2′-5′寡聚腺苷酸合成酶的抗病毒作用及機制研究進展

王寅彪，馮繼偉，陳禮朋，宋 杰，吳衛(wèi)東

（1.新鄉(xiāng)醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.固始縣動物疫病預防控制中心，河南 信陽 465200）

病原微生物感染宿主細胞后，可被宿主免疫細胞和非免疫細胞表面或細胞質內(nèi)的模式識別受體識別，從而激活細胞內(nèi)信號傳導途徑，誘導干擾素（interferons，IFN）的產(chǎn)生，為機體建立免疫應答狀態(tài)［1］。IFN主要通過誘導特定基因產(chǎn)物的表達發(fā)揮抗病毒作用，這些基因表達產(chǎn)物包括2′-5′寡聚腺苷酸合成酶（2′，5′-oligoadenylate synthetase，OAS）、蛋白激酶R、抗黏液病毒蛋白和IFN誘導基因15等［2］。本文就活化OAS蛋白的雙鏈核糖核酸（double-stranded ribonucleic acid，dsRNA）的特征、活化機制、OAS的抗病毒作用以及病毒逃逸OAS-核糖核酸酶L（ribonuclease L，RNase L）通路的作用機制進行綜述，以期為后續(xù)研究提供參考。

1 OAS-RNase L通路

OAS是IFN誘導產(chǎn)生的重要抗病毒蛋白，IFN刺激可使細胞內(nèi)的OAS蛋白含量大量增加，在結合病毒dsRNA后OAS發(fā)生活化，進而利用胞內(nèi)游離的三磷腺苷（adenosine triphosphate，ATP）合成2′，5′-磷酸二酯鍵連接的寡聚腺苷酸（2′，5′-oligoadenylates，2-5As），2-5As通過活化RNase L，發(fā)揮降解單鏈RNA的作用，從而抑制病毒復制。OAS的這一抗病毒途徑稱為OAS-RNase L通路，可對多種DNA病毒和RNA病毒感染產(chǎn)生抑制作用［3］。

細胞內(nèi)的OAS蛋白有OAS1、OAS2、OAS3及OAS樣（OAS-like，OASL）蛋白4種亞型。OAS1、OAS2和OAS3分別含有1～3個OAS功能域，三者均具有2-5As合成酶活性，且OAS2和OAS3僅靠近C端的功能域具有酶活性。OASL不具有2-5As合成酶活性，但它能夠通過C端的泛素樣功能域增強視黃酸誘導基因蛋白I（retinoic acid-inducible gene I，RIG-I）受體信號通路，促進I型IFN的產(chǎn)生，發(fā)揮抗病毒作用［4］。4種OAS基因均位于人體12號染色體上，通過可變剪切機制可以產(chǎn)生10種不同的蛋白異構體。

OAS-RNase L通路的抗病毒作用最早發(fā)現(xiàn)于對微小RNA病毒感染的抑制作用，后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，OAS對復制過程中可產(chǎn)生dsRNA中間產(chǎn)物的DNA病毒也具有抑制作用［5］。而且，一些病毒可靶向作用于OAS-RNase L通路的不同階段，逃避其抗病毒作用。流感病毒的NS1蛋白可通過阻隔dsRNA對OAS的活化，逃逸OAS-RNase L通路的抗病毒作用［6］。痘病毒可編碼D9和D10 2種脫帽酶，水解mRNA分子5′端的帽子結構，從而減少dsRNA的聚集，干擾其對OAS-RNase L通路的活化［7］。

OAS基因的突變與自身疾病和機體對多種病原體的易感性存在相關性。OAS1基因突變可導致嬰兒發(fā)生肺泡蛋白沉積癥和低丙種球蛋白血癥［8］。OAS基因位點的單核苷酸突變與兒童對腸道病毒71型感染的易感性相關［9-10］。作者研究發(fā)現(xiàn)，OAS蛋白的單一氨基酸突變，可降低其熱穩(wěn)定性和2-5A合成酶活性，影響其抗病毒作用（未發(fā)表數(shù)據(jù)）。

2 OAS的活化機制

OAS是細胞內(nèi)識別病毒dsRNA的模式識別受體，但OAS蛋白不具有經(jīng)典的dsRNA結合域，僅通過其表面帶正電的氨基酸與dsRNA發(fā)生結合。OAS1活化需要識別的dsRNA最短為17 bp，在其帶正電的凹槽與dsRNA結合后，氨基端小葉結構（N-lobe）發(fā)生空間構象改變，從而拉近D75、D77和D148的空間距離，組成催化三聯(lián)體，結合催化所需的2個Mg2＋和ATP，合成2-5As［11］。OAS2活化需要識別35 bp以上的dsRNA，OAS3選擇性識別較長的dsRNA（＞50 bp）發(fā)生活化［12-13］。dsRNA的長度和結構特征可能是OAS區(qū)分病毒dsRNA和自身RNA的關鍵。研究發(fā)現(xiàn)，OAS1識別的dsRNA序列大都含有NNWWNNNNNNNNNWGN基序（W代表A或U；N代表A、U、G、C任意堿基），解析出的OAS1與dsRNA復合物結構中的dsRNA也含有該基序［11］。作者研究發(fā)現(xiàn)，OAS1和OAS3對dsRNA（20～100 bp）的識別均具有長度依賴性，且OAS3表現(xiàn)得更為明顯；但即便是含有上述基序的20 bp dsRNA對OAS1的活化能力也非常有限，約占其最大活性的7%～8%；因此，對OAS1與dsRNA復合物結構中OAS1蛋白是否達到了完全活化狀態(tài)提出了質疑［14］。

