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EB病毒免疫逃避机制研究进展

2018-01-17艾军红谢正德

中华实验和临床病毒学杂志 2018年1期
关键词:外泌体病毒感染宿主

艾军红 谢正德

100045 北京,国家儿童医学中心 首都医科大学附属北京儿童医院 北京市儿科研究所 儿科学国家重点学科 国家呼吸系统疾病临床医学研究中心 教育部儿科重大疾病研究重点实验室 儿童呼吸道感染性疾病研究北京市重点实验室

EB病毒(Epstein-Barr virus, EBV)为双链DNA病毒,属于疱疹病毒γ亚科,于1964年由Epstein等首次在非洲儿童伯基特淋巴瘤组织中发现。EBV主要通过唾液传播,也可通过输血、器官移植等进行传播。其在人群中的感染非常普遍,血清流行病学调查显示EBV在成人中的感染率超过95%[1]。

EBV有两种感染形式,裂解感染和潜伏感染。裂解感染时,病毒表达大量的结构基因及调节基因,产生大量的病毒颗粒,在宿主间进行传播。原发性EBV感染后,病毒在B淋巴细胞内建立终身潜伏感染。潜伏感染时,病毒DNA在细胞内呈游离的环状,基因表达受到严格调控,以逃避宿主免疫反应。

原发性EBV感染时,宿主主要通过B淋巴细胞上的Toll样受体9(Toll-like receptor 9, TLR9)等识别病毒,进而激活NF-κB细胞信号传导通路,抑制病毒复制[2]。同时,固有免疫系统中的树突状细胞、单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和NK细胞等也在EBV感染的免疫调控中发挥着重要作用。之后,宿主启动适应性免疫应答,产生EBV特异性的T淋巴细胞(主要为CD4+T细胞和CD8+T细胞),对EBV感染进行调控[3]。细胞免疫在EBV感染的控制中起主要作用,在多数情况下,宿主免疫系统与病毒间保持着平衡,病毒潜伏在记忆B淋巴细胞内,不引起明显的临床症状。在某些情况下,这种平衡被打破,引起EBV感染相关疾病。本文将主要从EBV编码蛋白、microRNA (miRNA)以及宿主外泌体通路三个方面介绍EBV的免疫逃避机制。

1 EBV编码免疫逃逸蛋白逃避宿主免疫反应

1.1EBV裂解感染时的免疫逃避机制EBV裂解感染时可表达多种免疫逃逸分子,如BZLF1、BRLF1、BGLF5、LF2 (BILF4)、BGLF4、BPLF1、BALF1、dUTPase (BLLF3)、BNLF2a、BILF1、dp42 (BZLF2) 和vIL-10 (BCRF1) 等。这些免疫逃逸分子通过降低Toll样受体 (Toll-like receptors, TLRs) 的表达、调控干扰素调节因子(interferon-regulatory factors, IRF)和干扰I型干扰素 (type I interferons, IFN I) 产生、干扰NF-κB以及炎性信号通路、干扰固有免疫效应分子等逃避宿主固有免疫,通过干扰HLA I类分子和HLA II类分子,影响抗原提呈来逃避宿主细胞适应性免疫应答[4]。

BZLF1为EBV编码的即刻早期蛋白,可结合到肿瘤坏死因子α (tumor necrosis factor α, TNF-α) 基因启动子区抑制炎症因子TNF-α的表达及NF-κB信号通路的活化,从而弱化机体抗病毒免疫反应,利于病毒复制[5]。BGLF5 是EBV在裂解感染时表达的碱性核酸外切酶蛋白,通过下调免疫相关蛋白如HLA分子、TLR2和TLR9以及脂类抗原提呈CD1d分子的表达帮助病毒逃避宿主免疫反应[6-9]。BNLF2a蛋白则可抑制抗原肽在HLA I 类分子上的定位,阻断抗原提呈,逃避免疫识别[10-11]。

BCRF1、BPLF1和BDLF3为病毒裂解感染晚期的免疫逃逸分子[12-13]。BCRF1编码的病毒白介素10 (viral interferon 10, vIL-10) 可抑制单核细胞表面共刺激分子的表达,抑制CD4+T细胞抗病毒免疫反应[14]。BPLF1可以干扰TLR信号通路,抑制TLR介导的NF-κB信号通路的活化[15]。

