豬繁殖與呼吸綜合征病毒結構蛋白功能研究進展

袁盛林，湯德元，楊志剛，韓超逸，宴仁潭，陳閶崢，羅柳，陳旭，廖正波

（貴州大學動物科學學院， 貴州 貴陽 550025）

豬繁殖與呼吸綜合征病毒屬于動脈炎病毒科動脈炎病毒屬， 是一種有囊膜的單股正鏈RNA 病毒，是豬繁殖與呼吸綜合征(PRRS)的病原。 PRRSV 可分為I 型(PRRSV I 型) 和II 型(PRRSV II 型)。引起主要的臨床癥狀是妊娠母豬的流產，死胎和木乃伊胎，常伴厭食、發熱等癥狀。 目前為止，本病幾乎存在于所有的豬群，嚴重影響了我國養豬業的健康發展。

1 PRRSV 基因組結構

PRRSV 基因組編碼11 個開放閱讀框(ORF)。 PRRSV 有8 種結構蛋白，分別是GP2a、GP3、GP4、GP5、膜(M)蛋 白、包 膜(E)蛋 白 和ORF5a 蛋白。 各種蛋白之間的免疫原性各有不同，根據Hung Q.Luong 等最新研究表明GP3、M和N 的免疫原性水平最高；GP2a、E、GP4 和GP5的中間體；ORF5a 蛋白最低。

2 PRRSV 結構蛋白功能

2.1 GP2a 蛋白

GP2a 和GP4 是病毒關鍵附著蛋白，通過與CD163 相互作用介導病毒進入易感宿主細胞，因為CD163 能夠介導PRRSV 非許可細胞系的感染，Marc-145 細胞的PRRSV 感染可以用針對CD163 的抗體以劑量依賴性方式阻斷。 且PRRSV GP2a 和GP4 可以誘導針對PRRSV 的中和抗體。 可將其選擇作為新PRRSV 疫苗的候選抗原。 GP2a 對產生感染性子代至關重要。 研究表明，II 型PRRSV GP2a 中氨基酸位置41–55 和121–135 的區域是B 細胞表位，這兩個表位都是保守的， 且兩個表位的抗體均可減少病毒在豬肺泡巨噬細胞中的增殖，表明GP2a 是可以誘導針對PRRSV 的中和抗體。

2.2 GP3、GP4 蛋白

糖蛋白3 (GP3) 是一種高度糖基化的膜蛋白，是豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)的保護性抗原和次要結構蛋白， 在病毒組裝和感染中起著至關重要的作用。 Ding 等研究發現GP3 通過轉錄因子SP1 的泛素化能下調CLDN4 以促進病毒進入， 并發現GP3 在調節基因轉錄中的新功能， 感染豬的GP3 抗體也在清除病毒感染中發揮作用。GP3 和GP4 的重疊區域是高變的，在PRRSV I 型中，PRRSV GP3 3′端的缺失通常會導致GP3 和GP4 的長度變化，并且在PRRSV I 型分離株中普遍發現缺失。

GP4 是一種次要的高度糖基化結構蛋白，分別由I 型和II 型PRRSV 中的187 和183 個氨基酸組成。 Zhou 等對來自不同親本病毒的GP4 或M 基因進行DNA 改組，這對未來開發針對PRRSV 的廣泛保護性疫苗具有重要意義。 此外， 使用大腸桿菌制備和純化系統重組的GP4蛋白能有效的識別PRRSV 陽性血清，噬菌體對PRRSV 具有很強的特異性， 也可用特定噬菌體可以將PRRSV 與其他病毒區分開來。

2.3 GP5 蛋白、M 蛋白

GP5 和M 是PRRSV 的主要膜蛋白，是病毒出芽的驅動力和抗體的靶標。 在序列保守性方面，PRRSV 中GP5 是變異程度最大的蛋白，尤其是其N 端胞外域， 所以GP5 經常用于病毒的進化研究。 GP5 形成包括半胱氨酸50 的二硫鍵連接的復合物與非糖基化的M 蛋白，這種GP5/M 復合物與病毒組裝， 出芽以及病毒顆粒與細胞附著因子的結合有關。 M 蛋白還可能影響針對GP5 抗體的反應性逃逸突變體，由于M 的外域中一個氨基酸的缺失， 該突變體對廣泛中和的抗體產生了抗性。 作為病毒的主要糖基化結構蛋白，GP5 蛋白具有較好的免疫原性， 可誘導體內形成中和能力高于GP4 誘導的抗體，且GP5 和M 蛋白可以聚合形成二聚體。

M 蛋白可與GP5 形成異源二聚體， 這對蛋白質轉運和子代病毒體組裝、流出至關重要。 其免疫原性很強而且也比較保守， 病毒出芽發生在胞吐途徑的膜上且需要GP5/M。 研究表明，無論蛋白質是單獨表達還是在PRRSV 感染的細胞中表達，PRRSV I 型和II 型毒株的GP5 和M均在半胱氨酸處棕櫚酰化。 在M 或GP5 中缺乏一或兩個酰化位點的病毒可被拯救，但其滴度會顯著降低， 但缺乏酰化位點的GP5 和M 會形成二聚體。 Hicks JA 等證實Snap 膜融合網絡的輔助蛋白能與GP5 和M 特異性相互作用導致PRRSV 復制減少。

2.4 包膜蛋白E

E 蛋白是病毒粒子的次要結構成分。PRRSV的E 蛋白長度為70～73 個氨基酸， 具有單一的跨膜螺旋結構和離子通道活性。病毒顆粒形成不需要E 蛋白，但E 缺失的PRRSV 病毒不具有傳染性。 Zhang 等使用免疫沉淀耦合質譜法，確定了微管蛋白-α 是E 的相互作用蛋白。此外，還證明了E 蛋白的25 個殘基C 端內域對于其和微管蛋白-α 的相互作用至關重要， 培養細胞中E蛋白的過度表達導致微管解聚。E 蛋白具有額外的生物學功能，可與負責誘導細胞凋亡的宿主線粒體蛋白之間的相互作用，在PRRSV 復制的晚期時間點表達， 感染的晚期促進微管網絡的降解。 E 蛋白也能與線粒體蛋白ATP5A、抑制素和ADP/ATP 轉位酶相互作用， 并通過抑制ATP 生成誘導細胞凋亡。

2.5 衣殼蛋白N

N 蛋白是一種重要的多磷酸化蛋白。可以調節PRRSV 在Marc-145 細胞中的生長能力。N 蛋白是PRRSV 中含量最高的蛋白， 與病毒RNA作用形成核衣殼并參與病毒體組裝。N 蛋白也可調節宿主免疫反應，它至少包含兩個磷酸化修飾位點，N 蛋白的磷酸化會降低病毒生長并影響病毒毒力。

2.6 ORF5a 蛋白

GP5a 也稱為ORF5a 蛋白，是一種新型結構蛋白。 研究表明，ORF5a 蛋白對病毒活力和感染力密切關聯，但是目前關于PRRSV ORF5a 基因遺傳變異的信息相當有限。