综述：同源重组在人类逆转录病毒相关疾病中的作用

《Virus Genes》：The role of homologous recombination in human retrovirus-associated diseases

本综述深入探讨了同源重组（HR）核心蛋白RAD51在HIV-1和HTLV-1感染中的双重角色。文章揭示了逆转录病毒如何通过操纵宿主DNA损伤修复（DDR）机制（如HR和非同源末端连接NHEJ）来维持自身复制或诱导基因组不稳定性，从而分别导致病毒持续感染（如HIV）或致癌转化（如成人T细胞白血病/淋巴瘤ATLL）。文中特别强调了靶向HR通路（如使用PARP抑制剂）在治疗逆转录病毒相关恶性肿瘤（如ATLL）及清除HIV潜伏库方面的潜在治疗价值，为相关疾病提供了新的治疗思路。

　　

引言

人类逆转录病毒，特别是人类免疫缺陷病毒（HIV）和人类T细胞白血病病毒（HTLV），是导致获得性免疫缺陷、神经退行性病变及恶性肿瘤等一系列疾病的重要原因。这些病毒独特的复制策略涉及将其RNA基因组逆转录为DNA，并整合入宿主基因组。这种整合对于病毒持续存在至关重要，但也会显著破坏宿主细胞的稳态。原病毒DNA的随机或半靶向插入可能导致插入突变、基因表达失调和基因组不稳定性，为细胞转化和癌变奠定基础。例如，HTLV-1是成人T细胞白血病/淋巴瘤（ATLL）的明确病因，而HIV-1感染则通过病毒直接作用或长期的免疫抑制和慢性炎症，增加患多种癌症的风险。

逆转录病毒整合最严重的后果之一是诱导DNA双链断裂（DSBs），如果修复不当，可能破坏基因组稳定性。细胞进化出了一套复杂的机制来检测和修复此类DNA损伤，其中同源重组（HR）作为一种高保真修复途径脱颖而出。HR通过以未受损的姐妹染色单体为模板，在准确修复DSBs中发挥着关键作用。该途径受到严格调控，主要活跃于细胞周期的S期和G2期。越来越多的证据表明，逆转录病毒既可能诱导DNA损伤，也可能利用宿主的HR机制来促进其生命周期某些环节或确保感染细胞的存活。因此，理解逆转录病毒感染如何与HR介导的修复途径相互作用，对于理解病毒致病机制和病毒相关恶性肿瘤的出现至关重要。

HR途径的核心是RAD51，这是一种关键的重组酶，负责同源链的配对和交换。RAD51在修复过程中的同源序列搜索和侵入中不可或缺，被认为是维持基因组稳定性的核心角色。然而，在逆转录病毒感染的背景下，RAD51的作用变得更为复杂。一些研究结果表明，RAD51可能通过促进病毒DNA在整合前的修复而成为整合的屏障，而另一些研究则指出其可能具有前病毒功能，例如促进整合后修复或解决复制压力。

同源重组

HR是一种高保真DNA修复途径，在维持基因组稳定性方面扮演着关键角色。它主要负责准确修复DSBs，这是最致命的DNA损伤形式之一。HR通过使用未受损的同源DNA序列（通常是姐妹染色单体）作为模板来指导修复过程，从而确保原始DNA序列的精确恢复。

HR途径的缺陷对癌症发展具有深远影响。编码HR组分的基因发生突变，最著名的是BRCA1和BRCA2，与遗传性乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌和前列腺癌密切相关。这些突变损害了细胞准确修复DSBs的能力，导致基因组不稳定性的积累——这是癌症的一个标志。在这种情况下，细胞可能依赖于容易出错的修复机制，如非同源末端连接（NHEJ），从而进一步加剧突变负荷。

相反，一些癌症表现出HR活性升高，这可以增强肿瘤细胞在基因毒性应激（如化疗和辐射）下的存活能力。这种双重角色——即HR缺陷和过度活化都可能促进肿瘤发生和治疗抵抗——凸显了HR在癌症生物学中复杂的参与。因此，HR途径已成为癌症治疗的一个有前景的靶点，PARP抑制剂通过合成致死性成功治疗BRCA突变肿瘤就是例证。

