综述

甲型流感诱导的细胞信号转导途径

Published at: 2014年第1卷第14期

Paul Michael 1 , Danielle Brabant 1 , Farag Bleiblo 2 , Chilakamarti V. Ramana 3 , Michael Rutherford 4 , Sandhya Khurana 5 , T. C. Tai 5 , Anand Kumar 6 , Aseem Kumar 5
1 Department of Chemistry and Biochemistry and the Biomolecular Sciences Program, Laurentian University, Sudbury, P3E 2C6, ON, Canada
2 Department of Chemistry and Biochemistry and the Biomolecular Sciences Program, Laurentian University, Sudbury, P3E 2C6, ON, Canada; Department of Biology, University of Benghazi, Benghazi, Libya
3 Department of Medicine, Yale University, New Haven, CT, 06516, USA
4 Department of Pathology, Health Sciences North, Sudbury, P3E 5J1, ON, Canada; Medical Sciences Division, Northern Ontario School of Medicine, Sudbury, P3E 2C6, ON, Canada
5 Department of Chemistry and Biochemistry and the Biomolecular Sciences Program, Laurentian University, Sudbury, P3E 2C6, ON, Canada; Medical Sciences Division, Northern Ontario School of Medicine, Sudbury, P3E 2C6, ON, Canada
6 Section of Critical Care Medicine, University of Manitoba, Winnipeg, R3A 1R9, MB, Canada

摘要

甲型流感病毒是一种负性单链RNA病毒,属于正粘病毒家族。甲型流感病毒的基因由8个RNA病毒片段组成,可编码11种病毒蛋白。甲流病毒可以感染人类,可引起流感。甲流病毒每年可感染全世界5%~-15%的人口,并可导致25万到50万人口的死亡。甲流病毒的复制特性导致了该病毒的高突变,因此每个季节需要接种不同的疫苗。此外,该病毒人畜共感染的特性,允许不同链上的病毒片段结合,从而产生新的病毒。这种类型的突变是导致全球流感大流行的原因。若感染了流感,则会导致呼吸系统功能下降,对于大部分人来说这种下降是自愈性的。但是对于流感易感人群,包括有肺部或者心脏疾病史的、儿童或者老年人,这些人发生致命性并发症的发生率会升高。最严重的流感是病毒性肺炎,这种类型肺炎往往是伴随有其他细菌的感染。随着肺炎的进一步发展会出现急性呼吸窘迫综合症、急性肺损伤以及潜在的呼吸衰竭。这个进程是人体免疫系统对流感病毒感染和病毒自身感染应答的综合作用。这篇综述主要是关注在肺泡细胞上病毒复制和对病毒感染应答的分子水平机制。我们也将讨论选择性固有免疫细胞的应答以及它们在病毒清除中和肺部上皮细胞损伤中所起的作用。在分子水平的抗病毒应答尤其是RNA依赖性蛋白激酶的反应,以及与流感病毒感染相关的寡腺苷酸合成酶RNA L酶家族。


甲型流感的传播

全球每年都会有3百万到5百万甲型流感严重感染的病例。美国疾病控制中心在对1976-1977年各个季节至2006-2007年各个季节30年内甲型流感进行评估,发现每年平均死于甲型流感的人数为23607人。有趣的是,这段时期内与流感有关的死亡人数变化范围较大,从死亡人数少的时期3349人到死亡人数多的时期48614人。这个亮点向我们展示了各甲型流感病毒株不同的特性和致病性(1)。此报道的作者也发现当H3N2型流感病毒占主导地位的季节里,与流感相关的死亡率是其他类型流感病毒占主导地位季节的2.7倍。不同病毒株的变化不仅仅在流感的致病性上扮演重要角色,同时也在人与人之间传染方面起重要作用(1)。甲流病毒会引起季节性和全球范围内流感的大流行,同时也是引起2009年H1N1大流行的主要原因。季节性的流感暴发是由于流感病毒基因不断的突变,导致蛋白表达异常,这种表达异常的蛋白会被人体免疫系统识别,当大流行的时候病毒的抗原性发生变化,人体免疫应答系统识别的蛋白也随之发生改变。全球估计有151700到575400人的死亡是由H1N1引起的(2)。尽管季节性流感和H1N1在某些引起严重并发症的高危因素相似,比如慢性肺疾病,先前存在的心血管系统疾病和怀孕,但是相比于季节性流感,体重超重的和年龄(年龄低于65岁)的H1N1患者更容易发生严重的并发症(3)。

