贵州畜牧兽医 2024 年 第 48 卷 第 4 期内容详述
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贵州畜牧兽医 2024 年 第 48 卷 第 4 期思维导图模板大纲
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鸭瘟病毒的分子生物学研究进展
王 艳1 , 吴 鹏1 , 杨芸芸1 , 周碧君1,2,3 , 杨 颖1,2,3 , 文 明1,2,3∗
(1. 贵州大学动物科学学院,贵州 贵阳 550025;2. 贵州大学动物疫病研究所,贵州 贵阳 550025; 3. 贵州省动物生物制品工程技术研究中心,贵州 贵阳 550025)
摘要: 文章介绍了鸭瘟病毒的基因功能、蛋白功能、致病机制、免疫机制方面的研究进展情况,并提出相关研究存在的不足和需要加强研究的方向,为更加深入了解该病毒,从而开发新的治疗方法和策略提供参考。
关键词: 鸭瘟病毒;基因组;致病机制;免疫机制
中图分类号:S852.65:Q7 文献标识码:A 文章编号:1007-1474(2024)04-0063-05
鸭瘟病毒( Duck plague virus,DPV) 又名鸭肠炎病毒( Duck enteritis virus,DEV) ,属于疱疹病毒科、α 疱疹病毒亚科、马立克病毒属。 成熟病毒粒子呈球形,大小为 150 ~ 300 nm,结构由外向内分别为囊膜、皮层、衣壳、核芯。 核芯由双股线状 DNA 与蛋白质组成,衣壳由 162 个壳微粒组成,呈放射状排列,从而形成具有中空轴孔样的二十面体对称结构。 核芯和衣壳构成核衣壳,大小为 100 ~ 150 nm,皮层为深
收稿日期:2024-01-18
资金项目:“ NF-kB 信号通路调控鸭肠炎病毒增殖过程的分子机制研究” 国家自然科学基金项目(31560703)
作者简介:王艳( 2001—) , 女, 硕士, 助理兽医师, 主要从事动物疫病防控工作和兽医微生物研究。 E-mail:2781647859
@ qq.com
∗通信作者:文明( 1969—) , 男, 博士, 教授, 主要从事水产动物疫病研究工作。 E-mail:as.mwen@ gzu.edu.cn
电子密度层,包裹核衣壳位于细胞质内。 囊膜位于病毒粒子的最外层,是病毒的抗原表位,可识别宿主的细胞膜受体,并参与病毒入侵宿主的过程,还可诱导细胞融合以及宿主的先天免疫[1] 。
2 基因组结构与功能
DPV 于 1923 年首次被发现, 目前已知其完整的基因组序列,不同地区的分离株有 VAC 株、2085 欧洲株、CSC 株、CHV 株、ZJ 株[2] 。 我国分离的 DPV 强毒株基因组全长为 162 175 bp,包含 78 个开放阅读框( ORF) ,分为长独特区( UL) 和短独特区( US) ,
UL 和 US 之间存在内部反向重复序列( IRS) ,US 的
3’ 端存在末端反向序列( TRS) ,结构顺序为 5’ -UL
-IRS-US-TRS - 3’ ,其中 65 个 ORF 位于 UL 区,11个 ORF 位于 US 区,其他 2 个 ORF 分别位于 IRS、
TRS 区[3] 。 CHV 株的 67 个 ORF 与 α -疱疹病毒亚
科同源,5 个 ORF 与禽疱疹病毒同源,1 个 ORF 与猕
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猴疱疹病毒- 8 同源,3 个 ORF 无同源性[4] 。 78 个
ORF 编 码 蛋 白 中 已 明 确 基 因 功 能 的 仅 LORF3、LORF4。 LORF3 基因是病毒复制非必需基因,不影响病毒的吸附、侵入、复制与释放,但影响在病毒间的传播效率,是病毒的毒力基因[5] 。 LORF4 是病毒增殖的非必需基因,可能与病毒毒力有关,通常作为基因缺失疫苗候选株[6] 。
