2′-5′寡聚腺苷酸合成酶的抗病毒作用及機制研究進展

王寅彪，馮繼偉，陳禮朋，宋 杰，吳衛東

（1.新鄉醫學院公共衛生學院，河南 新鄉 453003；2.固始縣動物疫病預防控制中心，河南 信陽 465200）

病原微生物感染宿主細胞后，可被宿主免疫細胞和非免疫細胞表面或細胞質內的模式識別受體識別，從而激活細胞內信號傳導途徑，誘導干擾素（interferons，IFN）的產生，為機體建立免疫應答狀態［1］。IFN主要通過誘導特定基因產物的表達發揮抗病毒作用，這些基因表達產物包括2′-5′寡聚腺苷酸合成酶（2′，5′-oligoadenylate synthetase，OAS）、蛋白激酶R、抗黏液病毒蛋白和IFN誘導基因15等［2］。本文就活化OAS蛋白的雙鏈核糖核酸（double-stranded ribonucleic acid，dsRNA）的特征、活化機制、OAS的抗病毒作用以及病毒逃逸OAS-核糖核酸酶L（ribonuclease L，RNase L）通路的作用機制進行綜述，以期為后續研究提供參考。

1 OAS-RNase L通路

OAS是IFN誘導產生的重要抗病毒蛋白，IFN刺激可使細胞內的OAS蛋白含量大量增加，在結合病毒dsRNA后OAS發生活化，進而利用胞內游離的三磷腺苷（adenosine triphosphate，ATP）合成2′，5′-磷酸二酯鍵連接的寡聚腺苷酸（2′，5′-oligoadenylates，2-5As），2-5As通過活化RNase L，發揮降解單鏈RNA的作用，從而抑制病毒復制。OAS的這一抗病毒途徑稱為OAS-RNase L通路，可對多種DNA病毒和RNA病毒感染產生抑制作用［3］。

細胞內的OAS蛋白有OAS1、OAS2、OAS3及OAS樣（OAS-like，OASL）蛋白4種亞型。OAS1、OAS2和OAS3分別含有1～3個OAS功能域，三者均具有2-5As合成酶活性，且OAS2和OAS3僅靠近C端的功能域具有酶活性。OASL不具有2-5As合成酶活性，但它能夠通過C端的泛素樣功能域增強視黃酸誘導基因蛋白I（retinoic acid-inducible gene I，RIG-I）受體信號通路，促進I型IFN的產生，發揮抗病毒作用［4］。4種OAS基因均位于人體12號染色體上，通過可變剪切機制可以產生10種不同的蛋白異構體。

OAS-RNase L通路的抗病毒作用最早發現于對微小RNA病毒感染的抑制作用，后續研究發現，OAS對復制過程中可產生dsRNA中間產物的DNA病毒也具有抑制作用［5］。而且，一些病毒可靶向作用于OAS-RNase L通路的不同階段，逃避其抗病毒作用。流感病毒的NS1蛋白可通過阻隔dsRNA對OAS的活化，逃逸OAS-RNase L通路的抗病毒作用［6］。痘病毒可編碼D9和D10 2種脫帽酶，水解mRNA分子5′端的帽子結構，從而減少dsRNA的聚集，干擾其對OAS-RNase L通路的活化［7］。

OAS基因的突變與自身疾病和機體對多種病原體的易感性存在相關性。OAS1基因突變可導致嬰兒發生肺泡蛋白沉積癥和低丙種球蛋白血癥［8］。OAS基因位點的單核苷酸突變與兒童對腸道病毒71型感染的易感性相關［9-10］。作者研究發現，OAS蛋白的單一氨基酸突變，可降低其熱穩定性和2-5A合成酶活性，影響其抗病毒作用（未發表數據）。

2 OAS的活化機制

OAS是細胞內識別病毒dsRNA的模式識別受體，但OAS蛋白不具有經典的dsRNA結合域，僅通過其表面帶正電的氨基酸與dsRNA發生結合。OAS1活化需要識別的dsRNA最短為17 bp，在其帶正電的凹槽與dsRNA結合后，氨基端小葉結構（N-lobe）發生空間構象改變，從而拉近D75、D77和D148的空間距離，組成催化三聯體，結合催化所需的2個Mg2＋和ATP，合成2-5As［11］。OAS2活化需要識別35 bp以上的dsRNA，OAS3選擇性識別較長的dsRNA（＞50 bp）發生活化［12-13］。dsRNA的長度和結構特征可能是OAS區分病毒dsRNA和自身RNA的關鍵。研究發現，OAS1識別的dsRNA序列大都含有NNWWNNNNNNNNNWGN基序（W代表A或U；N代表A、U、G、C任意堿基），解析出的OAS1與dsRNA復合物結構中的dsRNA也含有該基序［11］。作者研究發現，OAS1和OAS3對dsRNA（20～100 bp）的識別均具有長度依賴性，且OAS3表現得更為明顯；但即便是含有上述基序的20 bp dsRNA對OAS1的活化能力也非常有限，約占其最大活性的7%～8%；因此，對OAS1與dsRNA復合物結構中OAS1蛋白是否達到了完全活化狀態提出了質疑［14］。

