【摘要】 人巨细胞病毒（HCMV）包膜糖蛋白是病毒进入细胞及在细胞间传播的关键蛋白。近几年来，人们对糖蛋白基因多态性的研究及HCMV对感染细胞类型、组织的趋向性有了更加深入的了解。HCMV糖蛋白复合物主要有糖蛋白B（gB）三聚体、gM/gN二聚体、gH/gL /GO三聚体复合物、gH/gL/UL128/UL130/UL131五聚体复合物，最近又发现了一种新的gH/UL116二聚体。部分糖蛋白基因的多态性与疾病分布、临床表现及病情严重程度有一定相关性。不同病毒株包膜糖蛋白复合物的分布不同。本文将回顾相关研究进展及进一步了解HCMV入胞机制和细胞嗜性的调节。
【关键词】 人巨细胞病毒；入胞机制；三聚体复合物；五聚体复合物
【中图分类号】R446 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2019）19-0006-03
Advances in cytomegalovirus envelope glycoprotein complexes and glycoprotein gene polymorphisms
Chen Luyan, Li Wei, Tao Ran, Li Huamei, Shang Shiqiang(Correspondence author)
Laboratory, Children's Hospital Affiliated to Medical College of Zhejiang University, Hangzhou,Zhejiang 310051, China
【Abstract】 Human cytomegalovirus (HCMV) envelope glycoproteins are the key proteins for the virus to enter cells and spread between cells. In recent years, the study of glycoproteins gene polymorphisms and the tendency of HCMV to infect cell types and tissues have gained a deeper understanding.HCMV glycoprotein complex mainly consists of glycoprotein B (gB) trimer, gM/gN dimer, gH/gL/ GO trimer complex, gH/gL/ UL128/ UL130/ UL131 pentameric complex, and a new gH/UL116 dimer has been discovered recently.The polymorphisms of some glycoprotein genotypes were correlated with the disease distribution, clinical manifestations and severity. We reviewed these advances and further understand the cellular mechanisms of HCMV entry and the regulation of cytotropism.
【Key words】Human cytomegalovirus; Cell entry mechanism; Trimeric complex; Pentameric complex
HCMV表现出广泛的细胞嗜性，可感染多种组织和器官，导致脑、肝、肺、眼、耳、血液、肠道等各个器官损害。近几年来，越来越多的研究表明，部分糖蛋白基因多态性与HCMV疾病的分布、临床表现及严重程度有一定相关性。HCMV可以通过改变其gH/gL复合物的组成方式感染不同类型的细胞。本综述将对于HCMV糖蛋白复合物、基因多态性及细胞嗜性研究情况进行总结。
1.病毒包膜糖蛋白复合物和受体
HCMV的基因为线性双股DNA分子，长约240kb，由长单一序列（long unique sequence，UL）和短单一序列（short unique sequence，US）组成。整个基因组有208个开放阅读框（open reading frame，ORF），编码约178种多肽，分为衣壳蛋白、被膜蛋白和包膜糖蛋白。其中包膜糖蛋白是病毒最外层的双层脂质包膜的主要成分，在病毒进入细胞及细胞与细胞间扩散都起着重要作用。1990年，Chee,M.S.[1]首次发表了完整的HCMV基因组序列，在此之前，已经发现了三种由二硫键连接的病毒包膜糖蛋白复合物（glycoprotein complex，gC），这些复合物最初被命名为gC-I、gC-Ⅱ和gC-Ⅲ[2]，它们在HCMV进入细胞的过程中发挥了关键作用。病毒基因编码每个复合体的组成部分，如gB三聚体、gM/gN二聚体、gH/gL/gO三聚体复合物、gH/gL/ UL128/UL130/UL131五聚体复合物（pentamer complex，PC）、gH/UL116（新发现的具有UL116的gH复合物）。
