编辑推荐:
本文聚焦亨尼帕病毒(Henipaviruses)的 M、P、V、W、C 蛋白与宿主的细胞内相互作用,阐述其在免疫逃逸、病毒复制等方面的功能,为解析致病机制及研发抗病毒策略提供重要参考。
引言
亨尼帕病毒是多形性、有包膜、非分段的负链 RNA 病毒,属于单股负链病毒目(Mononegavirales)、副黏病毒科(Paramyxoviridae)、正副黏病毒亚科(Orthoparamyxovirinae),于 20 世纪 90 年代被发现,包括高致病性的亨德拉病毒(HeV)、尼帕病毒(NiV),以及雪松病毒(CedV)、加纳病毒(GhV)和安哥病毒(AngV)。HeV 和 NiV 至少各有两个基因型,其宿主 reservoir 为狐蝠科果蝠,但可感染包括人类在内的多种哺乳动物,引发高致死率疾病,表现出呼吸道和神经系统症状。CedV、GhV 和 AngV 研究较少,未报告感染人类,其中 CedV 和 GhV 通过 Ephrin 受体进入细胞,而 AngV 的受体尚未明确。
HeV 和 NiV 被归类为 4 级风险病原体,NiV 及其他亨尼帕病毒病被世卫组织列为优先疾病,因缺乏有效的预防和治疗手段。目前虽有马用疫苗,部分疫苗和单克隆抗体(mAbs)处于临床试验阶段,但 mAbs 成本高昂,在 NiV 暴发的中低收入国家应用受限,因此需探索针对细胞内靶点的小分子抑制剂等替代策略。2024 年 6 月,国际病毒分类委员会设立新属 “副亨尼帕病毒属(Parahenipaviruses)”,包含部分原亨尼帕病毒,其中琅琊病毒(Parahenipavirus langyaense)和莫江病毒(Parahenipavirus mojiangense)与人类感染有关联,但其他副亨尼帕病毒的风险尚不明确。本综述聚焦 HeV 和 NiV 的细胞内分子相互作用及蛋白功能,以揭示致病机制并为抗病毒策略提供思路。
亨尼帕病毒基因组结构
副黏病毒是负链 RNA 病毒,基因组大小 14.6–20.1 kb,含 6 个 “核心” 基因,从 3’到 5’依次编码核衣壳蛋白(N)、磷蛋白(P)、基质蛋白(M)、融合蛋白(F)、受体结合蛋白(亨尼帕病毒中为糖蛋白 G)和大蛋白(L,RNA 依赖的 RNA 聚合酶,RdRp)。此外,P 基因除编码保守的聚合酶辅因子 P 蛋白外,还编码多个辅助蛋白,亨尼帕病毒 P 基因通常编码 V 和 W 蛋白(通过 RNA 编辑机制)以及 C 蛋白(通过替代开放阅读框)。HeV 的 P 基因还可能通过替代开放阅读框编码小碱性蛋白(SB)。这些辅助蛋白在亚细胞定位和分子相互作用上具有独特性,功能各异。N、P、M、F、G 和 L 蛋白在病毒粒子结构和复制中起保守作用,同时部分结构蛋白和辅助蛋白还能调节宿主细胞生物学功能。
亨尼帕病毒与 I 型干扰素反应的相互作用
I 型干扰素(IFN)系统是宿主细胞的主要抗病毒反应,可通过 RNA 和 DNA 传感器直接识别病毒成分或复制产物,或通过病毒诱导的细胞器损伤激活,进而诱导 IFN 释放,作用于受感染细胞和邻近细胞,启动 IFN 信号传导,建立先天抗病毒状态,并有助于适应性免疫反应的发展。病毒对抗 IFN 系统和逃避免疫反应的机制是感染和致病的关键,也是研究较深入的细胞内病毒 - 宿主界面之一。包括亨尼帕病毒在内的许多病毒能表达靶向并干扰 IFN 诱导及后续 IFN 依赖信号传导的蛋白。
