠上調HBV轉錄和復制[11-12]。另外，補食能夠抑制HBV復制的反彈[13]。

一般認為，HBV采用了一套與肝臟中主要的代謝基因如磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶(Phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase, G6Pase)相似的調節方式，這些代謝基因通過激素信號進行調節來維持營養平衡。依賴這種方式，病毒基因表達的調控與肝代謝途徑發生聯系，為了響應外界營養信號如饑餓/禁食，病毒基因的表達自然而然地受到波動。通過模擬肝臟代謝基因，病毒能夠在宿主肝臟內選擇性表達和復制，以應對宿主免疫反應，使宿主對它的清除程度減至最低。目前，與HBV感染相關的現象還有許多是未知的，營養與病毒間的相關性可能為此提供新的機制,提示營養療法可能成為抗HBV的新方向。

2 HBV增殖與肝代謝環境之間的關系

作為機體重要的代謝器官，肝臟持續地受到動態環境因素(如營養信號)的影響，這些信號不停地波動并通過激素(如胰島素)、胰高血糖素、糖(腎上腺)皮質激素等傳遞到肝細胞中，控制重要的代謝過程(如糖脂的合成和利用)。營養信號不僅是這些代謝過程的主要調節子，而且也可能在某些極端條件下決定細胞的命運。在日常生活中，一方面短期禁食會完全激活肝細胞代謝，啟動糖異生過程；另一方面，長期挨餓會耗盡儲備的能量，不僅會中斷糖異生過程，而且會抑制細胞增殖的代謝調控點[14]。

作為長期寄生物，HBV必須與宿主細胞達成平衡，適時地、適當地調節基因的表達，抑制宿主細胞內免疫調節機制的激活[15]。據此推測，通過模擬調控代謝基因的表達，HBV以某種最佳方式達到這種狀態。病毒通過轉錄調控元件，這些元件與肝臟中關鍵代謝基因的調控元件相似，病毒基因表達與維持肝細胞代謝基因表達發生聯系，減少關鍵轉錄因子的利用率，降低宿主細胞調節的可能性[16]。另外，這種狀態保證了它及時有條不紊地應對某些變化，而這些變化可能極大地干擾病毒復制，影響細胞代謝狀態。短暫饑餓會消耗胞內糖原的貯存，但細胞仍有足夠的ATP產生可利用的葡萄糖，細胞高效募集大量的原料(如氨基酸、游離脂肪酸等)進行糖異生，同時會完全激活糖異生關鍵基因PEPCK和G6Pase。在HBV基因表達與糖異生基因PEPCK和G6Pase的表達發生聯系后，HBV能夠在胞內短時間富集其增殖所需的重要原料，但不至于嚴重影響宿主細胞。因此，短暫或過夜禁食引發的肝臟糖異生，會提高HBV基因表達和復制[16]。一方面，在即將凋亡的宿主細胞中，HBV可以產生足夠的具有感染性的后代，而且該時間段是HBV強力復制的合適時間；另一方面，延長饑餓時間，細胞能量儲存基本耗盡，其中儲存能量可由AMP/ATP比值上升和完全終止的糖異生來反映，在此極端條件下HBV基因的表達量會大幅度地減弱[17]。因此，當病毒基因表達與暫時處于非激活狀態的糖異生基因發生聯系，病毒就可以避免對宿主細胞造成的額外的裂解負擔，除非其目的是導致宿主細胞快速死亡，否則病毒此時不會大幅度增殖。顯然，作為一種嚴格依賴宿主細胞完成其增殖的小DNA病毒，HBV因其獨特優勢而在長期進化中生存下來。

根據病毒代謝模型和最新研究成果，HBV 基因的表達與關鍵代謝基因(如PEPCK和G6Pase)的表達具有聯系。因此，一天的不同時刻HBV基因表達是處于不斷波動的，這與宿主營養狀態相關。某些環境因素能嚴重干擾病毒的存活，免疫系統就是因素之一，在HBV感染的致病機理方面起重要作用，這些波動在某種程度上卻有利于病毒。大量的不同種類的HBV抗原能夠引起有效的抗HBV免疫反應，這些抗原的波動性表達可能迷惑免疫系統，導致無效的免疫反應，從而顯著降低清除病毒的可能性。這種策略協助病毒采取其他已知免疫逃脫策略，如分泌HBV e抗原[18]。C. Liu認為調節肝細胞關鍵代謝基因晝夜周期表達的機制也可能調節HBV基因的表達[19]。A.M. Collaco研究代謝輔因子PGC1α能以晝夜生物鐘的方式強烈地共激活HBV轉錄[20]，從而證實了上述推論。因此，參與細胞周期和復制機理的關鍵基因具有波動性表達，作為一類嚴格依賴宿主完成其復制的小分子DNA病毒，由此可見HBV正是與這種波動性的表達建立聯系，并從中獲益以完成自身的復制。近期研究也暗示了這種觀點，某些DNA病毒(如巨細胞病毒(CMV)能夠依賴宿主生物鐘系統調節病毒自身基因的表達[18]。由于HBV基因的表達與肝代謝網絡發生聯系，今后研究將著重揭示HBV感染水平是否依賴于宿主細胞的生物鐘系統。

