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本文聚焦 Rho-GTPases（Ras 同源基因家族 - 鸟苷三磷酸酶）在病毒感染中的作用。详细阐述其作为分子开关，参与病毒入侵、复制和释放过程，还能调节免疫反应。同时探讨了以此为靶点开发抗病毒药物的潜力与挑战，为抗病毒研究提供新思路。
Rho-GTPases 亚家族概述
Rho-GTPases 作为小 G 蛋白超家族的亚家族，在细胞的多种生理过程中扮演着极为关键的角色。它能调控细胞骨架重塑，比如影响细胞的形状、运动以及迁移等活动；在信号转导方面，参与细胞分化、增殖和凋亡等重要进程；甚至在肿瘤发生过程中，也发挥着促进恶性肿瘤出现、侵袭和转移的作用 。
这个超家族大约包含 20 个成员，依据结构和功能特点，可进一步细分为五个不同的亚家族。其中，Rho 亚家族成员如 RhoA、RhoB 和 RhoC，具有较高的序列同源性，在各种细胞类型中广泛表达，主要负责形成肌动蛋白应力纤维以及聚集粘着斑复合物，以此维持细胞骨架的形状。Rac 亚家族包括 Rac1、Rac2 和 Rac3，在促进片状伪足和膜褶皱形成方面发挥关键作用，这些过程对于细胞的迁移、粘附以及免疫反应至关重要。Cdc42 亚家族以 Cdc42 为核心成员，还包括 TC10 和 TCL 等，它在细胞骨架动力学中占据核心地位，能激活下游效应蛋白如 WASP、MRCK 和 PAK1，调节肌动蛋白的聚合和解聚，促使细胞骨架重组并形成细胞突起 。Rnd 亚家族由 Rnd1、Rnd3/RhoE 和 Rnd2 组成，在细胞骨架调节中意义重大，虽然与 Rho 蛋白功能存在部分重叠，但相互作用机制有所不同，且常对 Rho 介导的信号通路产生拮抗或调节作用。RhoBTB 亚家族包含 RhoBTB1 和 RhoBTB2，目前对其了解相对较少，不过已有证据表明它们参与信号转导、基因表达调控以及蛋白质降解等过程。
Rho-GTPases 与病毒感染的关联
病毒感染是一个极为复杂的多步骤过程。首先，病毒会借助粘附蛋白和糖蛋白等，附着在宿主细胞表面受体上，随后通过内吞作用或膜融合的方式进入细胞。进入细胞后，病毒在病毒和宿主细胞酶的共同作用下，释放其遗传物质（DNA 或 RNA），进而进行复制、转录和翻译。新合成的病毒成分会组装成子代病毒，最终通过宿主细胞裂解、出芽或膜融合等方式释放到细胞外，继续感染新的细胞 。
Rho-GTPases 在病毒感染过程中发挥着多方面的作用。一方面，它能调节细胞骨架的重组，为病毒的附着、细胞内运输和释放创造有利条件。像登革热病毒（DENV）、伪狂犬病病毒（PRV）和狂犬病病毒（RABV）等，都会利用 Rho-GTPases 信号来重塑宿主细胞骨架，助力自身的入侵和细胞内运输。另一方面，Rho-GTPases 还参与调节宿主的免疫反应，包括先天免疫和适应性免疫，从而影响病毒感染的进程。例如，Rho-GTPases 可以通过调节细胞周期相关蛋白，如细胞周期蛋白依赖性激酶 4 抑制剂 D1（cyclin D1）、细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 27 蛋白 / 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂（P27Kip1）等，营造有利于病毒复制的环境。在免疫细胞中，Rho-GTPases 也广泛分布，它能间接调节免疫反应，促进病毒感染。以线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）为例，在病毒感染时，它与 Rac1 相互作用，限制 MAVS 与 E3 泛素连接酶 TRIM31 的结合，抑制 MAVS 的泛素化、聚集和激活，同时 Rac1 还促进半胱天冬酶 - 8（caspase-8）和细胞内 FLICE 样抑制蛋白（cFLIP）招募到 MAVS 信号小体，导致受体相互作用丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶（Ripk1）裂解失败，MAVS 信号终止 。
