單純皰疹病毒Ⅰ型感染的天然免疫反應及其逃逸機制

張晶晶，李琦涵

中國醫學科學院北京協和醫學院 醫學生物學研究所，云南省重大傳染病疫苗研發重點實驗室，云南昆明650118

單純皰疹病毒Ⅰ型（Herpes simplex virus typeⅠ，HSV-1）是一類線性雙鏈DNA病毒，已經與人類宿主共同進化了數百萬年。HSV-1進入機體后，可引發原發感染、潛伏感染和復發感染3種類型，原發感染可引起口腔唇部皰疹、皰疹性角膜炎和腦炎等疾病[1-3]，病毒可沿感染部位的神經末梢逆軸突方向入侵感覺神經組織，并在神經細胞中進行潛伏性感染[4]。

機體應對HSV感染的免疫應答由固有免疫系統和適應性免疫系統組成，宿主的抗病毒天然免疫反應是抵御病原體感染的第一道防線[5]，同時，CD8+T細胞在適應性免疫過程中也起至關重要的作用[6-8]。在抗病毒感染過程中，宿主細胞表面的模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）可以識別病原體相關分子模式（pathogenassociated molecular patterns，PAMPs）來啟動宿主的天然免疫應答[9]，參與其中的模式識別受體主要有 Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）、NOD樣受體（NOD-like receptors，NLRs）和視黃酸誘導基因Ⅰ樣受體（retinoic acid-inducible geneⅠ，RIG-Ⅰ-like receptors，RLRs）等，但在固有免疫應答過程中也有相應的蛋白及基因參與其中，如環狀GMP-AMP合成酶（cyclic GMP-AMP synthase，cGAS）和γ干擾素誘導蛋白16（interferon-gammainducible protein 16，IFI16）等[10-15]，同時也有許多細胞類型，如自然殺傷（natural killer，NK）細胞、樹突狀細胞（dendritic cells，DCs）、漿細胞樣樹突狀細胞（plasmacytoid dendritic cells，pDCs）和巨噬細胞等在機體的抗病毒感染過程中發揮重要作用[16]。但病毒針對機體的天然免疫反應也進化出不同的免疫逃逸策略，HSV-1復制過程中的基因產物在逃逸宿主的抗病毒天然免疫反應中起重大作用。因此，我們就HSV-1感染的天然免疫反應及病毒基因產物如何逃逸宿主的抗病毒免疫反應做簡要綜述，為今后HSV-1疫苗的研發提供理論依據。

1 模式識別受體介導的固有免疫反應

1.1 DNA識別受體介導的抗病毒天然免疫

胞內的DNA識別受體在宿主抗病毒感染過程中發揮重要作用。常見的胞內DNA識別受體如DNA依賴的干擾素調節因子激活物（DNA-dependent activator of IFN-regulatory factors，DAI）[17-19]、IFI16[20-22]、RNA解旋酶Ⅲ、DEAD盒解旋酶41（DEAD-box helicase 41，DDX41）[23-24]和 cGAS[21]等能夠在胞內特異性識別病毒DNA，然后激活宿主的天然免疫應答和誘導干擾素產生來清除病毒。HSV-1在感染神經膠質細胞時，其復制產生基因組DNA被DAI識別后進而激活下游效應分子，隨后激活NF-κB、干擾素調節因子（interferon regulatory factor，IRF）IRF3和IRF7等，同時胞質中的RNA聚合酶Ⅲ能將病毒DNA轉錄成雙鏈RNA并通過干擾素β啟動刺激因子1（IFN-β promoter stimulator 1，IPS-1）和STING激活轉錄因子，誘導產生Ⅰ型IFN，抑制HSV-1的復制[25]。IFI16可以結合HSV-1基因組DNA抑制病毒轉錄，同時增強PML-NBs（PML nuclearbodies）與基因組的結合，IFI16還可以通過凋亡相關蛋白ASC（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD）來介導炎癥反應[26-27]，發揮抗病毒的免疫應答[28]。研究表明，HSV-1感染后可以誘發線粒體應激，線粒體DNA釋放到細胞質中，被cGAS識別后催化ATP和 GTP形成 2'，3'-cGAMP，導致合成cGAMP的活化位點暴露[29]，可激活下游STING，依賴于STING-TBK1信號通路誘導干擾素產生[30-32]。DDX41是DExD-H解旋酶家族成員，在天然免疫中發揮重要作用，它能夠在樹突狀細胞胞漿中通過模式識別受體識別外源雙鏈DNA和結合STING蛋白，誘導轉錄因子NF-κB及IRF3活化，從而介導Ⅰ型IFN產生[33]。RNA聚合酶Ⅲ是一種由多個基因編碼的蛋白，能夠將病毒DNA轉錄成被RIG-Ⅰ識別的配體，然后激活RLR信號通路和編碼Ⅰ型干擾素基因的轉錄，誘導機體產生干擾素，引起免疫應答[34]。

