人類免疫缺陷病毒1型gp41結(jié)構(gòu)與功能的研究進展

姚茜茜，呂鈞，葉榮

復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院，上海 200032

自1981年首次發(fā)現(xiàn)獲得性免疫缺陷綜合征(acquired immune deficiency syndrome, AIDS)迄今已有30年，該病已成為世界上危害最為嚴重的傳染病之一。截至2009年，已造成3 330多萬人感染，1 800多萬人死亡[1]。AIDS的病原體——人類免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus type 1, HIV-1)是一種RNA反轉(zhuǎn)錄病毒，通過其包膜糖蛋白(envelope glycoprotein, Env)介導(dǎo)，侵入宿主細胞[2]。HIV-1表面的Env為gp120和gp41兩個亞單位非共價結(jié)合組成的異二聚體，兩者由其前體gp160經(jīng)宿主細胞的蛋白酶裂解產(chǎn)生[3]。HIV-1通過gp120識別細胞膜表面主要受體CD4和輔助受體CC趨化因子受體5﹝C-C chemokine receptor type 5，CCR5)或CXC趨化因子受體4(C-X-C chemokine receptor type 4，CXCR4﹞，并激活gp41發(fā)生變構(gòu)，引起病毒-細胞膜融合，從而進入細胞[4]。HIV-1 gp41通常由345個氨基酸殘基組成，分為3個主要結(jié)構(gòu)功能區(qū)域：膜外區(qū)(ectodomain)、跨膜區(qū)(membrane-spanning domain, MSD) 和膜內(nèi)區(qū)(endodomain)。每個區(qū)域內(nèi)含有多個結(jié)構(gòu)域(domain)或基序(motif)，參與不同的生物學(xué)功能。膜外區(qū)主要與膜融合功能有關(guān)；MSD通過疏水作用錨定在質(zhì)膜上；而膜內(nèi)區(qū)也稱為胞質(zhì)尾區(qū) (cytoplasmic tail, CT)，其功能往往呈現(xiàn)多樣化[5](圖1、表1)。因此，gp41除與gp120共同參與病毒構(gòu)成外，在HIV-1的復(fù)制與致病過程中也有獨特的重要作用。本文對其結(jié)構(gòu)與功能，尤其是膜內(nèi)區(qū)的研究進展進行簡要綜述。

1 膜外區(qū)的結(jié)構(gòu)與功能

gp41膜外區(qū)含有一些特殊的功能決定簇，直接參與病毒與宿主細胞融合，同時也是比較活躍的抗原表位區(qū)域。gp41膜外區(qū)氨基端的16個氨基酸(512～527殘基)為富含Gly的疏水性融合肽(fusion peptide, FP)，其在融合過程中的作用已被較好闡明，具有結(jié)構(gòu)多態(tài)性[6]。FP在二甲亞砜(dimethyl sulfoxide，DMSO )中為無序結(jié)構(gòu)，在含水緩沖液中形成聚集的α螺旋、β折疊及無序結(jié)構(gòu)的混合體[6]。將十二烷基磷酸膽堿(dodecylphosphocholine, DPC)微粒包埋的FP進行溶液核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)顯示，在感染過程中FP最有可能的構(gòu)象是α螺旋[7]。當(dāng)脂質(zhì)雙層中膽固醇濃度低時，α螺旋是FP的主要構(gòu)象，反之則部分轉(zhuǎn)換成β折疊[8]。非融合態(tài)的FP包藏在gp120/gp41復(fù)合體中，只有g(shù)p120與CD4結(jié)合后才會短暫暴露[9]。Gly是FP融合過程中構(gòu)象變化所必需的，促使FP帶動病毒蛋白傾斜插入，從而使膜失去穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致膜融合發(fā)生[10]。此外，F(xiàn)P下游的13個氨基酸(528～540殘基)稱為融合肽近側(cè)區(qū)(fusion peptide proximal region, FPPR)，其可溶性部分與gp41的近膜外部區(qū)(membrane proximal external region, MPER)的可溶性部分在HIV-1感染過程中相互作用，能釋放更多的自由能，從而增強Env三聚體的穩(wěn)定性[11]。

