楊陽 任怡 齊瑞群 高興華

載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽家族在病毒性疾病中的研究進展

楊陽 任怡 齊瑞群 高興華

載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽家族是一種通過脫氨酶作用編輯DNA和RNA序列的抗病毒活性蛋白分子。最初載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽3家族因具有抑制HIV復制的作用而得到關(guān)注。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽家族在與人類疾病密切相關(guān)的其他病毒感染如人類嗜T細胞病毒、丙型肝炎病毒、乙型肝炎病毒、人乳頭瘤病毒、單純皰疹病毒中同樣發(fā)揮重要作用。此外，載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽的編輯作用不僅是病毒基因多樣性和進化性的來源，也是腫瘤發(fā)生的重要原因。

病毒性疾??；載脂蛋白B類；肽類

在眾多干擾素刺激基因中，載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽（APOBEC）的研究最為廣泛。大量證據(jù)顯示，APOBEC通過脫氨酶作用誘導胞嘧啶或脫氧胞嘧啶突變?yōu)槟蜞奏せ蛎撗跄蜞奏?，從而抵抗病毒感染?］。然而這種堿基修飾作用除可清除外來DNA外，尚可激活自身修復系統(tǒng)、DNA去甲基化、突變和重組，甚至在腫瘤發(fā)生過程中也起重要作用［2］。因此，APOBEC在相關(guān)的病毒感染性疾病中的作用應該引起足夠重視。

1 人類APOBEC家族分型

人類APOBEC家族共有11個成員，包括位于12號染色體的APOBEC1和誘導活化脫氨酶（AID），6號染色體的APOBEC2，22號染色體上的7個APOBEC3亞型及位于1號染色體上的APOBEC4。每個成員含有1個或2個鋅指樣催化結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域由保守的氨基酸序列H-X-E-X（23-28）-P-C-X（2-4）-C構(gòu)成（X代表任意氨基酸）。已知的APOBEC家族成員均為胞苷脫氨酶，主要通過3種方式與底物相互作用：DNA編輯、RNA編輯和非編輯方式。APOBEC1是最早發(fā)現(xiàn)的APOBEC家族成員，主要參與RNA編輯，導致載脂蛋白B翻譯提前終止，生成了載脂蛋白B100蛋白的截短形式載脂蛋白B48［3］。AID主要參與編輯單鏈DNA，更偏向作用于WRC序列（W代表A或T；R代表A或G），在抗體類型轉(zhuǎn)換重組、體細胞高突變和基因轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。AID基因缺陷可引發(fā)2型高IgM綜合征及IgG、IgA、和IgE抗體類型的缺失［4］。APOBEC2主要在心臟、骨骼肌的肌肉發(fā)育中發(fā)揮作用。APOBEC3A作用于單鏈DNA，表達在CD14+的單核細胞和巨噬細胞中，也表達于銀屑病和正常的角質(zhì)形成細胞中［5］。起初發(fā)現(xiàn)，APOBEC3A的脫氨酶活性并不引起DNA突變，提示可能存在一種非依賴于催化活性的作用機制［6］。隨著研究深入，逐漸在人乳頭瘤病毒（HPV）［5］、Rous肉瘤病毒［7］和人類嗜 T 細胞病毒（HTLV）Ⅰ型［8］中發(fā)現(xiàn)，APOBEC3A也具有編輯外來DNA，引起病毒基因突變、阻礙病毒復制的功能。APOBEC3B同樣作用于DNA，表達于腸道、子宮及乳腺等部位，其基因缺失可引起HBV清除能力的減弱，易誘發(fā)肝癌［9］。APOBEC3G是第一個被發(fā)現(xiàn)能夠抗HIV病毒的細胞因子，其抗病毒能力最強，可使HIV反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的cDNA負鏈dC脫氨基為dU，引起正鏈G-A的超突變，以降低HIV的感染。不僅如此，APOBEC3G還具有廣譜的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒能力，可促使乙型肝炎病毒G高突變?yōu)锳，從而抑制病毒復制，發(fā)揮固有免疫的作用［10］。

