综述：禽呼肠孤病毒S1基因编码蛋白的结构与功能特征：对病毒致病机理和合理疫苗设计的启示

《Animal Reproduction Science》：Structural and Functional Characterization of Reovirus S1 Gene-Encoded Proteins: Implications for Viral Pathogenesis and Rational Vaccine Design

本综述系统阐述了禽呼肠孤病毒（ARV）S1基因编码的σC、P10和P17蛋白的结构、功能及其在病毒致病与免疫调控中的作用，深入探讨了这些蛋白与宿主因子（如Hsp90/Cdc37、TLR3、AnxA2等）的相互作用及相关信号通路（如凋亡、自噬、免疫应答），为基于S1基因的新型疫苗（如亚单位疫苗、DNA疫苗）研发和抗病毒策略提供了重要理论依据。

　　

引言

禽呼肠孤病毒（ARV）是一种重要的禽类病原体，给全球家禽业带来了沉重的经济负担。它主要与关节炎和腱鞘炎相关，但某些毒株即使在没有明显临床症状的情况下，也能在心脏和肝脏等器官中诱导显著的炎症反应和组织病理学损伤。ARV的S1基因是其基因组中的一个关键片段，其编码的蛋白深刻影响着病毒的生物学特性。该基因的分子结构与病毒毒力、致病机制、感染性以及宿主免疫调节密切相关，尽管其精确的调控通路尚未完全阐明。深入了解S1基因对于揭示ARV的致病机理至关重要。

分子特性

S1基因片段具有三顺反子结构，编码三种蛋白：σC（衣壳蛋白）、P10（非结构蛋白，具有融合和渗透活性）和P17（非结构蛋白，核蛋白）。由于其多功能特性，S1片段被广泛用于基因测序、系统发育分析和分子流行病学研究。

在不同属和种的禽呼肠孤病毒中，其遗传结构基本相似。ARV和新鸭呼肠孤病毒（NDRV）的S1基因编码σC、P10和P17（NDRV中为P18）蛋白，而番鸭呼肠孤病毒（MDRV）和鹅呼肠孤病毒（GRV）的相应蛋白则由S4基因编码。这种编码多种蛋白的S1基因组织是ARV的一个关键基因组特征。

蛋白功能与机制

σC蛋白

σC蛋白以同源三聚体形式存在。其C端的球状头部结构域负责与宿主细胞初始附着，并通过一个细长的纤维茎与短的N端序列相连，该序列将蛋白锚定在病毒内衣壳的λC五聚体上。作为主要的病毒附着蛋白，σC介导与宿主细胞的初始结合，并通过受体介导的内吞作用促进病毒进入，在病毒复制和致病过程中扮演核心角色。

同时，σC也是ARV中突变最频繁的免疫原性蛋白，能诱导机体产生特异性中和抗体，是疫苗研发和免疫控制的重要靶点。研究表明，σC蛋白能直接或间接激活宿主细胞的凋亡信号通路，从而促进病毒复制。例如，它能诱导线粒体功能障碍，导致细胞色素c释放并激活caspase-9和caspase-3级联反应；它还能通过调节Src/CSK/p53信号轴来降低p53的表达，削弱其对凋亡的抑制作用。此外，σC还能诱导内质网应激，激活未折叠蛋白反应（UPR），进而触发CHOP依赖的凋亡通路。

在免疫调节方面，σC能与胞内Toll样受体3（TLR3）相互作用，激活下游信号通路，促进干扰素调节因子3（IRF3）和核因子κB（NF-κB）的核转位，从而上调干扰素γ（IFN-γ）的表达，增强抗病毒免疫应答。σC还能直接与膜联蛋白A2（AnxA2）和latrophilin-2（ADGRL2）结合，干扰病毒与宿主细胞的入侵过程。TRiC分子伴侣能稳定σC蛋白结构，防止其被泛素-蛋白酶体系统降解，从而维持其功能，影响病毒复制效率。

