吳小霞*

(瓊臺師范高等?？茖W校 數(shù)理系，?？?571100)

HIV-1(human immunode ciency virus type1)是逆轉(zhuǎn)錄病毒科慢病毒屬的成員，可以在宿主細胞內(nèi)利用病毒的逆轉(zhuǎn)錄酶將病毒 RNA反轉(zhuǎn)錄為 DNA［1］。HIV-1 編碼的 7 個輔助蛋白(Tat、Tev、Rev、Nef、Vif、Vpr和Vpu)可在HIV-1病毒復制過程中起重要作用［1］。其中，HIV-1編碼的Vif是一個含有SOCS框的蛋白，可操縱宿主E3-Cul5泛素連接酶系統(tǒng)，引起多聚泛素化［2］。

Sheehy等［3］在2002年7月發(fā)現(xiàn)了抑制病毒粒子HIV-1產(chǎn)生的因子，可保護哺乳動物不被反轉(zhuǎn)錄病毒感染，因來源于 CEM-SS細胞系，所以稱為CEM15，也稱為APOBEC3G(載脂蛋白B mRNA催化樣多肽3G，簡稱 A3G)［3-4］?，F(xiàn)已證明具有胞嘧啶脫氨酶活性的限制因子共11個［2，5-6］，稱 為APOBEC家族，包括APOBEC-1(簡稱A1)，APOBEC-2(簡 稱 A2)，AID，APOBEC-3A(簡 稱 A3A)，APOBEC-3B(簡稱 A3B)，APOBEC-3C(簡稱 A3C)，APOBEC-3DE(簡稱 A3DE)，APOBEC-3G，APOBEC-3F(簡稱 A3F)，APOBEC-3H(簡稱 A3BH)和APOBEC4(簡稱A4)。APOBEC家族具有強大的抗病毒活性，是生物體內(nèi)非常重要的胞內(nèi)蛋白，也是生物體的先天防御者［1-7，9-19］。

近期的研究都證實A3也作用于與人類疾病相關(guān)的其他病毒，如 HTLV，HCV，HBV，HPV，HSV-1 及EBV［7］。尤其是乙肝已經(jīng)成為影響全球約2.4億人口的公共健康問題［8］。Liang Guoxin 等［9］發(fā)現(xiàn) AID在TGF-β抗HBV功能中起重要作用，盡管TGF-β不是細胞內(nèi)抑制HBV復制的決定因子。在人體有7個A3蛋白，其中6個可以編輯HBV的DNA，盡管人類的A1在體內(nèi)的正常肝臟內(nèi)不表達，但是人類的A1可編輯單鏈 DNA。M.C.Gonzalez等［10］利用極度敏感的3DPCR證實，A1與A3G一樣可編輯HBV負鏈DNA。A3蛋白可通過一系列編輯依賴的或非編輯依賴的機制來抑制這些病毒的復制，現(xiàn)已證實APOBEC脫氨酶在對抗癌癥發(fā)展的過程中也可能起到一定的作用。因此，掌握APOBEC在抵抗病毒感染產(chǎn)生免疫應(yīng)答的作用及其在對抗人體疾病發(fā)展中的作用就顯得極為重要［10］。

本文梳理了近年來關(guān)于APOBEC家族的功能研究進展，闡述了APOBEC家族成員的結(jié)構(gòu)特征和生物功能，為繼續(xù)研究APOBEC在人體免疫應(yīng)答及對抗癌癥中的作用奠定基礎(chǔ)，也為進一步研究艾滋病等反轉(zhuǎn)錄病毒的防治和乙型病毒肝炎的防治等提供方法，同時使得利用增強A3功能的活性尋找抗病毒藥物的發(fā)展成為新的思路。