Rho-GTPases 在病毒感染中的基本机制
激活和信号传导
Rho-GTPases 家族的大多数成员在其 C 末端具有脂质修饰，这一结构特点使其能够锚定在细胞膜上，对于它们在细胞内的定位和功能发挥至关重要。和其他小 GTPases 一样，Rho-GTPases 在无活性的鸟苷二磷酸（GDP）结合状态和有活性的鸟苷三磷酸（GTP）结合状态之间循环转换，这种转换是其作为分子开关发挥作用的关键。而这一循环过程受到鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEFs）和 GTP 酶激活蛋白（GAPs）的严格调控。GEFs 能够促进 GDP 的解离和 GTP 的结合，从而激活 Rho-GTPases；GAPs 则增强 GTP 的水解，使 Rho-GTPases 恢复到无活性的 Rho-GDP 状态。这种动态调节机制确保了对 Rho-GTPases 活性的精确控制，对于维持细胞内环境的稳定以及细胞对外界信号的响应至关重要。一旦这一调节过程出现异常，往往会引发多种疾病，因此 Rho-GTPases 及其调节蛋白成为了极具吸引力的治疗靶点。
在功能上，Rho-GTPases 通过在活性和无活性状态之间的转换，控制下游信号通路。处于活性状态时，它会与肌动蛋白、微管（MTs）等细胞骨架蛋白相互作用，调节细胞骨架的组装和解聚。这种对细胞骨架的动态调节在细胞运动、形态维持以及细胞内物质运输等过程中发挥着不可或缺的作用。在癌症发展过程中，Rho-GTPases 的异常激活与肿瘤的进展密切相关，尤其是在高转移性肿瘤中，Rho-GTPases 的过度激活会诱导细胞骨架重排，降低细胞间的粘附力，促使肿瘤细胞脱离原部位并发生全身转移，严重威胁患者的生命健康 。
Rho-GTPase 依赖的细胞骨架调节在病毒感染中的作用
在病毒感染过程中，Rho-GTPases 对细胞骨架的调节起着关键作用，间接影响着病毒感染的各个阶段。细胞骨架由微丝、微管和中间丝组成，不仅维持着细胞的形态和内部结构，还参与细胞运动、物质运输和信号转导等重要生理过程。病毒感染涉及与细胞膜的相互作用、病毒粒子的内吞、细胞内运输和释放等步骤，这些都与细胞骨架的动态变化紧密相连 。
Rho-GTPases 通过激活或抑制下游效应蛋白，如 Rho 相关激酶（ROCK）和哺乳动物 Diaphanous（mDia）相关的 formin，来调节细胞骨架的重组。在病毒感染的初始阶段，病毒需要识别并结合宿主细胞表面的特定受体，这一过程受到细胞骨架网络的影响。Rho-GTPases 调节细胞骨架的重组，进而改变细胞表面受体的分布和丰度，影响病毒的识别和结合。例如，RhoA 能够控制肌动蛋白丝的动态变化，影响受体的分布以及病毒与细胞的相互作用。病毒与受体结合后，包膜病毒通常通过内吞作用进入细胞，Rho-GTPases 通过调节囊泡的形成、运输和融合，促进这一过程的发生。进入细胞后，细胞骨架的动态变化进一步影响病毒基因组释放到细胞质的过程。在病毒基因组复制和病毒蛋白合成阶段，细胞骨架为其提供了重要的运输通道，Rac1 和 Cdc42 在这一过程中发挥着关键作用。同时，RhoA 激活 ROCK，诱导细胞骨架收缩和重塑，促进紧密连接的形成，为病毒的复制和组装创造有利条件。在病毒生命周期的后期，新组装的病毒粒子通过细胞骨架运输到细胞膜，并释放到细胞外环境，Rho 蛋白在此过程中也发挥着重要作用。以 HIV 感染 CD4+ T 淋巴细胞为例，Rac1、Cdc42 和 RhoA 的激活依赖于病毒蛋白 Gag 的膜定位及其与特定膜磷脂的相互作用，它们共同促进 Gag 蛋白的膜定位，最终实现膜的收缩和融合，确保病毒粒子的有效释放 。
病毒感染中 Rho-GTPases 的调节机制