2 APOBEC在病毒性疾病中的作用

2.1 在HIV中的作用：HIV是逆轉(zhuǎn)錄病毒家族中的一員，屬于慢病毒屬。HIV除可通過逆轉(zhuǎn)錄酶生成cDNA感染宿主細胞外，尚可編碼多種調(diào)節(jié)蛋白提高病毒復制及載量。APOBEC家族成員在HIV感染中均發(fā)揮作用，尤以APOBEC3G報道最為廣泛，其次是APOBEC3F和APOBEC3DE，APOBEC3B也具有較弱的抗HIV活性。APOBEC蛋白在HIV反轉(zhuǎn)錄成cDNA階段，造成其cDNA上堿基突變，胞嘧啶突變?yōu)槟蜞奏?，導致HIV功能喪失，感染概率下降。同時還可通過激活宿主的免疫系統(tǒng)對抗病毒感染，如激活針對HIV特異性的CD8+細胞毒T細胞和自然殺傷細胞［11］。然而HIV會編碼一種叫做病毒感染因子的蛋白來抵制APOBEC家族的攻擊。該蛋白可通過蛋白酶體誘導APOBEC3G的降解，還可同時連接APOBEC3G和泛素連接酶復合體，導致APOBEC3G的泛素化而降解［12］。除此之外，病毒感染因子還能夠通過阻礙APOBEC3G包裝進入病毒顆粒及干擾其mRNA翻譯的途徑降低蛋白表達［13］。這樣在沒有病毒感染因子蛋白存在時，APOBEC3G的病毒抑制效果最為突出，可使近50%以上的HIV序列產(chǎn)生突變；而在病毒感染因子存在情況下，則主要依賴于不受其調(diào)節(jié)的APOBEC3B發(fā)揮作用。在臨床研究中發(fā)現(xiàn)，APOBEC3 mRNA表達水平同患者體內(nèi)CD4+T細胞數(shù)量呈正比，與HIV病毒載量成反比［14］。此外，APOBEC3G蛋白在HIV陰性患者體內(nèi)表達水平高于HIV陽性患者，同樣提示APOBEC家族分子具有潛在的抗病毒活性。正因為有分子生物學水平和臨床層面的研究結(jié)果，分子干預療法逐漸成為近年來治療HIV的新手段，然而如何進一步提高APOBEC家族的活性，抑制病毒復制、促進高突變，降低APOBEC3G在病毒感染因子存在情況下的降解以及誘導病毒感染因子自身的降解成為了新的研究熱點。

2.2 在HTLV中的作用：HTLV屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒中的反轉(zhuǎn)錄病毒屬。絕大多數(shù)感染HTLV者無任何臨床癥狀，只有大約5%的感染者可能發(fā)展為成人T細胞白血病，另有1%～2%的患者發(fā)展為HTLV相關(guān)的脊髓/熱帶痙攣性下肢輕癱［15］。與HIV一樣，HTLV感染的細胞類型同樣是CD4+T細胞，推測APOBEC蛋白家族在此感染中同樣發(fā)揮重要作用；而與之不同的是，HTLV無法編輯病毒感染因子樣拮抗蛋白，因此不能誘導APOBEC的降解［8］。研究發(fā)現(xiàn)，HTLV序列幾乎不存在突變位點，突變率僅為0.1%～5%之間。至今，在HTLV感染患者的外周血中尚未發(fā)現(xiàn)突變點。盡管如此，在感染HTLV患者的細胞中仍可發(fā)現(xiàn)GG、GA和GC的少量突變，提示APOBEC3G和其他成員在此過程中發(fā)揮作用。突變率低很可能是因為該病毒對APOBEC家族作用不敏感或?qū)ζ浯嬖谝欢ǔ潭鹊牡种啤?/p>

2.3 在HPV中的作用：HPV是雙鏈DNA病毒，為乳頭瘤病毒家族中的一員。在病毒與人類腫瘤關(guān)系的研究中，HPV的作用最為明確。Vartanian等［5］通過檢測9例HPV16陽性的宮頸癌癌前病變組織和6例HPV1α陽性的跖疣樣本，結(jié)果顯示，HPV的兩條DNA鏈均可被APOBEC編輯。另有研究表明，APOBEC3A和3G可誘導HPV16的早期基因2中C到U的突變［16］，進一步闡明APOBEC家族在HPV感染中發(fā)揮作用。

2.4 在乙型肝炎病毒中的作用：據(jù)估計目前全世界約有20億人感染乙型肝炎病毒，2.4億人有慢性肝炎病毒感染的病史。大量證據(jù)表明，乙型肝炎病毒基因容易受到APOBEC3蛋白家族的作用，這種編輯作用主要發(fā)生在負鏈DNA上，引起對應的正鏈G-A的突變。此外，正鏈中也可見到C-T的突變。可見乙型肝炎病毒雙鏈DNA均可受到APOBEC3蛋白編輯［17］。在研究APOBEC3G中發(fā)現(xiàn)其可以降低高達30倍的病毒載量。除了編輯依賴性途徑外，APOBEC3家族還可通過抑制病毒前基因RNA的包裝，阻礙反轉(zhuǎn)錄等非編輯途徑抑制病毒復制，清除感染［18］。