流感病毒主要通过3种模式进行传播:(I)直接接触被感染的污染物;(II)吸入飞沫;(III)小颗粒气溶胶。具有传染性的飞沫主要通过咳嗽传播,这些飞沫主要是通过打喷嚏、说话和呼吸产生(4)。当具有传染性的飞沫的体积小于5 µm时,它能在空气中以雾化的形式存在1个小时(5)。流感病毒以气溶胶的形式或者吸附在无生命的物质上,只有保持活性才能从一个人传播到另一个人(6)。已经研究了体外流感病毒传播的可行性,同时也证实了影响流感传播的因素。空气的相对湿度是一个已知的因素。最容易引起流感病毒传播的湿度是接近100%,这个湿度与人体呼吸系统的湿度相似(7)。当相对湿度从50%到84%变化的时候,流感病毒的生存活性呈稳定性下降。当相对湿度降低到50%以下时,流感病毒的活力上升(7)。流感病毒活性的变化与气溶胶的脱水程度相关,而脱水程度是与相对湿度有关的,脱水会使盐度上升到一个阈值范围,在此范围内呼吸系统气溶胶上的蛋白会保护病毒,使之避免活性的进一步降低(8)。相对湿度的变化同时也与全球不同地区的季节性流感病毒的活动有关。相对于低湿度和气温低的地区,温带气候区的流感大体上会有较高的活性,与此同时,典型的地区在雨季(相对湿度接近100%),其流感病毒发病会出现一个高峰。在这些地区,雨季的时候人们习惯于待在室内(9)。

感染了甲型流感病毒会导致流感。典型的流感病毒感染的症状是发热、寒战、流涕、鼻塞、鼻窦痛、喉咙痛、咳嗽、头痛、厌食和肌痛(10)。流感病毒通常不会直接导致这些症状,这是因为触发了人体的免疫应答,进而产生这些症状(11)。巨噬细胞会持续性的监测气道上皮细胞。当出现流感病毒的时候,巨噬细胞会被激活,然后触发急性期反应。免疫细胞趋化因子的释放会进一步招募更多的免疫细胞到感染的组织,引发免疫反应,从而触发与流感相关的系统的症状(10)。发热是感冒最常见的症状,是由于细胞因子的释放包括TNF,IL-6和IL-1引起的反应(11)。这些细胞因子不论是由位于肺部的细胞产生还是其他系统产生,都会引起发烧的症状。这些细胞因子会通过血脑屏障,到达中枢神经系统。在中枢神经系统,细胞因子会干扰迷走神经和下丘脑温觉中枢的信号。这种会导致下丘脑释放物质的触发的信号通路会引起反射性战栗、末梢血管收缩会导致畏寒的感觉。产生咽喉痛感觉是由于呼吸道产生的缓激肽和前列腺素(10)。

甲型流感病毒的结构

甲型流感病毒是一种单链负性RNA病毒,包括一个脂质包膜(图1)。病毒颗粒的病毒核心包括8个RNA病毒片段,被病毒核蛋白(NP)所包裹(12,13)。病毒核蛋白与其他3个亚基结合,分别为:聚合酶1、聚合酶2和酸性聚合酶(PB1,PB2,PA),这就组成了病毒RNA依赖性的RNA聚合酶,此聚合酶的作用与病毒基因的转录和复制有关(14)。这些物质就组成了病毒的核糖核蛋白(vRNP),该蛋白由病毒基质蛋白所构成的蛋白壳(M1)所包裹(15)。这种蛋白壳被一层来自于宿主细胞的脂质双层所覆盖。这层包膜包括三种病毒蛋白:血凝素(HA)、神经氨酸酶(NA)和基质蛋白2(M2)。包膜的脂质层包含丰富的由鞘磷脂和胆固醇形式的筏结构(16)。这些筏主要和嵌入式的包膜蛋白HA、NA和M2有关。病毒颗粒的稳定性主要与膜的脂质有关。包膜蛋白HA和NA在包膜中的泳动性低,通过与膜下M1的联合作用壳加强病毒结构的稳定性。M1会将vRNPs连接到包膜蛋白上,从而增加了整个病毒蛋白的稳定性(17)。

