張克山，尚佑軍，鄭海學(xué)，靳 野，何繼軍，劉艷紅，劉湘濤

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所 家畜疫病病原生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室農(nóng)業(yè)部畜禽病毒學(xué)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室 國家口蹄疫參考實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730046）

天然免疫又稱為非特異性免疫、固有免疫是機(jī)體與生俱來的抵抗體外病原體侵襲、清除體內(nèi)抗原性異物的第一道屏障[1]。細(xì)胞天然免疫是機(jī)體天然免疫的關(guān)鍵組成部分，隨著人們對巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞（DCs）等天然免疫細(xì)胞的深入研究，加上天然免疫具有即時(shí)性且缺乏記憶性的特點(diǎn)，天然免疫得到越來越廣泛的重視和深入的研究。病毒成功侵入機(jī)體必須抑制甚至破獲宿主的天然免疫應(yīng)答以爭取獲得足夠的時(shí)間去復(fù)制并傳播到其他易感細(xì)胞、宿主或者逃避宿主的免疫監(jiān)視進(jìn)入潛伏感染狀態(tài)[2]。在此過程中，病毒往往采取以下措施來抵御機(jī)體的細(xì)胞免疫:減少CD8+細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞的數(shù)量、阻止病毒的抗原多肽遞呈于1型主要組織相容性復(fù)合物（MHC-1）等[3]。在某些急性感染過程病毒通過編碼同源性細(xì)胞因子或受體來抑制了補(bǔ)體介導(dǎo)的殺傷感染細(xì)胞或目標(biāo)效應(yīng)分子[4]。

FMDV作為一種急性、烈性、高度接觸性的人畜共患傳染病受到廣泛關(guān)注。疫苗免疫能夠激發(fā)機(jī)體產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答，在預(yù)防和控制口蹄疫過程中扮演著十分重要的角色而且有數(shù)百年的研究歷史[5]?？谔阋咛禺愋悦庖呔哂嗅槍π院陀洃浶?，被認(rèn)為是機(jī)體抗FMDV的主要免疫效應(yīng)機(jī)制受到普遍關(guān)注。口蹄疫滅活疫苗免疫后4～7天可以檢測到抗FMDV IgM，第14天能檢測到抗口蹄疫病的IgG且持續(xù)數(shù)月之久[6]，這對于傳染性極強(qiáng)的FMDV而言足以引起大規(guī)模的暴發(fā)和流行。相對于特異性的免疫應(yīng)答，天然免疫對抵抗FMDV感染研究相對較少，而非特異性免疫應(yīng)答在抵御FMDV感染過程中發(fā)揮著重要的作用。相對于傳染性極強(qiáng)的FMDV而言，初次感染FMDV的動(dòng)物機(jī)體根本來不及產(chǎn)生特異性的體液免疫和細(xì)胞免疫，只能依賴天然免疫應(yīng)答的即時(shí)性和非特異性來抗衡FMDV的入侵。FMDV突破細(xì)胞天然免疫屏障成功感染機(jī)體的機(jī)制至今不十分清楚。深層次的認(rèn)識FMDV突破細(xì)胞天然免疫應(yīng)答的機(jī)制，有助于人們開發(fā)快速的生物治療藥物應(yīng)對口蹄疫的暴發(fā)和流行。本文將從以下4個(gè)方面對FMDV突破宿主宿主細(xì)胞天然免疫屏障的機(jī)制作以綜述。

1 FMDV抑制宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)

FMDV要在被感染動(dòng)物體“嗜好”部位快速的復(fù)制以達(dá)到生存和致病的目的必須抵抗宿主細(xì)胞天然免疫系統(tǒng)[2]。與小核糖核酸病毒科的其他病毒一樣，F(xiàn)MDV侵入機(jī)體細(xì)胞后關(guān)閉了宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)和“帽子”依賴的翻譯系統(tǒng)，使得病毒在組織細(xì)胞中能夠快速有效的復(fù)制和傳播。FMDV編碼的4個(gè)結(jié)構(gòu)蛋白，10個(gè)非結(jié)構(gòu)蛋白以及這些蛋白在水解過程中產(chǎn)生的前體蛋白都對抵抗宿主細(xì)胞天然免疫應(yīng)答起著一定作用[7]。