例如,NiV 的 V 蛋白可直接结合并抑制 RIG-I/MDA5,调节 TRIM25/PP1α/γ/LGP2 以抑制 RIG-I/MDA5 激活,稳定 UBXN1(抑制 MAVS),直接靶向 MAVS 使其降解,还能结合并抑制 IRF7;C 蛋白与 IKKα 相互作用,阻止 IKKα 介导的 IRF7 磷酸化 / 激活;W 蛋白抑制 TBK1 和 IKKε 依赖的 IRF3 磷酸化;M 蛋白抑制 TRIM6(IKKε 的泛素连接酶调节剂),从而抑制 IRF3 激活。在 IFN 信号传导阶段,P、V、W 和 N 蛋白可抑制 STAT1/2 反应,阻碍 IFN 刺激基因(ISGs)的转录。
亨尼帕病毒结构蛋白对宿主生物学的细胞内调节
F 和 G 蛋白
F 和 G 蛋白主要参与细胞附着和进入,但也在病毒 - 宿主相互作用中发挥更广泛作用。对表达 F、G 和 M 蛋白的细胞产生的 NiV 病毒样颗粒(VLPs)的蛋白质组学分析发现,其可能整合宿主蛋白,涉及囊泡分选与运输、蛋白寡聚化和细胞骨架因子等,其中部分蛋白(如 ESCRT 通路的 Vps4A)被敲除后会降低出芽效率,提示这些细胞内因子可能成为抗病毒靶点。通过亲和纯化和邻近标记等方法鉴定出 NiV G 和 F 的多种潜在细胞相互作用蛋白,如 Serpine mRNA 结合蛋白 1、stathmin 1 和皮层肌动蛋白,其中皮层肌动蛋白过表达可抑制 NiV 假病毒感染,但这些研究尚需感染性病毒验证。
M 蛋白
病毒粒子中的 M 蛋白位于包膜内叶下方,协调病毒粒子组装和宿主调节。单独表达 M 蛋白或与 F 和 G 蛋白联合表达可产生 VLPs,缺失 M 蛋白的 NiV 病毒粒子形态改变且滴度降低,凸显其重要性。有趣的是,亨尼帕病毒 M 蛋白还靶向细胞核 / 核仁,其出芽依赖核质运输及泛素化等翻译后修饰。NiV M 蛋白的核运输由保守的 bipartite 核定位信号(bpNLS)和辅助的 monopartite 核定位信号(mpNLS)介导,与细胞输入蛋白(IMP)相互作用;核内的 NiV M 通过 CRM1 / 输出蛋白 1(XPO1)依赖的核输出信号(NES)输出到细胞质,受 bpNLS 中赖氨酸 K258 的单泛素化调节。
不同亨尼帕病毒 M 蛋白的核定位程度存在差异,GhV M 蛋白的核定位较 NiV、HeV 和 CedV 弱,且形成 VLPs 的能力较低,提示 M 蛋白核运输在病毒出芽中起作用,可能导致不同亨尼帕病毒在组装和复制上的差异。
M 蛋白与核蛋白的相互作用(如与 ANP32B)可能参与宿主细胞生物学功能调节,但具体机制尚不明确。核仁是核糖体生物发生、转录、应激反应和 DNA 损伤反应(DDR)等过程的调控中心,也是多种病毒的靶向目标。亨尼帕病毒 M 蛋白的核 / 核仁运输具有高度动态性,核仁转运是组装和出芽功能的前提,可能调控病毒释放。M 蛋白与多种核仁蛋白相互作用,如纤维蛋白(FBL)是 HeV 和其他副黏病毒感染所必需的,但具体作用不明。
HeV M 蛋白在核仁的 FC-DFC 亚区积累,与核仁蛋白 Treacle 结合并共定位,Treacle 在核糖体 RNA(rRNA)合成 / 加工及核仁 DDR 中起重要作用,HeV M 与 Treacle 的相互作用可抑制 rRNA 生物发生,可能帮助病毒适应宿主环境、保护受感染细胞或影响核糖体生成以调节宿主细胞生物学。这种相互作用在 NiV、CedV 和莫江病毒中保守,但存在定量差异,且 Treacle 缺失对不同病毒复制的影响不同,提示靶向 Treacle 或相关通路是病毒的保守策略,但功能结果因病毒而异。
此外,亨尼帕病毒 M 蛋白通过促进泛素连接酶 TRIM6 的降解来拮抗 IFN 反应,抑制 TRIM6 依赖的 IKKε 泛素化、IRF3 激活和 I 型 IFN 转录,这一功能在多种亨尼帕病毒中保守,且 K258 的突变会削弱该功能,提示核质运输的重要性。K258 泛素化受游离泛素影响,使用蛋白酶体抑制剂(如 MG132 和硼替佐米)可抑制其泛素化并降低 NiV 滴度,表明其可能成为抗病毒靶点。
