艾滋病与人类免疫缺损病毒的分子生物学

艾滋病与人类免疫缺损病毒的分子生物学

Molecularbiologyofacquiredimmunodeficiencysyndromeandhumanimmunodeficiencyvirus

第十四章内容8.1概述8.2HIV病毒的形状构造与传染8.3HIV基因构造及编码的蛋白8.4HIV的感染与复制8.5HIV基因的表达调控8.6病毒的致病机制8.7病毒感染与机体免疫8.8病毒感染的诊断8.9艾滋病的治疗和预防８.１概述HIV在病毒分类学上属逆转录病毒科〔Retroviridae〕，慢病毒属中的灵长类免疫缺损病毒亚属，包括两种，即HIV-I和HIV-II。该病毒科中共有7属。反转录病毒科的主要成员如下表1。表1８.２HIV病毒的形状构造与传染

一、形状构造1、HIV构造(平面)图.12.HIV构造(立体)图.2传播途径：血液、血液制品以及人体分泌液，如奶液和精液等。传播对象：T淋巴细胞，也可以感染其他类型如B淋巴细胞和单形核细胞等。危害：HIV可以攻击人体的免疫系统，特别是可以侵入T细胞，使T细胞大量死亡，导致患者丧失一切免疫功能。二、病毒的传染８.３HIV基因构造及编码的蛋白一、基因构造HIV基因组由两条单链正链RNA组成，每个RNLA基因组约为9.7kb。在RNA5’端有一帽子构造(m7G5`GmpNp)，3’端有P0ly(A)尾巴。由构造上包括LTR，构造蛋白编码区〔gag〕，蛋白酶编码区〔pro〕，多种酶活性的蛋白编码区〔pol〕，外膜蛋白〔env〕编码区以及6个调理基因。见(图3)、〔图4〕。图.3图.4HIV基因构造及编码的蛋白二、编码蛋白的功能1.gag基因:gag基因编码病毒的中心蛋白，翻译时先构成一个分子量大约是55kD的前体蛋日〔p55〕，然后在HIV蛋白酶的作用下裂解成p17、p24、p15三个蛋白质。p24和p17分别参与构成HIV颗粒的内壳和内膜，p15进一步裂解成与病毒RNA结合的核壳蛋白p9和p7。2.pol基因:pol基因编码病毒复制所需的酶类，其中p66蛋白为逆转录酶，p32蛋白那么为整合酶〔integrase，INT〕。3.pro基因:从pol和gag基因重叠区内起始的一段序列为pro基因，它编码蛋白酶p22，p22在裂解上述HIV蛋白前体构成终末成熟蛋白的过程中起着主要作用。4.env基因:env基因先编码出一个88kD的蛋白质，经糖基化后分子量增至160kD，这就是HIV包膜糖蛋白前体gP160。该前体蛋白在蛋白酶作用下被切割成gp120和gp41，gp120暴露于病毒包膜之外称外膜蛋白。８.４HIV的感染与复制图.5HIV的感染过程HIV的感染HIV感染细胞时可与细胞的CD4受体蛋白相结合；gp41称跨膜蛋白，是嵌入病毒包膜脂质中的部分。当gp120与CD4受体结合后，其构象改动导致与gP41分别，暴显露的gp41可插入细胞膜，呵斥膜交融，致使病毒中心被导入细胞。HIV与受体结合后，病毒中心进入细胞并在酶作用下脱去蛋白壳。RT以病毒RNA为模板合成单链DNA，随之经细胞的DNA聚合酶合成双链cDNA。cDNA经环化后整合到细胞染色体上，病毒核酸随细胞的分裂而传至子代细胞，非常稳定，可长期埋伏。原病毒整合到宿主染色体上,无病症;原病毒利用宿主细胞的转录和合成系统产生病毒mRNA,其中一部分编码病毒蛋白,与基因组RNA组装成新的病毒颗粒,从宿主细胞中释放出来侵染其他安康细胞;宿主细胞死亡.主要过程总结如下:８.５HIV基因的表达调控LTR序列(1)中心调控元件(2)中心转录单位(3)反式作用因子应对元件参与复制的调控蛋白(1)Tat蛋白(2)Rev蛋白(3)Nef蛋白(4)Vpr蛋白(5)Vpu蛋白(6)Vif蛋白一、LTR序列1.中心调控元件2.中心转录单位3.反式作用因子应对元件〔见图6〕调理单位中心单位TRA图.61.调理单位Coup-TFAP-1NF-ATUSFTCF-1аNF-κβ-453-78图.7Coup-TF-371-334鸡卵蛋白转录因子是coup-F家族中相对低分子量蛋白含有锌指环构造，起负调理作用AP-1激活蛋白1由含亮氨酸拉链构造的c-jun和c-Fos家族成员组成的二聚体，属于正调理因子-347-329NF-AT激活T细胞核因子〔有两个结合位点〕。