HIV-1 gp41具有典型的I型病毒膜融合蛋白特征，其膜外區(qū)有2個七肽重復(fù)序列(heptad repeat, HR)，位于氨基端稱NHR或HR1(541～580殘基)，位于羧基端稱CHR或HR2(628～664殘基)(圖1)。在膜融合過程中，NHR和CHR形成六螺旋束(six helix bundle, 6-HB)，3股NHR螺旋位于中心，3段CHR螺旋以反向平行的方式包繞自身NHR螺旋，形成桶狀結(jié)構(gòu)[12,13]。6-HB的形成使FP和MSD向同一脂質(zhì)雙層相互靠近，克服能量阻礙，激活Env復(fù)合體形成融合孔，導(dǎo)致細胞脂質(zhì)雙層的穩(wěn)定性破壞，從而與病毒包膜發(fā)生融合[13-15]。6-HB間的疏水作用是影響其穩(wěn)定性的主要因素，CHR結(jié)合在NHR形成的溝槽中[12]。溝槽含有由非常保守的疏水殘基構(gòu)成的深穴核心結(jié)構(gòu)，疏水殘基突變會破壞6-HB核心結(jié)構(gòu)的形成[16]。

*The residue numbering is based on HIV-1 HXB2 gp160.

圖1HIV-1gp41的結(jié)構(gòu)域

Fig.1DomainsandmotifsofHIV-1gp41

表1HIV-1gp41的主要結(jié)構(gòu)域及其功能

Tab.1FunctionsofthedomainsormotifsinHIV-1gp41

Domains or motifsLength and position*FunctionsReferencesEctodomainFP16 aa (512-527)Membrane fusionSensitive to antibody 4E108, 10, 11, 24FPPR13 aa (528-540)Membrane fusionEnv stability11NHR40 aa (541-580)Epitopes of antibodiesMembrane fusion12-14CHR37 aa (628-664)Epitopes of antibodiesMembrane fusion12-14MPER18 aa (665-682)Epitopes of neutral antibodiesViral infectivity22, 23, 25Membrane-spanning domain (MSD)23 aa (683-705)Env transportation in cellsMembrane fusion26-29, 33, 34EndodomainKennedy22 aa (731-752)Epitopes of neutral antibodies32, 40LLP-226 aa (770-795)Cell-cell fusionSensitive to antibody 4E10Cellular protein interaction24, 44, 45, 48, 56LLP-327 aa (789-815)Interaction with p115-RhoGEFLipid rafts44, 54LLP-129 aa (828-856)CalmodulinViral infectivityEnv assemblyIon permeability Lipid rafts43, 44, 54Y712XXL4 aa (712-715)Env endocytosisEnv assemblyViral polarizationVirus buddingViral infectivity38, 39, 57, 59Cys764,Cys8372 aa (764, 837)Membrane anchoringLipid raftsInfectivityVirus budding39, 41, 48, 49, 60-62Y802W8032 aa (802, 803)Env assemblyEnv transportation42, 49, 57LL855/8562 aa (855, 856)Env assemblyEnv endocytosisEnv intracellular locationViral infectivity38, 39, 42, 59

*The residue numbering is based on HIV-1 HXB2 gp160.

在Env的天然構(gòu)象中，NHR的溝槽并不暴露，只是在融合過程中短暫出現(xiàn)[17]。HIV gp41核心結(jié)構(gòu)中的“溝槽”和“深穴”是阻斷HIV與靶細胞融合的理想靶位，相關(guān)的融合抑制劑T-20已被美國食品藥品管理局批準(zhǔn)上市[16]。