BDLF3基因及其编码蛋白EBV gp-150是近年来新发现的EBV免疫逃逸分子。EBV裂解感染晚期,特异性CD8+T细胞识别病毒感染细胞的能力弱于即刻早期和早期抗原特异性CD8+T细胞。一方面,是因为病毒早期蛋白BILF1的免疫抑制活性随着裂解感染进程而增强。另一方面,则是由于晚期裂解基因BDLF3的免疫调节作用。BDLF3基因可通过泛素化作用下调细胞表面的HLA I 类和HLA II类分子的表达,降低CD8+T细胞和CD4+T 细胞对病毒感染细胞的识别作用,从而逃避宿主的免疫反应[13]。EBV gp-150是病毒裂解感染晚期产生的一种糖蛋白,由BDLF3基因编码,是一种比较特别的免疫逃避分子。高度糖基化的gp-150可在病毒感染细胞表面形成一个防护网(shield),阻碍表面抗原提呈,从而抑制HLA I 类、HLA II类分子以及非经典的脂类抗原提呈CD1d分子的抗原提呈作用[16]。

BARF1 是EBV裂解感染时表达的蛋白,然而,其在潜伏感染的上皮细胞肿瘤如鼻咽癌和EBV相关胃癌中也有表达。BARF1为可溶性细胞因子集落刺激因子1 (colony-stimulating factor 1, CSF-1) 受体。CSF-1可刺激巨噬细胞分化,促进干扰素α (interferon α, INF-α) 分泌。在体外BARF1可中和CSF-1, 导致病毒感染单核细胞INF-α分泌减少[17]。

自然杀伤 (natural killer, NK) 细胞可杀伤处于病毒裂解感染期的细胞。处于病毒裂解感染期的病毒感染细胞对于NK细胞杀伤作用的敏感性取决于裂解感染的时相。在裂解感染的早期,病毒表达BZLF1,其可诱导病毒感染细胞上NKG2D配体(NK cell-activating receptor ligands)的表达,使NK细胞易于杀伤病毒感染的B细胞。然而,在裂解感染晚期,病毒表达BHRF1 (vBcl-2 蛋白),BHRF1可以保护病毒感染B细胞免受BZLF1介导的NK细胞的杀伤作用[18]。

1.2EBV潜伏感染时的免疫逃避机制EBV潜伏感染时EBNA1、EBNA2、LMP1、LMP2a和LMP2b等通过调节免疫分子如IL-6、TLR9的表达以及影响免疫相关信号通路如NF-κB、JAK/STAT等干扰宿主的免疫反应,维持病毒的潜伏感染状态[4]。

潜伏膜蛋白1(latent membrane protein 1, LMP1)是EBV的原癌基因产物,在多数EBV感染相关肿瘤中均有表达。LMP1由386个氨基酸组成,包括位于胞质内的氨基端、羧基端和中间的6次跨膜结构域。LMP1可通过模拟CD40信号,促进B细胞转化,影响细胞生存与增殖。LMP1具有免疫调节功能,可通过多种途径帮助病毒逃避宿主的免疫反应。在LMP1第一个跨膜结构域中包含一个具有免疫抑制功能的肽段LALLFWL,可抑制T细胞增殖及NK 细胞的细胞毒性[19]。LMP1还可以通过介导NF-κB信号通路的活化,下调TLR9的表达,利于病毒感染细胞的存活[20]。

EBV核抗原1(Epstein-Barr nuclear antigen 1, EBNA1)是第一个被报道的EBV潜伏蛋白。EBNA1具有很强的抗原性,但其对病毒基因组复制必不可少,在所有类型的潜伏感染中均有表达。在EBNA1氨基酸序列上,有若干个甘-丙氨酸重复序列(glycine-alanine repeat,GAr)。研究发现,GAr在EBV逃避宿主免疫监视,建立潜伏感染的过程中发挥着重要作用[21]。细胞核仁素(nucleolin,NCL)可直接与GAr 编码mRNA序列上的G-四联体相互作用,限制EBNA1 mRNA翻译,保证EBNA1在最低表达水平且能发挥正常生物学功能,同时能够逃避免疫识别[22]。

EBV潜伏感染与EBV相关肿瘤的发生密切相关。在世界范围内EBV相关胃癌占胃癌发病率的5%~20%[23]。在EBV相关胃癌中,病毒编码蛋白LMP2A可通过Sonic Hedgehog信号通路下调HLA Ia分子的表达[24]。BNLF2a为EBV裂解感染时表达的免疫逃逸蛋白。然而,近期有研究发现,有将近一半EBV相关胃癌患者的癌细胞中存在病毒BNLF2a基因的表达,BNLF2a的表达可保护感染病毒的肿瘤细胞免受免疫系统的监视[25]。

2 EBV编码miRNA逃避宿主免疫反应

miRNA是一组长约21~25个核苷酸的内源性的非编码的小RNA,通过RNA介导的沉默复合体(RISC)靶向信使RNA(mRNA),在转录后水平调节基因的表达。EBV是第一个被发现编码miRNA的病毒[26]。目前为止,共发现25个EBV miRNA前体 (pre-miRNA),其中3个BHRF1 pre-miRNA编码基因位于BHRF1开放阅读框架附近,其他pre-miRNAs编码基因位于BART 内含子区。经过加工处理,这25个pre-miRNA可形成44个成熟的miRNA。