因此，HR涉及的关键蛋白包括RAD51、BRCA1、BRCA2以及MRN复合物（MRE11-RAD50-NBS1）的成员，它们共同协调DSBs的检测、链侵入以及随后重组中间体的解析。

在HR的关键调节因子中，BRCA1和BRCA2在协调末端切除以及将RAD51加载到单链DNA（ssDNA）上以形成链侵入所需的活性核蛋白丝方面发挥着重要作用。由于RAD51的活性及其受BRCA蛋白的调控直接影响基因组稳定性和细胞对逆转录病毒DNA中间体的反应，理解BRCA1/BRCA2的功能为研究它们在逆转录病毒感染中的作用提供了重要基础。

BRCA1和BRCA2在逆转录病毒感染中的作用

BRCA1和BRCA2是肿瘤抑制基因，通过参与DNA修复的HR途径在维持基因组稳定性方面发挥关键作用。这些基因编码大的多功能蛋白，在DNA损伤反应（DDR）的几个关键阶段发挥作用，特别是在准确修复DSBs——基因组损伤中最致命的形式之一。

BRCA1主要在HR途径的早期步骤中发挥作用，促进DSB识别、染色质重塑和DNA末端切除。它还在细胞周期检查点激活和DNA修复机制的协调中发挥作用。BRCA2则通过直接调控RAD51重组酶在下游起作用，促进其加载到ssDNA上并稳定RAD51核蛋白丝，这对于HR过程中的链侵入和同源搜索至关重要。

BRCA1或BRCA2的种系突变会显著增加患多种癌症的风险，特别是乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和胰腺癌。这些突变损害了HR效率，导致基因组不稳定性增加，并更依赖于替代性的、易出错的DNA修复途径。因此，BRCA缺陷的肿瘤对DNA损伤剂和聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）抑制剂敏感，这利用了合成致死性的概念。

除了作为癌症易感基因的临床相关性之外，BRCA1和BRCA2已成为我们理解DNA修复生物学的核心，它们的功能障碍在精准肿瘤学中既代表了诊断标志物，也代表了治疗脆弱性。

Zimmerman等人的研究探讨了HIV-1病毒蛋白R（Vpr）诱导G2细胞周期停滞的分子机制。作者证明，Vpr介导的G2停滞需要DNA损伤检查点蛋白Rad17和Hus1，它们是ATR依赖性信号通路的重要组成部分。Vpr表达还导致DNA损伤标志物的积累，包括BRCA1和γ-H2AX的核焦点，提示DDR的激活。这些发现支持了Vpr诱导伪DNA损伤信号，从而劫持宿主细胞检查点机制以阻断细胞周期进程的模型，这可能有助于病毒复制和持续存在。

Guendel等人的研究发现，肿瘤抑制蛋白BRCA1在HIV-1感染背景下具有先前未被认识的作用。作者证明，BRCA1作为转录辅助因子，能增强HIV-1基因表达，特别是通过与病毒反式激活因子Tat协同作用。BRCA1被证明定位于HIV-1长末端重复序列（LTR）启动子区域，并促进Tat介导的反式激活，表明它有助于有效的病毒转录。这些发现揭示了BRCA1 beyond其经典DNA修复功能的新作用，并突出了HIV-1利用宿主细胞机制支持其复制的潜在机制。

此外，除了HIV感染，BRCA家族也可能参与HTLV的发病机制。Shukrun等人的研究探讨了HTLV-1癌蛋白Tax如何破坏BRCA1表达的调控。作者表明，在正常情况下，雌激素受体α（ERα）通过招募辅激活因子CBP/p300来激活BRCA1转录。然而，Tax蛋白通过与CBP/p300结合干扰这一过程，从而阻止它们与ERα的结合。结果，雌激素诱导的BRCA1表达被抑制。这些发现突出了HTLV-1 Tax可能通过干扰激素信号和转录调控来损害BRCA1介导的DNA修复途径，从而促进基因组不稳定性和肿瘤发生的新机制。

