人免疫缺陷病毒(HIV)与糖基化

5生物工程进展62001,Vol.21,No.1

专 论

人免疫缺陷病毒(HIV)与糖基化

张树政

(中国科学院微生物所 北京

100080)

图1 HIV 模式图1)

自从1981年在美国发现艾滋病以来,世界各地发现艾滋病病例或带病毒者与日俱增。为了医治这种给人类造成巨大危害的病症,全世界范围内很多研究机构的研究人员都在研究开发更为有效的抗H IV 药剂。多年来已经积累了不少有价值的关于人免疫缺陷病毒的信息资料。但至今仍未设计出一种长效抗御这一迅速变异的逆转录病毒。以HIV 基因逆转录酶和宿主蛋白酶抑制剂和化学药物相配合的制剂(或称/鸡尾酒疗法0)治疗艾滋病虽然能够缓解病情,但最终不能彻底防御其抗药性的发展。尽管在多剂并用时,在H IV 感染者血液中检测不到H IV,但仍有H IV 隐藏在感染者淋巴结内。因此必须开发在不同部位起作用的新型抗HIV 药物。采用糖生物工程技术,特别是对糖链在H IV 感染过程中所起的作用,以及以糖链为靶抑制H IV 或艾滋病发病的研究,近年来取得了飞速的发展。HIV 的结构

图中外层为H IV 的糖蛋白,包括包膜糖蛋白

gpl20和跨膜糖蛋白gp41。病毒内核主要含有两种蛋白亚基,pl8和p24,还有RNA 基因及数个分子的逆转录酶。

HIV 糖蛋白gpl20的结构

H IV 的糖蛋白gpl20和gp41是病毒基因组上env 基因编码的共同前体gpl60经宿主蛋白酶降解为位于膜表面并能结合受体的包膜糖蛋白gpl20和跨膜糖蛋白gp41。gpl20分子中有24个N 2糖链的结合部位,其分子中约一半为糖链。糖蛋白的多肽部分通常折叠成为致密的一团,而糖链则展开在蛋白质的表面上。可以想像gpl20分子是由糖链包起来的,也可以说表面带有这种gpl20分子HIV 自身也是由糖链覆盖着的(图2)2)。HIV 包膜糖蛋白gpl20示意图中示出含有高甘露糖及一些复合或杂交型糖基化部位,其中二硫键连接区域用罗马数码标出,高变区(hyper 2variable regions)则以方块中V12V5标示。

N 2糖链的合成过程及相应的酶抑制剂3)

N 2寡糖生物合成包括从长萜醇载体上将Glc 3Man 9GlcNac 2与翻译同步转移到蛋白质具有Asn 2X 2Ser/T hr 序列位点的天门冬酰胺残基上形成G 2寡糖。其末端的葡萄糖残基很快被内质网上的A 2葡萄糖苷酶切除。A 2葡萄糖苷酶有两个明显不同的活力;葡萄糖苷酶Ñ切除未端A 21,2位连接的葡萄糖残基;葡萄糖苷酶Ò水解遗留下来的两个A 21,3位连接的葡萄糖残基,进一步经位于内质网和高尔基体常驻糖基转移酶作用,使后续加工成复合型和杂交型结构。

已经证实,有些化合物可抑制纯化的葡萄糖苷酶。在这些抑制剂存在下,复合型寡糖的合成被阻止。但是在许多系统中显示出,当用这类化合物处理细胞时,某些复合型寡糖的合成仍然生成。这里面应有一定原因。原因中包括抑制剂在内质网中未能达到一定的高浓度,以及内切甘露糖苷酶活力的

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图2HIV糖蛋白gp120的结构

存在,将提供旁路机制而胜过葡萄糖苷酶的抑制作用。还曾发现葡萄糖苷酶的抑制对细胞内不同糖蛋白的影响是有选择性的。某些糖蛋白的外泌和在细胞外表面的表达要求寡糖链的精确加工,而另外一些糖蛋白则不一定要求它们的寡糖链完整的加工。

糖基化抑制剂作为抗病毒制剂

当从一定范围的糖类似物中,筛选在体外有抗-H IV活力的物质时,发现N2丁基脱氧半乳糖野尻酶素(NB2DNJ)是一种强效抑制剂,而且细胞毒性最小。这一化合物对纯化的A2葡萄糖苷酶的抑制常数Ki为0122L m。

H IV的包膜糖蛋白都高度地N2糖基化。HIV -1gp120有20)25个用于N2糖基化的潜在部位,其表观分子量的50%为碳水化合物。在gp120一级氨基酸序列内糖基化的位置,相对而言,对H IV21不同分离物来说是一致的。(参见图2)。至少有13个糖基化部位是保守的,其余部位通常约有10个以上的残基位置不会远离参比菌株HIV21ÓB中的部位。研究表明:在重组CH O中的gp120分子和在感染病毒的细胞株中的gp120都能出现多种类型的糖链:如高甘露糖型,杂交型以及22天线,32天线和42天线糖链结构。而且,在两种系统中,不同类型糖链结构的比例也相类似。对gp120突变体的分析结果表明,在与CD4结合事件后,gp120和gp41的N2糖基化都是必须的,例如病毒外膜和细胞膜的融合。Dwek等人发现以NB2DNJ在体外抑制HIV复制的同样浓度也能抑制细胞内病毒糖蛋白的加工。他们用代谢标记法,以3H标记甘露糖,在加入NB2DNJ 处理时,用内切糖苷酶H切下糖链,再用凝胶过滤色谱分离,发现有未能正确加工的末端序列Glc A1, 2Glc A,1,3Glc A1,3Man存在(图3)。

慢性感染HIV21ÓB的H9细胞中的gp120也已得到同样结果。用NB2DNJ处理后产生两种结果,即抑制感染HIV2l细胞生成合胞体(syncytia),和减少感染病毒的释放。感染病毒的减少不是因病毒粒子减少释放所致,而是因为释放病毒的感染力降低而造成的。

与含有24个糖基化部位的H IV包膜糖蛋白相反,乙型肝炎病毒包膜蛋白仅含一两个糖基化部位。在体外用NB2DNJ处理这种病毒,其结果有很高比例的病毒粒子保留在细胞内部。初步数据表明,这些病毒含有大量的endo H敏感寡糖,即高甘露糖。这说明,将乙型肝炎病毒转运出细胞外时需要准确的糖基化过程。对NB2DNJ处理两种病毒的影响进行比较,说明了结合在蛋白质上的同一种寡糖可以有不同的作用。

HIV病毒表面糖蛋白糖链在HIV感染中的重要性4)

H IV的感染是从病毒表面的糖蛋白gpl20分子与靶细胞表面的CD4分子的互相结合开始的。

H IV的靶细胞是在免疫系统中起中心作用的辅助性T细胞。H IV的靶分子CD4也是有糖链的糖蛋

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