HIV-1 Tat蛋白對血腦屏障的作用及其分子機制

鄭文慧 趙麗

250012濟南，山東大學公共衛生學院衛生微生物檢驗學系

HIV-1 Tat是HIV-1 tat基因編碼的重要調控蛋白，可參與病毒的轉錄與激活，促進病毒在細胞內的復制；同時Tat蛋白還可以借助被HIV-1感染的T細胞、巨噬細胞等多種細胞分泌、釋放到細胞外，借助自身的穿膜功能，到達機體多個部位。研究表明，大部分HIV-1感染者后期，尤其是發展成為艾滋病腦病和艾滋病腦炎的患者，BBB都有不同程度的結構損傷和功能減退。而且也有研究表明，甲基苯丙胺（Methamphetamine，METH）等化學物質能夠協同Tat蛋白損傷BBB。本文將圍繞近年來HIV-1 Tat蛋白對BBB的損傷作用及其機制的研究進展進行闡述。

1 Tat蛋白的結構及功能

Tat蛋白作為HIV-1的反式轉錄激活因子，由調控基因tat的兩個獨立外顯子編碼，第1-72位氨基酸是由第一外顯子編碼形成，具有完全的逆轉錄激活活性，而第二外顯子則編碼Tat蛋白的C末端區域，與轉錄活性無關。Tat蛋白可劃分為以下功能區［1-4］：①N末端激活區：該區與免疫抑制活性相關；②半胱氨酸富集區：該區有7個高度保守的半胱氨酸，與反式激活轉錄過程密切相關；③核心區：該區氨基酸高度保守，目前該區的功能尚不明確；④堿性氨基酸富集區：可以識別反式激活應答元件TAR，促進病毒基因組的轉錄，還在Tat蛋白的核定位、細胞外Tat蛋白進入旁觀者細胞（Bystander Cells）以及穿越BBB等過程中發揮重要作用；⑤谷氨酰胺富集區：該區序列變異率高，與免疫抑制有關；⑥C-末端區：該區控制Tat蛋白的穩定性［5］。

2 Tat蛋白對BBB的作用及其機制

BBB是由內皮細胞及其緊密連接、基膜、周細胞、星形膠質細胞、神經元、小神經膠質細胞等多種細胞和結構組成，形成一個調節中樞神經系統內環境的屏障，維持腦內各種離子、遞質等的動態平衡［6-7］。生理條件下，病原體和大親水分子無法通過BBB，只允許小疏水性分子通過，如，CO［8］。2這與構成BBB的細胞和結構密切相關，如腦微血管內皮細胞之間形成的緊密連接可以控制細胞旁路的物質轉運；周細胞參與血管形成以及血管完整性的調控；受到病原體刺激的小膠質細胞可以產生細胞因子并清除病原體。病理條件下，血液循環中的病原體可以通過直接感染腦血管內皮細胞、破壞內皮細胞緊密連接及“特洛伊木馬”等方式穿越BBB，損傷BBB。HIV-1感染細胞后，在細胞內增殖，合成病毒蛋白，包括Tat蛋白。Tat蛋白可以釋放到細胞外，存在于外周血；也可借助自身含有的跨膜結構域幫助其跨越 BBB［9］，進入腦脊液，所以在 HIV-1患者的腦脊液和血清中均能檢測到Tat蛋白［10］。Tat對BBB的作用方式主要有兩種：①通過損傷細胞器、上調促凋亡蛋白表達、參與炎癥反應和誘導氧化應激等途徑，損傷BBB相關細胞，調節緊密連接蛋白的表達，進而損傷BBB的結構與功能；②增加BBB相關細胞的遷移，如周細胞，降低其在內皮的覆蓋率，破壞BBB的完整性。

2.1 HIV-1 Tat蛋白對BBB相關細胞的作用及其機制

2.1.1 對人腦微血管內皮細胞（human brain microvascular endothelial cell，HBMEC）及緊密連接蛋白的作用及其機制：HIV-1 Tat蛋白可引起HBMEC中內質網應激反應和線粒體功能異常，引起HBMEC損傷。Tat蛋白可以上調促凋亡蛋白CHOP和Bax的表達，使得HBMEC凋亡［11］。Tat蛋白可使HBMEC之間緊密連接蛋白磷酸化，破壞連接復合物從而增強 HBMEC 通透性［12］。

緊密連接蛋白主要是由跨膜蛋白、胞質附著蛋白和細胞骨架蛋白3種組成。其中跨膜蛋白包括咬合蛋白（Occludin）、閉合蛋白（Claudin）和連接粘附分子（junctional adhesive molecule，JAM）；胞質附著蛋白包括閉合小環蛋白ZO-1、ZO-2和ZO-3［13］。Tat蛋白可以降低緊密連接蛋白的表達，從而破壞BBB的完整性，增加其通透性。Jiang等［14］的研究表明，Tat蛋白可降低ZO-1 mRNA水平及蛋白的表達，同時也使 β 淀粉樣蛋白（Amyloid-beta，Aβ）降解酶——腦內啡肽（neprilysin，NEP）的表達量降低，而Ras信號通路抑制劑法尼基硫代水楊酸（farnesylthiosalicylic acid，FTS）可使 Tat的上述作用減弱，從而在維持BBB完整性和降低Aβ積聚過程中發揮一定作用。Tat蛋白可降低occludin mRNA水平和蛋白的表達［15-16］，同時可誘導金屬蛋白酶-9（Metal Matrix Proteinase-9，MMP-9）的表達，損傷BBB 的的完整性［15］。