EBV编码miRNA在其逃避宿主免疫监视、建立长期潜伏感染中发挥着重要作用[27]。

EBV感染B淋巴细胞后,病毒miR-BART1、miR-BART2和miR-BHRF1-2可通过抑制细胞因子IL12B的表达阻碍CD4+T细胞的分化,通过降解溶酶体蛋白、下调HLA II类分子和共刺激分子的表达干扰MHC II类分子的抗原提呈,从而抑制CD4+T细胞对病毒感染细胞的免疫反应[28]。Albanese等[29]发现B95.8型EBV表达的13种病毒miRNA可以通过直接作用于肽转运蛋白亚单位(TAP2),抑制HLA I类分子的抗原提呈,下调IL-12的表达,降低EBV特异性的CD8+T细胞对感染细胞的识别及杀伤作用。EBV miRNA-BART-16是新发现的一个病毒免疫逃逸因子,通过直接作用于CBP基因 (CREB-binding protein, CBP)(干扰素信号通路的转录共活化因子)的3’UTR区,下调CBP的表达,抑制IFN I信号通路。IFN I信号通路在机体直接抗病毒及调节适应性免疫应答等防御病毒感染中发挥着重要作用[30]。

3 EBV利用宿主外泌体通路逃避宿主免疫反应

外泌体(exosomes)是活细胞分泌的直径约30~150 nm具有生物活性的小囊泡,其内含有来源细胞特异性的蛋白、脂质、生长因子、核酸(mRNA、 miRNA和DNA)以及病毒颗粒等物质。研究发现,病毒感染细胞后可“挟持”宿主外泌体通路,对宿主细胞分泌的外泌体进行 “修饰”,以利于病毒传播,逃避宿主的免疫反应[31]。

一方面,EBV可利用外泌体通路转运细胞内的物质,以利于自身感染。例如,EBV可将病毒感染细胞内的IFI16、白介素-1b、-18、-33等免疫调节因子通过外泌体通路移出细胞外,关闭这些重要的免疫效应因子,以利于病毒感染细胞逃避宿主固有免疫反应[32]。而在EBV相关鼻咽癌中,病毒利用外泌体中的半乳凝素9(galectin 9)与CD4+T细胞上的TIM3受体相互作用,诱导CD4+T细胞凋亡,调节免疫[33-34]。EBV“修饰”的外泌体还可通过外泌体糖结合蛋白Gal-1,促进免疫细胞Th1、Th17和细胞毒性T细胞的凋亡,影响局部免疫反应[35]。

另一方面,病毒可以利用宿主外泌体通路将自身编码的免疫逃逸分子转运到受体细胞,影响宿主免疫反应。dTUPase是由 EBV BLLF3基因编码的一种蛋白。含有dTUPase的外泌体可通过TLR2与树突状细胞相互作用,促进炎性因子的产生,诱导NF-κB信号通路的活化[36]。在EBV相关肿瘤中,病毒“修饰”的外泌体可重塑肿瘤的微环境,影响肿瘤细胞临近细胞的生长,抑制免疫细胞的功能或刺激血管的生成。在EBV感染的淋巴母细胞和鼻咽癌细胞分泌的外泌体中含有LMP1,LMP1修饰的外泌体可抑制T细胞的活化与增殖[33, 37]。除蛋白外病毒还可以利用外泌体通路转运病毒miRNA,进行免疫调节。如EBV感染B细胞分泌的外泌体可被单核细胞来源的树突状细胞(monocyte-derived dendritic cells, MoDC) “内化”,外泌体中的病毒miR-BHRF1-3可下调受体细胞中免疫调节基因CXCL11/ITAC的表达[38]。病毒还可通过外泌体转运EBV miR-BART15到未感染细胞,抑制未感染病毒细胞中炎性小体NLRP3的活化[39]。

4 结语

EBV属于疱疹病毒4型,是一种重要肿瘤相关病毒,其潜伏感染与多种肿瘤的发生密切相关。在EBV感染过程中,它不但可以通过自身编码的蛋白、miRNA逃避宿主的免疫反应,还可以利用宿主外泌体通路调节机体免疫应答。通过这些复杂、精密的免疫逃避策略,EBV建立持续终身的潜伏感染。对EBV免疫逃逸机制的深入理解,有助于EBV感染及其相关疾病治疗策略的制定,尤其对EBV感染相关肿瘤性疾病的免疫治疗具有重要的意义。

利益冲突:无

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