1.1 FMDV Lpro抑制宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯

Lpro具有木瓜蛋白酶活性[8]，能夠把自己編碼的蛋白從FMDV整個(gè)ORF編碼區(qū)剪切下來[9]（圖1-1）；同時(shí)能夠切割宿主翻譯起始因子eIF4G而關(guān)閉宿主細(xì)胞“帽子”依賴的mRNA翻譯機(jī)制[10]。就宿主cap-mRNA翻譯系統(tǒng)而言，起始因子eIF4G作為一個(gè)橋梁，將mRNA和核糖體小亞基連接起來，對mRNA的翻譯起到橋梁作用[11]。FMDV感染后，由于Lpro的存在導(dǎo)致cap-mRNA和核糖體小亞基連接的橋梁eIF4G被切割，從而宿主細(xì)胞翻譯系統(tǒng)被關(guān)閉（圖1-2）；由于FMDV自身存在IRES結(jié)構(gòu)，是一種非“帽子”依賴的mRNA翻譯機(jī)制自身翻譯不受eIF4G的影響[12]。研究表明在FMDV感染的細(xì)胞中PABP、PTB以及轉(zhuǎn)錄起始因子的亞單位 NF-kB、eIF3a、eIF3b都被 Lpro蛋白不同成都的水解[13]（圖1-3），eIF3a和 eIF3b是組成轉(zhuǎn)錄起始因子復(fù)合物的必須成分，這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步佐證了Lpro的蛋白水解作用能夠抑制宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)[6]。

1.2 FMDV 3Cpro對宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯的負(fù)調(diào)控機(jī)制

FMDV 3C蛋白酶主要負(fù)責(zé)FMDV多聚蛋白的加工，同時(shí)能夠從氨基端切割組蛋白H3[14]和轉(zhuǎn)錄起始因子eIF4A和eIF4GI等[15]。H3是染色體的成分之一與宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)錄有關(guān)，組蛋白H3的降解使得宿主細(xì)胞染色體的轉(zhuǎn)錄受阻進(jìn)而負(fù)調(diào)控了下游蛋白的表達(dá)[16]。因此FMDV 3Cpro的一定程度上抑制了宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯。

2 FMDV干擾宿主細(xì)胞分泌通路和MHC-I類分子的遞呈

在FMDV感染的細(xì)胞中，病毒抗原肽和MHC-I形成的復(fù)合物遞呈在細(xì)胞表面對于感染細(xì)胞的識別和清除起關(guān)鍵作用，大多數(shù)MHC-I能夠在細(xì)胞內(nèi)翻譯和組裝[17]并和內(nèi)源性抗原肽形成復(fù)合物，這些復(fù)合物在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過分泌途徑展示在細(xì)胞表面[18]。遞呈在細(xì)胞表面的病毒肽MHC-I復(fù)合物誘導(dǎo)了CTL活性，感染的細(xì)胞被清除，這一過程是宿主細(xì)胞抵抗FMDV入侵的有效手段[19]。研究證實(shí)FMDV病毒感染上皮細(xì)胞30min后能夠檢測到MHC-I分子的減少，感染后6小時(shí)和正常細(xì)胞相比約減少50%[20]，同時(shí)宿主細(xì)胞中IL-6和 IL-8的表達(dá)量也有不同程度的下降[21]。根據(jù)內(nèi)源性抗原加工和遞呈的機(jī)制，由于MHC-I的減少導(dǎo)致FMDV抗原多肽遞呈到效應(yīng)細(xì)胞的數(shù)量明顯減少，不能夠誘導(dǎo)較強(qiáng)的CD8+T細(xì)胞反應(yīng)，感染的細(xì)胞不能被及時(shí)清除或清楚的數(shù)量明顯減少。研究表明I型干擾素具有廣譜抗病毒作用是病毒感染機(jī)體后誘導(dǎo)產(chǎn)生的抑制病毒復(fù)制的主要物質(zhì)之一，然而由于FMDV的感染，宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)錄和翻譯被大幅度抑制，I型干擾素的表達(dá)和分泌不同程度的降低使得FMDV得以在短期內(nèi)大量復(fù)制。因此，F(xiàn)MDV感染后宿主MHC-I、I型干擾素及其細(xì)胞因子的減少是FMDV突破宿主細(xì)胞天然免疫的機(jī)制之一。

3 FMDV破壞天然免疫細(xì)胞功能和I型干擾素的產(chǎn)生

3.1 FMDV破環(huán)樹突狀細(xì)胞（DCs）

樹突狀細(xì)胞（DCs）是哺乳動(dòng)物的一類專職抗原遞呈細(xì)胞，在機(jī)體細(xì)胞免疫中扮演重要角色，在病毒感染的早期DCs除了能夠遞呈抗原外還能夠產(chǎn)生大量的IFN-α和細(xì)胞因子以抑制病毒的增值[22]。研究表明DCs在FMDV感染后，其分泌I型干擾素和細(xì)胞因子的效率大大降低[23]，但機(jī)理尚不清楚。