1.2 TLRs介導的抗病毒天然免疫

細胞對于病原微生物的識別并介導特異性天然免疫反應在很大程度上依賴于一個蛋白受體家族TLRs，它能夠激活不同的信號通路，誘導促炎細胞因子和共刺激分子的產生。TLRs是比較保守的Ⅰ型跨膜蛋白家族[35]，它可以作為受體特異性識別病原[36]。TLRs的模式識別可以介導一些細胞信號通路，誘導產生IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α及IFNs等細胞因子，引起粒細胞、巨噬細胞的趨化聚集，引發炎癥反應，從而誘導機體產生抗病毒的天然免疫應答。目前已發現的TLRs至少有10個，在參與機體的抗HSV-1感染過程中發揮至關重要的作用，TLR2[37]、TLR3[38]、TLR4和TLR9參與宿主細胞對HSV-1的識別。研究表明，經鼻腔進行HSV-1感染缺乏TLR銜接子蛋白髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）的小鼠可致100%的死亡率，這表明通過TLRs進行的先天免疫在HSV-1感染過程中起重要作用[39-40]。HSV-1感染宿主細胞過程中，病毒表面的糖蛋白gH、gL和gB[39,41]可以和TLR2相互作用，激活NF-κB信號通路，誘導炎癥因子的表達。在HSV-1復制過程中，樹突狀細胞中的TLR3能夠識別病毒的雙鏈RNA，激活下游信號通路，誘導干擾素產生，發揮機體的抗病毒免疫應答；除TLR3外，TLR9也能夠識別雙鏈DNA，通過MyD88、白細胞介素1受體相關激酶（interleukin-1 receptor-associated kinase，IRAK）IRAK1和IRAK4形成復合物來誘導Ⅰ型干擾素產生，在缺失TLR9的情況下，感染HSV-1后神經系統的病毒載量或總生存率均沒有變化[42]，說明TLR9在抗病毒免疫應答中發揮重要作用[43-45]。

1.3 RLRs介導的抗病毒天然免疫

模式識別受體中的RIG-Ⅰ樣受體在病毒感染后激活天然免疫抗病毒過程中起重要作用，主要成員有RIG-Ⅰ和黑素瘤分化相關基因5（melanoma differentiation associated gene 5，MDA5）[46]。RIG-Ⅰ樣受體家族分布于細胞質中，主要識別細胞質中的病毒成分[47]。HSV-1入侵宿主細胞后,促進細胞5S rRNA假基因141（RNA5SP141）的轉錄產物從細胞核轉移至細胞質，被胞質中的RIG-Ⅰ識別，RIG-Ⅰ和MDA5就會通過其解旋酶結構域識別并結合這些病毒RNA。RIG-Ⅰ主要識別結合短鏈和5′-三磷酸RNA，而MDA5主要識別結合長鏈RNA[48-49]。RNA被識別后，信號傳遞到下游的線粒體抗病毒信號蛋白（mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS），RNA 和 MAVS N 端CARD相互作用，招募TANK結合激酶1和NF-κB抑制蛋白激酶ε，誘導NF-κB轉錄因子的活化，從而產生干擾素和炎癥因子。