1.1 gB三聚体
gB是由UL55编码，合成为160kD的前体，在高尔基体中裂解，产生116 kD和55 kD片段，这些片段之间仍然由二硫键相互连接。三个gB组成的三聚体复合物被命名为gC-I，是一种广泛存在于疱疹病毒科的保守糖蛋白，在病毒与细胞膜融合过程中起重要介导作用。目前已发现许多细胞表面蛋白可能是gB受体，包括表皮生长因子受体（EGFR），血小板源生长因子受体α（PDGFRα）和整合素。近年来，gB是疫苗开发最重要的抗原靶点，gB／MF59已结束二期临床试验[3]。
目前确定的gB基因型有4种，此外，在一个中国造血干细胞移植受者中发现了一个新的gB基因型并命名为gB5[4]。李梨平等研究发现[5]gB1型是导致婴幼儿肝脏、脑部疾病的主要基因型。易思思等[6]研究发现，婴儿肝病综合征患者中gB基因型主要以gB1型为主占56.9％；血小板减少症患者中gB基因型分布较均衡；而在神经性耳聋患者中gB4型占40.5％，其次为gB1型占24.3％，数据表明婴儿肝病综合征和神经性耳聋与HCMV的gB分型密切相关。
1.2 gM/gN二聚体
gM/gN由糖蛋白M（gM）和N（gN）通过二硫键组成异二聚体，又称为gC-Ⅱ。gM为N端糖基化的Ⅲ型跨膜糖蛋白（transmembrane，TM），分子量为48Kd，具有7个TM螺旋，gN为单通道型广泛O端糖基化的I型TM，分子量约为18kd。gM/gN复合物在宿主细胞附着过程中起关键作用，主要通过结合细胞表面肝素吸附到细胞上；gM/gN在病毒传播过程中也参与病毒粒子组装和二次包膜；gM/gN也是体液免疫应答的重要靶点[7]。
gM目前未发现基因多态性。而gN编码序列在HCMV株间差异显著，有gN1、gN2、gN3、gN4四个主要基因型，gN3、gN4各分2个和4个亚型，分别为gN3a、gN3b、gN4a、gN4b、gN4c和gN4d。Pignatelli S等[8]的研究显示，先天性HCMV感染gN基因分布与总体一致。gN1和gN3a是毒力最温和的基因型，以无症状感染为主；而gN4基因型则毒力较强，大多出现症状性感染，容易导致神经系统发育不良。Paradowska等[9]研究显示，gN3b，gN4b，gN4c在波兰人群中最为流行；gN4基因型与神经系统异常相关；且gN2与gN4 基因型早期容易出现严重HCMV感染相关临床表现，而gN1 和gN3b 基因型的致病性较弱。国内研究显示，gN3a基因型在中国造血干细胞移植（HSCT）接受者中最普遍，但gN基因分型与HSCT患者的临床特征无明显相关[10]。
1.3 gH/gL/GO三聚体复合物
gH/gL/gO是一种异三聚体复合物，又名gC-Ⅲ，gH（UL75）和gL（UL115）的异质二聚体与gO以二硫相连。gO是一种由UL74编码的N端糖基化多肽。所有的疱疹病毒均编码gH/gL复合物，gH/gL和gB一起构成了疱疹病毒膜融合的“核心”机制。gH是诱导机体产生免疫应答的主要靶点，因此也是亚单位疫苗研制的靶点之一。而gO只在β疱疹病毒中发现。gO参与病毒二次包膜并促进病毒颗粒释放，并且存在gH和gB抗体的情况下能显著促进病毒局部传播，有助于HCMV抵抗宿主体液免疫反应，gO缺失突变病毒不能感染成纤维细胞、内皮细胞和上皮细胞，是病毒颗粒无细胞传播所必需的[11]。
gH基因具有更高的保守性，仅分为gH1型（AD169株）和gH2型（TOWNE株）。Paradowska E等[12]研究发现，婴幼儿感染CMV gH1 基因型增加了感觉神经性耳聋风险。在移植患者中，gH基因型别与疾病严重程度有关。Ishibashi等[13]研究发现，在移植患者中，供受者gH 型别相匹配的肾脏移植患者的急性移植排斥反应、HCMV感染临床表现以及抗原血症水平均明显低于非匹配患者。先天性巨细胞病毒感染中有11%是通过母体巨细胞病毒再感染发生的，母体体液免疫不能预防先天性CMV感染另一gH亚型。
1.4 gH/gL/UL128/UL130/UL131五聚体复合物