1 結(jié)構(gòu)特征

APOBEC家族所有成員在其酶活性中心，都有一個特別保守的胞嘧啶脫氨酶基序H-X-E-X23-28-PC-X-C(X 為任意氨基酸)［4，11］。人體表達的所有APOBEC酶在ssDNA或RNA的胞嘧啶脫氨基作用都已被報道過。A1、AID、A2、A3A、A3C、A3H 和 A4只有一個脫氨酶域，A3B、A3F、A3G和A3DE通過基因復制而進化出2個脫氨酶域。盡管雙域的APOBEC蛋白的2個域都具有特定標記的胞嘧啶脫氨酶基序，但是A3G和A3F N-末端的催化域CD1被認為是沒有催化活性的，而C-末端的催化域CD2有催化活性［3-4］，其主要功能是綁定DNA分子和RNA分子，現(xiàn)在被認為是包裝A3F進入病毒所不可缺少的部分。CD與Zn離子合作，根據(jù)其結(jié)合特殊性，將A3分為A3Z1、A3Z2和A3Z3，A3蛋白以單體、二聚體和寡聚體的形式出現(xiàn)［12］。

2 APOBEC的生物功能

2.1 A1的生物功能

A1是第一個被發(fā)現(xiàn)的，也是迄今為止唯一被證明可使體內(nèi)RNA脫氨基的人類APOBEC蛋白［3，6，11，13］，在 小 腸 表 達 并 編 輯 載 脂 蛋 白 B 的mRNA。A1脫掉了載脂蛋白B mRNA上一個特殊的胞嘧啶C6666的氨基酸，變成了U。載脂蛋白 B的mRNA被A1脫氨基后產(chǎn)生了一個早熟終止子，導致產(chǎn)生了一個具有不同功能的縮短的蛋白質(zhì)。載脂蛋白在脂類代謝具有重要作用，而這兩種蛋白質(zhì)，apoB100(全長)和apoB48(縮短)被分別用來運輸血液中的膽固醇和甘油三酯。除編輯mRNA之外，重組的A1還可以使體外的ssDNA脫氨基。

2.2 A2和A4的功能

A2和A4的生物作用目前還不清楚［13］。A2也稱為ARCD-1，在人類和鼠中普遍表達，但表達水平較低，主要在心臟和骨骼肌表達。A2的脫氨酶活性似乎需要輔助因子或需要識別特殊底物，A2的生物功能和體內(nèi)的底物仍有待判斷。A4是通過生物信息學分析發(fā)現(xiàn)的，A4含有在其他APOBEC蛋白發(fā)現(xiàn)的保守氨基酸殘基，說明A4或許也能使DNA或RNA底物發(fā)生脫氨基作用。盡管如此，A4還未在體內(nèi)發(fā)現(xiàn)有表達［13］。

2.3 AID的生物功能

APOBEC蛋白在人體獲得性免疫和固有免疫應(yīng)答中起著重要作用。

AID在抗體成熟過程中參與2個生物途徑:SHM(體細胞超突變)和 CSR(類別轉(zhuǎn)換重組)［13-14］。AID在每個步驟都起關(guān)鍵作用。SHM是一個以Ig可變區(qū)VDJ為靶進行點突變的過程，VDJ編碼抗體中與抗原聯(lián)系的部分。突變增強了抗體對抗原的親和力，可更有效地清除體內(nèi)的抗原。極有可能的是，AID通過Ig基因VDJ區(qū)多個dC→dU突變，啟動了SHM。AID脫氨酶活性的生化分析說明AID專門作用于ssDNA底物，并以SHM熱點基序WRCY(體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的)為靶點。AID催化胞嘧啶脫氨基啟動了易錯的DNA修復機制，而這使得A和T堿基出現(xiàn)了額外的突變。CSR(類別轉(zhuǎn)化重組)與Ig基因重組有關(guān)，將基因上的恒定區(qū)與其下游的進行置換，不同恒定區(qū)的表達產(chǎn)生了不同的抗體同型(如IgA和IgG)。多數(shù)人認為AID通過位于恒定區(qū)上游的可變區(qū)發(fā)生dC→dU突變，啟動CSR。AID催化可變區(qū)的脫氨基作用導致雙鏈DNA解開，而這卻是恒定區(qū)交換所必需的［6，11］。

2.4 A3的生物功能

位于人類第22號染色體上的A3家族有7個成員［2，11］，在固有免疫應(yīng)答中起重要作用。A3蛋白可抑制反轉(zhuǎn)錄病毒復制和反轉(zhuǎn)錄元件的移動，其中A3B、A3DE、A3F 和 A3G 可抑制 HIV-1 的復制［2］。A3A和A3C抑制帶有或不帶有長重復序列的內(nèi)生反轉(zhuǎn)座子的復制，而A3A專門抑制腺病毒有關(guān)的病毒復制［2］。