-292-235-216-203USF上游激活因子含有螺旋-环-螺旋构造具有负调理作用-160-173TCF-1аT细胞因子1a含有高速泳动簇基序，起正调理作用--124NF-κβ核因子κβ含有锌指环构造及锚定蛋白反复序列，是加强子区。由3-4bp间隔的两个10bp〔GGGACTTCCC〕序列构成，担任调控HIV基因在多种细胞〔尤其是T细胞〕中高速表达。-104-782.中心单位-780SP1TATA图.8SP1Sp1含有与DNA结合的构造和两个富含谷氨酰胺的构造域。可构成二聚体或三聚体。当三个sp1分子与DNA结合后，改动了DNA的空间构型，激活HIV基因的转录。-78富含GC-46TATATATA元件两端有反向反复序列，能够是转录因子螺旋-环-螺旋DNA结合蛋白的识别位点。TATA元件上结合的是一组蛋白质，这些蛋白称为转录因子ⅡD〔TFⅡD〕，也包括一些辅助激活蛋白〔TBP〕的细胞因子，这种作用是与RNA聚合酶相关，由此启动转录。-24-283.TRA图.9TRA(反式激活因子应对元件)似发夹构造，含有4个茎区和一个环区的稳定构造，此构造与tat蛋白结合有关。只需与tat蛋白共结合，才干转录出长mRNA，否那么只能转录出小段的mRNA。二、参与HIV复制的调控蛋白1.Tat蛋白2.Rev蛋白3.Nef蛋白4.Vpr蛋白5.Vpu蛋白6.Vif蛋白〔1〕Tat蛋白的构造由tat基因编码，tat有两个外显子，前外显子编码67aa,后外显子编码34aa，共101aa。两个外显子所构成的肽共有6个构造区。前外显子有5个区，后外显子为一个区。见〔图.10〕1.Tat蛋白Tat蛋白有6个构造区，见以下图，其中第一、第二和第四个三个构造区与反式激活功能有关。图.10Tat蛋白的构造表示图第1区为N区，也是酸性氨基酸区，因含有Gln和Asp对激活HIV-1基因的表达有加强作用。第2区为富含Cys区，在其16个aa中含有7个Cys,可以与二价金属离子构成tat二聚体，在7个Cys中有6个是维持tat活性所必需的。第4区为碱性区，有两个功能：48~52为GRKKR〔甘-精-赖-赖-精〕序列，是核仁定位信号，可介导本身或异种蛋白进入细胞核。该肽段可与TAR的RNA的凸起部分特异结合。〔2〕调控原理Tat与TAR是一个协同调解过程。TAR序列及完好的高级构造对调控的影响。假设TAR序列发生突变，虽tat蛋白也能结合，但不能激活HIV表达。寄主因子协同作用的影响在不同的细胞中，tat的活性可有上千倍的差别，在人鼠杂交细胞中，只需在坚持人第12号染色体的杂交瘤细胞中，tat才干有效地激活HIV-1的转录。阐明其调控还需寄主细胞编码蛋白的协助作用。上游启动子和加强子对调控的影响当TAR远离启动子时，它的活性迅速下降。而且这种依赖作用对非激活和激活细胞并不一样，对激活细胞作用非常大，而NF-κβ的作用恰与上述依赖作用相反。Rev蛋白由两个外显子组成，分别编码一个25个氨基酸和91个氨基酸的肽段，这两个肽段最终组成一个116个氨基酸、其主要功能是促进HIV基因表达由早期〔转录调理蛋白mRNA〕向晚期〔转录HIV构造蛋白mRNA〕的转化，并促进晚期转录的进展。2.Rev蛋白Nef蛋白由Nef基因编码的，分子量为27kD，属于负调控蛋白和磷酸化蛋白，与细胞的膜构造相结合。Nef蛋白非HIV复制所必需，但可抑制HIVLTR特异性转录的HIV－1原病毒基因的表达。3.Nef蛋白Vpr蛋白由96个氨基酸构成，亦非HIV复制所必需，但存在于病毒颗粒中。含有vpr基因的HIV毒株与无vpr基因的HIV毒株比较，前者在细胞中生长较快，致细胞病变也较强于无vpr基因的天然株。4.Vpr蛋白Vpu蛋白是含81个氨基酸的磷酸化蛋白，为HIV－1特有，其功能能够是促进HIV－1颗粒的装配和从细胞膜释放，或抑制HIV－1颗粒从细胞内膜系统中芽生。5.Vpu蛋白Vif蛋白是分子量为23kD的病毒颗粒感染性因子，缺失Vif基因的HIV－1可在细胞内正常复制并产生病毒颗粒，但其比无Vif基因缺失的HIV-1产生的病毒颗粒的感染性低1000倍。6.Vif蛋白HIV复制与细胞表达图解RNARTcDNA(单链)DNA聚合酶环化细胞染色体切割酶切口切口p32DNA(双链)LTRSp1TATATARgagpolvprvpuenvnefLTRRevratvif指点调控基因表达(构造基因不表达)Tat蛋白tatRev蛋白nef蛋白Vpu蛋白Vpr蛋白Vif蛋白RevRev运入细胞质构造基因表达构造蛋白RNA组装新的HIV侵染转录mRNAmRNA迅速被切割运入细胞质转录不被切割８.