2 固有免疫細胞的抗病毒免疫應答

機體抗病毒免疫過程中，除了宿主細胞表面的模式識別受體介導產生Ⅰ型IFN外，固有免疫細胞在抗病毒感染中也發揮作用。

2.1 自然殺傷細胞的抗病毒免疫應答

NK細胞作為先天免疫系統的一部分，在識別和最終快速清除感染病毒的細胞中發揮重要作用。NK細胞的激活不僅依賴于細胞因子的分泌或直接作用于靶細胞的細胞溶解[50]，還依賴于通過激活胚系編碼細胞和配體的抑制受體的整合信號。有研究表明，NK細胞的增殖和活化離不開 IL-2、IL-12、IL-15、IL-18 等細胞因子[51-53]。NK細胞在識別病毒感染靶細胞時，先和靶細胞建立一個免疫突觸，然后分泌穿孔蛋白和顆粒酶B，穿孔蛋白在靶細胞中形成一個孔道，允許顆粒酶B釋放，然后激活多個凋亡通路，最后集中在Caspase-3上導致靶細胞的凋亡[54]，顆粒酶B的作用在腺病毒的研究過程中已經得到證實[55]。IL-18在NK細胞的快速激活中起關鍵作用，從而控制鼻內感染HSV-1后肺部的早期復制[52]，同時研究表明，NK細胞能夠保護C57BL/6小鼠不受HSV-1的感染，NK細胞和T細胞缺陷小鼠感染HSV-1后出現死亡，而僅T細胞缺陷的小鼠則沒有[56-57]，同時NK細胞缺乏的患者可能會導致嚴重的甚至致命的HSV-1感染[58-59]。研究表明HSV-1編碼的糖蛋白，如gB、gC、gD和gH/gL可以激活NK細胞介導的細胞抗病毒免疫[60]，因此NK細胞在抗HSV-1感染過程中發揮第一道防線作用。

2.2 樹突狀細胞的抗病毒免疫應答

DCs是目前發現的功能最強大的抗原呈遞細胞，能夠顯著刺激初始T細胞的增殖，在免疫系統中發揮重要作用。DCs對HSV的識別促進了不同類型抗病毒細胞因子的分泌以及IFN-α/β的釋放，從而產生了有效的抗病毒作用，如早期阻斷HSV基因表達從而阻斷病毒從感染細胞中釋放。病毒感染樹突狀細胞后會通過下調細胞FLICE樣抑制蛋白[61]進行凋亡或被成熟的樹突狀細胞吞噬，在成熟的樹突狀細胞中被處理并呈現給適應性免疫細胞[62]。研究表明DCs可以直接或間接分泌炎性細胞因子來激活NK細胞[63-64]，感染沒有DCs的小鼠發現體內激活NK細胞的水平顯著降低并在感染后數天死亡[65]。其中，pDC是一群來源于淋巴樣干細胞的DCs亞型，主要功能是通過TLR7和TLR9活化并快速釋放大量IFN-α/β參與抗病毒免疫應答。有研究證明野生型HSV-1誘導pDC表面受體參與細胞的趨化、成熟、遷移、細胞毒性等[57]，提示pDC在HSV-1感染中具有很強的抗病毒活性[66]，一些研究團隊證明了pDCs在HSV黏膜感染中起作用，pDC可以通過TLR9識別HSV-1和HSV-2[67-68]，并且在小鼠模型和人類中均會因HSV-1感染而產生大量IFN-α[69]。研究表明pDC的缺失似乎并不影響局部HSV-1感染的抗病毒反應，反而在系統性感染HSV-1后，對Ⅰ型IFN的產生、NK細胞的激活和CD8+T細胞的反應起重要作用[70]。因此，有關DCs的抗病毒免疫機制以及不同亞群的DCs在抗病毒過程中的先天免疫有待進一步研究。