gp41膜外區(qū)的MPER由最后18個氨基酸(665～682殘基)組成，高度保守、富含Trp殘基且不發(fā)生糖基化，是HIV-1感染宿主細胞所必需的[18]。用DPC微粒包裹19肽的MPER(KWASLWNWFNITNWLWYIK)，應(yīng)用NMR發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)α螺旋結(jié)構(gòu)，芳香族和極性氨基酸分布在螺旋軸四周，Tyr、Ser等氨基酸處在同一平面上[19]。MPER的一些疏水性氨基酸殘基如Trp666、Trp672、Phe673和Ile675，在HIV和猴免疫缺陷病毒(simian immunodeficiency virus, SIV)的分離株中都十分保守，Ala替換雖不影響細胞與細胞的融合，但會使病毒的感染性大大降低[20]。MPER的5個Trp殘基全部突變?yōu)锳la，會抑制融合孔擴大及合胞體形成[21]。MPER的衍生多肽能有效滲透到脂質(zhì)膜中，該區(qū)域可能參與病毒破壞脂質(zhì)膜的過程[22]。有學(xué)者認為MPER區(qū)能起彎曲gp41分子構(gòu)象的作用，在融合過程中拉近病毒膜與靶細胞膜的距離[22,23]。此外，MPER也可引起gp41聚集，促進融合孔形成過程中的低聚物形成，參與膜分配[5]。然而，MPER的作用機制目前還不十分清楚，也無合適模型解釋其介導(dǎo)的融合過程。MPER含有3種HIV-1單克隆抗體(2F5、Z13e1和4E10)識別的表位，是最具吸引力的疫苗靶位區(qū)，這些中和抗體也是研究MPER相關(guān)構(gòu)象轉(zhuǎn)變的有力工具[5,16]。4E10抗體表位特性會隨著gp41融合核心區(qū)域的結(jié)構(gòu)調(diào)整而發(fā)生顯著變化，如NHR上L568P突變能明顯改變MPER序列中4E10相關(guān)表位的抗原性和免疫原性[24]。另外，含有6-HB的MPER重組抗原，均能與6-HB及MPER的特異性抗體作用；而且在T569A和I675V突變同時發(fā)生時，能顯著提高MPER對2F5和4E10的敏感性[25]。

2 MSD的結(jié)構(gòu)與功能

HIV-1 gp41的MSD由23個氨基酸(683～705殘基)組成，特別是參與螺旋與螺旋間相互作用的基序GXXXG和位于疏水核心的Arg殘基在不同的HIV-1分離株中高度保守，其缺失或突變會抑制Env裝配膜融合及病毒的感染性[26,27]。與其他病毒如水皰性口炎病毒(vesicular stomatitis virus, VSV) 的膜蛋白不同，HIV-1 gp41的MSD還含有1個額外的Gly691(GGXXG)，該基序?qū)c突變表現(xiàn)較高的耐受性。G691L突變影響Env裝配至病毒顆粒，但改變基序中其他2個Gly的突變株與野生型相比，只會輕微降低融合活性和延遲復(fù)制周期[27]。研究發(fā)現(xiàn)，3個Gly殘基在gp41的MSD螺旋中成簇存在，且在其側(cè)鏈存在1個氫原子，推測成簇存在的3個Gly可能使GGXXG具有更大的靈活性以適應(yīng)點突變[27]。當(dāng)gp41 MSD用VSV G蛋白或血型糖蛋白A或流行性感冒病毒HA蛋白的MSD替換后，病毒的融合活性受到損害[28,29]。然而，重組病毒仍具有復(fù)制能力，且這種異源替換也能增強gp160的加工能力[28]。

目前還沒有得到gp41的MSD晶體結(jié)構(gòu)，最初的研究結(jié)果支持gp41中存在單一MSD[30]。最近有學(xué)者提出，gp41中至少存在3個MSD，并且在多個MSD模型中，膜內(nèi)區(qū)Kennedy序列以環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在于膜外[31,32]。在不發(fā)生膜融合的情況下，原核和真核2種表達系統(tǒng)均支持單一MSD拓撲學(xué)模型；發(fā)生膜融合時，真核表達系統(tǒng)更傾向于多個MSD模型[31]。Arg質(zhì)子化會打破MSD形成的三螺旋束的穩(wěn)定性，右手螺旋結(jié)構(gòu)中3個保守Arg形成鏈間氫鍵，而左手螺旋束中沒有，說明三螺旋束在病毒-細胞膜融合過程中促進gp41三聚體形成[33]。計算機模型、動力學(xué)和代謝動力學(xué)方法研究發(fā)現(xiàn)，在親水脂質(zhì)雙層膜中，MSD以傾斜的、穩(wěn)定的α螺旋構(gòu)象存在[34]。在水相，螺旋結(jié)構(gòu)中的Gly殘基形成扭曲，導(dǎo)致氨基端前幾個殘基螺旋解旋。與其他環(huán)境相比，脂質(zhì)環(huán)境中g(shù)p41的MSD三螺旋束具有更高的穩(wěn)定性[33]。

