人類抗病毒因子APOBEC3H的研究進展

吳小霞

(瓊臺師范學院 數(shù)理系，海南 海口 571100)

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·綜 述·

人類抗病毒因子APOBEC3H的研究進展

吳小霞

(瓊臺師范學院 數(shù)理系，海南 海口 571100)

人類22號染色體編碼了7個具有抗反轉(zhuǎn)錄病毒和抗反轉(zhuǎn)錄元件功能的胞嘧啶脫氨酶，可以使病毒反轉(zhuǎn)錄過程中產(chǎn)生的負鏈DNA上的胞嘧啶脫氨基變成尿嘧啶，導(dǎo)致正鏈DNA上出現(xiàn)G→A的突變，即APOBEC3。APOBEC3都有一個或兩個催化域，而每個催化域都有保守基序HX1EX23- 24CX2- 4C。APOBEC3H是唯一一個含有Z3 APOBEC脫氨酶域的蛋白。在外周單核細胞，肝臟、皮膚等不同組織均已檢測到APOBE3H的單倍型，包括HapⅠ、HapⅡ、HapⅢ、HapⅣ、HapⅤ、HapⅥ和HapⅦ。不同的APOBEC3H單倍型具有不同的抗病毒功能。APOBEC3H可顯著地抑制HIV- 1的復(fù)制，優(yōu)化APOBEC3H的體內(nèi)表達水平，可成為一種治療HIV- 1的新對策。

載脂蛋白BmRNA催化樣蛋白； 載脂蛋白BmRNA催化樣蛋白3H； 病毒感染因子； 綜述

人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus type 1，HIV- 1)是反轉(zhuǎn)錄病毒，在宿主細胞內(nèi)利用反轉(zhuǎn)錄酶將病毒RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA，cDNA進入細胞核被整合到細胞染色體，因宿主不能有效控制HIV- 1復(fù)制，導(dǎo)致宿主CD淋巴細胞減少及免疫功能的紊亂，產(chǎn)生獲得性免疫缺乏綜合征(acquired immune deficiency syndrome，AIDs)[1]。人類22號染色體編碼7個載脂蛋白BmRNA催化樣蛋白3(apolipoprotein B mRNA editing enzyme- catalytic polypeptide like3，APOBEC3)，即APOBE3A、APOBEC3B、APOBEC3C、APOBEC3DE、APOBEC3F、APOBEC3G及APOBEC3H[2- 3]。它們利用其胞嘧啶脫氨酶活性將HIV- 1反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的負鏈cDNA中的C脫氨基變?yōu)閁，導(dǎo)致正鏈DNA上出現(xiàn)G→A突變，從而使基因組發(fā)生超突變，因此具有強大的抗反轉(zhuǎn)錄病毒和抗反轉(zhuǎn)錄元件的功能[2- 6]。另外，APOBEC3還能對抗人T細胞白血病病毒(human T- cell leukemia virus，HTLV)、乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)、丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)、人類乳頭瘤病毒(human papillomavirus，HPV)、人皰疹病毒(human herpers viruses，HHV)等引起的感染[7]。APOBEC3G是第一個被發(fā)現(xiàn)的APOBEC3成員[8]，APOBEC3H是APOBEC3家族最特殊的成員。APOBEC3H在細胞內(nèi)表達較少，一旦APOBEC3H表達，可使HIV- 1的感染性降低150倍[2]，這說明APOBEC3H具有極為強大的抗病毒功能，若優(yōu)化APOBEC3H的體內(nèi)表達水平，可為HIV- 1的治療提供新的對策。已有研究顯示APOBEC3也對癌癥治療有一定作用。這些都說明研究并揭示APOBEC3H的特征將為人類治療這些疾病帶來新的希望。

1 APOBEC3H概述

人類APOBEC3H基因位于22q13.1，位于APOBEC3G的基因下游，編碼6個外顯子。由于最后一個外顯子上的早熟終止密碼子(premature termination codon，PTC)嚴重破壞了mRNA的表達，導(dǎo)致APOBEC3H在活體細胞中表達較弱，而修復(fù)PTC后卻在培養(yǎng)細胞中檢測到大量的APOBEC3H[2]。