Rho-GTPases 的活性受到上游复杂网络的精确调控。鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEFs）作为上游激活剂，能够特异性地识别并结合不同的 Rho-GTPases，促进其从无活性的 GDP 结合状态转变为有活性的 GTP 结合状态。例如，重组 T 细胞淋巴瘤侵袭和转移诱导蛋白 1（Tiam）和 Vav 1/2 癌基因（Vav1/Vav2）特异性地作用于 Rac，而 Dbl 样癌基因（Dbs）和 intersectin 则主要参与 Cdc42 的激活过程。这些 GEFs 在识别和结合 Rho-GTPases 时展现出高度的特异性，从而实现对 Rho-GTPases 活性在时间和空间上的精准调控 。
GTP 酶激活蛋白（GAPs）和鸟嘌呤核苷酸解离抑制剂（GDIs）则作为负调节剂发挥作用。GAPs 能够加速 Rho-GTPases 的 GTP 水解，使其从活性状态转变为无活性状态，从而抑制 Rho-GTPases 的活性。GDIs 通过稳定 Rho-GDP 复合物，阻止 GTP 的交换，进而维持 Rho-GTPases 的无活性状态。在角质形成细胞中，Cdc42 与 GDI 的相互作用对于稳定相邻上皮细胞之间的连接起着重要作用，它通过阻止 GTP 加载，确保了皮肤组织屏障的稳定性和完整性 。
病毒感染过程中，Rho-GTPases 的下游信号通路也受到精细的调节。激活的 Rho 蛋白通过与下游效应蛋白的相互作用，如 ROCK、mDia 和 PAK 等，调节细胞骨架的重组、膜的动态变化以及细胞内运输过程，为病毒感染创造有利的细胞环境。其中，Rho/ROCK 信号级联在病毒感染中研究较为深入，激活的 Rho 蛋白与 ROCK 结合，刺激其激酶活性，引发一系列磷酸化反应，涉及下游靶点如肌球蛋白轻链（MLC）和 LIM 激酶（LIMK）等，促进细胞骨架收缩和重组，有利于病毒粒子向细胞膜的运输以及病毒与细胞膜的融合，从而提高病毒的感染性 。
Rho-GTPases 还与其他多种信号通路存在相互作用。在 PI3K/Akt 信号通路中，Rho 蛋白与该通路相互影响。一方面，Rho 蛋白可能直接参与 PI3K 的激活过程，影响其磷酸化水平；另一方面，Rho 蛋白也可以通过调节下游靶蛋白间接影响 PI3K/Akt 信号通路的活性。同时，PI3K/Akt 信号通路也能通过 Akt 对 Rho 蛋白进行磷酸化修饰，调节其活性 。在 Ras 信号通路方面，Rho 和 Ras 作为小 GTPase 蛋白家族的成员，在结构和功能上具有相似性，它们之间存在广泛的相互作用。Rho 蛋白可以通过与 Ras 蛋白或其下游分子相互作用，调节 Ras 信号的传递和效应；Ras 信号通路也能通过影响 Rho 蛋白的上游调节因子或下游效应分子，调节 Rho 蛋白的活性状态 。NF-κB 信号通路与 Rho 蛋白在免疫反应和炎症级联反应中相互调节。Rho-GTPases 可以通过与抑制蛋白 IκBα 的相互作用，促进 NF-κB 的释放和核转位，从而激活其转录活性；同时，NF-κB 激活后又能通过结合 Rho 蛋白基因的启动子区域，增强 Rho 蛋白的转录，在病毒感染的不同阶段发挥不同的调节作用 。此外，Rho 蛋白还与细胞骨架和细胞运动相关信号通路、免疫反应相关信号通路等相互作用，共同调节病毒感染过程中细胞的各种生理反应 。
Rho 在特定病毒感染中的作用研究进展
案例研究：甲型流感病毒（IAV）感染
IAV 作为一种包膜 RNA 病毒，通过内吞作用进入易感细胞。在感染过程中，Rho 蛋白作为分子开关，对病毒感染相关的细胞内信号通路发挥着重要的调节作用。Rho 蛋白的激活状态直接影响与 IAV 感染相关的信号分子的表达和活性，如细胞内的激酶和磷酸酶等。同时，Rho 蛋白介导的细胞骨架调节对于 IAV 的入侵和复制至关重要，它通过调节细胞微管、微丝和中间纤维的结构，直接促进 IAV 的迁移、附着和复制过程。例如，RhoA/Rho 激酶的激活会诱导 MLC 磷酸化，驱动肌动蛋白细胞骨架重塑，形成应力纤维、粘着斑复合物和伪足，进而增强 IAV 的增殖能力 。相反，通过基因或化学干预抑制相关信号级联反应，会显著降低病毒感染的效率，包括病毒在细胞表面的附着、进入以及核运输等过程都会受到抑制 。值得注意的是，Rho 蛋白还参与调节内皮细胞屏障功能，其通透性的改变会极大地促进 IAV 的感染和传播。过度激活的 Rho 会破坏内皮细胞的通透性，IAV 则利用这一机制在宿主体内实现传播和扩散 。虽然目前关于 Rho 蛋白在 IAV 感染中具体作用的直接证据仍然有限，但基于其潜在的功能，推测 Rho 蛋白可能通过调节上述通路、促进细胞骨架重组以及调节内皮细胞屏障通透性等方式，在 IAV 感染过程中发挥关键作用 。