3 膜內(nèi)區(qū)的結(jié)構(gòu)與功能

HIV gp41的膜內(nèi)區(qū)比其他病毒的跨膜蛋白長，有151個氨基酸(706～856殘基)，含有多個不同的結(jié)構(gòu)域或基序，使膜內(nèi)區(qū)呈現(xiàn)功能多樣性。gp41膜內(nèi)區(qū)可促進Env穩(wěn)定結(jié)合于膜上并與細胞膜作用，降低脂質(zhì)雙層的穩(wěn)定性，改變膜的離子通透性；膜內(nèi)區(qū)也參與調(diào)控病毒的復(fù)制、顆粒裝配和致病過程；膜內(nèi)區(qū)具有誘導(dǎo)原核細胞及真核細胞的溶細胞效應(yīng)，介導(dǎo)細胞殺傷等功能[35,36]。HIV-1 gp41膜內(nèi)區(qū)典型結(jié)構(gòu)特征是含有3段對水和脂質(zhì)具有雙重親和性的ɑ螺旋，因其對細胞膜有溶解效應(yīng)，故稱慢病毒裂解肽(lentivirus lytic peptide, LLP)[37]。另外，一些特定的功能基序也存在于膜內(nèi)區(qū)，如與蛋白內(nèi)吞轉(zhuǎn)運信號有關(guān)的Tyr依賴基序Y712XXL和雙亮氨酸基序LL855/856[38,39]，可能暴露于細胞表面，能被抗體中和的Kennedy表位[40]，2個參與Env蛋白與脂筏 (lipid raft) 相互作用的、潛在的棕櫚酰化位點Cys764和Cys837[41]，以及1個尾連蛋白47(tail-interacting protein 47, TIP47) 作用位點Y802W803[42]。

3.1 gp41CT缺失與點突變對病毒生物學(xué)特性的影響

gp41 CT突變、缺失和截短不但降低病毒的復(fù)制、感染和致細胞病變能力，而且影響gp160的加工及Env的裝配和穩(wěn)定性，減緩Env的細胞表面內(nèi)化、病毒顆粒脫殼及與基質(zhì)蛋白(matrix protein, MA蛋白)的相互作用等[43-45]。一些CT點突變和截短突變會增加HIV-1膜融合能力及Env的表面表達和裝配，或改變Env膜外區(qū)的生物化學(xué)和免疫特性[35]。截去CT能增強Env的中和敏感性，對病毒的免疫逃逸有一定作用[46]；HIV或SIV的CT決定Env特異性裝配至病毒顆粒，CT的改變會影響gp120/gp41復(fù)合體的穩(wěn)定性[43]。體外實驗證實，gp41的CT缺失會影響病毒在細胞內(nèi)復(fù)制，且與病毒的細胞依賴類型有關(guān)[47]。HIV在外周血單核細胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)中復(fù)制需要完整的CT，如CT缺失突變株(HIV-Env-Tr712)復(fù)制性病毒傳播只發(fā)生在MT-4等一些細胞系(稱允許細胞)，而在大多數(shù)T細胞系如H9細胞和PBMC中不發(fā)生復(fù)制性病毒傳播(稱非允許細胞)[36]。另一方面，突變或截短的gp41 CT也能提高病毒膜融合效率，促進6-HB形成，增強Env對6-HB形成抑制多肽的抗性等[16]。gp41 CT的一些點突變會使病毒對一些單克隆抗體及多克隆抗體產(chǎn)生抗性[48]。在感染細胞中，gp41 CT通過與MA三聚體蛋白特異性的相互作用，促進Env到靶細胞 膜上裝配與出芽[49]。此外，兩性霉素B甲酯(amphotericin B methyl ester)通過抑制病毒進入和病毒顆粒產(chǎn)生而抑制HIV-1復(fù)制，但gp41 CT發(fā)生突變后產(chǎn)生新的蛋白酶分裂位點，導(dǎo)致HIV對其產(chǎn)生抗性[50]。

