人类免疫缺陷病毒

人类免疫缺陷病毒——HIV的介绍 20120924 方文珍 杨洁 陈芳 林晨 郁超 【摘要】人类免疫缺陷病毒（HumanImmunodeficiencyVirus,HIV）是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒（Lentivirus），属反转录病毒的一种 。本文收集了近期以来关于HIV的一些资料，并进行整理，对HIV病毒颗粒的形态结构及传播、HIV基因组及其编码的蛋白、HIV的复制、HIV基因达调控、HIV的感染及致病机理和艾滋病的治疗及预防进行综述。 【关键词】免疫缺陷病毒 艾滋病 基因 表达调控 致病机制 艾滋病毒，即人类免疫缺陷病毒（HIV），它会造成人类免疫系统的缺陷从而引起获得性免疫缺陷综合征和相关疾病的RNA病毒。病毒主要侵犯CD4T细胞、CD4单核细胞和B淋巴细胞。该病毒破坏人体的免疫能力，导致免疫系统的失去抵抗力，而导致各种疾病及癌症得以在人体内生存，发展到最后，导致艾滋病（获得性免疫缺陷综合症）。 1、 HIV病毒颗粒的形态结构及传播 1、形态结构 人类免疫缺陷病毒直径约120纳米，大致呈球形。病毒外膜是类脂包膜，来自宿主细胞，并嵌有病毒的蛋白gp120与gp41；gp41是跨膜蛋白，gp120位于表面，并与gp41通过非共价作用结合。向内是由蛋白p17形成的球形基质（Matrix），以及蛋白p24形成的半锥形衣壳（Capsid），衣壳在电镜下呈高电子密度。衣壳内含有病毒的RNA基因组、酶（逆转录酶、整合酶、蛋白酶）以及其他来自宿主细胞的成分（如tRNAlys3，作为逆转录的引物）。 2、传播 HIV感染者是传染源，曾从血液、精液、唾液、尿液、阴道分泌液、眼泪、乳汁等分离得HIV。 握手，拥抱，接吻，游泳，蚊虫叮咬，共用餐具，咳嗽或打喷嚏，日常接触等一般不会传播。 【性接触传播】HIV存在于感染者精液和阴道分泌物中，性行为很容易造成细微的皮肤粘膜破损，病毒即可通过破损处进入血液而感染。无论是同性、异性、还是两性之间的性接触都会导致艾滋病的传播。艾滋病感染者的精液或阴道分泌物中有大量的病毒，在性活动（包括阴道性交、肛交和口交）时，由于性交部位的摩擦，很容易造成生殖器黏膜的细微破损，这时，病毒就会趁虚而入，进入未感染者的血液中。值得一提的是，由于直肠的肠壁较阴道壁更容易破损，所以肛门性交的危险性比阴道性交的危险性更大。 【血液传播】人体被输入含有HIV的血液或血液制品、静脉吸毒、移植感染者或病人的组织器官都有感染艾滋病的危险性。 【母婴传播】感染了HIV的妇女在妊娠及分娩过程中，也可将病毒传给胎儿，感染的产妇还可通过母乳喂养将病毒传给吃奶的孩子。 2、 HIV基因组及其编码的蛋白 病毒基因组是两条相同的正链RNA，每条RNA长约9.2-9.8kb。两端是长末端重复序列（long terminal repeats, LTR），含顺式调控序列，控制前病毒的表达。已证明在LTR有启动子和增强子并含负调控区。LTR之间的序列编码了至少9个蛋白，可分为三类：结构蛋白、调控蛋白、辅助蛋白。 1．gag基因能编码约500个氨基酸组成的聚合前体蛋白，经蛋白酶水解形成P17，P24核蛋白，使RNA不受外界核酸酶破坏。 2．Pol基因编码聚合酶前体蛋白，经切割形成蛋白酶、整合酶、逆转录酶、核糖核酸酶H，均为病毒增殖所必需。 3．env基因编码约863个氨基酸的前体蛋白并糖基化成gp160，gp120和gp41。gp120含有中和抗原决定簇，已证明HIV中和抗原表位，在gp120 V3环上，V3环区是囊膜蛋白的重要功能区，在病毒与细胞融合中起重要作用。gp120与跨膜蛋白gp41以非共价键相连。gp41与靶细胞融合，促使病毒进入细胞内。实验表明gp41亦有较强抗原性，能诱导产生抗体反应。 4．TaT 基因编码蛋白可与LTR结合，以增加病毒所有基因转录率，也能在转录后促进病毒mRN A的翻译。 5．Rev基因产物是一种顺式激活因子，能对env和gag中顺式作用抑制序（Cis-Acting repression sequance,Crs） 去抑制作用，增强gag和env基因的表达，以合成相应的病毒结构蛋白。 6．Nef基因编码蛋白P27对HIV基因的表达有负调控作用，以推迟病毒复制。该蛋白作用于HIv cDNA的LTR，抑制整合的病毒转录。可能是HIV在体内维持持续感集体所必需。 7．Vif基因对HIV并非必不可少，但可能影响游离HIV感染性、病毒体的产生和体内传播。 8．VPU基因为HIV-1所特有，对HIV的有效复制及病毒体的装配与成熟不可少。 9．Vpr基因编码蛋白是一种弱的转录激活物，在体内繁殖周期中起一定作用。 