P10蛋白

P10是一种由ARV编码的融合相关小跨膜（FAST）蛋白，其特殊性在于，尽管它是一种无囊膜病毒的非结构蛋白，却能介导合胞体形成。P10是一个小的非结构膜相关蛋白，包含一个N端跨膜结构域、一个中央卷曲螺旋寡聚化结构域和一个富含碱性残基的C端胞质尾区，共同介导膜锚定、自身关联以及与病毒RNA或结构蛋白的潜在相互作用。这种成孔蛋白（类病毒孔蛋白）对ARV感染至关重要。它能插入宿主细胞膜形成离子通道或孔洞，破坏细胞内外的环境平衡，改变膜通透性。

细胞胆固醇在脂筏中对于调节P10蛋白介导的膜融合过程起着关键作用。作为病毒诱导细胞-细胞融合的关键功能模块，P10的胞外域形成一个高度紧凑的多功能融合域，该域指导合胞效率以及P10同聚物在质膜中形成胆固醇依赖的融合平台，从而促进病毒复制和传播。胆固醇25-羟化酶（CH25H）能通过催化产生25-羟胆固醇（25HC），有效阻断P10蛋白诱导的细胞间膜融合，从而显著抑制ARV复制。

P10蛋白通过促进合胞体形成来增强病毒的传播能力。研究表明，两种小GTP酶RhoA和Rac1能够通过激活特定的信号通路来刺激P10蛋白的活性。此外，P10蛋白的功能效力与其结构特征密切相关，包括棕榈酰化修饰、相邻的碱性残基和跨膜甘氨酸残基等，这些特性共同增强了其在细胞膜上的稳定定位并促进合胞体形成。值得注意的是，细胞外囊泡（EVs）被发现可以携带P10 FAST蛋白，通过这种天然的细胞间递送载体，ARV可以扩展其感染范围，诱导受体细胞发生膜融合，并增强致病性。

P17蛋白

P17是一种多功能非结构蛋白，其特点是拥有N端核定位信号（NLS）、一个可被宿主激酶（如CKII）靶向的中心磷酸化簇以及一个C端α-螺旋二聚化结构域，使其能够在病毒感染过程中参与核转运、信号调节和寡聚化。

P17蛋白的一个关键功能特性是能够在细胞核和细胞质之间持续穿梭。这一特性主要依赖于异质核核糖核蛋白A1（hnRNPA1）和核纤层蛋白A/C两种结合蛋白对P17核质转运的调节作用。P17通过调节多种信号通路来影响病毒复制和宿主细胞生理。例如，P17能通过激活p53/PTEN、PRPS2、IGF2BP1、AMP、CaMPK1、PKR/eIF2α等信号通路触发自噬，这有利于病毒复制；P17蛋白还能通过抑制雷帕霉素机制靶标复合体1（mTORC1）引起细胞自噬和翻译关闭；此外，它还能通过抑制Bub3和CDK1/PLK1来抑制细胞周期的G2/M期，从而导致细胞周期阻滞。P17还能通过与多聚谷氨酰胺束结合蛋白1（PQBP1）结合来介导细胞炎症反应。

在免疫调节方面，P17被发现能抑制外泌体表面标志物CD81和CD63，这两种蛋白对外泌体的形成和释放至关重要，从而可能限制病毒颗粒的释放。P17还能诱导宿主细胞表达干扰素γ诱导蛋白16（IFI16），该蛋白具有抗病毒活性，参与机体对病毒感染的先天免疫应答。

值得注意的是，P17蛋白还能与ARV S1基因编码的另一个结构蛋白σC发生相互作用。P17通过酪蛋白激酶2（CK2）介导Cdc37的磷酸化，导致磷酸化的Cdc37与热休克蛋白90（Hsp90）形成复合物。P17通过招募宿主Cdc37-Hsp90伴侣复合物来增强病毒复制和感染性，该复合物通过促进σA、σNS和σC等关键病毒蛋白的正确折叠，防止其被蛋白酶体降解，从而增加其在细胞内的积累，用于后续病毒粒子的组装。