图1 甲型流感病毒结构。突起蛋白血凝素(HA),神经氨酸酶(NA)和质子通道蛋白基质2(M2)扩展了病毒包膜,兵器和基质蛋白1(M1)相互作用。在病毒颗粒的核心里,残留有八个反义单链病毒RNA片段,和核蛋白以及三个RNA依赖性RNA聚合酶亚基(聚合酶1,聚合酶2,酸性聚合酶)相邻,共同组成了核糖核蛋白复合体。

病毒通过鼻、口或者眼睛进入人体。当甲型流感病毒接触到呼吸道的黏膜表面的时候会开始导致感染(图2)。甲型流感病毒必须与呼吸道上皮细胞直接接触才能引起感染。在这里病毒会遇到第一次屏障,粘液会覆盖并且保护呼吸道上皮细胞。包膜的糖蛋白NA会使粘液酸和在上皮细胞呈线性排列的粘蛋白分开。病毒会通过包膜蛋白HA吸附到暴露的细胞上。HA蛋白在包膜上形成一个三聚体。HA的单体由被称为Ha1和Ha2的两种多肽组成。Ha1含有受体结合域而Ha2包含膜融合肽(18)。这些蛋白可将连接了糖蛋白的唾液酸结合到上皮细胞表面。这种结合了糖蛋白的唾液酸决定了不同类型的甲型流感感染不同的宿主(19)。人类甲型流感病毒偏向于结合α-2,6型连接的唾液酸半乳糖,而源自于禽类的流感病毒则偏向于结合α-2,3型连接的唾液酸半乳糖。在一种生物内,这些糖苷残基的分布也决定了流感的组织靶向性。人类呼吸道包括大多数的表达在上皮细胞表面的α-2,6型。HA也是流感病毒组织嗜性的一个主要决定因素(4)。HA必须按照顺序被切割,才能成为功能性的HA。具有能够被其他蛋白酶裂解的HA的流感病毒具有传染性,能够感染更大范围的组织,而且往往具有更加严重的致病性(19)。除了与唾液酸结合之外,最近研究已经确定了甲型流感进入细胞内的替代模型,依赖于C型凝结素和非依赖的唾液酸锚定模式(20)。其他甲型流感病毒附属物的需求也被人们阐述了。细胞外基质蛋白纤连蛋白也被认为是某些特定菌株如H1和H3所需要的。它会将病毒结合到细胞表面从而诱导内吞作用来吸收。这种吸收利用了包涵素依赖性和小窝蛋白依赖性机制(21)。一旦病毒被内吞,它仍然存在于成熟的内吞体内。从内吞体内逃逸出的流感病毒是pH依赖性的(22)。随着内吞体的成熟,开始酸化,酸化会激活M2型包膜蛋白。而M2蛋白是四聚体组成的蛋白质,可形成质子选择性离子通道。这种蛋白包含三个主要的结构域,一个短的胞外区,以及一个形成离子通道的跨膜结构区和长的胞浆区(23)。M2的激活会允许质子进入病毒颗粒。在一个最适的pH下,M1蛋白会稳定和介导vRNP吸附到包膜蛋白上,之后形态发生变化,从而使包膜中释放vRNP。此外HA蛋白的HA2肽激活之后允许核内体膜和病毒包膜发生融合。这种融合允许内吞体的细胞释放vRNP(24)。一旦进入细胞质内,vRNP必须进入到细胞核内完成病毒基因的转录和复制(25)。感染vRNP的通路由NP介导,NP拥有其核酸定位的序列,此序列可与karyopherin蛋白结合,这种蛋白是一种内源性二聚体包括karyopherin α1和karyopherin β或者karyopherin α2和karyopherin β。一旦被karyopherin蛋白结合,vRNP就运送并结合在核孔复合体上。通过Ran10和p10依赖机制进入细胞核(26)。然后在细胞核内病毒基因发生转录。病毒转录和复制的机制已经被充分的研究了,但是从转录到复制过程中的监管和剪切仍然需要进一步地阐明。目前已取得的进展,发现一些病毒元素参与调节这些过程。Umbach等人研究发现A型流感病毒会产生短的RNA核苷酸片段,长度为18到27个核苷酸。这些病毒的主要的RNA被认为是源自于这8个片段的5'端(27)。Perez等人发现这些病毒编码的RNA在病毒复制的过程中扮演着促进剂作用,但是他们对复制并不起启动作用。贯穿整个感染期,这些短的RNAs片段都呆在细胞核内,与此同时,有猜测认为测它们不仅仅在病毒基因组的复制过程中起稳定作用,而且还维持病毒合适的长度。病毒蛋白也被认为调节病毒的转录和基因的复制(28)。Widjaja等人假设了一个模型即病毒基因的转录是由相关联的RNA依赖性RNA聚合酶来完成。产生的新的聚合酶累积允许生成需要的RNA。这可以作为病毒基因复制新合成的聚合酶和NP的稳定模板(29)。它们还确定了3'和5'段的非编码区的分子片段,同时也证明较短的病毒片段可以胜过较大的病毒蛋白片段(29)。在病毒的RNA基因组被运出细胞核之前,它和病毒NP以及三种聚合酶亚基相关联。这就需要翻译后的NP和聚合酶亚基重新导入,包括多种能够穿梭于细胞核与细胞质之间的多种物质(30)。这些蛋白质在一起就合成了vRNP。这种vRNP在细胞核内形成了一种复杂的物质,介于M1蛋白和细胞输出蛋白之间,以前被认为是NS2(31)。M1和NEP,具有染色体区域修复依赖性,均被热内是vRNP从细胞核中导入细胞质中所需要的(31)。vRNP在细胞核的微管组织中心累积。除了这些病毒蛋白之外,宿主细胞蛋白质的Y盒结合蛋白(YB-1)也被确定与复合物在细胞核中有关。这种蛋白被认为是vRNP的结合体,允许其与微管结合,并把它定位到rab11a循环核内体,进而将vRNP运输到病毒组件的部位(32)。