dsRNA對OAS的活化機制可從OAS功能域以及OAS蛋白多聚化2個方面解釋。OAS1含有1個功能域，在結構上，單個OAS1蛋白分子活化所需的dsRNA可以短至20 bp。雖然OAS2含有2個功能域且僅有C端的功能域具有2-5As合成酶活性，但單獨的C端功能域并不能被有效活化，N端的功能域對于OAS2的活化不可或缺［13］。OAS3的3個功能域中僅有C端的1個功能域保留了2-5As合成酶活性。研究表明，OAS3的N端功能域I可與dsRNA發生高親和力結合，使得OAS3選擇性地識別較長的dsRNA［12］。但僅從單個蛋白分子功能域與dsRNA結合的角度不能解釋較長的dsRNA和poly（I：C）對OAS蛋白的超強活化作用。研究發現，細胞內dsDNA受體環磷酸鳥苷-腺苷合成酶（cyclic GMP-AMP synthase，cGAS）在結合dsDNA后能發生多聚體化，OAS1與cGAS具有相似結構，關于OAS在識別dsRNA后能否發生多聚化是未來從結構層面探索其活化機制的研究方向［15］。

3 哺乳動物和禽類的OAS蛋白

小鼠體內含有12個OAS基因，分別為mOAS1a～mOAS1h、mOAS2、mOAS3、mOASL1和mOASL2，位于5號染色體上［16］。在8個mOAS1基因中，目前僅發現mOAS1b具有抗西尼羅病毒（west nile virus，WNV）感染的作用，mOAS1b不具有2-5A合成酶活性，這一抗WNV感染的作用也不依賴RNase L分子［16-17］。mOAS2和mOAS3與hOAS2和hOAS3具有相似的基因組結構，但其抗病毒作用目前未見報道。在mOASL中，mOASL2能夠抑制呼吸道合胞病毒感染，而mOASL1則不具有這一抗病毒作用［18］。同時，特定病毒感染也可靶向逃逸小鼠OAS-RNase L通路的抗病毒作用。小鼠腦脊髓炎病毒的L*蛋白可直接結合RNase L分子，干擾OAS-RNase L通路的抗病毒作用［19］。小鼠肝炎病毒的NS2蛋白及輪狀病毒的VP3蛋白則編碼磷酸二酯酶，將OAS合成的2-5As再次降解為單個ATP或一磷腺苷，使RNase L不能被活化［20］。

豬源OAS蛋白（porcine2′，5′-oligoadenylate synthetase，pOAS）包括pOAS1a、pOAS1b、pOAS2和pOASL。pOAS1a和pOASL能夠抑制豬乙型腦炎病毒的復制［21］。pOAS1b、pOAS2和pOASL可抑制豬繁殖及呼吸綜合征病毒的體外復制［22-23］。

目前唯一發現的禽類OAS基因是OASL。雞OASL包括雞OAS樣蛋白A（chicken 2′，5′-oligoadenylate synthetase-like protein A，chOASL-A）和chOASL-B，其中chOASL-A能夠抑制WNV感染［24］。水禽中也存在OASL基因的高表達，研究發現，鵝OASL能夠抑制鴨坦布蘇病毒和新城疫病毒感染［25］。

4 外源OAS蛋白的抗病毒作用

OAS蛋白被病毒dsRNA活化后，一般僅通過RNase L通路或RIG-I通路在細胞內發揮抗病毒作用。而且，OAS基因不編碼信號肽分子，理論上OAS蛋白不能夠被分泌到細胞外環境中。但丙型肝炎患者血清中卻存在著OAS蛋白，且使用IFN-α治療的丙型肝炎患者血清中OAS蛋白含量更高，并與IFN-α治療的效果呈正相關［26］。THAVACHELVAM等［27］將OAS1蛋白添加至細胞培養基后發現，外源的OAS1蛋白可被細胞吞噬并抑制腦心肌炎病毒（encephalomyocarditis virus，EMCV）、水泡性口炎病毒等病毒感染，小鼠體內實驗也存在這一作用；而且2-5As合成酶活性缺失的OAS1突變體和野生型OAS1蛋白在正常細胞和RNase L敲除的細胞中均表現出相同的抗病毒活性，表明胞外來源的OAS蛋白對EMCV的抑制作用不依賴于OAS1蛋白的2-5A合成酶活性，也不依賴于RNase L通路。因此，在特定病毒（如丙型肝炎病毒）感染時，OAS蛋白可以被宿主細胞分泌至細胞外進入血液，進而被其他細胞攝入，從而發揮抗病毒作用，表明OAS可作為潛在的藥物分子治療病毒性疾病。

5 總結與展望

綜上所述，OAS是細胞內識別病毒dsRNA的受體，通過RNase L通路或RIG-I通路發揮抗病毒作用。OAS蛋白的功能域及多聚化對于認識、探索其活化機制具有重要意義。OAS蛋白的活化受到dsRNA的長度和基序特征的影響，更易被相對較長的dsRNA活化，從而特異識別病毒來源的dsRNA，避免自身免疫應答的產生，維持細胞穩態。由單核苷酸多態性產生的OAS突變體在穩定性、酶活性以及抗病毒作用方面可能發生了改變，從而使機體更易感染特定病毒或產生某種疾病。OAS的抗病毒作用需進一步研究以期為新型抗病毒藥物的研發奠定基礎。