2022, Vol. 49
2. 复旦大学生物医学研究院 上海 200032
2. Institute of Biomedical Science, Fudan University, Shanghai 200032, China
寨卡病毒(Zika virus，ZIKV)于1947年首次从乌干达寨卡森林的恒河猴(Rhesus monkey)体内被分离出来，并于1952年首次发现于人体[1]。2007年西太平洋密克罗尼亚群岛发生了第一次ZIKV流行，随后2013年波利尼西亚也暴发了疫情，并迅速蔓延至巴西[2]。至2015年末，巴西的ZIKV感染人数达到约130万[3]。ZIKV是一种蚊媒病毒，后发现其也可通过母婴[4]、性行为[5]和临床输血[6]传播。ZIKV感染对人神经系统有明显损伤，与胎儿头小畸形[4]和格林-巴利综合征(Guillain-Barré syndrome)[7]的发生相关。
ZIKV的生命周期内存在大量病毒与宿主因子的相互作用。与现有大多数靶向病毒结构的抗病毒药物相比，将辅助病毒感染的宿主因子作为抗病毒靶标，既拓宽了靶标可能性，也可避免出现耐药性。此外，鉴于不同病毒会利用共同的宿主因子，故宿主因子也是开发高效广谱抗病毒药物的潜在突破口。对ZIKV感染辅助性宿主因子的研究主要集中在进入宿主细胞、基因组复制和释放这3个过程，本文总结了辅助ZIKV进入、复制和释放的宿主因子，并对作用机制进行了简要阐述，旨在展现ZIKV与宿主相互作用的研究现状，并探讨宿主因子作为广谱抗ZIKV靶标的潜力。
ZIKV的组成及生命周期 ZIKV是有包膜的二十面体病毒，基因组为正向单链RNA，长约11 kb。ZIKV属于黄病毒属(Flavivirus)，与同为黄病毒属的登革病毒(Dengue virus，DENV)、西尼罗病毒(West Nile virus，WNV)和流行性乙型脑炎病毒(Japanese encephalitis virus，JEV)等具有类似的生命周期[8]。首先，病毒通过受体介导的内吞作用(receptor-mediated endocytosis)进入宿主细胞，具体表现为：病毒表面蛋白与宿主细胞膜上相应受体结合并形成内吞小泡，其酸性环境导致病毒蛋白构象改变，促使病毒包膜和宿主细胞膜发生融合，病毒RNA基因组随即进入宿主细胞。接着，病毒RNA在粗面内质网被翻译成一个多聚蛋白，经蛋白酶处理后形成10种病毒蛋白，包括3种结构蛋白——前体膜蛋白(pre-membrane protein，prM)、衣壳蛋白(capsid protein，C)和糖蛋白包膜蛋白(glycoprotein envelope protein，E)，以及7种非结构蛋白——NS1、NS2A、NS2B、NS3、NS4A、NS4B和NS5。随后非结构蛋白进行加工并参与病毒基因组复制，在内质网组装成未成熟的毒粒。毒粒从内质网出发，经高尔基体到达宿主细胞表面，此间E蛋白构象发生改变、prM蛋白被宿主来源的弗林蛋白酶切割得到成熟M蛋白，使毒粒成熟并获得感染能力，最终出芽释放出宿主细胞，进行下一次感染[8-10]。
宿主因子作为病毒受体或黏附因子辅助ZIKV进入宿主细胞 ZIKV进入宿主细胞的内吞过程依赖宿主细胞表面的受体和黏附因子，有助于招募病毒毒粒，提高病毒进入宿主细胞的效率。研究证明硫酸乙酰肝素等糖胺聚糖(Glycosaminoglycan)可作为ZIKV的黏附因子[11]。此外，化学标记ZIKV表面E蛋白，并对其进入宿主细胞的过程进行追踪，发现神经细胞黏附分子(neural cell adhesion molecular，NCAM1)是潜在的ZIKV受体[12]。多个研究报道，热休克蛋白Hsp70可辅助ZIKV进入细胞[13]。此外，胆固醇也参与辅助ZIKV进入的过程，且ZIKV进入细胞后也会反过来诱导胆固醇表达上升[14]，故降低胆固醇水平可能有助于抵御ZIKV感染。