图2 甲型流感病毒复制。甲型流感病毒通过血凝素蛋白和唾液酸相结合,锚定于靶细胞。病毒和其受体的结合导致病毒的细胞吞噬。在胞内成熟期间,鲁米那pH值下降,触发基质2质子通道的开放和血凝素和细胞膜的结核。这使得病毒核糖核蛋白在胞内释放,并转运至细胞核。在每个核糖核蛋白复合体上的聚合酶亚单位启动病毒mRNA向病毒蛋白的生产。核糖核蛋白复合体也作为模板,形成cRNA,也就是流感病毒基因组的来源。病毒蛋白PB1,PB2,PA,NP和NEP被运入细胞核,在细胞核内它们和病毒的基因组RNA一起形成新的核糖核蛋白复合体,然后被转出细胞核,被运送至细胞膜,在那里,病毒的跨膜蛋白HA,NA和M2已经被插入富含胆固醇的脂质体内。这些蛋白启动细胞膜的变形。当8个核糖核蛋白复合体被合并进入芽殖病毒体,病毒开始集合。完整的病毒释放涉及唾液酸残基的分裂。

病毒从细胞中释放出来的需要将病毒蛋白和所有的vRNP组装成病毒颗粒。这种装配发生在细胞的细胞膜上。病毒蛋白HA、NA和M2是跨膜蛋白,镶嵌到宿主细胞的细胞膜上(33)。HA和NA定位于富含胆固醇和鞘磷脂的脂质双分子层中(34)。M1蛋白和胞质部分的转运蛋白有关。已经证实了病毒的组装是在8种vRNP中选择的,每一个病毒粒子只有8种片段中的一种拷贝(13)。反应过程的开始便涉及到HA蛋白,HA蛋白被认为在有效的出芽过程中是需要的,但不是必须的。目前已经证实了,HA在细胞膜形成起到协助作用,启动出芽,但是需要招募其他的病毒蛋白来完成细胞膜的形成。M2在细胞芽断裂的过程中也起着重要作用。已经表明M2积聚在芽的颈部,断裂发生就发生在这里。芽的断裂不需要依赖宿主细胞分泌运输中所需的复合物(35)。病毒颗粒的最终形式需要NA的酶促作用,在其萌芽状态从细胞中释放出来之前,要清除唾液酸的酸性部分。