2.1 结构蛋白及其功能
结构蛋白是指构成细胞和生物体结构的蛋白质。 DPV 结构蛋白包括囊膜蛋白、皮层蛋白、衣壳蛋白。 DPV 囊膜蛋白具有吸附、侵入宿主细胞、融合细胞以及在宿主细胞间传播的特性,也可携带抗原决定簇引起或诱导机体的免疫应答过程,甚至引起不同程度的病理损伤。 DPV 囊膜糖蛋白包括 gB、gC、gD、gE、gH、gI、gG、gK、gL、gM、gN、gJ 12 个,非囊膜糖蛋白包括 UL20、UL43、UL45、US 等 94 个,皮层蛋白 包 括 UL7、 UL11、 UL13、 UL14、 UL16、 UL17、
UL21、UL23、UL36、UL37、UL41、UL46、UL48、UL49、
UL50、UL51、UL55、US2、US3、US10、US11、ICP34. 5、
ICP0、ICP4,衣壳蛋白包括 UL6、UL18、UL19、UL26、
UL26.5、UL35、UL38[ 7] 。 gC 蛋白的优势表位为第 73
~ 88 位氨基酸,gC、gE 均非病毒复制必需蛋白,但与毒力和病毒的释放有关。 gE 蛋白的胞外域对毒力的影响较大,其缺失可刺激鸭产生中和抗体,gE 通过衣壳到细胞质囊泡中,最终在病毒包膜内发挥基本功能,gE 胞内结构域可影响 UL11 蛋白渗入病毒颗粒[8] 。 gI 和 gL 是病毒的毒力蛋白, gI 在病毒细胞间扩散和病毒最终包膜过程中起着重要作用。gN(288 bp) 具有特异性,可区别 DPV 和其他疱疹病毒[9] 。 目前对于皮层蛋白和衣壳蛋白功能的研究较少,UL6 和 UL7 蛋白高度保守,UL17 与 UL25 蛋白之间存在共定位现象,具有相互作用,且 UL25M 突变株不能作为疫苗候选株[10] 。 UL21 是 1 种晚期基因蛋白, 可与 UL16 相互作用影响病毒复制过程[11] 。 UL41 蛋白为宿主关闭蛋白, 可特异性抑制RNA 聚合酶Ⅱ的转录过程;编码 UL41 的基因可在整个病毒感染期被检测到,提示 UL41 对于病毒感染有一定调节作用, UL41 可抑制外源 DNA 以及
DNA 病毒诱导的 IFN -Β 和 ISG 表达[12] ,进而逃逸
宿主的天然免疫。 UL47 定位于细胞核的晚期结构蛋白,可通过与 STAT 蛋白相互作用抑制 IFN -Β 信
号传导。 US10 蛋白参与病毒粒子的胞间横向传递过程,是非病毒毒力相关蛋白[13] 。
2.2 非结构蛋白及其功能
非结构蛋白是指由病毒基因编码、在病毒复制时产生、具有一定功能但不结合于病毒中的蛋白质, 通常是与代谢有关的功能蛋白[14] 。 UL54、UL53、UL47、UL29、UL31、UL46 为 DPV 的非结构蛋白,但具体功能尚不明确;UL41、US3、UL28 等多种病毒蛋白可以显著抑制宿主 DNA 受体信号通路[15] 。 UL15 蛋白对病毒复制的影响是由于病毒基因组剪切异常所致[16] 。 UL13 是病毒粒子进入细胞后的早期蛋白,对病毒的复制产生影响[17] 。 UL14 调节病毒粒子形态,影响病毒复制;UL25 促进疱疹病毒衣壳的机械成熟;UL54 是可在胞质胞核间穿梭的早期蛋白,可能在转录 mRNA 输出和翻译过程中调节病毒基因的表达;UL41、US3、UL28 可抑制宿主受体信号通路的传递;UL49.5 可促进 UL10 的 N-连接糖基化及表达[ 18,19] 。
3 致病机制
3.1 病毒感染诱导细胞自噬、内质网应激及细胞凋亡