人類APOBEC3H具有單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了5個單點氨基酸多態(tài)性，分別為N15△、R18L、G105R、K121D和E178D，使APOBEC3H產(chǎn)生了突變體，目前已檢測出7個單倍型。在人類外周血、單核細胞、肝臟、皮膚等[4]不同組織均檢測到APOBEC3H單倍型，命名為HapⅠ(NRGKE)、HapⅡ(NRRDD)、HapⅢ(△RRDD)、HapⅣ(△LRDD)、HapⅤ(NRRDD)、HapⅥ(△LGKD)和HapⅦ(NRRKE)[4]。HapⅠ在人群中普遍存在，HapⅡ主要是在非洲血統(tǒng)的人群中被發(fā)現(xiàn)，HapⅢ和HapⅣ人群中都有分布，但出現(xiàn)的頻率較低，而HapⅤ可在來自亞洲、非洲及高加索的人群中發(fā)現(xiàn)，HapⅥ在亞洲人群中出現(xiàn)，HapⅦ主要是在歐洲的高加索人群中發(fā)現(xiàn)[7，9- 10]。

人體APOBEC3H單倍型具有不同的細胞穩(wěn)定性，在3種穩(wěn)定的HapⅡ、HapⅤ和HapⅦ中，HapⅡ和HapⅤ在人群中出現(xiàn)最頻繁[11]。Refslan等[12]發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的/不穩(wěn)定的表型是原發(fā)CD4+T細胞內(nèi)源APOBEC3H蛋白的本質(zhì)屬性，以依賴感染病毒的Vif蛋白的自然變異的方式產(chǎn)生抗HIV- 1感染的不同抵抗力。穩(wěn)定/不穩(wěn)定APOBEC的地理分布與一個重要的高/底功能的Vif氨基酸殘基的分布有關(guān)。

Cagliani等認為在非洲之外由于自然選擇產(chǎn)生了大量的減弱酶穩(wěn)定性的突變，如105G；而N15△在所有人群中性進化[13]。這可能是由于古老非洲環(huán)境中的選擇壓力保持了APOBEC3H的多樣性，包括HapⅡ[7，9，13]。盡管HapⅠ穩(wěn)定性不高，離開非洲使人們陸續(xù)暴露于新的病原體環(huán)境中，感染會促進HapⅠ的傳播[7，9，13]。

2 APOBEC3H的結(jié)構(gòu)特征

APOBEC3蛋白都有1個或2個具有保守基序HX1EX23- 24CX2- 4C[10，13](X為任意氨基酸)的胞嘧啶脫氨酶域(cytidine deaminase domain，CDD)。CDD與Zn離子合作，His和Cys與一個Zn離子結(jié)合，而Glu被認為在催化作用中起到了啟動子觸發(fā)器的作用[10，13]。根據(jù)二者之間氨基酸的結(jié)合特異性將APOBEC3分為3類：Z1(APOBEC3A、APOBEC3B與APOBEC3G的C末端CDD)、Z2(APOBEC3C、APOBEC3B和APOBEC3G的N末端CDD，APOBEC3D和APOBEC3F的C末端CDD與N末端CDD)和Z3(APOBEC3H)。APOBEC3蛋白以單體、二聚體和寡聚復(fù)合物的形式出現(xiàn)[6，13]。APOBEC3H是APOBEC3家族唯一一個有Z3型Zn離子結(jié)合域的蛋白[6，13- 14]。