3 HBV感染差異與營養習慣之間的關系

HBV與調控代謝基因的營養信號之間存在的依賴性有助于解釋某些HBV流行病學和自然感染過程中未知的相關問題。該領域的重要進展就是發現全球不同區域HBV自然感染歷程存在顯著差異。我國HBV感染個體的肝癌發病率比非洲西部同類群體病人的發病率高得多[21]。經過數年慢性感染后，通過測量病毒復制的相關數據表明中國顯著地存在更高的病毒復制活性。全球各地HBV的侵染程度不同，其并發癥發生的概率也不相同。目前，還不能對不同的HBV血清型和基因型與其復制活性間的影響做出徹底解釋，猜想不同地區的環境因素(如營養習慣)對HBV活性及其引起的并發癥具有重要影響。區域營養習慣不同，營養條件差異也就很大，在研究病毒的生物復制活性與當地飲食條件間的相關性時HBV的生活周期代謝模型應成為首要考慮的線索[17]。

根據已提出的病毒代謝模型，認為HBV感染的病人營養狀況可能顯著影響HBV感染的臨床治療進程。在照顧病人方面，作為機體有力抵抗疾病的重要防御系統，應該考慮合理的膳食這個基本因素，對于維持正常功能具有重要作用。在禁食情況下，由于低血糖可能導致糖異生，進而激活HBV基因的表達和復制，HBV感染患者應該完全避免短期禁食狀況。因此，避免低血糖可能成為抗HBV治療的關鍵策略。

在惡性環境和免疫抑制的條件下，普遍存在HBV復制的激活[22]。這些條件會導致營養不良，而營養不良又可能進一步加強HBV的復制。因此，營養不良造成的惡性循環可能是導致HBV感染和附帶疾病惡性加劇的另一關鍵因素。

值得注意的是，建議醫生在評估HBV病毒載量時考慮測試的具體時間。由于HBV基因的表達和復制依賴于當時的營養狀況，一天不同時刻的基因表達會存在差異，在晚間時刻糖原儲存足夠而中斷糖異生；在早晨，糖原消耗會完全激活糖異生。因此，早晚不同時間病毒的載量就可能存在一定差異。

4 抗HBV感染的潛在新策略——營養療法

HBV感染是世界性的公共健康問題，慢性感染會導致肝纖維化、肝硬化和肝癌[23]。目前，對于慢性乙型肝炎的治療主要是通過注射干擾素或服用核苷類似物。干擾素主要是通過免疫調節來發揮抗病毒作用[24]，但是應答率低，并且伴有嚴重的副反應[25]。Teijaro和Wilson等研究發現IFN α/β在抗病毒作用的同時還抑制了機體的免疫系統[26-27]。長期服用核苷類似物后易出現耐藥株以及停藥后反彈[28-29]。另外，臨床上慢性乙肝患者長期抗病毒治療給患者帶來巨大的經濟壓力，同時也降低患者的依從性[30]。迄今為止，這些治療效果并不令人滿意[31-33]。因此，像體外篩選阻止病毒聚合酶P與包裝信號epsilon RNA相互作用的核酸適配子一樣[32,34]，在尋找新穎的治療策略過程中營養療法也有望成為抗病毒治療的新選擇。近年來，人們發現HBV持續感染與肝代謝網絡及環境之間存在一定的依賴性,而HBV感染差異又與營養狀況相關，提示合理膳食可能對于HBV慢性感染患者而言是可以作為傳統抗病毒藥物如干擾素和反轉錄酶抑制劑的一種有效輔助治療手段。

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湖北工業大學高層次人才啟動基金(337.193)；國家“十二五”科技重大專項(2012ZX10004503)。

孫維華(1990-)，男，湖北武漢人，碩士研究生，研究方向：生物工程研究。*通訊作者，教授，博士，博士生導師，從事生物醫藥研究。

2014-11-13

S 852.65

A

0517-6611(2015)02-074-03