冠状病毒感染调控细胞凋亡机制研究进展
发布时间：2020-12-23 07:51
冠状病毒是常见的感染人类和动物并造成健康危害的主要病原性微生物之一,冠状病毒感染细胞后,细胞产生免疫应答,病毒为了在细胞内转录翻译和装配下一代,应对细胞免疫应答的同时,还参与到许多细胞活动中,当细胞特定受体与病毒蛋白结合后,细胞即启动凋亡程序。冠状病毒的许多蛋白在细胞凋亡程序中起促进或抑制凋亡的不同作用,如病毒S蛋白与细胞膜死亡受体作用诱导细胞启动外在凋亡途径,病毒感染细胞后产生的M、S蛋白引起细胞内质网应激、Ca2+失衡,诱导细胞启动内在凋亡途径,而E蛋白则抑制细胞凋亡的发生。本文综述了冠状病毒对侵染细胞的促凋亡或抑制凋亡作用及其作用机制,通过了解病毒不同蛋白在各种凋亡途径中的不同作用,希望为人工干预调控细胞研究提供思路,为冠状病毒感染防控提供理论支持。
【文章来源】：微生物学通报. 2020年02期 北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
冠状病毒诱导外在细胞凋亡途径
冠状病毒对NF-κB信号途径的作用并不是直接的，而是通过拮抗干扰素信号途径或上调Smad7等细胞因子来抑制NF-κB信号途径，抑制细胞生长途径，促使细胞凋亡。NF-κB的受体也在细胞膜外，所以这也是一种外在凋亡信号途径，但是具体机制有待进一步探索研究。细胞感染冠状病毒后，通过与细胞膜上的Toll样受体等相互作用，激活细胞先天免疫产生干扰素(interferon,IFN)，激活细胞JAK信号转导子和转录信号级联激活子，刺激被感染细胞和免疫系统中未感染细胞干扰素刺激基因(IFN-stimulated genes,ISGs)转录，ISGs作用入侵的病原体或调节先天免疫和适应性免疫反应，IFN和ISG在免疫系统中不仅起抑制病原体传播作用，还参与不平衡免疫应答或过度炎症反应导致的组织损伤和障碍的修复过程，具有抗病毒、免疫调节和抗炎症反应[55]；反过来，病毒抑制干扰素等免疫因子的表达以抵抗细胞的免疫反应，当ISGs不足以限制病毒的复制时，细胞只能通过致死被感染的细胞来阻断病毒的传播和再感染。在人海马神经细胞中，α干扰素通过激活STAT1增加干扰素刺激基因15(ISG 15)、泛素特异性肽酶18(USP 18)和白细胞介素-6(IL-6)的表达，促进细胞凋亡，具体机制可能与水通道蛋白4(aquaporin 4)的下调有关[56-57]。冠状病毒的一些非结构蛋白，如α冠状病毒PEDV NSP1和NSP3，其中NSP1是pp1a和pp1a/b多聚蛋白N端第一个裂解产物，NSP3编码的木瓜样蛋白(papain-like protein,PLP)与NSP1、NSP3是Ⅲ型干扰素拮抗剂，抑制IRF1介导的干扰素活性，从而诱导被感染细胞凋亡[58-62]；γ冠状病毒的IBV ORF3a由sgmRNA3多顺反子编码，IBV ORF3a对病毒复制是非必需的，但是具有抑制宿主Ⅰ型干扰素产生的作用，冠状病毒通过拮抗干扰素抑制了NF-κB的转录翻译表达，使病毒逃逸机体天然免疫防御屏障[62-63]，促进细胞凋亡。另外，在感染了PEDV的Vero细胞中，细胞p53蛋白表达上调，p53在细胞周期G1/S和G2/M中检测基因组的完整性，p53上升使细胞周期停滞于G0/G1期，即细胞离开细胞周期，阻滞进入S期，从而进行细胞受损DNA复制前和有丝分裂前的修复，然而高浓度的p53只会增加细胞DNA的受损程度，同时p53是NF-κB的抑制剂，抑制NF-κB信号途径[64-67]，促进细胞进入凋亡程序。MERS-CoV则可以通过上调Smad7和成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor 2,FGF2)的表达量以抑制NF-κB和TGFβ生长信号途径，促使侵染细胞发生凋亡，但是具体的作用蛋白未见报道[68]。
各种属的冠状病毒具有类似的基因组成(图1)[11-14]，其基因组为单股正义RNA病毒，通常大小为27-31 kb,5′UTR具有帽子结构，3′UTR具有Poly A结构，5′端编码2个大的复合蛋白ORF1a、ORF1b，占据全基因组的2/3，剩余1/3靠近3′端的基因组主要编码结构蛋白。