P 基因的编辑
副黏病毒 P 基因通过忠实转录产生保守的 P 蛋白,P 蛋白是聚合酶 L 蛋白的必需辅因子,参与基因组转录和复制,并作为分子伴侣结合 N 蛋白,防止 N 聚合和非特异性 N-RNA 结合。与其他副黏病毒属类似,亨尼帕病毒的 V 和 W 转录本通过 P 基因转录过程中特定位点的 mRNA 编辑(添加鸟嘌呤残基)产生,而 C 蛋白通过替代阅读框翻译产生。因此,P、V 和 W 蛋白共享共同的 N 端区域(NTR),各自由独特的 C 端区域(CTR),而 C 蛋白的序列与之无关。除 CedV 外,大多数亨尼帕病毒 / 副亨尼帕病毒可能含 P 基因编辑位点,理论上可产生 V 和 W,但目前仅在 HeV/NiV 中证实。
P 基因产物的功能
P 基因编码的蛋白通过与宿主蛋白相互作用,在病毒复制、组装或结构等基本过程之外发挥作用,构成细胞内病毒 - 宿主界面的主要部分。P 蛋白的主要保守功能是参与基因组转录 / 复制,同时也介导免疫逃逸机制。C、V 和 W 蛋白主要功能为免疫逃逸,因 P 蛋白 CTR 中与 L 和 N 结合的区域在这些蛋白中缺失,但 V 和 W 可能通过 NTR 中的次级结合位点与 N 蛋白结合,故可能在复制 / 转录中发挥一定作用,其在微型基因组系统中的表达具有抑制效应也支持这一点。
替代性 P 基因产物在毒力中的作用
V 和 W 蛋白
P 蛋白对病毒复制至关重要,无法通过缺失 P 蛋白的病毒来研究其功能,但可通过反向遗传学构建 V 和 W 蛋白缺陷的重组病毒。在雪貂和仓鼠模型中,V 缺陷型 NiV 感染无致死性,而野生型(WT)病毒致死,与 V 蛋白作为先天免疫反应拮抗剂的多种作用一致。相比之下,W 蛋白敲除在仓鼠中未降低致死性,疾病进展和组织病理学与 WT NiV 无明显差异;但在更接近人类 NiV 疾病的雪貂模型中,W 缺陷型病毒仍致死,但疾病进展不同(呼吸道疾病减轻、细胞因子反应增强、神经系统疾病加重),提示 W 蛋白可调节宿主炎症反应并影响疾病进程。
CedV 因缺乏 P 基因 mRNA 编辑位点,无法产生 V 和 W 蛋白,感染雪貂、仓鼠或豚鼠后无临床症状,宿主能有效产生 IFN 清除病毒,表明不同亨尼帕病毒的细胞内宿主界面存在重要差异,也凸显 V 和 W 蛋白作为治疗靶点的潜力。
C 蛋白
关于 NiV C 蛋白敲除的影响存在争议。在仓鼠中,C 敲除显著降低致死性,与 V 敲除类似,且与 WT NiV 相比炎症 / 细胞因子表达增加,符合 C 蛋白调节免疫反应的作用;但在雪貂中,C 缺失未阻止致死结果,但减轻了呼吸道疾病严重程度(可能与调节先天免疫有关),而神经系统疾病与 WT NiV 相当。这些发现表明 V、W 和 C 蛋白的功能存在差异,解释了同一基因中多种替代性、重叠产物进化和维持的原因,尽管它们在免疫逃逸等方面作用广泛相似。
P、V 和 W 蛋白的共同功能
NiV 的 P/V/W 共同 NTR 主要为内在无序区(IDRs),含一些瞬时 α 螺旋,200–310 位残基区域在 NiV/HeV 蛋白中形成淀粉样原纤维,其中三个连续酪氨酸残基对促进相分离很重要,这一特性可能与病毒感染细胞中诱导的包涵体(IBs)形成有关,IBs 含大量病毒 RNA、P 和 N 蛋白,并能隔离宿主蛋白,可能有助于 P 蛋白的免疫逃逸。