T细胞免疫球蛋白和黏蛋白(T-cell immunoglobulin and mucin，TIM)家族及TYRO3/AXL/MER受体(TAM)酪氨酸激酶家族是两类研究较深入的ZIKV受体或黏附因子。人类TIM家族蛋白包括TIM-1、3和4，可直接识别黄病毒表面的磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)并与之结合，介导内吞作用。PS是一般表达于凋亡细胞表面的“eat me”信号，可触发免疫细胞吞噬效应[15]。TAM家族蛋白中的TYRO3集中表达于中枢神经系统，AXL和MER则表达于各类抗原递呈细胞(antigen-presenting cells，APCs)[16]。相较于TIM的直接识别，TAM则需要通过Gas6(growth-arrest-specific protein 6)或ProS(Protein S)作为“桥梁”与病毒表面PS连接，从而实现间接识别[17]。除了介导黄病毒进入宿主细胞以外，TAM可招募Ⅰ型干扰素受体，诱导细胞因子信号传导抑制分子SOCS1/3的表达，导致细胞因子炎症和Toll样受体信号传递受阻，从而抑制宿主抗病毒免疫应答[18]。但TIM和TAM的功能具有多重性，如TAM的胞内信号转导功能对于维护血脑屏障完整性有重要作用，扰乱其功能可能反而加重黄病毒对宿主神经系统的侵袭，这一点在WNV感染小鼠模型中已有一定展现[19]。
甘露糖受体(mannose receptors，MRs)属于可溶性C型凝集素(C-type lectins)，可识别多种糖类，主要表达于巨噬细胞。MR可作为黏附分子，与DENV表面E蛋白结合，介导DENV感染[20]。DC-SIGN即CD209，属于膜表面C型凝集素，在巨噬细胞和未成熟树突状细胞表面高表达。DC-SIGN及其同源物L-SIGN均可作为黏附分子，与ZIKV表面E蛋白结合，辅助ZIKV进入宿主细胞[21]。由于不同黄病毒表面蛋白的糖基化水平和位点不同，不同黄病毒利用的受体或黏附分子的类别和程度均不同。
对于许多ZIKV进入宿主阶段的相关宿主蛋白，仍不能确定其究竟是ZIKV真正的受体还是黏附因子。属于TAM家族的AXL蛋白可以辅助ZIKV进入宿主细胞，但在星形胶质细胞中敲除AXL编码基因，并不能阻止ZIKV进入宿主细胞这一环节[22]——这可能说明，AXL不是以上实验细胞真正的ZIKV进入受体，或者ZIKV的受体可能具有功能冗余性，这对于鉴别包括ZIKV在内的黄病毒的真正受体造成了阻碍，故确定宿主蛋白与病毒蛋白之间相互作用的具体机制十分重要。
宿主因子辅助ZIKV的RNA复制 有多种宿主蛋白被证明参与了ZIKV基因组的复制过程。内质网作为最大的胞内细胞器，是黄病毒RNA复制、蛋白翻译和毒粒包装的场所[23]，故许多内质网相关的宿主蛋白参与ZIKV的RNA复制过程。首先，内质网膜蛋白复合物(endoplasmic reticulum membrane protein complex，EMC)与ZIKV的RNA复制过程有关。哺乳动物共有10种EMC(EMC1~10)，主要位于内质网[24]，参与跨膜蛋白的合成和折叠[25]，在酵母中也辅助脂质从内质网到线粒体的转运过程[26]。研究表明，EMC1~5在ZIKV和DENV的RNA复制早期具有重要作用，缺失EMC后被感染HeLa细胞内的病毒RNA和E蛋白均减少[27]。此外，EMC可以促进ZIKV和DENV非结构蛋白NS4A和NS4B合成，同时作为分子伴侣修正蛋白错误折叠[28]。与ZIKV和DENV相对的，EMC虽然与WNV感染导致的宿主细胞死亡有关，但不参与RNA的胞内复制过程[29]，说明EMC在黄病毒不同生命周期中的作用有差异。
Dynamin超家族成员Atlastin(包括ATL-1、2和3)也与ZIKV的RNA复制相关。ATL参与宿主细胞的内质网结构形成；ZIKV感染招募ATL，ATL-3通过与ZIKV非结构蛋白NS2A和NS2B相互作用，辅助RNA复制[30]。
在内质网合成的病毒蛋白须通过内质网质量控制(ER quality control，ERQC)系统的“筛查”，错误折叠蛋白则由此通过内质网相关降解(ER-associated degradation，ERAD)通路，泛素化标记后被蛋白酶体降解[31]。Hrd1复合体是一种泛素连接酶(ubiquitin ligase)，参与ERAD通路。研究证明，抑制Hrd1复合体的重要组分grp94可有效阻断ZIKV和DENV的RNA复制[32]。
除了内质网相关蛋白外，还存在多种宿主因子参与ZIKV的RNA复制。胎盘碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALPP)通过和Hsp70蛋白BIP协同作用，保护参与病毒RNA复制的非结构蛋白免受宿主细胞内的蛋白酶体降解，从而辅助ZIKV的RNA复制过程，最终促进ZIKV感染人类胎盘滋养层细胞和星形胶质细胞，造成胎儿神经系统受损和头小畸形，故抑制ALPP有阻碍ZIKV感染胎盘的潜力[33]。
芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor，AHR)也可作为宿主因子辅助ZIKV的RNA复制。ZIKV感染人类肝来源细胞HepG2后，可诱导犬尿氨酸(kynurenine，Kyn)的产生，继而活化AHR。AHR可通过抑制Ⅰ型干扰素，并限制早幼粒细胞白血病蛋白(promyelocytic leukemia protein，PML)所驱动的内源性免疫，辅助病毒RNA复制。AHR拮抗剂可有效限制病毒在体外培养细胞内的RNA复制，说明AHR具有作为抗ZIKV感染靶标的研究前景[34]。
此外，ATP依赖性分子伴侣复合物TRiC/CCT中的CCT2亚基，可与ZIKV非结构蛋白NS1相互作用，辅助病毒RNA复制[35]。总之，宿主因子促进ZIKV的RNA复制过程，可通过与多种ZIKV非结构蛋白相互作用来实现。
宿主因子辅助ZIKV毒粒释放 与进入宿主细胞和RNA复制的过程相比，针对ZIKV释放离开宿主细胞的研究相对较少。ZIKV毒粒完成包装后，经出芽、转运和成熟，最终离开宿主细胞。ZIKV感染会激活宿主细胞内的Src家族激酶(Src-family kinase，SFK)，其中Lyn激酶辅助成熟ZIKV毒粒包装进自噬体来源的囊泡(autophagosome-derived vesicles)，从而逃避细胞内抗体的“侦察”[36]。ZIKV感染星形胶质细胞，导致细胞内的胞外囊泡(Extracellular vesicle，EV)增多，有助于ZIKV释放；神经鞘磷脂酶抑制剂GW4869可有效减少胞外囊泡和ZIKV毒粒的数量[37]。此外，与ZIKV进入宿主细胞和RNA复制均相关的Hsp70，也可以辅助ZIKV从宿主细胞中释放[38]。
对同属黄病毒的DENV的释放过程有更多研究。胞泌复合体(the exocyst complex)成员EXO70不影响DENV的RNA复制和翻译过程，但辅助其新生毒粒的释放过程[39]。此外，泛素化蛋白酶体通路(ubiquitin proteasome pathway，UPP)也参与DENV出芽释放过程，且已经上市的蛋白酶体抑制剂硼替佐米(Bortezomib)可显著减轻DENV感染小鼠的症状[40]。鉴于DENV和ZIKV在结构和功能上的相似性，故以上DENV宿主因子是否可辅助ZIKV释放，具有一定探讨价值。
结语 ZIKV已经导致了全球各地疫情频发，症状可由轻微的发热、肌痛到神经系统异常和自身免疫病。但迄今为止，还没有已经上市的、针对ZIKV的疫苗或抗病毒药物。本文对辅助ZIKV生命周期中3个部分(内吞进入、基因组复制和毒粒出芽释放)的宿主因子进行汇总(表 1)，并阐述其作用机制(图 1)。
| Stage of ZIKV life cycle | Host factors |
| Entry | Glycosaminoglycan，NCAM1，Hsp70，cholesterol，TIM，TAM，DC-SIGN |
| Replication | EMC，ATL，Hrd1，ALPP，AHR，CCT2，Hsp70 |
| Egress | SFK/Lyn，EV，Hsp70 |
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| 图 1 寨卡病毒生命周期及其辅助性宿主因子 Fig 1 The life cycle of Zika virus and its facilitating host factors |
相对于毒粒出芽释放，现在对ZIKV宿主因子的研究主要集中于病毒内吞进入细胞和基因组复制。靶向这两步骤的宿主因子可避免新毒粒的产生，保障抗病毒的有效性。Hsp70等宿主因子参与促进多种黄病毒生命周期中的多个阶段，值得深入探讨；有研究证明细胞骨架[41]等重要细胞组分辅助ZIKV感染，但对其干扰所造成的副作用却不可承受。最后，阻遏宿主因子在体内的表达是否也会展现出和体外实验相同的ZIKV抑制效果，以及是否会涉及其他通路而导致严重的不良反应，也是其能否作为抗病毒药物靶标的基础，还有待研究验证。
作者贡献声明 刘源 文献调研，数据收集、整理和保存，论文构思、撰写和修订。李念夷 数据收集、整理和保存。陈靖，张倩 论文修订和审核。
利益冲突声明 所有作者均声明不存在利益冲突。
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