Jabareen等人的研究检验了12-O-十四烷酰佛波醇-13-乙酸酯（TPA，一种已知的蛋白激酶C激活剂）和HTLV-1 Tax癌蛋白对BRCA1和雌激素反应元件（ERE）调控基因表达的影响。作者证明，TPA和Tax都能调节ERE驱动基因的转录活性，其中Tax显著抑制BRCA1表达。这种抑制是通过干扰雌激素受体信号通路发生的，很可能是通过竞争CBP/p300等转录辅激活因子。研究结果表明，HTLV-1 Tax与TPA诱导的信号协同作用，可以失调激素反应性基因表达，可能有助于激素敏感组织中DNA修复受损和致癌转化。

Yaslianifard等人比较了HTLV-1感染两种不同结局（HTLV-1相关性脊髓病/热带痉挛性截瘫（HAM/TSP）和ATLL）之间的基因表达谱。作者报告称，在HAM/TSP中，BRCA1和CHUK（编码IKKα）显著上调。相比之下，与ATLL相比，参与免疫调节、激素信号和代谢的基因（即NFKBIA、ESR1、PIK3R1和PPARG）则下调。这些对比鲜明的表达模式提示了在HTLV-1感染的神经性与致癌性表现背后存在不同的宿主反应和分子途径。这些发现突出了可能有助于HAM/TSP和ATLL不同病理生理机制的关键调控基因，为疾病进展和潜在治疗靶点提供了见解。

在诸如HIV-1和HTLV-1等病毒感染背景下，研究揭示HIV-1利用DDR机制并征用BRCA1来增强病毒转录，而HTLV-1癌蛋白Tax则通过干扰激素受体信号和转录辅激活因子来破坏BRCA1的调控，从而导致基因组不稳定性和癌变。这些发现加深了我们对病毒-宿主相互作用的理解，并指出BRCA1及相关信号网络可能是病毒诱导病理中的关键介质和潜在治疗靶点。

RAD51及其在逆转录病毒感染中的功能

HR是一种响应DNA-DSBs的无差错修复途径，它使用同源DNA序列作为模板。这一过程的核心角色是RAD51，一种高度保守的重组酶蛋白，对HR的同源配对和链交换步骤至关重要。

DSB形成后，DNA末端被切除以产生ssDNA，ssDNA迅速被复制蛋白A（RPA）覆盖。随后，在包括BRCA2在内的几种介质蛋白的帮助下，RAD51被加载到ssDNA上，取代RPA形成核蛋白丝。这种RAD51-ssDNA丝在姐妹染色单体或同源染色体中进行同源搜索，并促进链侵入同源双链DNA。这种侵入形成了一个置换环（D-loop），使得能够以未受损的模板进行DNA合成。

RAD51的功能不仅对忠实的DNA修复至关重要，而且对于在复制期间和DNA损伤后维持基因组完整性也必不可少。RAD51的失调，无论是通过突变还是异常表达，都与癌症发展和治疗抵抗有关。鉴于其在HR和基因组维护中的关键作用，RAD51既是生物标志物，也是癌症治疗的潜在靶点。

先前的研究表明，HIV利用HR机制进行其基因组组装或复制。Desfarges等人证明，HIV-1整合酶（IN）单独在酿酒酵母中表达，足以催化带有LTR侧翼的DNA底物以特征性的5-bp靶位点重复进行染色体插入，反映了在人类细胞中看到的整合特异性。关键的是，该研究揭示，删除酵母RAD51基因显著增加了IN的整合效率，而体外实验表明，人类RAD51直接与整合酶结合并抑制协同整合反应。这些发现可能将RAD51识别为HIV-1整合的负调控因子，通过直接与IN相互作用并可能竞争底物DNA结合而发挥作用，从而将RAD51定位为一种潜在的细胞限制因子，调节逆转录病毒的整合效率。