IDRs 的灵活性使其能与多种伙伴相互作用。P/V/W NTR 可结合并阻止 STAT1(NiV 残基 114–140)和 STAT2(NiV 残基 230–237)的磷酸化,靶向 STAT1/2 是副黏病毒的常见策略。报告实验显示,NiV V 和 W 对 IFN 依赖的 STAT1/2 信号传导的抑制作用强于 P 蛋白,与它们在免疫逃逸中的更专一功能一致。CedV 抑制 STAT1/2 信号传导的能力较 HeV 弱,可能因缺乏或 V 和 W 蛋白减少,以及 HeV 和 CedV 之间 P 蛋白中与 STAT1 结合相关残基的替换所致。
有研究提出,NiV 通过 W 蛋白将失活的 STAT1 隔离在细胞核中,W 蛋白与 P 和 V 蛋白相比核定位更强;而另一些研究表明,NiV 感染细胞中内源性 STAT1/2 位于细胞质,与 NiV N 蛋白在 IBs 中共定位,提示 P 和 N 蛋白可将 STAT1/2 隔离在细胞质 IBs 中,是 P 蛋白的另一种潜在拮抗机制。这些研究的差异可能源于实验设计,未来需结合重组活病毒感染和不同细胞 / 组织模型进行研究。
携带 P/V/W 中 Y116E 突变(阻止 STAT1 相互作用)的 NiV 在雪貂中仍致死,但生存时间延长、多个器官病变减少、神经系统疾病加重,与 W 或 C 缺陷型 NiV 类似。神经系统疾病加重可能因感染动物寿命延长或突变病毒感染的神经细胞中 JAK/STAT 信号增强。该突变体的致死性表明,P/V/W 对 STAT1 的拮抗只是病毒感染 / 免疫逃逸 / 毒力机制的一个方面,多种过程(如 N 蛋白对 STAT1/2 的抑制)共同构成了高效抑制 IFN 反应的多管齐下策略。
NiV P/V/W NTR 还靶向 STAT4,STAT4 介导多种细胞因子(包括 IFNs)和其他刺激的信号传导,NTR 114–140 位残基的突变会削弱对 STAT4(和 STAT1)的抑制。STAT4 的靶向重要性尚未完全阐明,但其可能与 IFN 有关,因 STAT4 的一些促炎作用由 IFNα 激活。HeV/NiV 似乎不仅广泛靶向 IFN(可能还有其他细胞因子)的信号传导,还选择性靶向 STAT1、2 和 4,而不影响 STAT3 或 STAT6,可能反映了有利于亨尼帕病毒感染的特定结果。
最后,亨尼帕病毒 P/V/W 蛋白(以 NiV 为例)可与 Polo 样激酶 1(PLK1)结合,PLK1 在细胞周期调控、DNA 损伤反应和先天免疫等多种细胞过程中起关键作用。HeV 和 NiV V 蛋白可被 PLK1 磷酸化,HeV 的 199–201 位残基和 NiV 的 129–131 位残基对该相互作用至关重要。在微型基因组实验中,PLK1 相互作用似乎不影响复制,因此该相互作用 / V 磷酸化的作用仍未明确,但 V 蛋白的非复制辅助功能提示其可能在病毒 - 宿主界面(如免疫逃逸)中发挥作用。
P 基因产物的亚细胞定位
HeV/NiV 的 P、V 和 W 蛋白在亚细胞定位上存在差异,主要因独特 CTR 中的不同转运序列和 NTR 中的共享序列:P/V 位于细胞质,而 W 主要位于细胞核。 leptomycin B(LMB,一种 XPO1 抑制剂)可增加 V 和 W 的核定位,但不影响 P 蛋白,表明 V/W 的定位依赖 XPO1 介导的核输出,涉及 NTR 中的 NES(HeV P/V/W 的 174–192 位残基)。共同 NTR 还与 IMPα1 相互作用,似乎含 NLS,但具体残基尚未定位。这表明 V 和 W 可通过 IMPα1/XPO1 相互作用进行核质穿梭,可能使其能与核蛋白相互作用和 / 或干扰细胞因子的转运,如埃博拉病毒蛋白 VP24 和中东呼吸综合征(MERS)蛋白 4b 的报道。LMB 对 P 蛋白无影响,表明其不穿梭至细胞核,可能因缺乏显著的 NLS 活性;P 蛋白大小为 78 kDa(超过通过核孔扩散的尺寸),需通过 IMPs 主动转运,否则将留在细胞质中。P 蛋白与 V/W 的差异可能与蛋白质构象、翻译后修饰或与其他蛋白质的潜在相互作用导致序列掩盖或隔离有关。