dsRNA對OAS的活化機制可從OAS功能域以及OAS蛋白多聚化2個方面解釋。OAS1含有1個功能域，在結構上，單個OAS1蛋白分子活化所需的dsRNA可以短至20 bp。雖然OAS2含有2個功能域且僅有C端的功能域具有2-5As合成酶活性，但單獨的C端功能域并不能被有效活化，N端的功能域對于OAS2的活化不可或缺［13］。OAS3的3個功能域中僅有C端的1個功能域保留了2-5As合成酶活性。研究表明，OAS3的N端功能域I可與dsRNA發(fā)生高親和力結合，使得OAS3選擇性地識別較長的dsRNA［12］。但僅從單個蛋白分子功能域與dsRNA結合的角度不能解釋較長的dsRNA和poly（I：C）對OAS蛋白的超強活化作用。研究發(fā)現(xiàn)，細胞內(nèi)dsDNA受體環(huán)磷酸鳥苷-腺苷合成酶（cyclic GMP-AMP synthase，cGAS）在結合dsDNA后能發(fā)生多聚體化，OAS1與cGAS具有相似結構，關于OAS在識別dsRNA后能否發(fā)生多聚化是未來從結構層面探索其活化機制的研究方向［15］。

3 哺乳動物和禽類的OAS蛋白

小鼠體內(nèi)含有12個OAS基因，分別為mOAS1a～mOAS1h、mOAS2、mOAS3、mOASL1和mOASL2，位于5號染色體上［16］。在8個mOAS1基因中，目前僅發(fā)現(xiàn)mOAS1b具有抗西尼羅病毒（west nile virus，WNV）感染的作用，mOAS1b不具有2-5A合成酶活性，這一抗WNV感染的作用也不依賴RNase L分子［16-17］。mOAS2和mOAS3與hOAS2和hOAS3具有相似的基因組結構，但其抗病毒作用目前未見報道。在mOASL中，mOASL2能夠抑制呼吸道合胞病毒感染，而mOASL1則不具有這一抗病毒作用［18］。同時，特定病毒感染也可靶向逃逸小鼠OAS-RNase L通路的抗病毒作用。小鼠腦脊髓炎病毒的L*蛋白可直接結合RNase L分子，干擾OAS-RNase L通路的抗病毒作用［19］。小鼠肝炎病毒的NS2蛋白及輪狀病毒的VP3蛋白則編碼磷酸二酯酶，將OAS合成的2-5As再次降解為單個ATP或一磷腺苷，使RNase L不能被活化［20］。

豬源OAS蛋白（porcine2′，5′-oligoadenylate synthetase，pOAS）包括pOAS1a、pOAS1b、pOAS2和pOASL。pOAS1a和pOASL能夠抑制豬乙型腦炎病毒的復制［21］。pOAS1b、pOAS2和pOASL可抑制豬繁殖及呼吸綜合征病毒的體外復制［22-23］。

目前唯一發(fā)現(xiàn)的禽類OAS基因是OASL。雞OASL包括雞OAS樣蛋白A（chicken 2′，5′-oligoadenylate synthetase-like protein A，chOASL-A）和chOASL-B，其中chOASL-A能夠抑制WNV感染［24］。水禽中也存在OASL基因的高表達，研究發(fā)現(xiàn)，鵝OASL能夠抑制鴨坦布蘇病毒和新城疫病毒感染［25］。

4 外源OAS蛋白的抗病毒作用

OAS蛋白被病毒dsRNA活化后，一般僅通過RNase L通路或RIG-I通路在細胞內(nèi)發(fā)揮抗病毒作用。而且，OAS基因不編碼信號肽分子，理論上OAS蛋白不能夠被分泌到細胞外環(huán)境中。但丙型肝炎患者血清中卻存在著OAS蛋白，且使用IFN-α治療的丙型肝炎患者血清中OAS蛋白含量更高，并與IFN-α治療的效果呈正相關［26］。THAVACHELVAM等［27］將OAS1蛋白添加至細胞培養(yǎng)基后發(fā)現(xiàn)，外源的OAS1蛋白可被細胞吞噬并抑制腦心肌炎病毒（encephalomyocarditis virus，EMCV）、水泡性口炎病毒等病毒感染，小鼠體內(nèi)實驗也存在這一作用；而且2-5As合成酶活性缺失的OAS1突變體和野生型OAS1蛋白在正常細胞和RNase L敲除的細胞中均表現(xiàn)出相同的抗病毒活性，表明胞外來源的OAS蛋白對EMCV的抑制作用不依賴于OAS1蛋白的2-5A合成酶活性，也不依賴于RNase L通路。因此，在特定病毒（如丙型肝炎病毒）感染時，OAS蛋白可以被宿主細胞分泌至細胞外進入血液，進而被其他細胞攝入，從而發(fā)揮抗病毒作用，表明OAS可作為潛在的藥物分子治療病毒性疾病。

5 總結與展望

綜上所述，OAS是細胞內(nèi)識別病毒dsRNA的受體，通過RNase L通路或RIG-I通路發(fā)揮抗病毒作用。OAS蛋白的功能域及多聚化對于認識、探索其活化機制具有重要意義。OAS蛋白的活化受到dsRNA的長度和基序特征的影響，更易被相對較長的dsRNA活化，從而特異識別病毒來源的dsRNA，避免自身免疫應答的產(chǎn)生，維持細胞穩(wěn)態(tài)。由單核苷酸多態(tài)性產(chǎn)生的OAS突變體在穩(wěn)定性、酶活性以及抗病毒作用方面可能發(fā)生了改變，從而使機體更易感染特定病毒或產(chǎn)生某種疾病。OAS的抗病毒作用需進一步研究以期為新型抗病毒藥物的研發(fā)奠定基礎。