A3G可抑制Vif缺陷的HIV-1的復制。HIV-1表達的Vif蛋白可與A3G結(jié)合，引發(fā)A3G多聚泛素化，從而導致蛋白酶體降解，若無Vif，A3G可被包裝進入出芽的HIV-1病毒粒子［6，13-15］。當這些粒子進入新的靶細胞時，A3G就會引發(fā)HIV-1負鏈cDNA上多個胞嘧啶脫氨基，使得前病毒失活，阻止病毒感染。不僅如此，已有研究發(fā)現(xiàn)，A3G還具有廣譜抗逆轉(zhuǎn)錄病毒功能［6，14-15］。體外實驗中發(fā)現(xiàn)，A3G 可降低鼠白血病病毒(murine leukermia virus，MLV)感染性［7，16］，可作為大腸桿菌 DNA 突變子誘發(fā) dC→dU的脫氨基突變［15-16］，也可顯著抑制乙肝病毒(hepatitis B virus，HBV)的復制。

A3F與A3G的編碼區(qū)60個N-端氨基酸有59個是一樣的［15，17］，啟動子位置相似性超過 90%，與A3G相同，A3F已被證明在大腸桿菌突變試驗和模式反轉(zhuǎn)錄病毒感染試驗中有DNA編輯功能［16-17］。A3G和A3F的抗病病毒效果需要有效的進入HIV-1病毒粒子。若沒有Vif，A3G和A3F進入病毒粒子需要RNA結(jié)合Gag的NC域，并且很多研究表明在Gag和A3G之間的聯(lián)系中，RNA是需要的。有些研究也報道了有效的A3G包裝需要病毒的基因組RNA，而另外一些則認為胞內(nèi)RNA，尤其是7SLRNA對于介導AG和 A3F的包裝是必需的。宿主的7SLRNA在HIV-1病毒粒子非常豐富，似乎在HIV-1病毒粒子尤其豐富。A3G和A3F與7SLRNA有很高的親和力，而不同的A3蛋白與7SLRNA的親和力對其抗病毒功能及精確的病毒核心定位是非常重要的［2］。

事實上，雙脫氨酶域的APOBEC酶都可有效抑制HIV-1的復制，單脫氨酶域的A3蛋白抵抗HIV-1的功能較弱。A3B和A3F、A3G的CD1在與病毒RNA結(jié)合中起重要作用，是進入HIV-1病毒整合所必須的。事實上，當A3G的CD1與A3A的N-端融合產(chǎn)生的嵌合體可有效抑制HIV-1的感染，這也表明CD1的重要性［13，18］。CD2具有脫氨酶催化活性，也是抑制HIV-1復制所必須的。

A3H是唯一含有Z3 APOBEC脫氨酶域的蛋白。這個脫氨酶域在所有哺乳動物都是保守的，在靈長目動物進化中是正向選擇的。在人類的外周血，單核細胞，肝臟、皮膚等組織均已檢測到 A3H［2，19］。人類A3H具有7個 SNP，已檢測出至少7個單倍型［2，19］。盡管對 A3H單倍型的抗病毒功能差異還不完全了解，目前已知，只有攜帶15N105R的A3H對Vif-缺陷的HIV-1具有強大的抵抗功能，人類A3H蛋白在細胞培養(yǎng)中表達很少，而它的抗病毒功能還未確定。A3H在細胞培養(yǎng)中很少表達［2］，是由于第5外顯子上的早熟終止子，嚴重損害了mRNA的表達。一旦表達優(yōu)化，人類A3H可以抑制HIV-1和SIV的復制。此外，其抗反轉(zhuǎn)錄病毒功能不能被HIV-1的Vif反擊，這顯示了人類A3H基因的獨特的抗HIV功能。因此，A3H通過專門胞嘧啶脫氨基作用機制顯著抑制HIV-1的復制，若優(yōu)化A3H的體內(nèi)表達水平應(yīng)該也可成為一種治療HIV-1的新對策。