细胞自噬是指降解受损的蛋白质和细胞器,以维持体内细胞平衡的过程,对细胞的生长、分化、生存和自我平衡有重要意义[20] 。 病毒和细胞自噬之间的协同进化和适应使病毒具有多种策略抵消细胞 自噬途径的抗病毒功能[21] 。 细胞自噬分为异种自噬和同种自噬,异种自噬是通过将细胞内病原体靶向溶酶体进行降解。 DPV 感染可以诱导 DEF 细胞自噬,从而促进 DPV 复制[22] 。 DPV 感染引起 DEF 细胞的能量代谢损伤是通过 AMPK - TSC2 - MTOR 信号通路产生的代谢应激和自噬激活[23] 。 另外,细胞 Ca2+ 升高介导的钙调蛋白依赖性蛋白激酶 β
( CaMKKβ) 可控制腺苷酸激活蛋白激酶( AMPK) 的激活,可正向调节细胞自噬,促进病毒复制[24] 。 内质网应激是细胞应对缺氧、营养缺乏等情况下产生的 1 种保护性应激反应,通过触发 3 条未折叠蛋白应答通路来减轻内质网蛋白的积累[25] 。 未折叠蛋白反应( UPR) 的相关通路如 PKR 样 ER 蛋白激酶
(PERK) 和肌醇需求酶 1( IRE1) 通路被抑制会降低
LC3-Ⅱ水平和病毒产生量,表明 PERK-真核起始因子 2α(eIF2α)和 IRE1-x-boxx 结合蛋白 1( XBP1) 通路可能有助于 DPV 诱导的自噬[26] 。 凋亡是 1 种程
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序性细胞死亡过程,可限制病毒在宿主细胞内的复制和传播。 DPV 感染诱导细胞凋亡和内质网应激
( ERS) 是通过调节 Ca2+ 以及激活半胱天冬酶、增加
细胞内活性氧( ROS) 水平和诱导细胞周期 S 期停滞来降低 DEF 细胞的活力, 从而促进 DEF 细胞凋亡[ 27,28] 。
3.2 病毒感染导致机体细胞因子变化及微小核糖核酸差异表达
DPV 感染可导致机体细胞因子水平变化、微小核糖核酸( miRNA) 差异表达,最终导致宿主免疫抑制。 细胞因子是 1 类低分子量蛋白,由受刺激后的多种细胞合成、分泌,具有广泛的生物学活性;通过与受体结合,调控细胞的生长分化和修复损伤组织等生物学功能,对细胞免疫和体液免疫的调节具有关键作用[29] 。 细胞因子的变化涉及多种信号通路和调控机制, 包括转录因子的激活、基因表达的调节、蛋白质的合成和分泌等过程。 DPV 传代试验表明,与 DPV F20 代相比,DPV F1 代感染鸭的白细胞介素 8( IL-8) 显著上升,白细胞介素 1( IL-1) 、白细胞介素 2( IL-2) 、干扰素 γ( IFNγ) 、主要组织相容性复合体Ⅱ类分子( MHC -Ⅱ) 显著下降,说明宿主细胞因子的变化与 DPV 毒力相关[30] 。 此外,在 DPV 感染的肝脏、脾脏细胞中的表达较健康鸭略有上升, 同时干扰素 α( IFN-α) 、白细胞介素 1β( IL- 1β) 等细胞因子的表达也上调[31] 。 近年来的研究显示,长链非编码 RNA( lncRNA) 在调控宿主抗病毒免疫应答方面具有重要作用, DPV 宿主鸭的 lncRNA 和
DPV 编码的 miRNA 之间存在潜在靶向关系[32] ,揭示了除 miRNA 外,lncRNA 在 DPV 感染的 DEF 细胞中可能存在的生物学调控关系,但其作用机制还有待进一步研究。
4 免疫机制
4.1 宿主抗病毒天然免疫反应
宿主受病原感染后,天然免疫应答是第 1 时间启动的重要防御机制。 当宿主细胞受到病毒感染时,细胞内的模式识别受体( PRRs) 识别病毒携带的病原相关分子模式( PAMPs) ,从而激活天然免疫信号通路,引发Ⅰ型干扰素、促炎性细胞因子以及其他抗病毒效应蛋白的表达,从而抑制病毒复制并清除机体内的病毒。 先天免疫分子的基础水平在单核细胞、巨噬细胞中最高,在 DEF 和星形胶质细胞中较
低。 鸭 STING 基因对鸭Ⅰ型干扰素的诱导至关重要,在宿主防御 DPV 感染中起着重要作用[33] 。 高迁移率族蛋白 B( HMGB) 家族属于染色质相关非组蛋白,HMGB1 和 HMGB2 与许多细胞的增殖、分化、