病毒性肺炎

甲型流感病毒感染的最严重的并发症是形成肺炎。病毒诱导的肺炎是肺部病毒大量复制以及宿主免疫应答相结合的结果(36)。病毒性肺炎发展的一般过程是开始于病毒在肺泡上皮细胞的复制。病毒在上皮细胞的感染会诱导促炎因子和趋化因子的产生和释放(37)。宿主对炎症介质释放的应答是募集和刺激白细胞由循环系统进入肺部。与该部位肺泡巨噬细胞结合,单核细胞侵润可导致促炎因子的过度产生(38)。细胞损伤是由于病毒复制会诱导肺上皮细胞的坏死和凋亡,巨噬细胞和白细胞的活化的产物包括活性氧(39)。当细胞损伤开始扩展,会导致肺泡水肿,因为肺泡上皮的吸收液体的能力损伤,富含蛋白质的液体在肺泡剩下的空间里累积(40)。这种水肿会因为肺泡毛细血管的通透性增加,白细胞浸润,进一步恶化。血气屏障的破坏会导致气体交换的减少,从而导致全身缺氧。流感介导的肺炎,肺组织的解剖检查显示组织水肿、出血、弥漫性肺泡损伤和透明膜的出现(3)。急性呼吸窘迫综合征(ARDS)导致的呼吸衰竭是流感引起的肺炎最常见的致死性发展。这种综合征可以分为三个阶段:渗出、炎症和纤维增生阶段(41)。流感病毒导致足量的Ⅱ型肺细胞的损伤会引起肺部表面活性剂降低。已被证明肺表面活性剂在免疫细胞上有免疫调节作用(42)。在急性呼吸窘迫综合征期间,肺表面活性剂的降低是由于免疫细胞增加PI3激酶活性的结果(43)。经研究证明在肺上皮细胞和肺泡巨噬细胞上,表面活性剂的减少会导致AKT活性增加。现在已经证明了嗜中性粒细胞参与了肺的AKT活化(43)。然后产生肺泡水肿,这是由于整个肺上皮细胞重吸收液体的能力受损,因为肺泡上皮细胞迁移受损(41)。此外,肺泡上皮的细胞因子和趋化因子产物的增加会导致肺泡腔的渗透性增加,从而肺血管内皮允许增加的流体进入(44)。流感引起肺炎的一个更复杂的因素是继发性肺部细菌感染的发展(45)。一半以上的流感导致的肺炎大流行是与继发性细菌感染有关(46)。同时也发现细菌的种类与A型流感之间有一定关系。发现导致继发感染相关的细菌有肺炎链球菌、流感嗜血杆菌和金黄色葡萄球菌(47)。对于这些种类的细菌,毒力和致病性之间有明显的协调作用。合并感染或者流感病毒感染会导致免疫细胞功能的变化,尤其是中性粒细胞和肺泡巨噬细胞的功能(48)。与此同时,也观察到细菌粘附到肺上皮细胞和并发免疫抑制(49)。在老鼠中观察到,流感病毒会导致产生较多的细胞因子产物:TNF,IL-1,IL-6,MIP1,均与细菌感染有关(50)。虽然甲型流感感染易导致宿主患继发细菌性肺炎,先前的研究证实之前感染流感能提供一定的保护,防止各种流感类型的继发性细菌性肺炎。这种保护是归因于来自于首次感染非中和性抗体的产物,对抗受保护的病毒内部蛋白(50)。