3.2 FMDV誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞的減少和凋亡

在FMDV感染后，機(jī)體外周血淋巴細(xì)胞絕對數(shù)量出現(xiàn)了急性短暫性的減少[24]，而且外周血淋巴細(xì)胞減少程度和FMDV致病力強(qiáng)度成正相關(guān)。在出現(xiàn)病毒血癥時(shí)所有的T細(xì)胞和B細(xì)胞亞群都受到破壞[25]，F(xiàn)MDV感染早期T細(xì)胞受到更為嚴(yán)重的破壞，被破壞的T淋巴細(xì)胞因不能分泌IFN-γ而成為功能缺陷性細(xì)胞且持續(xù)到感染后的第10天左右[26]。這種淋巴細(xì)胞的減少和破壞隨著病毒血癥的降低在感染后4～7天即可恢復(fù)到原來的水平。這一現(xiàn)象為FMDV在體內(nèi)的復(fù)制和傳播提供了絕佳的機(jī)會和臨時(shí)性環(huán)境。FMDV感染能夠誘發(fā)宿主細(xì)胞程序性死亡（細(xì)胞凋亡），這一現(xiàn)象已經(jīng)在BHK-21[27]和豬體內(nèi)[28]得到證實(shí)。BEI滅活的FMDV能夠誘導(dǎo)未成熟的小鼠樹突狀細(xì)胞發(fā)生凋亡[29]，同時(shí)被FMDV感染的細(xì)胞有自溶標(biāo)記[30]。因此誘導(dǎo)宿主淋巴細(xì)胞減少和凋亡是FMDV抵抗天然免疫應(yīng)答的又一手段。

3.3 FMDV破壞NK的功能

NK細(xì)胞是一種不需要抗原特異性刺激就能夠發(fā)揮作用的天然殺傷細(xì)胞，它通過細(xì)胞應(yīng)激信號識別被FMDV感染的細(xì)胞，從而自主發(fā)揮細(xì)胞毒活性。NK細(xì)胞是病毒突破宿主細(xì)胞天然免疫所破壞的目標(biāo)細(xì)胞，研究表明FMDV感染早期能導(dǎo)致宿主NK細(xì)胞的功能異常[31]。豬感染FMDV的第2天NK細(xì)胞反應(yīng)活性開始下降而且這種狀態(tài)持續(xù)2～3天，感染動(dòng)物血清中病毒滴度的升高和NK細(xì)胞殺傷活性的下降程度成正相關(guān)。

4 FMDV感染的免疫病理作用

由于FMDV前導(dǎo)蛋白L的存在，抑制了宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄與翻譯。病毒感染細(xì)胞中MHC-I的表達(dá)受到嚴(yán)重抑制，根據(jù)內(nèi)源性抗原加工和遞呈的機(jī)理感染的細(xì)胞不能被及時(shí)清除。由于 I型干擾素 IFN-α、IFN-β 的表達(dá)受到抑制，干擾素介導(dǎo)的抗病毒活性受到抑制[32]。Lpro的存在下調(diào)了炎癥基因的轉(zhuǎn)錄降解了NF-KB從而部分抑制了宿主細(xì)胞天然免疫[33]。FMDV 3C蛋白質(zhì)酶的存在產(chǎn)生了和Lpro相類似的抑制效應(yīng)，因此Lpro、3Cpro和其他蛋白的存在抑制了感染細(xì)胞炎性細(xì)胞因子表達(dá)和分泌[34]，炎性細(xì)胞因子表達(dá)量的減少對樹突狀細(xì)胞（DCs）、巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞和T細(xì)胞活性提供了抑制信號。

總之，F(xiàn)MDV感染宿主細(xì)胞的初期必須通過各種手段來抵抗甚至破壞宿主細(xì)胞的天然免疫應(yīng)答為病毒的侵入、復(fù)制和傳播爭取足夠的時(shí)間和十分有利的條件。這些手段包括：（1）減少外周血中淋巴細(xì)胞的數(shù)量；（2）破壞天然免疫細(xì)胞的活性；（3）干擾細(xì)胞因子的分泌；（4）抑制宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯；（5）干擾FMDV抗原肽的遞呈；（6）抑制I型干擾素的翻譯和分泌。但是以下問題仍然需要認(rèn)真思考和深入研究比如：病毒感染初期有哪些細(xì)胞參與了抗FMDV天然免疫應(yīng)答？這些細(xì)胞在抗FMDV天然免疫應(yīng)答中有何生活學(xué)特性？不同種屬動(dòng)物之間抗FMDV天然免疫應(yīng)答機(jī)制有何區(qū)別？FMDV抵抗甚至破壞機(jī)體天然免疫應(yīng)答對預(yù)防和控制口蹄疫有何啟發(fā)？以上問題的回答和深入研究有助于人們開發(fā)快速的生物靶向治療藥物和新型疫苗以應(yīng)對口蹄疫的暴發(fā)和流行。

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