６病毒的致病机制一、临床病症感染的急性期：HIV初次感染人体后，开场大量复制和分散的过程，这时感染者血清出现HIV抗原，从外周血细胞、脑脊液和骨髓细胞也能分别到HIV。无病症埋伏期：约70％以上的原发感染者在感染后2～4周内出现急性感染病症，包括发热、咽炎、淋巴结肿大继续1～2周，此期感染者无任何临床病症，形同安康人，外周血中HIV抗原含量很低或检测不到。艾滋病相关综合症期：随感染时间的延伸，HIV重新开场大量复制并呵斥免疫系统的进展性损伤。在临床上，病人感染逐渐开展到继续性全身性淋巴腺病、艾滋病相关综合症〔AIDS－relatedcomplex，ARC〕。约有50％的感染者在感染后7～8年开展到艾滋病。产毒性HIV感染的最终结果是产生大量病毒颗粒，呵斥感染细胞死亡，这是逆转录病毒科慢病毒亚科病毒的特征。HIV除在细胞内大量繁衍呵斥细胞死亡外，还可经以下几种情况导致免疫功能下降：HIV颗粒外表的gp120蛋白零落，与正常TH细胞膜上CD4受体结合，该细胞被免疫系统误以为是病毒感染细胞而遭杀灭。因TH细胞CD4受体被gpl20封锁，影响其免疫辅助切能。HIVgp120蛋白可刺激机体产生抗其CD4结合部位的抗独特型抗体，此抗体是抗CD4受体的抗本身抗体，可阻断TH细胞的功能。受染细胞外表带有病毒包膜蛋白gp120，可与其他CD4+细胞结合并构成巨细胞而失去功能，如此加速了HIV对免疫系统损害的范围和程度。二、病因：病毒的致病机制超抗原〔superantfeen〕：超抗原可导致小鼠体内特定的T淋巴细胞亚群的消逝和免疫缺损的发生。普通抗原需求经T淋巴细胞受体的α和β两条链的识别才干激活一细胞。体内有多种α链和β链，二者可恣意配对，构成极为多样的受体组合和外表带该抗体的T淋巴细胞亚群，而超级抗原那么与T淋巴细胞受体β链结合，导致一切带有此β链的T淋巴细胞亚群均被激活。而且与被普通抗原激活的结果不同，这些T淋巴细胞亚群不是产生了对抗原的免疫反响并分裂增生，而是丧失了对抗原的反响。并逐渐从免疫系统中消逝。８.７病毒感染与机体免疫一、体液免疫HIV自然感染过程中，机体可产生高滴度的抗HIV多种蛋白质的抗体，包括中和抗体。中和抗体虽然有组特异性的，但主要是型特异性的。这些抗体有一定的维护作用，主要是在急性感染期降低血清中的病毒抗原量乃至去除病毒。二、细胞免疫HIV感染也刺激机体产生细胞免疫，包括依赖于抗体的细胞毒性〔antibody－dePendentcellmediatedcytotoxicity，ADCC〕、细胞毒性T淋巴细〔cytotoxicTlymPhocyte，CTL〕和自然杀伤细胞〔naturalkillercell，NK〕等。特异性细胞免疫反响，特别是CTL对于杀伤HIV感染的细胞和阻止HIV经细胞接触而扩分发扬重要作用，CTL可以协助去除急性感染期多部位HIV感染灶和HIV感染早期的少量有HIV复制的细胞。８.８病毒感染的诊断艾滋病诊断就是要找出HIV感染的证据，即HIV抗原或抗HIV抗体的存在。一、抗原检测1、病毒分别2、逆转录酶测定3、核酸测定二、血清学诊断HIV感染血清学诊断的方法有多种，与各种方法均是独立确实诊实验的抗原检测方法不同，每种血清学诊断方法各有所长及缺乏，经常按一定的组合配合运用，以相互补充，到达做出高效、正确诊断的目的。８.９艾滋病的治疗和预防一、治疗迄今为止，虽然对艾滋病的研讨遭到了高度注重，仍无任何药物可以完全抑制HIV在感染者体内的增殖并彻底治愈艾滋病。目前，已同意的抗HIV病毒药物主要有：核苷酸型反转录酶抑制剂〔表2〕、非核苷酸型反转录酶抑制剂〔表3〕和蛋白酶抑制剂〔表4〕。

核苷酸型反转录酶抑制剂Abacavir(ABC)Stavudine(d4T)Didanosine(ddl)Zalcitabine(ddc)Lamivudine(3Tc)Zidovudine(AZT)表.2非核苷酸型反转录酶抑制剂EfavirenzNevirapineDelavirdine表.3蛋白酶抑制剂AmprenavirIndinavirLopinavirNelfinavirRitonavirSaquinavir表.4二、预防病毒疫苗1.HIV疫苗运用与失败在HIV疫苗运用的宏大市场两方面要素的驱动下，早期H