这些结构蛋白包括纤突蛋白(spike,S)、膜蛋白(membrane,M)、核蛋白(nucleocapsid,N)、包膜蛋白(envelop,E);S蛋白是一种糖蛋白，PEDV的S蛋白分为S1和S2两个结构域，S1蛋白的C端结构域(C-terminal domain,CTD)与细胞膜上的氨基肽酶N(aminopeptidase N,APN)相互作用，我们实验室成功表达、纯化的PEDV S1蛋白具有好的抗原免疫原性[15]，我们还运用液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)技术和免疫沉淀技术，筛选出被PEDV侵染的细胞蛋白中翻译起始因子3l(eukaryotic initiation factor 3l,eIF3l)和细胞周期蛋白(cell division cycle 42,CDC42)与PEDV M蛋白相互作用[16]；在冠状病毒结构蛋白基因中分散着数量不等的辅助蛋白基因，如α冠状病毒属PEDV只编码一个辅助蛋白ORF3，β属SARS-CoV则编码8个辅助蛋白：ORF 3a、3b、6、7a、7b、8a、8b和9b[11,17]；另外对PEDV的辅助蛋白ORF3的研究也取得了显著进展，运用实验室建立的反向遗传操作技术拯救出携带不同orf3基因和orf3基因缺失的重组PEDV，通过免疫组化实验证明ORF3蛋白对侵染的Vero细胞增殖具有促进作用[18]。机体受到病毒感染后，免疫系统会产生一系列的应答反应，以清除入侵病毒，细胞凋亡也是细胞对抗感染的一种策略，大部分的冠状病毒在宿主体内能诱导细胞凋亡，感染SARS-CoV的Vero细胞24 h即可检测到染色体DNA断裂片段，SARS-CoV感染者的Bcl-2下调、Bax上升、Caspase-3被激活，显示Caspase和线粒体凋亡信号途径；TGEV诱导Caspase依赖的外在凋亡途径也诱导DNA裂解片段化和线粒体转膜蛋白变化的内在凋亡；MERS-CoV、IBV激活侵染细胞内在和外在凋亡信号途径，当细胞出现明显病变时，大多数细胞已经核质凝缩或形成凋亡小体，显微镜下可见凋亡细胞胞质凝缩和细胞膜融合、染色质凝集并附在核膜周边，最后核断裂、染色质脱落，形成膜包凋亡小体，被机体清除[19-24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]与猪流行性腹泻病毒M蛋白互作的宿主蛋白的鉴定[J]. 王瑞阳,于瑞嵩,陈冰清,李凤平,谢春芳,司伏生,董世娟,李震. 微生物学通报. 2019(06)
[2]ORF3蛋白促进猪流行性腹泻病毒在Vero细胞上的增殖[J]. 胡晓霞,于瑞嵩,司伏生,陈冰清,董世娟,宋增福,李震. 微生物学通报. 2018(07)
[3]猪流行性腹泻病毒流行毒株S1片段的克隆表达及其抗体制备[J]. 王国松,张明,朱于敏,于瑞嵩,董世娟,李震. 畜牧与兽医. 2015(12)
[4]SARS-CoV感染Vero E6细胞诱导细胞凋亡[J]. 鄢然,沈超,雷磊,郑从义,肖庚富,郭德银,朱应,鄢慧民. 中国病毒学. 2003(06)
本文编号：2933352
【文章来源】：微生物学通报. 2020年02期 北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
冠状病毒诱导外在细胞凋亡途径
冠状病毒对NF-κB信号途径的作用并不是直接的，而是通过拮抗干扰素信号途径或上调Smad7等细胞因子来抑制NF-κB信号途径，抑制细胞生长途径，促使细胞凋亡。NF-κB的受体也在细胞膜外，所以这也是一种外在凋亡信号途径，但是具体机制有待进一步探索研究。细胞感染冠状病毒后，通过与细胞膜上的Toll样受体等相互作用，激活细胞先天免疫产生干扰素(interferon,IFN)，激活细胞JAK信号转导子和转录信号级联激活子，刺激被感染细胞和免疫系统中未感染细胞干扰素刺激基因(IFN-stimulated genes,ISGs)转录，ISGs作用入侵的病原体或调节先天免疫和适应性免疫反应，IFN和ISG在免疫系统中不仅起抑制病原体传播作用，还参与不平衡免疫应答或过度炎症反应导致的组织损伤和障碍的修复过程，具有抗病毒、免疫调节和抗炎症反应[55]；反过来，病毒抑制干扰素等免疫因子的表达以抵抗细胞的免疫反应，当ISGs不足以限制病毒的复制时，细胞只能通过致死被感染的细胞来阻断病毒的传播和再感染。在人海马神经细胞中，α干扰素通过激活STAT1增加干扰素刺激基因15(ISG 15)、泛素特异性肽酶18(USP 18)和白细胞介素-6(IL-6)的表达，促进细胞凋亡，具体机制可能与水通道蛋白4(aquaporin 4)的下调有关[56-57]。冠状病毒的一些非结构蛋白，如α冠状病毒PEDV NSP1和NSP3，其中NSP1是pp1a和pp1a/b多聚蛋白N端第一个裂解产物，NSP3编码的木瓜样蛋白(papain-like protein,PLP)与NSP1、NSP3是Ⅲ型干扰素拮抗剂，抑制IRF1介导的干扰素活性，从而诱导被感染细胞凋亡[58-62]；γ冠状病毒的IBV ORF3a由sgmRNA3多顺反子编码，IBV ORF3a对病毒复制是非必需的，但是具有抑制宿主Ⅰ型干扰素产生的作用，冠状病毒通过拮抗干扰素抑制了NF-κB的转录翻译表达，使病毒逃逸机体天然免疫防御屏障[62-63]，促进细胞凋亡。