DNA 复制、重组、修复、转录、炎症、肿瘤迁移和细胞信号转导有关。 鸭高迁移率族蛋白 B1( duHMGB1) 和视黄酸诱导基因蛋白Ⅰ( RIG -Ⅰ) 受体可能合作促进诺如病毒( NV) 感染后抗病毒蛋白的表达,这是
duHMGB1 介导的抗病毒免疫反应的潜在机制[34] 。
duHMGB2 可以激活 IFN 介导的免疫信号通路[35] 。
DPV 感染鸭的半乳糖凝集素-1( duGal-1) 与健康鸭相比,在肝脏和脾脏中的表达量略有上调。 此外,干扰素刺激基因( ISGs) 如粘病毒抗性基因( Mx) 、双链
RNA 依赖的蛋白质激酶( PKR) 、2’ ,5’ - 寡核苷酸
合成酶( OAS) 和一些细胞因子( 如:IFN -α、IL - 1β、
IL-2) 的表达水平在鸭的半乳糖凝集素- 1( duGal -
1) 过表达后有不同程度的上调,表明其参与了 DPV
感染的先天免疫反应的早期阶段。
4.2 DPV 逃逸宿主的天然免疫机制
免疫逃逸是指病原体通过多种机制避开免疫系统的识别和攻击,其方式包括抗原变异、免疫抑制、干扰免疫系统等。 变异是其中最常见的机制之一, 病毒可以通过突变改变其表面蛋白的结构,使免疫系统无法识别原有抗原,从而逃避免疫系统的攻击, 导致感染的持续和复发,也可以通过伪装逃避免疫系统的攻击,例如通过模拟宿主细胞表面的分子结构,使免疫系统无法识别[36] 。 DPV 可通过 JNK 信号通路负调控 IFN 信号传导,促进病毒增殖[37] 。 DPV 的VP16 基因可以明显下调鸭胚成纤维细胞 DEF 中产生 IFN-β,还可抑制干扰素刺激基因(ISGs) 的 mR⁃
NA 转录,抑制 poly( I ∶ C) 或 poly( dA ∶ dT) 诱导的
IFN-βmRNA 转录,并通过直接与干扰素调节因子
(IRF7)结合抑制 DEF 中 IFN-β 启动子的活性,中断下游抗病毒信号传导的激活,从而阻止 IFN -β 介导的免疫反应,形成慢性潜伏感染[38] 。 DPV UL41 蛋白通过广泛下调重要接头分子的 mRNA 水平,如 RIG-
Ⅰ、MDA5、线粒体抗病毒信号蛋白( MAVS)、干扰素基因刺激因子( STING)、TANK 结合激酶 1( TBK1)、干扰素调节因子 7( IRF7),抑制 RIG -Ⅰ和黑色素瘤分化相关基因 5( MDA5)介导的鸭干扰素 β(IFN-β) 的产生[39] 。
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制、毒力的影响[ D] .雅安:四川农业大学,2022.
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雅安:四川农业大学,2014.
制、毒力、宿主免疫逃逸等方面起重要作用,还需要进一步研究,为 DPV 的致病机理提供科学依据。
5.2 对于宿主的抗病毒感染机制,如细胞自噬、内质网应激、细胞凋亡等,这些自我保护机制与病毒逃逸和免疫之间存在着复杂的关系。 一方面,病毒可以利用这些机制来逃避宿主细胞的免疫应答,例如通过抑制细胞自噬和凋亡来促进自身复制和传播; 另一方面,宿主细胞也可以利用这些机制来抵抗病毒感染,从而限制病毒的复制和传播。 目前 duST⁃
ING、duHMGB1、duHMGB2 等介导的抗病毒免疫反应机制逐渐清晰,而 duGal - 1 如何诱导细胞因子等提高宿主的天然免疫反应尚未知,需要进一步探究。5.3 DPV 在复制过程中能够编码多种病毒蛋白阻断 DNA 受体通路,并抑制干扰素产生,进而逃避宿主的天然免疫反应,促进 DPV 在体内快速复制。 目
前研究已表明,VP16 能够帮助 DPV 逃避 IFN-β 介
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