国外医学病毒学分册1999年第6卷第3期

解放军三0二医院传染研究所基因治疗研究中心（北京100039）

成军综述 韩凤连审校

摘要根据蛋白质一级结构的性质和特点，将趋化因子分为CXD、CC、C和CX3C四类。MIP-1α、MIP-1β和RANTES等CC趋化因子具有抗HIV作用。HIV分别以CXCR4、CCR5作为第二受体感染T细胞与单核-巨细胞。CCR5基因突变有8种，以CCRD△32为主。CCR5基因突变导致对HIV感染的敏感性下降，由HIV感染向AIDS演进速度放慢以及AIDS患者生存期延长等。不同人群中CCR5基因突变率不同，对HIV感染流行强度与疾病状态有显著影响。

关健词：趋化因子 HIV 感染 基因突变

趋化因子（chemokine）是指对于炎性细胞具有趋化作用的一类小分子蛋白^[1]。根据其分子结构中4个位点上的半胱氨酸残基的分布以及附近氨基酸残基的结构分为CXC、CC、C和CX3C四种类型^[2]。趋化因子通过与靶细胞膜上相应的受体结合而发挥其生物学作用^[3]。近年来的研究表明，一些类型的趋化因子具有抗人免疫缺陷病毒（HIV）的作用^[4]，HIV感染需要要趋化因子的受体作为其辅助因子的基因突变则可以改变对HIV感染的易感性及感染结局^[6]。

1 趋化因子的抗HIV活性

CD⁺₈T淋巴细胞介导的细胞免疫应答是机体清除HIV感染细胞的重要机制。其作用方式包括靶细胞裂解与非裂解两种方式。前者是HLA限制性的细胞毒作用，后者则通过CD⁺₈T细胞分泌表达的可溶性因子实现对HIV复制和表达的抑制^[7]。但直到1995年才证实，这些可溶性因子是趋化因子RANTES、MIP-1α和MIP-1β^[8]。这些CC趋化因子在纳克每毫升的浓度下就能显著抑制HIV的复制过程。以上三种趋化因子特异性抗体混合物可以阻断CD⁺₈细胞上清中可溶性因子对HIV复制的抑制作用，但每一种抗体单独情况下则仅有部分阻断作用，提示这3种趋化因子都是抑制HIV复制的有效因子。

Oraverz等^[4]研究了CC趋化因子抑制单核细胞性HIV复制的机制。以RANTES作为CC趋化因子的代表，研究趋化因子对HIV的抑制作用究竟发生在HIV生活周期的哪一个环节。HIV感染高水平表达CD₂分子的PMI细胞，HIVp24抗原的表达水平在感染后第6天达到高峰，以100ng/ml的RANTES进行作用时，对嗜巨噬细胞性HIV的Bal毒株感染后p24抗原的表达水平具有显著的抑制作用，使其表达水平下降2~3个数量级。3周后，p24抗原的表达水平即渐渐升高，但从未达到未经RANTEWS抑制的细胞系，p24的表达水平。而重组人RANTES对嗜T细胞系HIV-MIV毒株却没有抑制作用。当从Bal病毒感染细胞在第15天撤除重组人PANTES时，则发生病毒复制的大暴发，提示RANTES只是降低HIV的复制，但并不能清除其中的HIV。以半定量多聚酶链反应（PCR）对HIV感染后4小时之内HIV、RNA进行定量检测，发现RNATES的作用导致感染细胞中HIV rNA的水平较对照组下降至少100倍，对于HIV感染或未感染的细胞，彻底清洗以去除未结合的RANTES，再以不同方式进行组合，并未发现这种RNATES的预处理能够减少细胞融合及合胞体的形成。从而认为RANTES的抗病毒作用是其受体细胞直接结合而实验的，而不是与HIV进行竞争性的结合。RANTES刺激靶细胞以后通过G-蛋白与蛋白激酶两条途径进行信号转导，但分别阻断这两条途径的信号转导，都不影响RANTES的抗HIV作用。因此，认为RANTES对HIV的抑制作用环节是与HIV竞争结合，HIV第二受体或使其表达水平下调，阻断HIV感染与细胞之间的融合。

2 趋化因子受体为HIV感染第二受体

HIV仅能感染CD⁺₄细胞，但却不能感染表达人CD₄分子的小鼠细胞，说明HIV细胞感染需要CD₄分子表达作为先决条件，但又不是充分条件。HIV感染除了CD₄分子作为第一受体外，是否还需要第二受体的存在，一直是HIV研究中领域中一个热点，还一度认为CD₂₆分子与HIV感染有关^[10]。Feng等^[11]根据HIV感染细胞之间能够发生融合，而且决定细胞间融合的蛋白质分子与HIV进入细胞过程有关的推测，巧妙的设计了克隆HIV第二受体的技术路线。以痘苗病毒表达载体转染小鼠成纤维细胞系NIH3T3，使其细胞表面上有CD₄的表达，细胞内有T7RNA聚合酶的表达，以T7启动子构建HIV感染易感性Hela细胞的cDNA文库，转染上述细胞系，使其中的部分细胞表达CD₄和可能的HIV第二受体。以HIV env的痘苗表达载体和含有T7启动子的β-半乳糖苷酶（β-gal）表达载体转染另一组NIH3T3细胞，使其细胞膜上有HIV包膜糖蛋白Env的表达细胞内有报道基因，但因为缺乏T7RNA聚合酶而不具备表达活性。当将两组细胞进行混合培养之后，所有表达Env的细胞都能与表达CD₄分子的细胞之间进行结合。但只有同时表达CD₄分子与HIV第二受体的细胞能与Env细胞结合并发生融合。如果两种细胞发生融合，来源于第二受体表达型的T7RNA聚合酶则可以启动来源于表达Env细胞的β-半乳糖苷酶的表达系统，从而在底物存在时出现显色反应。对出现颜色反应的细胞反复进行克隆化，并根据构建Hela细胞cDNA文库时所用表达载体的性质，克隆了能够诱导Env、CD₄分子表达型细胞之间发生融合的的蛋白质因子cDNA。因为这一基因的编码产物与细胞之间的融合有关。因而称为融合素（fusin），也就是CXC趋化因子受体CXCR4。这是关于HIV第二受体的第一个基因克隆。