案例研究：疱疹病毒感染
疱疹病毒是一类 DNA 病毒，具有复杂的结构和独特的潜伏感染能力，在人群中感染率较高，且具有嗜神经性，能够感染大脑并建立终身潜伏感染，在一定条件下还可能重新激活 。Rho-GTPases 作为细胞内信号转导分子，在疱疹病毒感染的整个过程中都发挥着重要作用。在病毒入侵阶段，Rho 蛋白通过调节细胞骨架的动态变化，促进病毒包膜与细胞膜的融合。具体来说，Rho 蛋白通过激活下游效应分子如 ROCK，改变细胞膜的微管细胞骨架结构，增强膜的柔韧性和可变形性，从而推动病毒包膜与细胞膜的融合过程 。同时，在感染马立克氏病病毒（MDV）的原代鸡胚皮肤细胞（CESC）中，Rho 蛋白促进片状伪足的形成和动态应力纤维的组装，这对于病毒在细胞间的传播至关重要 。病毒进入细胞后，Rho 蛋白通过调节细胞骨架成分，如微管和肌动蛋白丝，来调控病毒在细胞内的运输。以单纯疱疹病毒 1 型（HSV-1）感染神经元细胞为例，HSV-1 成功进入细胞后，会在上皮细胞、三叉神经和大脑之间进行运输，在宿主免疫压力下实现裂解感染和潜伏感染的转换，而 Rho 蛋白在这一过程中发挥着重要的调节作用 。在病毒感染的早期和中期，Rho-GTPases 通过调节信号转导和基因表达，影响病毒基因组的复制和蛋白质的表达。一方面，它可以激活 MAPK 等信号通路，增强病毒基因的转录和翻译；另一方面，通过 PI3K/Akt 等信号级联反应，调节病毒蛋白的稳定性和功能，促进病毒的增殖和传播 。虽然目前对于 Rho-GTPases 参与疱疹病毒感染的精确分子机制仍不十分清楚，但推测它可能通过调节细胞骨架动力学，影响细胞内病毒的运输和定位，间接参与病毒的组装过程；同时，Rho-GTPases 还可能调节细胞膜的流动性和稳定性，对病毒粒子与细胞膜的融合和分离过程产生影响 。在疱疹病毒感染的整个生命周期中，宿主细胞会启动免疫反应来对抗病毒感染，Rho-GTPases 参与调节免疫细胞的迁移和粘附，最终影响宿主细胞对病毒的识别和清除能力，凸显了 Rho-GTPases 与宿主免疫反应之间复杂的相互作用 。
案例研究：人类免疫缺陷病毒（HIV）感染
HIV 是一种逆转录病毒，主要攻击人体免疫系统中的 CD4+ T 细胞，导致免疫功能逐渐崩溃，引发获得性免疫缺陷综合征（AIDS） 。在感染初期，HIV 通过其表面的 gp120 蛋白与宿主细胞表面的 CD4 受体和共受体（如趋化因子（C-C 基序）受体 5（CCR5）或趋化因子（C-X-C 基序）受体 4（CXCR4））结合，启动感染过程 。此时，Rho 亚家族蛋白如 RhoA 会调节肌动蛋白的聚合和解聚，影响 HIV 与宿主细胞之间的识别和结合过程 。HIV 进入细胞后，其 RNA 会在逆转录酶的作用下逆转录为 DNA，并整合到宿主基因组中形成前病毒。前病毒基因表达后，会诱导宿主细胞周期发生相应变化 。在这个过程中，Cdc42 通过协调细胞骨架的重组和细胞形态的改变，为病毒的复制和组装创造适宜的环境 。同时，RhoA 通过调节细胞内的翻译后修饰过程，如磷酸化和泛素化，影响 HIV 蛋白的稳定性和功能，进而影响 HIV 基因的表达和蛋白质的合成 。在病毒生命周期的后期，HIV 的结构蛋白和酶在宿主细胞内组装成病毒粒子，然后通过出芽的方式从宿主细胞膜释放 。例如，HIV 的结构蛋白 Tat 能够显著增强 RhoA 及其下游效应分子如肌球蛋白磷酸酶靶亚基 1（MYPT）和 MLC 的激活，上调 P - 糖蛋白（P-gp）的启动子活性和表达，诱导肌动蛋白频繁聚合和解聚，增强外排功能，最终决定了病毒粒子在人皮质细胞中的释放效率 。此外，Rac1 通过调节微管动力学，促进病毒粒子从 T 细胞膜上脱落，有助于 Gag 蛋白的