甲型流感引起的促炎细胞信号

存在于肺上皮细胞上的树突状细胞和巨噬细胞在机体感染流感病毒时,会产生大量的TNF-α和I型IFN(51)。这些细胞因子激活肺上皮细胞的细胞内信号转导途径。在小鼠和非人灵长类动物中,高致病性的流感病毒可以诱导基因表达,作用包括抑制1型干扰素的抗病毒反应和增强TNF-α,IFN-γ和IL-6的促炎症反应的表达。趋化因子和炎症因子的急剧升高,中性粒细胞,巨噬细胞和T淋巴细胞的涌入,会通过流感病毒HA和NA基因的重组来增加肺损伤(52,53)。干扰素激活细胞内JAK-STAT途径,同时也激活替代信号转导途径(54,55)。TNF-α激活多种蛋白激酶包括的c-Jun N-末端激酶(JNK),细胞外信号调节激酶(ERK1/2),p38和I-κB的蛋白激酶(IKK)。TNF-α通过激酶依赖性模式激活细胞核因子(NF-κB),包括IκB激酶(IKK)αβγ信号复合体(56)。除了NF-κB,TNF-α同时也可以激活其他的转录因子如:AP1和通过JNK的激活转录因子2,ERK和p38MAP激活酶途径(57-59)。ERK,JNK,P38 MAP激酶和激活的转录因子AP1,NF-kB和ATF-2已经被证实了与参与病毒感染应答(60-64)。因此,多个MAP激酶途径是由细胞因子以及病毒复制激活。流感病毒是通过抑制RAF/MEK/ERK信号通路来传播(60)。此外,肺部特异性表达Raf激酶的激活会导致流感病毒感染的小鼠的死亡率增加(61)。流感感染的NF-kB靶向治疗理论已经被证明能降低病毒低度和细胞因子的表达(65)。进一步了解可发现细胞内信号转导途径可能导致流感病毒复制的特异性抑制剂的发展,以及参与宿主肺损伤炎性反应。

细胞内检测甲型流感病毒

肺上皮细胞拥有进化了的受体,该受体可检测到病毒核酸的存在,同时启动信号转导,诱导病毒的促炎症状态(图3)。这些受体属于模式识别家族受体,其中每一个都有类似的分子结构,可与之结合并激活它们(66)。甲型流感病毒已被证明可激活Toll样受体(TLRs),NLRP3炎性因子(属于NOD样受体),RIG-I样受体(RLR),PKR和2',5'-寡腺苷酸合成酶(OAS)(67)。这些受体的激活是促炎性细胞因子和趋化因子的生成和从循环中招募并激活白细胞至流感感染部位的主要信号(68,69)。RLRs包括三个部分:视黄酸诱导基因1(RIG-I),黑色素瘤分化相关基因5(MDA5)和LGP2,对于胞浆中流感的检测,RIG-I是主要涉及的受体(70)。vRNP和复制中间物质包括5'-三磷酸和双链RNA,它们的病毒分子结构是独特的,可识别自身RNA和外来病毒RNA(71)。RIG-I的激活会导致链式信号转导途径,围绕着线粒体外膜蛋白嵌入IPS-1(70)。随后下游信号导致转录的活化因子NFkB和干扰素调节因子IRF3和IRF7的激活。NFkB的激活可启动诱导促炎性细胞因子的转录,同时IRF3和IRF7诱导干扰素β基因的转录,从而导致抗病毒基因的表达来建立抗病毒状态(72,73)。RIG-I信号激活TLR3是与之相似的,是一个受体定位在内体膜会导致NFkB的激活和促炎细胞因子的产生(74)。TLR3结合双链RNA。与肺上皮细胞中RIG-I不同,该受体不会明显影响干扰素的产生,但是它的信号明显介导促炎症状态(75)。在建立的肺炎小鼠模型中,诱导的TLR3阴性小鼠与野生型相比,其死亡率降低,这主要归因于促炎细胞因子的降低(74)。PKR是一种68 kDa的隐藏蛋白质,表达在大多数细胞上。它可被干扰素诱导,通过锚定在双链RNA上或者在ssRNA双链结构内被激活(76)。PKR有2个双链RNA结合结构域,可结合RNA。RNA的结合诱导构象变化,单体PKR形成二聚体,可发生磷酸化和和自身激酶结构域的激活(77)。一旦被激活,PKR将磷酸化其自身的底物eIF2,引起细胞应激反应。翻译的减少会导致所有mRNA的翻译减少(78)。细胞质中的mRNA的累积会触发三种蛋白的招募:细胞毒颗粒相关的RNA结合蛋白(TIA-1),TIA-1的细胞毒颗粒相关的RNA结合样1(TIAR)和GapSH3域结合蛋白(G3BP)蛋白(79)。这些蛋白结合mRNA后,会触发这些配合物聚集一起形成应激颗粒。病毒诱导的应激颗粒需要PKR激活。流感引起的应激颗粒会招募PKR,RIG-I和寡腺苷酸合成酶(OAS)(80)。这种平台提供了一个对干扰病毒感染有效的干扰素诱导机制。研究还表明,vRNA会与这些颗粒共同定位,激活RIG-I。一旦启动了抗病毒颗粒的应激,将会被招募到与IPS-1相关的线粒体。病毒NS1蛋白已在许多层次显示出拮抗干扰素的诱导作用。此病毒蛋白抑制激活PKR,OAS和RIG-I(81)。通过抑制PKR活性,甲型流感病毒阻止抗病毒预防应激颗粒和干扰素的生产,而促炎性信号仍然保持不变。OAS/RNAse L酶系统是先天免疫应答的一部分。OAS是受病毒双链RNA激活的模式识别受体(82,83)。OAS的激活会导致一种独特的2',5'寡腺苷酸分子的产生。这个分子特异性激活RNA酶L(84)。通常,OAS产生独特的2',5'-oligoadenlyate二聚体和四聚体。RNA酶L的激活需要形成二聚体,这需要结合2',5'-oligoadenlyate。激活的二聚体会裂解单链RNA,在尿嘧啶腺苷或尿嘧啶尿嘧啶的序列上断裂(85)。所得到的裂解产物具有一个3'磷酸,可为RIG-I充当底物,会引起干扰素信号的扩增(67,86)。此外,病毒RNA的降解以及转录的抑制是RNAL酶的抗病毒活性主要机理。然而RNA酶L对于病毒RNA的降解不具有特异性,这会降低宿主细胞中的mRNA和rRNA,从而引起凋亡。甲型流感的NS1蛋白已经发展到抑制OAS/核糖核酸酶L系统的作用(81)。NS1蛋白已显示出螯合病毒双链RNA的作用,可以阻止激活OAS,以及它的效应蛋白RNase L(87)。