CXCR4是嗜T细胞性HIV感染时的第二受体，以研究嗜T细胞性HIV第二受体相似的技术路线，发现嗜单核巨噬细胞性HIV第二受体即为CC趋化因子受体CCR5^[6]。虽然根据HIV能够感染的细胞类型，分别将其分为嗜T细胞性HIV和嗜单核-巨噬细胞性HIV，并分别利用CXCR4和CCR5作为其感染靶细胞的第二受体，但在HIV的实际研究工作中，还发现少数HIV毒株既能感染T淋巴细胞，又能感染单核巨噬细胞。因为这部分HIV毒株能够感染这两种类型的细胞群，因而称之为嗜双性HIV毒株。Doranz等^[12]对于这部分嗜双性HIV素株感染靶细胞时第二受体的结构性质，发现这部分HIV毒株不仅可以利用CXCR4作为其感染T细胞的第二受体，同时也能利用CCR5作为其感染单核巨噬细胞的第二受体。之所以如此，主要是因为这部分HIV毒株包膜蛋白Env的编码基因发生变异，使其获得与CXCR4以及CCR5都能结合的结构基础。而HIV env的编码基因在机体免疫选择的压力下，一直处于突变过程中以适应其生存环境。此外，也发现一部分HIV毒株，还可利用与CXCR4、CCR5结构相近的趋化因子受体CCR3、CCR2B等作为其感染靶细胞的第二受体。说明HIV嗜性也是相对的，而且HIV env基因的突变也是一个连续的过程。HIV能够利用不同的趋化因子的受体作为其感染靶细胞的第二受体，从而使HIV感染的靶细胞类型也随之发生改变，因而也能改变HIV感染以后的发病机制与结局。关于HIV感染靶细胞第二受体的研究，一方面有助于阐明HIV感染并进入靶细胞的机制，另一方面还有助于抗HIV治疗新途径的探索。关于RANTES、MIP-1α和MIP-2β三种CC趋化因了具有一定的抗HIV作用，就是一个重要的研究和发展方向。由于趋化因子的生物学功能是多种多样的，但不同的生物学功能与一特定结构位点有关。因而随着CC趋化因子结构与功能之间相互关系研究的不断深入与发展，还可利用基因突变与基因工程技术，开发出能够抗HIV感染，但不会导致机体其它的生理学功能发生紊乱的药物。

3 HIV第二受体的基因突变

HIV通过CD₄分子作为第一受体，以CXCR4、CCR5等作为第二受体实现其对靶细胞的感染，并导致HIV感染细胞之间发生融合，形成合胞体。这是HIV在体内进行扩散的主要形式，也是HIV感染导致机体CD⁺₄细胞绝对数下降的一个重要原因。但是，机体对HIV感染的易感性却不都是一样的，对于多次暴露于HIV性伴侣、静脉药瘾者以及输用HIV污染的血液制品的血友病患者等特殊人群的调查结果，都发现一少部分人虽然多次与HIV有接触机会，但HIV标志却能一直保持阴性。这一部分人群被称为高暴露、低感染人群。研究发现，高暴露低感染人群的CD⁺₈细胞对于HIV感染的靶细胞具有更强的杀伤作用，其血清中RANTES、MIP-1α和MIP-2β三种趋化因子的表达水平也显著高于 hIV未暴露者。这些都是HIV高暴露、低感染特殊人群形成的重要原因。因为HIV感染的形成，不仅取决于HIV性质本身，而且还取决于HIV感染敏感细胞膜上CD₄分子与趋化因子受体的性质与表达水平。因为对高暴露、低感染人群CD⁺₄细胞膜上CD₄分子表达水平与密度进行分析，未发现有显著的改变。因此完全有理由考虑到HIV感染相关第二受体的表达是否与高暴露、低感染特殊人群的形成有关。 dean等^[14]首先证实了CCR5的基因突变与高暴露、低感染人群的形成有关，紧随其后，Samson等^[13]与Liu^[15]等研究结果也证实了这一点。在高暴露、低感染人群中共鉴定出8种类型的CCR5基因突变。其中一种类型的基因突变是CCR5基因中有一段32bp的基因片段缺失，从而导致CCR5蛋白从氨基末端的185个氨基酸残基之后，产生框架移位，成为一种完全不具备CCR5正常功能的蛋白质分子。基至发现CCR5基因中单核苷酸突变，即能导致产生对HIV感染的抵抗力。除了CCR5基因32bp基因缺失突变（CCR5△32）之外，另外7种CCR5基因突变都极为罕见。但是，作为嗜T细胞HIV第二受体的CXCR4基因突变与HIV感染易感染性的<