3.2 LLP

HIV gp41的LLP-1、LLP-2和LLP-3分別位于828～856殘基、770～795殘基和789～815殘基。這3段序列在不同HIV-1分離株中高度保守，通常親水性和疏水性氨基酸殘基分別位于這些α螺旋的兩面。LLP-3與LLP-1和LLP-2不同，其親水面無帶正電荷的氨基酸，而是1個亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)[51]。LLP-3中還含有1個富含芳香族氨基酸的區(qū)域，有4個Ser和2個Tyr[44]。LLP-1和LLP-2序列中一些Arg高度保守[52]。 通過光誘導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)，LLP-3可插入病毒膜中[51]；LLP-3也能與含有磷脂的人工膜相互作用，誘導(dǎo)脂質(zhì)體滲漏和聚集[44]。LLP-1與膜結(jié)合后插入膜內(nèi)，親水面朝內(nèi)，疏水面朝外，并與磷脂雙層結(jié)合，形成1個桶狀離子通道，稱病毒孔道蛋白(viroporin)。該離子通道使帶電離子通過，增加細胞膜的電導(dǎo)率，引起膜兩側(cè)離子再分布及細胞體積發(fā)生變化，最終導(dǎo)致細胞溶解，稱“氣球樣退化”(balloon degeneration)。“氣球樣退化”與LLP的一些特殊生物功能如廣譜抗菌作用及溶血作用有關(guān)[51]。此外，LLP-1與鈣調(diào)蛋白、LLP-3與p115-RhoGEF蛋白羧基端的調(diào)控域發(fā)生相互作用[53]。圓二色譜(circular dichroism)和傅里葉變換紅外光譜法(Fourier transform infrared spectroscopy)研究表明，LLP-1和LLP-2能使磷脂酰小囊泡釋放羧基生物素，使大單室脂質(zhì)體融合、破裂及引起磷脂混合，并可溶解細菌、真菌、紅細胞和各種培養(yǎng)的真核細胞[51]。

LLP-1中一些帶電荷氨基酸殘基的替換或缺失會影響Env在細胞表面表達，與Env的膜融合、顆粒包裝、穩(wěn)定性及多聚化等功能有關(guān)[54]。有些LLP-1突變株發(fā)生復(fù)制缺陷，其感染性降低85%，與gp41裝配至病毒顆粒減少有關(guān)[55]。LLP-2是Env免疫原性的關(guān)鍵決定簇，突變的LLP-2與野生型相比，其螺旋結(jié)構(gòu)降低60%[48]。另外，LLP-2發(fā)生點突變，使gp41胞外區(qū)和gp120構(gòu)象發(fā)生變化，導(dǎo)致Env胞外區(qū)與中和抗體的結(jié)合率降低，但不影響其CD4和輔助受體結(jié)合位點的暴露及病毒的感染性[48]。人工合成的LLP-1及LLP-2多肽，當(dāng)保守Arg突變?yōu)锳la時，蛋白復(fù)合受體潛能和膜結(jié)合能力都明顯下降，推測可能與Arg突變使LLP二級結(jié)構(gòu)由α螺旋變?yōu)闊o規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)有關(guān)[52]。

HIV或SIV中g(shù)p41 CT截短或突變可改變Env的融合性，但涉及的機制仍模糊不清，充滿爭議。通過細胞-細胞融合實驗和在CT不同位點引入終止密碼子，證實截去gp41近端至LLP-2這一區(qū)域會增加Env的融合效率，并使Env膜外區(qū)中CD4誘導(dǎo)的表位暴露。定量融合實驗發(fā)現(xiàn)這些截短使融合率增加2～4倍，推測原因在于LLP-2限制了Env的膜裂解能力[35]。Kalia 等研究表明，LLP-2中的一些定點突變抑制Env的細胞-細胞融合，對病毒復(fù)制沒有明顯影響[55]。該突變體的膜融合活性降低90%，在T細胞中誘導(dǎo)合胞體形成的能力也受損，但是這種突變與細胞表面Env的表達水平大幅度下降、病毒復(fù)制及Env裝配的缺陷關(guān)系不大[55]。關(guān)于這一現(xiàn)象的可能原因是膜融合過程中，位于膜內(nèi)部的LLP-2短暫暴露至膜外并與6-HB核心結(jié)合，從而調(diào)節(jié)膜融合。此外，LLP-2可被其抗體在融合放慢時捕獲，減慢了融合過程，延長了中間過渡態(tài)[56]。