APOBEC3H的Z3域與其他APOBEC3蛋白的Z1域和Z2域的序列對比顯示有28%～43%的相似性，與APOBEC3C的Z2域及APOBEC3F的C末端CDD有更高的序列相似性，與APOBEC3D的N末端CDD相似性較低[5]。事實上，APOBEC3H的特征更類似于雙域蛋白APOBEC3G和APOBEC3F的N末端CDD[5，14]。APOBEC3G和APOBEC3F的N末端CDD在包裝進入病毒粒子過程中結(jié)合病毒RNA而起重要作用，但是卻沒有酶活性。由于APOBEC3H只有一個域，所以它能與RNA結(jié)合，也能與底物結(jié)合，具有酶活性[5]。

APOBEC3H似乎同時利用脫氨酶依賴和非依賴性機制來靶向逆轉(zhuǎn)錄過程并限制HIV- 1復(fù)制[5]。胞嘧啶脫氨酶可抵抗HIV- 1是因為它們具有使其包裝進入HIV- 1而產(chǎn)生抗病毒功能的特殊的RNA結(jié)合活性。Wang等[3]發(fā)現(xiàn)APOBEC3H病毒粒子的包裝不依賴胞嘧啶脫氨酶域，而是依賴于一個基序YYFW。YYFW基序用一種RNA依賴的方式結(jié)合HIV- 1的核衣殼，而一個Y112A的突變完全破壞病毒粒子的進入。

APOBEC3H獨特的YY(F/Y)W基序結(jié)合7SLRNA可使其有效地進入HIV- 1病毒粒子，APOBEC3H HapⅡ也具有強大的抗病毒功能是因為可以被有效地包裝進入病毒粒子，可結(jié)合的宿主小RNAs有7SL和Y RNAs[4]。YY(F/Y)W基序的關(guān)鍵氨基酸W115A突變，導(dǎo)致APOBEC3表達水平降低并削弱了對7SLRNAs的親和力，減弱了病毒粒子的包裝而降低了抗病毒功能。APOBEC3H HapⅠ對宿主小RNAs的結(jié)合力較低，所以降低了病毒粒子進入的速率，導(dǎo)致抗病毒功能大大下降[4]。

APOBEC3H HapⅢ和HapⅣ的SNP ΔN15喪失了與RNAs結(jié)合的功能，APOBEC3H HapⅡ Δ15N也不能包裝進入HIV- 1的病毒粒子或表現(xiàn)抗病毒功能。APOBEC3H單倍型具有不同的細胞定位，這與它們不同的RNA結(jié)合力有關(guān)[7，15]。因此，與Pol- Ⅲ RNA例如7SLRNA的結(jié)合是人類APOBEC3胞嘧啶脫氨酶強大抗病毒功能的一個保守的結(jié)構(gòu)。

3 APOBEC3H的抗病毒機制

不同的APOBEC3H單倍型具有不同的抗病毒功能，而具有強大抗病毒功能的APOBEC3H單倍型主要分布在細胞質(zhì)中[7]。Naruse等[16]報道具有功能多樣性的AOBEC3H的兩個單倍型N15△和G105R，與HIV- 1感染的容易程度有關(guān)。N15△或G105R突變會完全破壞APOBEC3H的表達，因此，只有HapⅡ、HapⅤ和HapⅦ可穩(wěn)定表達并抑制HIV- 1復(fù)制，因為它們沒有出現(xiàn)N15△或G105R突變。APOBEC3H與APOBEC3G具有相同的抗病毒機制。APOBEC3H可通過酶依賴的及非酶依賴的途徑來抑制病毒感染，酶依賴的途徑為主要途徑[17]。APOBEC3H蛋白可利用其胞嘧啶脫氨酶活性，在病毒反轉(zhuǎn)錄過程中使新生的病毒cDNA鏈上dC脫氨基變成dU，導(dǎo)致正鏈DNA上出現(xiàn)G→A的突變，使得復(fù)制終止[2- 6，7，9- 18]。