P18是鸭呼肠孤病毒编码的一种蛋白，与其他ARV中由S1片段第二个开放阅读框编码的17 kDa非结构蛋白不同，其分子量为18 kDa。P18蛋白在体内外均有表达，与病毒复制密切相关，但其具体调控机制仍有待研究。

预防与应用

目前广泛使用的ARV预防疫苗主要是基于传统毒株（如S1133、1733和2408）的灭活疫苗或弱毒疫苗。然而，随着耐药ARV分离株的出现和ARV的高变异性，疫苗免疫失败和交叉感染时有发生，传统疫苗策略难以提供全面持久的保护。

基于S1基因的疫苗（如亚单位疫苗、重组病毒载体疫苗、DNA疫苗等）在ARV的免疫预防控制中显示出重要的应用价值。在现有的ARV疫苗研究中，多基因策略已显示出显著的免疫增强效果。其中一种突出的方法是利用各种表达系统（尤其是基于杆状病毒的真核表达系统）生成σC蛋白；利用新城疫病毒（NDV）和马立克病毒（MDV）作为载体表达σC蛋白的减毒活疫苗；沙门氏菌介导的ARV DNA疫苗也显示出潜在的应用前景。植物源性疫苗作为一种新型治疗手段，可以通过转基因植物表达σC蛋白实现大规模、低成本生产，且生物安全性高。利用系统动力学方法重建不同ARV基因型的进化和分子流行病学，可以有效辅助疫苗的使用。RNA干扰技术在ARV防控中的应用也拓展了抗病毒干预的手段。

S1基因的重要性不仅在于其在ARV诊断、防控和疫苗研发中的核心作用，还在于其在其他疾病治疗中的潜在应用价值。例如，σC蛋白对劳斯肉瘤病毒诱导的鸡纤维肉瘤有抑制作用，能促进肿瘤细胞凋亡，显示出抗肿瘤活性；P17蛋白能通过上调肿瘤抑制分子二肽基肽酶4（DPP4）的转录水平和释放来显著抑制血管生成，在抗肿瘤治疗中显示出潜在价值；含有P10基因的重组病毒载体（如NP-ARV）能诱导宿主细胞表达P10蛋白，从而引发强烈的Th1型免疫反应，特别是促进IFN-γ的分泌，有助于增强机体监视和清除肿瘤细胞的能力。此外，σC蛋白因其强免疫原性，不仅可作为ARV疫苗的核心抗原，也可作为异源疫苗的免疫增强剂或佐剂，为多价疫苗和交叉保护性疫苗的研发提供新思路。

总结

ARV的S1基因编码的P17、P10和σC蛋白在病毒复制、免疫调节和致病过程中扮演着复杂而关键的角色。每种蛋白通过不同机制影响病毒感染的各个阶段，并与多种宿主因子和信号通路相互作用。未来，深入研究这些蛋白的致病机制和免疫调节因子，对于ARV疫苗研究和禽呼肠孤病毒防控策略的制定具有重要意义。

尽管已取得巨大进展，但这些蛋白的许多关键方面仍有待发现，包括详细的相互作用图谱、毒株特异性的功能变异以及具有临床相关性的抗病毒靶向策略。未来的研究应优先整合结构生物学（如X射线晶体学和冷冻电子显微镜）、反向遗传学和高通量筛选等技术，以阐明其功能背后的分子机制。尤为重要的是，体外研究的结果（如RNA干扰）必须在生理相关模型中进行验证，以评估其在疾病预防和治疗中的实际潜力。转化努力应聚焦于具有体内功效的策略，例如基于σC的载体疫苗或针对P10和P17的广谱抗病毒药物，从而将ARV病毒的基础研究与现场适用的干预措施联系起来。