3.3 與Env轉(zhuǎn)運和顆粒裝配相關(guān)的功能基序

膜內(nèi)區(qū)一些胞吞和轉(zhuǎn)導(dǎo)信號與HIV-1的Env蛋白在細胞膜積累、裝配以及病毒感染性密切相關(guān)[38,39,57-59]。這些信號通過細胞蛋白發(fā)揮作用，如Tyr依賴基序(Y712XXL)與細胞網(wǎng)格蛋白銜接蛋白2 (adaptor protein 2, AP-2) 發(fā)生相互作用[39,58,60,61]，而雙亮氨酸基序(LL855/856)與AP-1結(jié)合[62]。

不同細胞中HIV-1顆粒包裝的位置不同，如T細胞中包裝主要發(fā)生于質(zhì)膜，而巨噬細胞中發(fā)生于膜相關(guān)細胞器。穩(wěn)定狀態(tài)下，病毒感染后Env主要分布于核周圍的高爾基復(fù)合體反面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(trans-Golgi network, TGN)中[57]。病毒包裝前Env進行定向轉(zhuǎn)運，使Env在特定部位的濃度處于最適狀態(tài)；Y712XXL突變會影響病毒顆粒的裝配及其感染性，但兩者并不一致，且與細胞類型有關(guān)[38]。Y712S突變時，病毒顆粒的裝配增加2倍，同時感染性也更強；而Y712C突變時，裝配水平降低3/4，感染性卻增強[38]。不完整的Tyr依賴基序可使細胞表面Env表達量增加，但沒有持續(xù)觀察到這些突變株中Env的裝配增加[59]。Y712XXL信號也依賴gp120。Y712A突變中，gp120在MT4細胞中的裝配輕微降低，而在293T細胞中裝配水平?jīng)]有變化。Y712XXL缺失并不能完全阻斷Env的內(nèi)吞作用，只有同時將LL855/856刪除才能完全阻礙內(nèi)吞作用[59]。盡管如此，Y712XXL和LL855/856活性不具有疊加效應(yīng)。一些以CCR5為輔助受體的嗜巨噬細胞病毒，其Y712A突變并不明顯影響感染性或復(fù)制率[59]。LL855/856突變?yōu)锳la時，在HeLa細胞中Env顯示明顯的近核區(qū)域化，而在細胞質(zhì)的外圍則分散存在[38]。雙芳香氨基酸Y802W803與TIP47結(jié)合介導(dǎo)Env運輸，對有感染能力病毒的形成和Env裝配至病毒顆粒非常重要。如在HeLa細胞中，野生型Env分布在近核區(qū)域。若Y802W803發(fā)生突變，Env則分布在細胞質(zhì)的小囊泡中[42]。Y712XXL除作為內(nèi)吞信號外，還與HIV的極化出芽有關(guān)[63]。

3.4 膜內(nèi)區(qū)Cys殘基及其與脂筏的作用

HIV-1 gp41膜內(nèi)區(qū)有2個相當(dāng)保守的Cys殘基，分別位于LLP-2上游和LLP-1內(nèi)部(Cys764和Cys837)，參與Env的棕櫚酰化和脂筏形成，是病毒出芽、裝配所必需的[64]。如將Cys突變?yōu)锳la，會消除Env與脂筏的相互作用，并極大降低脂質(zhì)膜包裝，其感染性也只有野生株的40%[41]。然而，也有實驗顯示該棕櫚酰化對病毒復(fù)制影響并不明顯。如HIV分子克隆毒株pJRCSF的gp41膜內(nèi)區(qū)無Cys殘基，但仍有復(fù)制能力和感染性[65]。Cys764位置更靠近膜，其棕櫚酰化可能有助于該Env錨定到膜上。另有學(xué)者則認為，Cys837棕櫚酰化占主要作用[61]。此外，LLP-1本身也可能參與脂筏作用，并不一定與Cys有關(guān)。LLP-1截短后，Env在脂筏上的定位明顯減低。點突變或替換突變也表明，LLP-1的α螺旋結(jié)構(gòu)對Env與脂筏的相互作用疏水面比親水面更重要[49]。用Pro替換疏水面的殘基Val829、Val833和Ile843后，Env的脂筏作用極大削弱；替換親水面的殘基Val832、Ala839和Leu855時，對Env的脂筏作用影響相對較小[49]。

