HSV.com：操纵病毒性神经病变的互联网络和逃避主机防御

病毒的组合遗传学和动物淘汰技术使人能够准确地定义特异性病毒毒力和/或宿主防御基因。本期双基因敲除论文美国国家科学院(1)例证了这一概念。Leib和同事提供令人信服的体内支持先前提议的证据单纯疱疹病毒1型（HSV-1）ICP34.5的机制基础基因产物通过拮抗宿主介导神经毒力干扰素诱导蛋白激酶。这一发现不仅支持而且也扩展了PKR在抗病毒药物中的重要作用防守。调节PKR的能力对HSV-1有何贡献神经病变？当我们回顾PKR的功能和调节，这种酶最初被鉴定为因为它对蛋白质合成的抑制作用无细胞系统(2,三).

PKR：真核起始扩展家族的成员因子2α（eIF2α）蛋白激酶

真核细胞对包括病毒在内的应激条件作出反应感染，部分是通过下调蛋白质的总体比率合成。这种对应力的平移控制反应在很大程度上发生通过修改翻译起始因子eIF2(4). eIF2提供Met-tRNA_我至40 S核糖体，αeIF2亚单位（eIF2α）在丝氨酸51上被一个家族磷酸化结构相关的Ser/Thr激酶。磷酸化eIF2α具有eIF2B鸟嘌呤核苷酸交换器的亲和力高于非磷酸化eIF2亚型。这种增加的亲和力阻碍了eIF2B功能，导致其在非活动与eIF2[S51-phospho]●GDP复合。这阻碍了必要的回收eIF2上GTP的GDP并防止从头开始eIF2？GTP？Met-tRNA_我三元配合物形成。因此，翻译启动被停止，最终导致关闭全球细胞蛋白合成。

eIF2α蛋白激酶至少有四个不同的成员确定：GCN2、HRI/PfPK4、PERK/PEK和PKR，每个都提供细胞调节mRNA翻译的独特能力特定细胞应力（图。​（图1；1; 裁判。4). 例如，HRI/PfPK4蛋白激酶表达于哺乳动物网织红细胞和磷酸化eIF2α对血红素耗竭。PERK/PEK蛋白激酶位于内质网（ER）在其中介导翻译控制对内质网应激的反应。GCN2酶为这两者提供了一个示例磷酸化对信使核糖核酸翻译的全局和特异性控制eIF2α对氨基酸饥饿的影响。这将导致特定刺激GCN4翻译和伴随的全球抑制蛋白质合成。GCN4反过来通过以下方式刺激氨基酸生产诱导氨基酸生物合成成分的表达。

在单独的窗口中打开

图1

应激反应eIF2α蛋白激酶。与信号一致PKR的转导作用，对各种不同的刺激作出反应，包括生长因子（GF）、白细胞介素3（IL-3）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）和钙变化（Ca²⁺)级别，热休克和细菌内毒素（LPS）。AA，氨基酸；双链RNA；内质网。参见文本更多详细信息。

PKR在大多数哺乳动物组织中普遍表达，属于一个扩展的双链RNA（dsRNA）结合蛋白家族(4,5).PKR通常以一种潜在形式存在，但一旦与dsRNA结合，就变成对多种Ser和Thr残基进行自动磷酸化，并经历构象变化（图。​（图2）。2). 这个构象变化可能促进激酶二聚化，从而反磷酸化，从而确保最大PKR激活和/或其底物特异性。虽然是PKR具有多种细胞外信号，其最著名的功能是磷酸化eIF2α并抑制病毒mRNA翻译感染(5,6). 病毒复制产生高度结构化的病毒dsRNA形式的转录物，可以结合并激活PKR，进而磷酸化eIF2α。因此，手机翻译机制失能和病毒蛋白合成并且复制在感染细胞内受到限制。

在单独的窗口中打开

图2

针对PKR依赖性翻译阻断的病毒策略。巴基斯坦卢比受到详细的监管机制的制约，包括干扰素依赖性转录激活，翻译自动调节，和翻译后控制机制(三). 病毒编码/诱导机构用红色方块箭头表示。腺病毒；流感，流感病毒；HIV-1，HIV 1型；SV40，猴病毒40；VV，牛痘病毒。有关更多详细信息，请参阅文本。