HIV-2基因结构与HIV-1有差别：它不含VPU基因，但有一功能不明VPX基因。核酸杂交法检查HIV-1与HIV-2的核苷酸序列，仅40%相同。env基因表达产物激发机体产生的抗体无交叉反应。 3、 HIV的复制 1、原病毒整合到宿主染色体上，无症状 2、原病毒利用宿主细胞的转录和合成系统转录产生病毒mRNA，其中一部分编码病毒蛋白，与基因组RNA组装成新的病毒颗粒，从宿主细胞中释放出来侵染其他健康细胞 3、宿主细胞瓦解死亡 病毒体→敏感细胞受体→脱衣壳→基因组带着逆转录酶进入细胞70SRNA(35S+35S)→逆转录为线形DNA →双股环化DNA→在核内整合到细胞基因组成为前病毒→利用细胞RNA多聚酶转录出35SRNA ①部分翻译并糖化为外膜糖蛋白 ②组成70SRNA 子代病毒基因组      ③部分作为mRNA →非糖化蛋白（壳蛋白）→装配 →芽生 4、 HIV基因表达调控 诱导性宿主转录因子：休眠态T细胞内病毒不能复制——被抗原，有丝分裂原或病毒的多种基因产物激活——宿主表达一些选择性转录因子，突出的有NF-kB蛋白（如IL2和IL2的受体的a亚基）——结合和激活位于HIV-1原病毒LTR的U3区的重复NF-kB增强子元件。  　组成性宿主转录因子：SP1、 TFIID 与大多数反转录病毒相比，HIV最大的特点是含有许多调控基因。这些基因编码相应的调控蛋白，他们在病毒RNA的转录、转录后加工、蛋白质翻译、包装以及病毒颗粒的释放等各个过程中发挥着重要的作用。在这些过程中，除了HIV自身的调控蛋白外，还有许多宿主细胞的调控蛋白参与。 1、LTR序列 LTR不编码病毒产物，对基因表达的起始和调节至关重要，为细胞转录因子的结合位点，可分为调节单位、核心转录单位和反式激活效应元件单位（TAR）三个不同的调控功能区。 （1）核心调控原件： Coup-TF：鸡卵蛋白转录因子是coup-F家族中相对低分子量蛋白含有锌指环结构，起负调节作用 AP-1：由含亮氨酸拉链结构的c-jun和c-Fos家族成员组成的二聚体，属于正调节因子 NF-AT ：激活T细胞核因子（有两个结合位点） USF：上游激活因子含有螺旋-环-螺旋结构 具有负调节作用 TCF-1α：含有高速泳动簇基序 ，起正调节作用 NF-κβ：含有锌指环结构及锚定蛋白重复序列，是增强子区。由3-4bp间隔的两个10bp（GGGACTTCCC）序列构成，负责调控HIV基因在多种细胞（尤其是T细胞）中高速表达。 （2）核心转录单位 Sp1：含有与DNA结合的结构和两个富含谷氨酰胺的结构域。可形成二聚体或三聚体。当三个sp1分子与DNA结合后，改变了DNA的空间构型，激活HIV基因的转录。 TATA：元件两端有反向重复序列，可能是转录因子螺旋-环-螺旋DNA结合蛋白的识别位点。 TATA元件上结合的是一组蛋白质，这些蛋白称为转录因子ⅡD（TF ⅡD ），也包括一些辅助激活蛋白（TBP）的细胞因子，这种作用是与RNA聚合酶相关，由此启动转录。 （3）反式激活效应元件单位（TAR） Tat基因由两个外显子构成，编码HIV复制和基因表达所必须的反式激活蛋白(Tat)，又称反式激活因子，能够增强病毒复制的起始，促进mRNA的转录和翻译。 2、参与HIV复制的调控蛋白 （1）Tat蛋白：Tat与HIV RNA 5’端LTR结合后能够极大地提高HIV基因的转录水平。另外，tat可能还具有转录延伸因子的作用，延长mRNA的转录 （2）Rev蛋白：Rev蛋白由两个外显子组成，分别编码一个25个氨基酸和91个氨基酸的肽段，这两个肽段最终组成一个 116个氨基酸、其主要功能是促进HIV基因表达由早期（转录调节蛋白mRNA）向晚期（转录HIV结构蛋白mRNA）的转化，并促进晚期转录的进行。 （3）Nef蛋白：Nef蛋白由Nef基因编码的，分子量为27kD，属于负调控蛋白和磷酸化蛋白，与细胞的膜结构相结合。Nef蛋白非HIV复制所必需，但可抑制 HIV LTR特异性转录的HIV－1原病毒基因的表达。 （4）Vpr蛋白：Vpr蛋白由96个氨基酸构成，亦非HIV复制所必须，但存在于病毒颗粒中。含有vpr基因的HIV毒株与无vpr基因的HIV毒株比较，前者在细胞中生长较快，致细胞病变也较强于无vpr基因的天然株。 （5）Vpu蛋白：Vpu蛋白是含81个氨基酸的磷酸化蛋白，为HIV－1特有，其功能可能是促进HIV－1颗粒的装配和从细胞膜释放，或抑制HIV－1颗粒从细胞内膜系统中芽生。 （6）Vif蛋白：Vif蛋白是分子量为23kD的病毒颗粒感染性因子，缺失Vif基因的HIV－1可在细胞内正常复制并产生病毒颗粒，但其比无Vif基因缺失的HIV-1产生的病毒颗粒的感染性低1000倍。 五、HIV的感染及致病机理