PRRSV非結構蛋白抑制宿主先天性免疫的分子機制

徐善之 田質高 陳 飛

（張家港出入境檢驗檢疫局，江蘇張家港 215600）

豬繁殖和呼吸障礙綜合征，俗稱“藍耳病”，是由豬繁殖和呼吸障礙綜合征病毒（PRRSV）引起的一種急性烈性傳染病，其于1987年在美國中西部地區首次被發現并報道。1996年我國學者第一次從國內PRRSV血清陽性豬群中分離到該病毒[1]，隨后該病毒傳播至全國各地并于2006年出現高致病性毒株[2,3]。PRRSV屬于套式病毒目、動脈炎病毒科、動脈炎病毒屬的單股正鏈RNA病毒，約15.4 kb，包含至少10個開放閱讀框，通過2個移碼位點至少編碼16個非結構蛋白和8個結構蛋白[4]。豬是PRRSV的唯一宿主，PRRSV感染后主要侵害豬肺臟的肺泡巨噬細胞。

先天免疫是機體防御病原微生物感染的第一道防線，其在病毒早期的感染過程中發揮了重要作用。干擾素是先天免疫的重要組成部分，具有抗病毒、影響細胞生長、分化以及調節免疫反應等多種生物學功能。現在通用的分類方法將干擾素分為三種類型：Ⅰ型主要包括IFN-α 和 IFN-β，其中 IFN-α 具有多種亞型，IFN-β僅有一個亞型；Ⅱ型只有 IFN-γ；Ⅲ型即IFN-λ1（IL-29）、IFN-λ2（IL-28a） 和 IFN-λ3（IL-28b），最近又剛發現了IFN-λ4[5,6]。其中，Ⅰ型干擾素在抗病毒感染過程中發揮了重要作用，然而PRRSV編碼了多種非結構蛋白（Nsp1、Nsp2、Nsp4、Nsp11）抑制了Ⅰ型干擾素的產生并采取了多種策略干擾了其下游的信號轉導通路，從而引起了宿主明顯的免疫抑制現象。

1 PRRSV-Nsp1拮抗Ⅰ型干擾素介導的先天免疫的機制

PRRSV的非結構蛋白 1（Nsp1） 自身剪切為Nsp1α和Nsp1β兩個蛋白，這兩個蛋白都具有很強的抑制干擾素的能力。IRF3是先天免疫反應信號通路中一個重要的轉錄因子，其被磷酸化后入核，隨即刺激IFN-β的產生。Kim等[7]研究表明，Nsp1α可以通過降解細胞核內的CBP來抑制IFN-β的產生，盡管Nsp1α不能抑制IRF3的磷酸化和核轉移，但Nsp1α引起的CBP的降解減少了CBP與IRF3的結合，從而不能在核內形成轉錄增強復合體，最終導致IFN-β的產生受阻。Song等[8]進一步研究表明Nsp1α蛋白C末端的鋅指結構區域是抑制干擾素的轉錄關鍵區域，尤其是C末端的14個氨基酸，Shi等[9]通過突變C末端的一系列氨基酸表明F176為抑制IFN的關鍵氨基酸。

Beura等[10]研究表明，Nsp1β可以通過抑制IRF3的磷酸化以及JAK/STAT信號通路來影響宿主的先天性免疫反應。Nsp1β可以誘導KPNA1蛋白的降解，進而影響了STAT1的入核，抑制了干擾素刺激基因（ISGs）的表達，進一步研究表明Nsp1β的第19位氨基酸是誘導KPAN1的泛素化降解和抑制干擾素介導的信號轉導的關鍵氨基酸。此外，Song等[8]發現Nsp1α 和Nsp1β能夠抑制IκB的磷酸化，從而抑制IκBα的降解，影響了NF-κB的釋放和入核，進而影響了干擾素的產生。

2 PRRSV-Nsp2拮抗Ⅰ型干擾素介導的先天免疫的機制

PRRSV的非結構蛋白2（Nsp2）是其基因組編碼的分子量最大、也是最易變異的蛋白，其參與病毒感染過程中的多個環節并發揮重要功能。Nsp2主要由N端的半胱氨酸蛋白酶區域、中間的高變區、C端的跨膜區以及高度保守的富含半胱氨酸殘基的功能未知區域四個區域組成。其中Nsp2 N端的半胱氨酸蛋白酶具有切割活性，另外其也屬于卵巢腫瘤蛋白酶超家族，具有去泛素化酶（DUB）的活性，Nsp2的DUB可以抑制IRF3和NF-κB的先天性免疫信號通路的激活，從而抑制干擾素的產生，另外還可以抑制干擾素刺激基因ISG15的表達及其他抗病毒蛋白的ISG化來抵抗宿主細胞的抗病毒作用。