3.5 膜內(nèi)區(qū)與MA蛋白的相互作用

HIV通過Env CT與Gag的相互作用調(diào)控病毒裝配過程[66]。實驗證明，HIV-1 MA蛋白突變會阻斷Env包裝，而截短或缺失的CT逆轉(zhuǎn)這種包裝缺陷；同樣，因Env CT突變引起的裝配異常也可被MA蛋白突變修正[62]。另外，MA蛋白上的一些突變也會阻礙Env轉(zhuǎn)運至組裝位點，如MA蛋白的一些Ser殘基突變使MA蛋白的磷酸化降低，嚴重損害病毒與靶細胞的膜融合及其感染能力，病毒顆粒的gp120裝配降低，這些損害可通過膜內(nèi)區(qū)的缺失修復(fù)[64]。HIV-1和SIV的Env可指導(dǎo)Gag從極化上皮細胞底外側(cè)釋放，其膜內(nèi)區(qū)能與MA蛋白直接作用，由LLP-2堿基缺失導(dǎo)致的Env裝配缺陷通過MA蛋白中單個氨基酸的改變會發(fā)生逆轉(zhuǎn)[45]。Gag通過自身的加工及與Env 膜內(nèi)區(qū)末端的相互作用限制其融合活性，因而與未成熟病毒顆粒的感染性相關(guān)，而CT導(dǎo)致的Gag表達下調(diào)可能是調(diào)控病毒裝配和出芽過程中的一個重要步驟[43]。

Env整合到病毒顆粒中是通過LLP與Gag基質(zhì)區(qū)域相互作用發(fā)生的，然而在這一過程中究竟是LLP-1、LLP-2，還是LLP-3的作用，尚有待進一步研究[57]。Hourioux等構(gòu)建了CT區(qū)的一系列多肽，發(fā)現(xiàn)742～835多個多肽都能與Pr55Gag顆粒結(jié)合，并推測LLP-2及其鄰近區(qū)域在該過程中起主要作用[67]。Murakami的研究提供了一些MA蛋白與LLP-2相互作用的遺傳學(xué)證據(jù)[45]。Piller等對LLP-1區(qū)域進行突變、缺失、替換，發(fā)現(xiàn)大部分突變體都對Env的裝配有顯著影響[68]。Kalia等研究發(fā)現(xiàn)，LLP-1突變株的Env裝配能力顯著下降，而LLP-2突變株則具備完全的Env裝配能力[55]。存在于LLP-3中的雙芳香氨基酸Y802W803能將Env錨定到TGN，因此LLP-3在Env的裝配中也起重要作用[42,69]。

4 展望

HIV-1 gp41膜內(nèi)區(qū)對病毒的復(fù)制、裝配和致病過程起重要作用，但其功能發(fā)揮的確切機制仍不清楚。由于膜內(nèi)區(qū)在結(jié)構(gòu)和功能上不僅與gp41膜外區(qū)，還與gp120的結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)，因此對單個結(jié)構(gòu)域的作用很難明確界定[70]。首先，較長的gp41膜內(nèi)區(qū)經(jīng)常發(fā)生代償性變異，在功能上表現(xiàn)出靈活性。如Env與MA蛋白的相互作用調(diào)節(jié)HIV-1裝配和成熟過程，兩者存在明顯的誘導(dǎo)性突變傾向，提高病毒裝配能力。最近發(fā)現(xiàn)，這種Env膜內(nèi)區(qū)變異方式使HIV-2和SIV突變體獲得拮抗抑制病毒釋放的Tetherin(干擾素誘導(dǎo)的細胞膜蛋白)，從而恢復(fù)突變子的致病性[71]。其次，不同結(jié)構(gòu)域或基序相互作用，共同完成Env的膜融合等功能。如果gp41膜內(nèi)區(qū)尤其是Kennedy表位的拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能會導(dǎo)致MSD和膜內(nèi)區(qū)其他結(jié)構(gòu)域的相對位置和功能改變[31,32,56]。上述進展對了解HIV-1的感染、復(fù)制和致病機制，研發(fā)新的抗病毒藥物提供了一定理論基礎(chǔ)。

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