另外，在感染了PEDV的Vero细胞中，细胞p53蛋白表达上调，p53在细胞周期G1/S和G2/M中检测基因组的完整性，p53上升使细胞周期停滞于G0/G1期，即细胞离开细胞周期，阻滞进入S期，从而进行细胞受损DNA复制前和有丝分裂前的修复，然而高浓度的p53只会增加细胞DNA的受损程度，同时p53是NF-κB的抑制剂，抑制NF-κB信号途径[64-67]，促进细胞进入凋亡程序。MERS-CoV则可以通过上调Smad7和成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor 2,FGF2)的表达量以抑制NF-κB和TGFβ生长信号途径，促使侵染细胞发生凋亡，但是具体的作用蛋白未见报道[68]。
各种属的冠状病毒具有类似的基因组成(图1)[11-14]，其基因组为单股正义RNA病毒，通常大小为27-31 kb,5′UTR具有帽子结构，3′UTR具有Poly A结构，5′端编码2个大的复合蛋白ORF1a、ORF1b，占据全基因组的2/3，剩余1/3靠近3′端的基因组主要编码结构蛋白。这些结构蛋白包括纤突蛋白(spike,S)、膜蛋白(membrane,M)、核蛋白(nucleocapsid,N)、包膜蛋白(envelop,E);S蛋白是一种糖蛋白，PEDV的S蛋白分为S1和S2两个结构域，S1蛋白的C端结构域(C-terminal domain,CTD)与细胞膜上的氨基肽酶N(aminopeptidase N,APN)相互作用，我们实验室成功表达、纯化的PEDV S1蛋白具有好的抗原免疫原性[15]，我们还运用液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)技术和免疫沉淀技术，筛选出被PEDV侵染的细胞蛋白中翻译起始因子3l(eukaryotic initiation factor 3l,eIF3l)和细胞周期蛋白(cell division cycle 42,CDC42)与PEDV M蛋白相互作用[16]；在冠状病毒结构蛋白基因中分散着数量不等的辅助蛋白基因，如α冠状病毒属PEDV只编码一个辅助蛋白ORF3，β属SARS-CoV则编码8个辅助蛋白：ORF 3a、3b、6、7a、7b、8a、8b和9b[11,17]；另外对PEDV的辅助蛋白ORF3的研究也取得了显著进展，运用实验室建立的反向遗传操作技术拯救出携带不同orf3基因和orf3基因缺失的重组PEDV，通过免疫组化实验证明ORF3蛋白对侵染的Vero细胞增殖具有促进作用[18]。机体受到病毒感染后，免疫系统会产生一系列的应答反应，以清除入侵病毒，细胞凋亡也是细胞对抗感染的一种策略，大部分的冠状病毒在宿主体内能诱导细胞凋亡，感染SARS-CoV的Vero细胞24 h即可检测到染色体DNA断裂片段，SARS-CoV感染者的Bcl-2下调、Bax上升、Caspase-3被激活，显示Caspase和线粒体凋亡信号途径；TGEV诱导Caspase依赖的外在凋亡途径也诱导DNA裂解片段化和线粒体转膜蛋白变化的内在凋亡；MERS-CoV、IBV激活侵染细胞内在和外在凋亡信号途径，当细胞出现明显病变时，大多数细胞已经核质凝缩或形成凋亡小体，显微镜下可见凋亡细胞胞质凝缩和细胞膜融合、染色质凝集并附在核膜周边，最后核断裂、染色质脱落，形成膜包凋亡小体，被机体清除[19-24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]与猪流行性腹泻病毒M蛋白互作的宿主蛋白的鉴定[J]. 王瑞阳,于瑞嵩,陈冰清,李凤平,谢春芳,司伏生,董世娟,李震. 微生物学通报. 2019(06)
[2]ORF3蛋白促进猪流行性腹泻病毒在Vero细胞上的增殖[J]. 胡晓霞,于瑞嵩,司伏生,陈冰清,董世娟,宋增福,李震. 微生物学通报. 2018(07)
[3]猪流行性腹泻病毒流行毒株S1片段的克隆表达及其抗体制备[J]. 王国松,张明,朱于敏,于瑞嵩,董世娟,李震. 畜牧与兽医. 2015(12)
[4]SARS-CoV感染Vero E6细胞诱导细胞凋亡[J]. 鄢然,沈超,雷磊,郑从义,肖庚富,郭德银,朱应,鄢慧民. 中国病毒学. 2003(06)
本文编号：2933352
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