2.1.2 對周細胞的作用及其機制：中樞脈管系統的周細胞覆蓋率顯著高于外周血管，周細胞在調節毛細血管直徑、控制腦血流量和調控細胞外基質蛋白的分泌等過程中發揮重要作用［17］。神經遞質谷氨酸酯可以促進前列腺素E2和一氧化氮等的釋放調控周細胞，從而擴張毛細血管［18］。目前，Tat蛋白對周細胞的損傷作用及其機制研究較少，Niu Fang等研究表明，Tat蛋白可使人腦微血管周細胞和小鼠胚胎干細胞C3H／10T1／2的血小板衍生生長因子B亞基同源二聚體（platelet-derived growth factor subunit B homodimer，PDGF-BB）表達量增加，從而激活PDGF-BB／PDGFβ受體信號通路，使周細胞遷移增加［19］。周細胞在內皮覆蓋率的降低使BBB的完整性受到破壞［20］。

2.1.3 對星形膠質細胞的作用及其機制：星形膠質細胞可通過調控神經遞質和離子濃度、突觸間傳遞和免疫反應，保護神經元［21］，分泌的許多效應分子可維持、加強BBB的穩固性［7］。Tat蛋白可刺激星形膠質細胞生成促炎癥介質，參與炎癥反應，損傷星形膠質細胞，進而損傷BBB的結構與功能。組蛋白脫乙?；?6（histone deacetylase 6，HDAC6）參與HIV-1 Tat蛋白誘導活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生，是通過調節星形膠質細胞內Nox2型NADPH氧化酶的表達和活性來實現的［22］，而Nox2型NADPH氧化酶也參與HIV-1 Tat蛋白誘導ROS生成過程［23］，從而刺激星形膠質細胞產生促炎癥介質，包括細胞因子，趨化因子和粘附分子［22］。Tat蛋白可通過激活JAK／PI3K／Akt和p38 MAPK信號通路等途徑增加星形膠質細胞中CCL5的表達量，CCL5在峰濃度2～4 ng／ml范圍時會導致促炎癥反應［24］。Tat蛋白誘導星形膠質細胞表達IL-6和IL-8在mRNA和蛋白水平均呈現時間依賴性，激活各種轉錄因子如NF-κB和AP-1可促進Tat蛋白誘導星形膠質細胞表達 IL-6和 IL-8，參與許多炎癥反應［25］，進而損傷星形膠質細胞和BBB。

2.2 HIV-1 Tat蛋白與其他化學物質協同損傷BBB 甲基苯丙胺（Methamphetamine，METH）等化學物質可以通過氧化應激反應、調控緊密連接蛋白的表達與功能等途徑，協同HIV-1Tat蛋損傷BBB。近年來研究發現，METH等化學物質會對腦神經細胞產生毒性作用［26］，而且會增加HIV-1感染者出現HIV-1相關神經認知障礙（HIV-1 associated neurocognitive disorder，HAND）的風險。HIV-1感染者中也存在METH等化學物質的濫用。

METH和Tat蛋白通過降低抗氧化劑谷胱甘肽（glutathione，GSH）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GPx）在腦內的含量，協同誘導氧化應激［27］。METH也可激活HIV長末端重復序列（long terminal repeats，LTR），促進 Tat蛋白的表達［28］。 Patel等［29］發現，METH 和 Tat可影響跨細胞運輸，改變BBB的完整性，而不是通過影響細胞旁路復合物的流出改變BBB的完整性。Dalvi等［30］研究表明，HIV-1 Tat蛋白和可卡因可以通過激活Ras／Raf／ERK1／2信號通路使人肺血管內皮細胞氧化應激增加，細胞內ROS增加，從而破壞緊密連接蛋白，阻礙肺內皮正常功能和肺血管重建。Raborn等［31］的研究提出，HIV-1 Tat蛋白促進人U937細胞與細胞外基質（extracellular matrix，ECM）蛋白質的粘附，而大麻類可以激活2型大麻素受體（CB2R）后可以抑制這種粘附作用。因為粘附過程作為環境條件會引發一系列細胞內反應，包括細胞骨架重新定位、基因表達差異和細胞遷移增加。

3 小結及展望

HIV-1 Tat蛋白在病毒感染早期便會產生，并且可以通過調節信號通路、損傷BBB相關細胞以及調節緊密連接蛋白的表達等途徑損傷BBB的結構，進而影響BBB發揮正常功能。許多化學物質可通過誘導氧化應激、調節跨細胞運輸和激活信號通路等途徑協同Tat蛋白損傷BBB。目前，Tat蛋白損傷BBB以及其他化學物質協同損傷作用機制尚不清楚，其中Tat蛋白對周細胞的作用研究相對較少。因此，對Tat蛋白損傷BBB的機制進行全面、深入的研究對HAND的預防、治療以及控制具有重要意義。

利益沖突 無