gH/gL/UL128/UL130/UL131是第二个被发现的HCMV gH/gL复合物，现通常被称为“五聚体”。五聚体是由gH/gL异二聚体结合由UL128、UL130和UL131（也称为UL131A）组成的三聚体而成。UL128-UL131是白细胞、树突状细胞、上皮细胞和内皮细胞感染所必需的糖蛋白。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Martinez-Martin等[14]研究证明了神经纤毛蛋白2(Nrp2)为五聚体参与细胞融合过程中的受体，同时也发现了一些细胞因子可能作为辅助受体参与膜融合，如转化生长因子受体3型(TGFRⅢ)和神经调节素2型(NRG2)辅助结合gH/gL/gO，血栓调节素(THBD)、白细胞免疫球蛋白样受体亚家族B成员3(LILRB3)、免疫球蛋白-Fc受体(FCAR)和CD46辅助结合五聚物。不过，这些细胞因子辅助HCMV膜融合的生物学相关性还有待研究。
2.HCMV细胞嗜性
HCMV包膜糖蛋白复合物的分布比例决定了病毒的细胞嗜性，gH/gL/gO三聚体是HCMV进入所有细胞所必需，而五聚体是HCMV进入内皮细胞或上皮细胞所必需[15]。gL多肽链中144位的半胱氨酸(Cys144)与UL128-Cys162或gO-Cys351形成二硫键结合，形成五聚体或三聚体复合物。各病毒株间两种糖蛋白复合物所含比例不同，Tr、Tb40/E、Ad169和Ph病毒株所含的gH/gL/gO远远高于gH/gL/UL128-131，而Merlin株所含的大部分gH/gL/UL128-131。尽管感染细胞中存在大量未结合的gO，在病毒粒子装配过程中，gO和UL128-131蛋白在内质网(ER)中竞争与gH/gL结合，导致了不同病毒株间三聚体和五聚体比例存在差异。这表明，在与UL128-131竞争结合GH/GL时，Merlin株gO的竞争力低于其他gO亚型[16]。
由于不同病毒株间存在基因型别差异，糖蛋白基因多态性可能影响病毒包膜糖蛋白复合物分布。与gO1c型相比，gO4型表现出较强的上皮细胞嗜性，导致病毒在上皮细胞复制时释放量更高。在gO1c中突变保守区半胱氨酸时，未观察到病毒无细胞感染性的下降。在gO4中，保守区半胱氨酸突变却导致无细胞感染性的显著降低。可见，两种gO基因型在功能特性上的差异表现为上皮细胞感染能力的不同以及对严格保守的半胱氨酸残基突变的反应不同。
病毒因子参与调解糖蛋白复合物。最新研究报道，病毒因子UL148通过与内质网相关降解（ERAD）机制相互作用并减缓gO降解，促进gH/gL/gO三聚体表达，UL148缺失突变可减少gH/gL/gO三聚体表达并增强病毒在上皮细胞的复制[17]。US16是最近发现的影响HCMV病毒粒子中gH/gL复合物组成的另一个病毒因子，US16缺失突变病毒无法将五聚体结合到子代病毒粒子中，因此无法有效感染上皮细胞或内皮细胞[18]。
综上所述，HCMV糖蛋白复合物在病毒进入细胞及传播过程中起重要作用，其基因多态性可能导致病毒包膜糖蛋白复合物分布差异，从而影响病毒株的细胞嗜性。病毒感染不同的细胞、组织可出现临床表现差异，影响疾病的诊断、治疗和预后。然而HCMV对细胞嗜性的调节方式尚需进一步研究，尤其是不同基因亚型与细胞嗜性的关系及调节机制研究仍需进一步深入，为临床HCMV感染的检测、治疗、预后评估以及疫苗的研究提供帮助。
【参考文献】
[1] Chee MS,Bankier AT,Beck S,et al.Analysis of the protein-coding content of the sequence of human cytomegalovirus strain AD169[J].Curr Top Microbiol Immunol.1990;154:125-169.
[2] Gretch.DR,Kari.B,Rasmussen.L,et al.Identification and characterization of three distinct families of glycoprotein complexes in the envelopes of human cytomegalovirus[J].J Virol.1988;62(3):875-881.
[3] Griffiths. PD, Stanton.A,McCarrell.E,et al. Cytomegalovirus glycoprotein B vaccine with MF59 adjuvant in transplant recipients:a phase 2 randomised placebo controlled trial[J]. Lancet.2011;377(9773):1256-1263.