病毒也不甘示弱，进化出了对抗病毒的方法PKR介导的翻译阻滞（图。​（图2；2; 参考文献。三和6). 这些包括定向抑制剂：(我)干扰dsRNA介导的PKR激活；(ii（ii）)干扰激酶二聚化；(三)阻断激酶催化位点PKR-底物相互作用；(iv（四）)改变身体水平PKR；(v（v）)直接调节eIF2α磷酸化；和(不及物动词)影响eIF2α下游的组件。不仅如此这些病毒属于不同的病毒群，但有些病毒似乎使用多种病毒抑制PKR的策略（图。​（图2），2)强调了关键作用在干扰素诱导的抗病毒反应中由激酶发挥作用宿主细胞。

HSV-1感染与神经发病

嗜神经DNA HSV-1在神经元细胞中建立潜伏期允许病毒在面对主动免疫反应时持续存在(7).在对某些刺激的反应中，感染或可以发生复制病毒。对于自然宿主人类来说，这可能导致牙龈口炎和咽炎等多种疾病原发性口腔面部感染、复发性唇疱疹、生殖器感染后疱疹、眼部感染后角膜炎、播散性内脏感染免疫功能低下患者、肝炎和脑炎扩散到中枢神经系统(8). 至成功在CNS内渗透和传播，HSV-1不仅必须应对神经解剖学和细胞生物学的独特方面，但它也必须逃避CNS内的分区免疫反应，以实现病毒持续存在。这种生活方式导致了协调调节HSV-1基因表达的控制机制在潜在和生产性感染期间(9).

ICP34.5在HSV-1神经毒力中的作用：来自PKR的见解击倒老鼠

HSV-1蛋白ICP34.5对于病毒在非神经元培养细胞，但病毒需要在小鼠中枢神经系统中复制(10). 此外，ICP34.5基因映射到以前与中枢神经系统有关的HSV-1基因组的一个区域复制(11). ICP34.5缺陷的神经元细胞感染突变病毒导致细胞蛋白过早关闭an中病毒产生的合成与限制凋亡样方式(12). 因此，假设在ICP34.5的至少一个功能是克服宿主细胞的耐药性病毒感染。因为干扰素是先天免疫的关键介质并已证明可控制早期急性HSV感染，感染期间ICP34.5免疫调节的可能靶点包括IFN响应的组件。如前所述病毒逃避宿主IFN反应的靶点是PKR蛋白在这方面，HSV-1也不例外。

当一个与抗PKR共沉淀的未知90kDa磷蛋白（p90）感染ICP34.5缺陷病毒的细胞裂解物抗体(13). p90磷酸化与过早关闭蛋白质合成。人们认为ICP34.5蛋白可能通过阻断两者之间的相互作用来负向调节PKR的功能p90和PKR。然而，事实证明，ICP34.5通过不同的行动方式。使用酵母双杂交系统，He和同事(14)发现ICP34.5与催化亚单位有关宿主蛋白磷酸酶1α（PP1α）。ICP34.5形成复合物在HSV-1感染细胞中含有PP1α，以及含有复合物能够使纯化的eIF2α脱磷(15).此外，ICP34.5包含与PP1α的其他调节亚单位，需要与PP1α催化亚单位。因此，ICP34.5可能作为病毒发挥作用PP1α的调节/靶向亚单位，重定向磷酸酶在病毒感染期间去磷酸化eIF2α，因此绕过PKR激活导致的翻译障碍。

Leib和同事(1)描述第一个体内功能性的PKR作为抗病毒效应物的分析致病动物模型。具体来说，他们证明了一种病毒通过去除ICP34.5而减弱的显示为野生型PKR基因在小鼠中的复制和毒力删除。然而，PKR的丢失并没有恢复病毒的生长和毒力携带与ICP34.5无关基因突变的HSV-1病毒，证明PKR的删除具体负责恢复ICP34.5突变病毒的衰减表型。此外，ICP34.5缺陷病毒在缺乏一种IFN调节的抗病毒效应器（RNase L），独立于PKR途径。然而，很高兴看到是否恢复PKR中的PKR^−/−背景可以抑制ICP34.5缺陷病毒的复制。例如，可以测试这是通过共同感染来源于PKR公司^−/−表达重组PKR的小鼠腺病毒和ICP34.5突变病毒。