2.5 在丙型肝炎病毒中的作用：盡管有研究顯示，APOBEC3G能夠在體外抑制丙型肝炎病毒復制，但并未發(fā)現(xiàn)病毒序列的突變，提示APOBEC家族很有可能依賴的是非編輯途徑。與其他病毒不同，在正常肝臟組織和肝細胞系中，APOBEC3G蛋白表達水平較低，而在感染丙型肝炎病毒的組織和淋巴細胞中表達顯著提高，推測是一種反應性的增加，以對抗病毒感染，保護機體肝臟功能。目前，APOBEC在治療丙型肝炎病毒過程中取得了一定效果，通過增加感染細胞中APOBEC3G表達水平可以顯著抑制丙型肝炎病毒復制，為臨床治療工作開辟了新的道路［19］。

2.6 在人皰疹病毒中的作用：人皰疹病毒是一組具有包膜的雙鏈DNA病毒，與多種疾病密切相關(guān)，且常以潛伏狀態(tài)持續(xù)存在，當宿主免疫功能低下時可多次復發(fā)。Suspene等［20］在人單純皰疹病毒感染患者的口腔皮損中檢測到病毒基因的高突變，且發(fā)現(xiàn)體外過度表達APOBEC3C可使病毒滴度下降4倍，病毒傳染性下降10倍以上。除APOBEC3外，APOBEC1也可通過多種途徑抑制該病毒的復制。

3 APOBEC在腫瘤中的作用

APOBEC蛋白家族在病毒性疾病中發(fā)揮了不可替代的作用，然而其致突變性在腫瘤發(fā)生中的負面影響同樣不可小視。突變后除可誘導機體正常修復外，尚可引起DNA甲基化、重組以及修復的不徹底［3］，這些均是腫瘤發(fā)生的重要誘因。研究發(fā)現(xiàn)，APOBEC在乳腺癌、宮頸癌、膀胱癌等癌癥中的突變作用廣泛存在并與其mRNA水平相一致，且該突變位點正是胞嘧啶［21］。該結(jié)果是偶發(fā)事件，還是突變機制中無法避免的不良反應，亦或?qū)儆谡T導突變功能的必須條件，均需進一步研究。

綜上所述，盡管APOBEC蛋白家族與人類病毒性疾病的關(guān)系和作用機制較為明確，但是否在免疫系統(tǒng)中具有其他作用機制、與機體的細胞因子是如何相互作用的以及在人類腫瘤性疾病中發(fā)揮的功能等問題仍是今后研究的重點。

［1］Koito A,Ikeda T.Apolipoprotein B mRNA-editing,catalytic polypeptide cytidine deaminases and retroviral restriction ［J］.Wiley Interdiscip Rev RNA,2012,3（4）:529-541.

［2］Schmitz KM,Petersen-Mahrt SK.AIDing the immune system-DIAbolic in cancer［J］.Semin Immunol,2012,24（4）:241-245.

［3］Ashur-Fabian O,Har-Zahav A,Shaish A,et al.ApoB and apobec1,two genes key to lipid metabolism,are transcriptionally regulated by p5［J］.Cell Cycle,2010,9（18）:3761-3770.

［4］Mu Y,Prochnow C,Pham P,et al.A structural basis for the biochemical behavior of activation-induced deoxycytidine deaminase class-switch recombination-defective hyper-IgM-2 mutants［J］.J Biol Chem,2012,287（33）:28007-28016.

［5］Vartanian JP,Guetard D,Henry M,et al.Evidence for editing of huamnpapillomavirusDNA byAPOBEC3inbenignand precancerous lesions［J］.Science,2008,320（5873）:230-233.

［6］Narvaiza I,Linfesty DC,Greener BN,et al.Deaminaseindependentinhibition ofparvovirusesbytheAPOBEC3A cytidine deaminase ［J/OL］.PLoS Pathog,2009,5（5）:e1000439［2009-05-22］.ttp://www.plospathogens.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.ppat.1000439.

［7］Wiegand HL,Cullen BR.Inhibition of alpharetrovirus replication by a range of human APOBEC3 proteins ［J］.J Virol,2007,81（24）:13694-13699.