IRF3是先天免疫反應信號通路中一個重要的轉錄因子，其被磷酸化后入核，隨即刺激IFN-β的產生。Nsp2的半胱氨酸蛋白酶區可明顯抑制IRF3的磷酸化及其進一步的入核，進而抑制了IFN-β的產生。同IRF3一樣，NF-κB也是先天免疫反應信號通路中一個重要的轉錄因子，在正常情況下，其與IκB家族成員的分子結合在細胞質中。在受到刺激時候，將會激活IκB激酶而使IκB分子磷酸化繼而通過泛素蛋白酶體途徑被降解，此時NF-κB被釋放入核，刺激下游干擾素及其他細胞因子的產生。Nsp2半胱氨酸蛋白酶功能域通過其去泛素化功能抑制了IκBα多聚泛素體的降解，影響了NF-κB的釋放和入核，進而影響了干擾素的產生。ISG15是一個由I型干擾素誘導產生的泛素化樣蛋白，在細胞中以自由分子或與其他蛋白偶聯的形式存在，在天然免疫中發揮著重要作用，Nsp2抑制了干擾素的產生從而下調了ISG15的表達，另外Nsp2通過其半胱氨酸蛋白酶功能域的去泛素化功能抑制了其他抗病毒蛋白的ISG化，從而抵抗了宿主細胞的抗病毒作用。

3 PRRSV-Nsp4拮抗Ⅰ型干擾素介導的先天免疫的機制

PRRSV的非結構蛋白4（Nsp4）具有3C樣絲氨酸蛋白酶活性，在病毒增殖過程中對病毒蛋白表達及加工起核心作用，能夠水解多聚蛋白pp1a/pp1ab，產生Nsp3至Nsp12共10種成熟的非結構蛋白。關于PRRSV-Nsp4抑制I型干擾素產生的分子機制，文獻報道主要是通過Nsp4本身的蛋白酶活性切割接頭分子MAVS和NEMO，阻礙了IRF3和NF-κB的活化進而抑制了IFN-β的激活。另外，陳智比較了高低致病性PRRSV毒株Nsp4對IFN-β的抑制能力，發現Nsp4的亞細胞定位也可能與IFN-β的轉錄水平有關。

線粒體抗病毒信號蛋白（MAVS）是先天免疫信號通路中一個重要的接頭分子，它的活化將激活核轉錄因子必須調節基因NEMO以及TANK結合激酶1，進而激活轉錄因子NF-κB和IRFs，刺激IFN-β的產生。董劍鳴研究表明，PRRSV-Nsp4底物的酶切位點有一定的特異性，即通過識別底物Glu-Gly、Glu-Ala和Glu-Ser殘基位點特異性切割底物。其可通過識別MAVS的第268位氨基酸切割MAVS，切割后的兩個片段（1-268和269-540）都不能有效誘導IFN-β的產生。Huang等研究表明，Nsp4通過識別NEMO的第349位氨基酸切割NEMO，進而影響了其下游通路，抑制了IFN-β的產生。另外，陳智發現高低致病性PRRSV毒株Nsp4存在兩個保守的氨基酸位點差異，其試驗結果表明Nsp4的第155位氨基酸是影響Nsp4抑制IFN-β轉錄的關鍵位點。

4 PRRSV-Nsp11拮抗Ⅰ型干擾素介導的先天免疫的機制

PRRSV的非結構蛋白11（Nsp11）具有核酸內切酶活性，其含有一個具有內切核糖核酸酶功能的NendoU區。關于PRRSV-Nsp11抑制I型干擾素產生的分子機制，文獻報道主要是Nsp11抑制了IRF3及IκBα的磷酸化，進而影響了干擾素的產生。Shi等研究表明Nsp11第129位的氨基酸殘基參與了對IRF3磷酸化的抑制。Wang等研究發現Nsp11具有去泛素化的功能，其抑制了K-48位連接的IκBα多聚泛素體的降解，影響了NF-κB的釋放和入核，進而影響了干擾素的產生。

5 討論

豬繁殖和呼吸障礙綜合征是影響我國乃至全球養豬業最為嚴重的疾病之一，但是由于其快速變異、持續感染、免疫抑制、誘導中和抗體水平低下、抗體依賴性增強作用（ADE）以及易引起繼發感染等眾多問題的存在，至今未找到一種有效安全的方式對其進行防控。俗話說“知彼知己，百戰不殆”，只有清楚PRRSV的致病機理，才能針對性地探索其防控方法。本文綜述了PRRSV利用其四種非結構蛋白逃逸宿主先天免疫的機制，就PRRSV致病、造成免疫抑制的原理做了總結，希望能為PRRSV的防控及新型疫苗及藥物的研發提供新的路徑。

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（部分參考文獻略）