我们还不能得出结论，ICP34.5通过PP1α介导的PKR来否定PKReIF2α的去磷酸化既不是物理的也不是功能的已证明ICP34.5和eIF2α之间的相互作用。此外，PKR被认为是两个转录和翻译水平，因此很可能能够磷酸化其他靶点(5). 此外，其他eIF2α蛋白激酶的成员可以磷酸化eIF2考虑eIF2α磷酸化的可能情况在PKR基因敲除小鼠(16). 因为转基因小鼠表达eIF2α的非磷酸化形式（S51A）可用(17)，它可能有趣的是，看看ICP34.5突变病毒在这些动物中的表现。

随着研究描述第二位点抑制突变病毒的分离ICP34.5基因(18——20). 这些变异病毒，其中包含影响不同病毒基因元件的其他突变，显示磷酸化eIF2α的积累减少并恢复在其他非许可性神经细胞上生长的能力。什么之中的一个这些外源性抑制因子ICP34.5等位基因补偿了ICP34.5通过产生病毒RNA结合发挥作用，病毒感染早期的核糖体相关蛋白（US11）直接与PKR结合并减少其活化(21,22).有趣的是，感染后期产生的US11蛋白并没有阻断PKR激活，表明在野生型HSV-1感染中，US11可能具有其他功能，可能代表古代而非现代下调PKR的机制。因此，似乎HSV-1和许多病毒，编码至少两种策略来否定PKR功能（图。​（图22).

结束语和未来展望

历史上，对病毒之间进化斗争的研究它们的宿主不仅帮助阐明了病毒的机制发病机制，但它们通常也揭示了基本细胞机制。ICP34.5–PKR相互作用的研究也可能有助于揭示以前未知的途径。ICP34.5包含以下区域与GADD34有显著同源性，GADD34是一种在对促进细胞生长停滞、DNA损伤和细胞分化(14,23,24). 此外，GADD34还可以与PP1α相互作用并在功能上取代ICP34.5延长感染细胞的晚期蛋白质合成(25,26). 这些观察结果提示触发细胞分化、生长停滞的信号，DNA损伤可能与PKR依赖性翻译控制有关，因此值得进一步研究。

PKR最近涉嫌监管细胞凋亡(27). 重要的是要确定PKR介导的翻译阻断和/或细胞凋亡如何感染ICP34.5突变病毒的神经细胞有助于寄主范围表型。然而，应该提到的是，ICP34.5在HSV中不高度保守。还有待观察ICP34.5缺陷型病毒-PKR敲除小鼠研究可转化为人类神经系统疾病，包括与其他神经毒力病毒，如脊髓灰质炎病毒、麻疹和风疹病毒。

了解ICP34.5如何增强神经毒力可能具有意义使用HSV-1作为潜在的杀瘤剂进行破坏中枢神经系统中的恶性细胞。ICP34.5突变病毒可以进行细胞溶解区分正常细胞和恶性细胞(28,29). 然而，这些变异病毒在神经元肿瘤上生长不良，导致它们破坏神经元肿瘤的有效性受到限制。这个ICP34.5等位基因的抑制突变体，其已重新获得能够在肿瘤细胞上生长，但保留神经衰弱ICP34.5亲本病毒的表型可能有助于解决这一难题。最近描述的HSV-1突变体，其ICP34.5的转录是在细胞周期调节B的控制下-我的弟弟发起人也可能为靶向HSV-1提供一种替代途径对恶性神经元的毒性(30).

Leib和同事研究之前(1)，没有证据将病毒毒力因子与PKR的抗病毒功能联系起来动物模型。有临床数据支持抗病毒功能丙型肝炎病毒（HCV）对干扰素耐药性研究中PKR的表达(6).来自某些抗干扰素的非结构蛋白NS5A，但不是干扰素敏感的丙型肝炎病毒株已被证明能结合并抑制PKR活性，从而提示HCV诱导的潜在机制或持续抵抗干扰素治疗。这些研究应提供旨在理解的未来工作的基础和动力PKR在病毒性疾病中的病理生理作用。

脚注

工具书类