Chipitsyna等人证明，HIV-1 Tat蛋白通过上调HR-DNA修复的关键酶RAD51，增强了细胞在用DNA损伤剂顺铂处理后的存活率。表达Tat的细胞显示出减少的DNA损伤、更少的染色体异常和增加的HR活性，而NHEJ组分如Ku70则轻微下调。这种从易出错的NHEJ到无差错HR的转变表明，Tat在基因毒性应激下促进基因组稳定性，可能有助于HIV-1的持续存在和对DNA损伤剂的抵抗。

此外，Chipitsyna等人后来的研究揭示，DNA修复蛋白RAD51通过与C/EBP转录因子和NF-κB信号相互作用，在星形胶质细胞中调节HIV-1转录方面扮演了意想不到的角色。RAD51增强了基础和Tat刺激的HIV-1-LTR启动子活性，并且这种效应需要LTR的-120到-80区域中完整的NF-κB结合位点。沉默RAD51或NF-κB p65均显著降低LTR活性。此外，Tat增加了RAD51的表达和核定位，增强了LTR驱动的病毒转录。因此，RAD51与C/EBP/NF-κB协同作用，支持脑内星形胶质细胞中有效的HIV-1基因表达，可能促进病毒在中枢神经系统的持续存在。

Nakai-Murakami等人证明，HIV-1 Vpr的表达激活了ATM激酶及其下游效应物，包括γ-H2AX和磷酸化的Chk2——超越了先前描述的ATR介导的G2停滞途径。引人注目的是，Vpr促进了RAD51和BRCA1的核焦点形成，解离了染色质中的p53-RAD51相互作用，并显著提高了在I-SceI报告系统中的HR修复活性。这种HR增强被ATM抑制剂KU55933所废除，支持Vpr通过ATM激活来提升重组效率是必需的。这些发现可能揭示了Vpr在调节宿主DNA修复途径方面的新作用，特别是通过ATM激活增强HR，并暗示了对病毒整合、持续存在和HIV相关肿瘤发生的影响。

Rom等人研究指出，HIV-1感染原代人小胶质细胞到第10天时（与活跃的病毒复制 coinciding），显著诱导RAD51表达高达12倍。升高的RAD51通过与NF-κB的p65亚基相互作用并促进其与LTR内κB基序的结合，增强了来自HIV-1 LTR启动子的转录。RAD51和NF-κB p65之间的这种功能合作放大了基础和感染驱动的LTR活性，表明RAD51不仅参与DNA修复，而且作为小胶质细胞中HIV-1基因表达的正调控因子，从而可能有助于病毒在中枢神经系统的持续存在。

Kaminski等人表明，HIV-1感染和激活NF-κB的处理（例如PMA/TSA）在小胶质细胞和外周血单核细胞（PBMCs）中诱导RAD51表达，并且RAD51与NF-κB p65亚基协同作用，促进HIV-1-LTR的转录，特别是通过位于核苷酸-120至-80之间的κB基序。RAD51与NF-κB p65发生物理结合，增强其与LTR的结合，并且RAD51的核定位依赖于NF-κB信号。抑制RAD51活性或敲低RAD51或p65显著减弱LTR驱动的转录，并使PBMCs中的HIV-1复制减少超过50%，表明RAD51通过NF-κB途径作为HIV-1基因表达的正调控因子发挥作用，并可能代表抗病毒策略的新靶点。

此外，他们的其他研究证明，在HIV-1感染期间以及NF-κB通路激活时，RAD51表达上调。RAD51与NF-κB p65亚基发生物理相互作用，并增强其与HIV-1-LTR的结合，特别是在KB增强子区域。RAD51和NF-κB之间的这种合作显著增加了小胶质细胞和PBMCs中HIV-1 LTR的活性。沉默RAD51或抑制其功能导致HIV-1基因表达和复制的显著下降，突出了RAD51作为NF-κB介导的病毒转录的关键共同调节因子，以及HIV-1感染中潜在的治疗干预靶点。

Cosnefroy等人的研究揭示，形成活性的人类RAD51（hRAD51）核蛋白