2.3 其他類型細胞的抗病毒免疫應答

巨噬細胞具有多種免疫功能，包括吞噬細胞功能、腫瘤細胞毒性、細胞因子的分泌和抗原的表達等，在HSV-1感染機體時，巨噬細胞在感染的最初幾小時內就具有了抗皰疹作用[71]。巨噬細胞是在三叉神經節中通過誘導型一氧化氮合酶（iNOS）以及激活TLR2和TLR9來對HSV-1感染起到控制作用[72]。除了巨噬細胞之外，肥大細胞在抗HSV-1感染中也起重要作用。肥大細胞主要駐留在和眼睛相關的淋巴組織中，如淚腺、結膜等，肥大細胞缺乏的小鼠對HSV-1感染更敏感，表現出更大的角膜水腫[73]，因此，肥大細胞可看作是角膜HSV-1感染的先天哨兵，參與眼部HSV-1感染的先天免疫應答。

3 HSV-1的免疫逃逸

HSV-1同人類宿主共同進化了約600萬年，人類和HSV已經成功地建立了平衡，在這種平衡下，病毒可以潛在感染并在宿主生物的整個生命周期中持續存在。在HSV感染后，機體的天然免疫機制被激活，相應地，HSV便進化出了抵抗機體免疫應答的反應機制。

糖蛋白C通過與硫酸肝素或硫酸軟骨素結合，介導病毒粒子與細胞的黏附。糖蛋白C有2個參與調節補體激活的域，一個域與C3結合，另一個域用于阻斷C5和裂解素與C3的結合，從而阻斷經典補體途徑和替代補體途徑[74-75]。糖蛋白E和糖蛋白G在促進HSV-1胞間傳播中也發揮了不同的作用。這些糖蛋白與IgG的Fc區結合，阻斷HSV-1被抗體中和及抗體依賴細胞毒性和吞噬作用[76-77]。另外，HSV-1感染后期表達的一種蛋白激酶US3能使KIF3磷酸化并下調CD1d的表達，從而抑制NK細胞的功能[78]；UL41的晚期編碼產物病毒粒子宿主關閉蛋白（Vhs）促進參與抗病毒免疫的基礎細胞蛋白的丟失，如TNF受體1[79]和IFI16[80]。皮層蛋白 UL46、UL36、UL24 和 VP22 在HSV-1拮抗宿主抗病毒免疫應答中起重要作用。UL46可能通過干擾STING的功能來逃逸宿主抗病毒免疫應答[23]；VP22主要通過cGAS的酶活性，從而阻礙DNA受體識別信號通路來抑制IFN-β的產生[81]；UL36泛素特異蛋白酶通過特異性靶向結合Ⅰ型干擾素受體亞單位IFNAR2，干擾JAK1和IFNAR2的結合，從而拮抗Ⅰ型干擾素介導的抗病毒天然免疫信號通路[82]；UL24通過抑制NF-κB的激活來破壞DNA感應信號通路[83]；病毒蛋白VP16能和IRF3結合并阻斷CBP（CREB binding protein）共激活因子的募集，從而阻斷IRF3信號通路[84]。

4 結語

綜上所述，HSV的免疫應答涉及識別病毒成分并靶向和裂解病毒感染細胞的多種機制。HSV-1同人類進化了數百萬年，人類與HSV-1也成功建立了平衡，抗病毒感染過程中機體的免疫應答也促使HSV-1進化出了相應的免疫逃逸機制。因此，了解HSV-1的發病機制、機體的抗病免疫機制及免疫逃逸機制，將為今后疫苗的研發及防治提供理論依據。