图3 甲型流感病毒诱导的抗病毒压力颗粒的形成和信号通路。在病毒RNA和细胞内感受器蛋白激酶RNA激活并使其底物真核生物翻译起始因子2a磷酸化,导致蛋白翻译的失速。这导致压力颗粒的形成,包括压力颗粒标志蛋白TIA-1细胞毒颗粒相关性的RNA结合蛋白(TIAR), GapSH3域结合蛋白,以及细胞毒颗粒结合蛋白(TIA-1)。抗病毒压力颗粒也包含病毒RNA,并招募RIG-1,OAS和RNAse L。抗病毒压力颗粒和线粒体包绕蛋白IPS-1有关联,它结核于RIG-1,导致IRF3的激活,诱导b干扰素的生成。2,5-寡腺苷酸合成酶的激活导致ATP的生成。这个分子接着激活RNase L。RNase L降解病毒和细胞的RNA,导致小单链RNA和5-三磷酸盐,作为底物进一步激活RIG-1。这个病毒蛋白非结构性蛋白1抑制PKR,RIG-1和OAS的活化。

结论

由于甲型流感病毒有很多株,并且会持续变异。宿主对于病毒的复制是必须的,对于宿主的识别需要进一步的研究。这一领域的研究需要确定新的治疗靶点,从而研究出季节性的流感疫苗,这个靶点需要不易受到病毒变异的影响。

致谢

声明:所有作者没有利益冲突。

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(翻译:王苒)

Cite this article as: Michael P, Brabant D, Bleiblo F, Ramana CV, Rutherford M, Khurana S, Tai TC, Kumar A , Kumar A . Influenza A induced cellular signal transduction pathways. J Thorac Dis 2013;5(S2):S132-S141. doi: 10.3978/j.issn.2072-1439.2013.07.42

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