HIV- 1基因組編碼的附屬蛋白Vif可以與Cullin5、ElonginB、ElonginC及RBX1等形成E3連接酶復(fù)合物，作為定位靶APOBEC3的底物識別亞基，啟動病毒生產(chǎn)細胞內(nèi)的泛素- 蛋白酶體依賴的降解[19- 20]。Zhao等[21]發(fā)現(xiàn)Vif上有功能的關(guān)鍵域?qū)loB/C、Cul5和CBFβ之間的聯(lián)系有重要作用，是HIV- 1 Vif介導(dǎo)的G2/M細胞周期停滯和APOBEC3H降解所必須的，使APOBEC3H失活的HIV- 1Vif突變體不能引起G2/M細胞周期停滯。

當Vif在功能強大時，HIV- 1可對抗穩(wěn)定的APOBEC3H蛋白和所有的內(nèi)生APOBEC3蛋白并能大量復(fù)制。APOBEC3H的蛋白水平由于感染而增長了10多倍[12]。對比APOBEC3H與APOBEC3G的氨基酸序列發(fā)現(xiàn)，APOBEC3G的Vif應(yīng)答基序DPDY在APOBEC3H并不保守，APOBEC3H內(nèi)替換這一基序并沒有降低其對HIV- 1Vif的抵抗性[5]。因此，穩(wěn)定表達的APOBEC3H單倍型在人群中的分布可能比之前認為的更廣泛。這也說明APOBEC3H在抑制反轉(zhuǎn)座子和HIV- 1的感染中有重要作用。

Feng等[11]闡述了HapⅡ和HapⅤ搜索ssDNA底物尋找含胞嘧啶脫氨酶基序的機制，HapⅡ能利用滑行、跳躍和節(jié)間轉(zhuǎn)移動作在酶- 底物相遇后連續(xù)使多個胞嘧啶脫氨基。相反，HapⅤ表現(xiàn)出減弱的滑行和節(jié)間轉(zhuǎn)移功能，卻能沿著ssDNA跳躍。HapⅤ減弱的持續(xù)性并不能導(dǎo)致單周期感染性實驗中抑制HIV- 1復(fù)制的有效性降低，說明跳躍和節(jié)間轉(zhuǎn)移對突變有效性是多余的。優(yōu)化ssDNA的持續(xù)性需要β2折疊形成APOBEC3H的二聚體。這些發(fā)現(xiàn)支持跳躍能補償節(jié)間跳躍缺陷的模型，也說明HapⅡ和HapⅤ利用不同的機制誘發(fā)HIV- 1突變。

4 結(jié) 語

總之，APOBEC3H是APOBEC3家族唯一一個Z3蛋白，利用獨特的YY(F/Y)W基序結(jié)合7SLRNA可使其有效地進入HIV- 1病毒粒子，從而抑制HIV- 1的復(fù)制。APOBEC3H有N15△、R18L、G105R、K121D和E178D 5個單點氨基酸多態(tài)性，形成了具有不同抗病毒功能的APOBEC3H單倍型，已經(jīng)在不同人群發(fā)現(xiàn)了7種，只有HapⅡ、HapⅤ、HapⅦ可穩(wěn)定表達并可抑制Vif缺陷的HIV- 1。另外，APOBEC3H還可以抑制HTLV、HBV、HCV等病毒的感染。Zhu等[22]發(fā)現(xiàn)位于APOBEC3H外顯子2的rs139293 T等位基因可能會顯著降低肺癌的發(fā)病率。這說明APOBEC3H的基因突變與人體某些癌癥有關(guān)。因此，研究作為人體固有免疫成員的APOBEC3H，了解APOBEC3H的結(jié)構(gòu)和功能特點，可為人類尋找治療艾滋病、癌癥等的方法帶來希望，也為治療這些疾病提出一條新的思路。

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2016- 04- 21

2016- 07- 06

吳小霞(1979-)，女，山東泰安人，副教授，生物物理碩士。E- mail:redrain2003@sohu.com

吳小霞.人類抗病毒因子APOBEC3H的研究進展[J].東南大學學報:醫(yī)學版，2016，35(6)：1013- 1016.

Q75

A

1671- 6264(2016)06- 1013- 04

10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.06．039