［8］Ooms M,Krikoni A,Kress AK,et al.APOBEC3A,APOBEC3B,and APOBEC3H haplotype 2 restrict human T-lymphotropic virus type 1［J］.J Virol,2012,86（11）:6097-6108.

［9］Leonard B,HartSN,BurnsMB,etal.APOBEC3B upregulation and genomic mutation patterns in serous ovarian carcinoma［J］.Cancer Res,2013,73（24）:7222-7231.

［10］Ezzikouri S,Kitab B,Rebbani K,et al.Polymorphic APOBEC3 modulates chronic hepatitis B in Moroccan population［J］.J Viral Hepat,2013,20（10）:678-686.

［11］Norman JM,Mashiba M,McNamara LA,et al.The antiviral factor APOBEC3G enhances the recognition of HIV-infected primary T cells by nature killer cells［J］.Nat Immunol,2011,12（10）:975-983.

［12］Albin JS,Anderson JS,Johnson JR,et al.Dispersed sites of HIV vif-dependent polyubiquitination in the DNA deaminase APOBEC3F［J］.J Mol Biol,2013,425（7）:1172-1182.

［13］Mercenne G,Bernacchi S,Richer D,et al.HIV-1 Vif binds to APOBEC3G mRNA and inhibits its translation ［J］.Nucleic Acids Res,2010,38（2）:633-646.

［14］Kreisberg JF,Yonemoto W,Greene WC.Endogenous factors enhance HIV infection of tissue na?ve CD4 T cells by stimulating high molecular mass APOBEC3G complex formation ［J］.J Exp Med,2006,203（4）:865-870.

［15］Kannian P,Green PL.Human T lymphotropic virus type 1（HTLV-1）:molecular biology and oncogenesis ［J］.Viruses,2010,2（9）:2037-2077.

［16］Wang Z,Wakae K,Kitamura K,et al.APOBEC3 deaminases induce hypermutation in human papillomavirus 16 DNA upon beta interferon stimulation［J］.J Virol,2014,88（2）:1308-1317.

［17］Suspene R,Guetard D,Henry M,et al.Extensive editing of both hepatitis B virus DNA strands by APOBEC3 cytidine deaminasesin vitroandin vivo［J］.Proc Natl Acad Sci USA,2005,102（23）:8321-8326.

［18］Nguyen DH,Gummuluru S,Hu J.Deamination-independent inhibition of hepatitis B virus reverse transcription by APOBEC3G［J］.J Virol,2007,81（9）:4465-4472.

［19］Peng ZG,Zhao ZY,Li YP,et al.Host apolipoprotein B messenger RNA-editing enzyme catalytic polypeptide-like 3G is an innate defensive factor and drug target against hepatitis C virus［J］.Hepatology,2011,53（4）:1080-1089.

［20］Suspene R,Aynaud MM,Koch S,et al.Genetic editing of herpes simplex virus 1 and Epstein-Barr herpesvirus genomes by human APOBEC3 cytidine deaminases in culture andin vivo［J］.J Virol,2011,85（15）:7594-7602.

［21］Roberts SA,Lawrence MS,Klimczak LJ,et al.An APOBEC cytidine deaminase mutagenesis pattern is widespread in human cancers［J］.Nat Genet,2013,45（9）:970-976.

Apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide family in virus-related diseases

Yang Yang,Ren Yi,Qi Ruiqun,Gao Xinghua.Department of Dermatology,First Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China

Gao Xinghua,Email:gaobarry@hotmail.com

The apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide （APOBEC） family are a group of active antiviral proteins that can edit DNA and RNA sequences by deamidizing enzymes.The APOBEC-like 3 （APOBEC3） family was firstly noticed forits inhibitory effectagainsthuman immunodeficiency virus type 1 （HIV-1） infection.With the development of research,the APOBEC family have been found to play an important role in other viral infections closely related to human diseases,such as human T-cell lymphotropic virus （HTLV）,hepatitis C virus （HCV）,hepatitis B virus （HBV）,human papilloma virus（HPV）,herpes simplex virus （HSV）,etc.In addition,the editing function of the APOBEC family contributes not only to viral genetic diversity and evolution,but also to tumorigenesis.

Virus diseases;Apolipoproteins B;Peptides

10.3760/cma.j.issn.1673-4173.2015.01.017

2012年衛(wèi)生公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費（201202013）

110001沈陽，中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院皮膚科

高興華，Email:gaobarry@hotmail.com

本文主要縮寫：APOBEC：載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽，AID：誘導活化脫氨酶，HPV：人乳頭瘤病毒，HTLV：人類嗜T細胞病毒

2014-02-17）