值得注意的是,尽管 V 在稳态下主要位于细胞质,但 W 蛋白因独特 CTR 中额外的强 NLS 而位于细胞核。P、V 和 W 的不同定位的具体作用尚未明确,但数据表明其在免疫逃逸中的重要性。此外,LMB 抑制 XPO1 介导的核输出或伊维菌素抑制核输入可降低 HeV 滴度,与病毒蛋白转运的重要性一致,也表明其可能成为抗病毒药物设计的靶点,但这些处理对包括细胞蛋白转运在内的广泛影响意味着需进一步研究其潜在机制。
综上,现有数据表明共同 NTR(特别是 114–236 位残基)可结合多种宿主蛋白,如 STAT1/2/4、XPO1(针对 V/W)和 PLK1,因此该区域可能为抗病毒方法提供靶点,可同时抑制 P、V 和 W 的多种功能。
P 基因产物与包涵体(IBs)
在病毒感染细胞中,P 蛋白与细胞质 IBs 积累,并与 N 蛋白共定位。N 蛋白结合 RNA 基因组形成核衣壳,并通过 P 蛋白与 RdRp(L 蛋白)结合,促进病毒转录和复制。
许多单股负链病毒形成细胞质 IBs,通常是由液态 - 液相分离(LLPS)形成的无膜区室,含大量病毒核衣壳。P 和 N 蛋白是形成 IBs 所需的最小成分,NiV IBs 中 M 蛋白位于靠近质膜处,而细胞质 / 核周区域的 NiV IBs 中则无。单股负链病毒的 IBs 通常被认为是病毒工厂,是病毒 mRNA 合成和基因组复制的主要场所,但对于包括亨尼帕病毒在内的多种病毒,这一作用尚未完全证实,且已发现其在病毒 - 宿主界面的其他功能。首先,IBs 可能具有类似聚集体的特性,以防止蛋白毒性应激;聚集体是细胞在应激和病毒感染等条件下形成的错误折叠蛋白聚集体。在 NiV 感染细胞中,似乎不形成聚集体,而是病毒 IBs 部分发挥其作用,隔离病毒蛋白和其他非必需蛋白,以限制蛋白毒性应激通路。最近还提出 IBs 作为免疫蛋白(STAT1/2)的隔离位点,可能通过与 P 蛋白的相互作用实现,P 蛋白在 STAT1/2 拮抗中作用已久,N 蛋白单独表达时也能结合并抑制 STAT1/2 的核定位。但 IBs 中 P 和 N 蛋白的具体作用以及其他病毒蛋白(如结合 STAT 的 V/W)或额外免疫 / 宿主蛋白的参与仍未明确。
V 蛋白的特殊功能
V 蛋白因共同 NTR 而与 P 和 W 蛋白共享免疫逃逸功能,但其独特的富含半胱氨酸的 CTR 赋予其额外作用,包括通过 CTR 与 PRRs(LGP2、RIG-I 和 MDA5)及 PRR 激活剂(TRIM25 和 PP1α/γ)相互作用,调控 IFN 诱导通路的多个元件。这些机制在其他评估的副黏病毒 V 蛋白中似乎保守。V CTR 通过 MDA5 和 LGP2 的解旋酶结构域(介导 RNA 识别)与其结合。尽管早期使用报告基因检测的研究未发现副黏病毒 V 蛋白(包括 HeV/NiV)对 RIG-I 信号的抑制或 V-RIG-I 相互作用的免疫沉淀证据,但最近的研究报道 NiV 和其他副黏病毒(如麻疹病毒和仙台病毒,SeV)的 V 蛋白与 RIG-I 的 CARD 结构域相互作用。RIG-I 的激活涉及 TRIM25 介导的 CARD 泛素化修饰,V 蛋白还直接结合 TRIM25,从而抑制 RIG-I 泛素化及其与下游 MAVS 的结合,进而抑制 IFN 表达的诱导。NiV V CTR 还结合并稳定 UBXN1(RLR 信号中 MAVS 的负调节因子),增强 NiV V 蛋白与 MDA5 相互作用的抑制效果。
NiV、HeV 和其他副黏病毒(如新城疫病毒,NDV)的 V 蛋白靶向 MAVS 和