3 結(jié)語

擁有胞嘧啶脫氨酶活性的APOBEC家族在獲得性免疫和固有免疫中具有重要作用。A1在小腸表達并編輯載脂蛋白B的mRNA，AID在抗體成熟中的SHM(體細胞超突變)和CSR(類別轉(zhuǎn)換重組)中起關(guān)鍵作用，A3酶可抑制反轉(zhuǎn)錄元件的移動，反轉(zhuǎn)錄病毒和DNA病毒的復制，如HIV-1，乙型肝炎病毒，A2和A4的功能目前還不清楚。對APOBEC家族的研究，為人類進行艾滋病等反轉(zhuǎn)錄病毒的防治和乙肝肝炎病毒的治療等提出了新的治療途徑，也為未來攻克病毒性疾病帶來了希望。

［1］利維.艾滋病病毒與艾滋病的發(fā)病機制［M］.3版.邵一鳴，譯.北京:科學出版社，2010:1-12.

［2］MARCEL O，SUSAN M，CHRISTOPHER W，et al.The localization of APOBEC3H variants in HIV-1 virions determines their antiviral activity［J］.Journal Of Virology.2010，84(16):7961-7969.

［3］SHEEHY A M，GADDIS N C，CHOI J D，et al.Isolation of a human gene that inhibits HIV-1 infection and is suppressed by the viral Vif protein［J］.Nature，2002，18(6898):646-650.

［4］ROSE K.M，MARTIN M，SUSAN L K，et al.The viral infectivity factor(Vif)of HIV-1 unveiled［J］.Trends in Molecular medicine，2004，10(6):291-297.

［5］ATSUSHI K，TERUMASA I.Intrinsic immunity against retrotransposons by APOBEC cytidine deaminases［J］.Frontiers in Microbiology，2013(4):28.

［6］ATSUSHI K，TERUMASA I.Intrinsic restriction activity by AID/APOBEC family of enzymes against the mobility of retroelements［J］.Mob Genet Elements，2011，1(3):197-202.

［7］VALDIMARA C V，MARCELO A S.The role of cytidine deaminases on innate immune responses against human viral infections［J］.Biomed Res Int，2013:683095.

［8］RAMA K，SHYAM K.Strategies to eliminate HBV infection［J］.Future Virol，2014，9(6):565-585.

［9］LIANG G X，LIU G Y，KITAMURA K.TGF-β Suppression of HBV RNA through AID dependent recruitment o fan RNA exosome complex［J］.Plos Pathogens，2015，11(4):e1004780.

［10］GONZALEZ M C，SUSP NE R，HENRY M，et al.Human APOBEC1 cytidine deaminase edits HBV DNA［J］.Retrovirology，2009(6):96.

［11］COURTNEY P，RONDA B，CHEN X J.APOBEC deaminasemutases with defensive roles for immunity［J］.Science in China Series C:Life Sciences，2009，52(10):893-902.

［12］IZUMI T，SHIRAKAWA K，TAKAORI K A.Cytidine deaminases as a weapon against retroviruses and a new target for antiviral therapy［J］.Mini Rev Med Chem，2008，8(3):231-238.

［13］PHAM P，BRANSTEITTER R，PETRUSKA J，et al.Processive AID-catalysed cytosine deamination on single-stranded DNA stimulates somatic hypermutation ［J］.Nature，2003，424(6944):103-107.

［14］SHEEHY A M，GADDIS N C，MALISME M.The antiretroviral enzyme APOBEC3G is degraded by proteasome in response to HIV-1 Vif［J］.Nature Medicine，2003，9(11):1404-1407.

［15］STOPAK K，DE NORONHA C，YONEMOTO W，et al.HIV-1 Vif blocks the antiviral activity of APOBEC3G by impairing both its translation and intracellular stability［J］.Mol Cell，2003，12(3):591-601.

［16］KEWALRAMANI V N，COFFIN J M.Weapons of mutational destruction［J］.Science，2003，301(5635):923-925.

［17］吳小霞，馬義才.APOBEC家族的防御機制［J］.現(xiàn)代預防醫(yī)學，2006，33(1):41-43.

［18］JARMUZ A，CHESTER A，BAYLISS J，et al.An anthropoid-specific locus of orphan C to U RNA-editing enzymes on chromosome 22［J］.Genomics，2002，79(3):285-296.

［19］ZHEN A，DU J，ZHOU X，et al.Reduced APOBEC3H variant antiviral activities are associated with altered RNA binding activities［J］.Plos one，2012，7(7):e38771.