[4] Wu.X,Wang.Y,Xu.Y,et al.Cytomegalovirus glycoprotein B genotype in hematopoietic stem cell transplant patients from China[J].Biol Blood Marrow Transplant.2010;16(5):647-652.
[5]李梨平，覃亚斌，祝兴元，等.婴幼儿巨细胞病毒感染器官损害与基因型[J].中国感染控制杂志，2013;12(2):81-87.
[6]易思思，叶志纯，孙开胜，等.人巨细胞病毒糖蛋白B基因分型与婴幼儿感染致病的相关性研究[J].实用预防医学，2013;20(11):1301-1303.
[7] Pati.-SK,Novak.-Z,Purser.-M,et al.-Strain-specific neutralizing antibody responses against human cytomegalovirus envelope glycoprotein N[M]2012-2012.- 909-913 p.
[8] Pignatelli S,Dal Monte P, Rossini G,et al. Intrauterine cytomegalovirus infection and glycoprotein N (gN) genotypes[J].Journal of Clinical Virology. 2003;28(1):38-43.
[9] Paradowska E,Jablonska A,Studzinska M,et al. Distribution of cytomegalovirus gN variants and associated clinical sequelae in infants[J]. J Clin Virol. 2013;58(1):271-275.
[10] Xia.Cs,Zhang. Z.Analysis of human cytomegalovirus glycoprotein N genotypes in Chinese hematopoietic stem cell transplant recipients[J]. Arch Virol.2011;156(1):17-23.
[11] Zhou. M, Lanchy.J-M, Ryckman. BJ. Human Cytomegalovirus gH/gL/gO Promotes the Fusion Step of Entry into All Cell Types, whereas gH/gL/UL128-131 Broadens Virus Tropism through a Distinct Mechanism[J].J Virol.2015;89(17):8999-9009.
[12] Paradowska E,Jablonska A,Studzinska M,et al. Cytomegalovirus glycoprotein H genotype distribution and the relationship with hearing loss in children[J].J Med Virol. 2014;86(8):1421-1427.
[13] Ishibashi.K,Tokumoto.T,Tanabe.K,et al.Association of the outcome of renal transplantation with antibody response to cytomegalovirus strain-specific glycoprotein H epitopes[J].Clin Infect Dis.2007;45(1):60-67.
[14] Martinez-Martin.N,Marcandalli.J,Huang.CS,et al.An Unbiased Screen for Human Cytomegalovirus Identifies Neuropilin-2 as a Central Viral Receptor[J].Cell.2018;174(5):1158-1171.e1119.
[15] Zhou M,Lanchy JM,Ryckman BJ.Human Cytomegalovirus gH/gL/gO Promotes the Fusion Step of Entry into All Cell Types, whereas gH/gL/UL128-131 Broadens Virus Tropism through a Distinct Mechanism[J].J Virol.2015;89(17):8999-9009.
[16] Zhang L,Zhou M,Stanton R,et al.Expression Levels of Glycoprotein O (gO) Vary between Strains of Human Cytomegalovirus,Influencing the Assembly of gH/gL Complexes and Virion Infectivity[J].J Virol. 2018;92(15).
[17] Nguyen.CC,Siddiquey.MNA,Zhang.H,et al.Human Cytomegalovirus Tropism Modulator UL148 Interacts with SEL1L, a Cellular Factor That Governs Endoplasmic Reticulum-Associated Degradation of the Viral Envelope Glycoprotein gO[J].J Virol.2018;92(18).
[18] Luganini.A,Cavaletto.N,Raimondo.S,et al.Loss of the Human Cytomegalovirus US16 Protein Abrogates Virus Entry into Endothelial and Epithelial Cells by Reducing the Virion Content of the Pentamer[J].J Virol.2017;91(11).
论文作者:陈露燕,李伟,陶然,李华美,尚世强（通讯作者）
论文发表刊物:《医药前沿》2019年19期
论文发表时间:2019/8/19
标签：复合物论文; 病毒论文; 蛋白论文; 细胞论文; 包膜论文; 基因论文; 基因型论文; 《医药前沿》2019年19期论文;