不同病毒感染宿主细胞中小窝蛋白

1、不同病毒感染宿主细胞中小窝蛋白关键词：小窝蛋白; 猿猴空泡病毒40; 人冠状病毒; 口蹄疫病毒; 人类免疫缺陷病毒;Abstract：Objective Caveolae is a depressed structure of cytoplasmic membrane located on the cell surface,which promotes the bioinformatics molecules to enter cells.Caveolin family,consisting of caveolin-1,-2 and-3,is the major component prote

2、in of caveolae.Caveolin-1 is a marker protein on the caveolae structure,which is highly expressed in muscle cells,fat cells,endothelial cells and macrophages of human and animals.It mediates the infection of host cells by a variety of viruses and involves in various cell activities including regulat

3、ion of cell cycle,transportation and evacuation of cholesterol and angiogenesis.This paper reviews the roles of caveolin-1 in infection of host cells with simian vacuolating virus 40(SV40),human coronaviruses(HCoV),foot-and-mouth disease virus(FMDV)and human immunodeficiency virus(HIV).Keyword：Caveo

4、lin; Simian vacuolating virus 40(SV40); Human coronaviruses(HCoV); Foot-and-mouth disease virus(FMDV); Human immunodeficiency virus(HIV);1955年，YAMADA等1与MELLOR等2利用电子显微镜首次在胆囊上皮细胞观察到细胞质膜表面存在的一种参与细胞内外相交流;的凹陷，这是有关小窝结构的最早报道。1968年，PALADE3于血管内皮细胞中发现了同样的结构，并将其鉴定命名为小窝（caveolae）。小窝是细胞表面的一种特殊结构，具有将细胞外生物活性分子运输至细

5、胞内的生物学功能，且可参与多种信号的接收和转运4。小窝结构主要由脂质和蛋白质组成，小窝蛋白（caveolin）家族为小窝结构上的主要组成蛋白，小窝蛋白家族的成员包括小窝蛋白-1(caveolin-1）、小窝蛋白-2(caveolin-2）和小窝蛋白-3(caveolin-3）。在非肌肉细胞中，小窝蛋白-1不仅对小窝的形成具有至关重要作用，且与小窝的生物学功能密切相关5,6,7,8。TIMOTHY等9首次发现小窝蛋白-1，其相对分子质量为21 00024 000，广泛分布于上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞和平滑肌细胞中，主要序列包括中央高度保守的疏水区和两侧可变的N-末端、C-末端区域。小窝蛋白-

6、1可参与多种细胞活动，包括细胞周期调节、胆固醇转运排出和血管生成等10,11,12,13。另外，小窝蛋白-1的脚手架结构域（caveolin scaffolding domain,CSD）与一些细胞膜上的信号分子存在相互作用，调控细胞的信号转导及细胞的增殖、凋亡、转化和癌变等过程14。近年来，随着病毒感染宿主细胞机制研究的不断深入，越来越多的研究提示，小窝蛋白-1与病毒感染细胞密切相关，其既可促进大部分病毒感染宿主细胞15,16,17,18，又对少数病毒的感染过程起到抑制作用19,20。本文就小窝蛋白-1在不同病毒感染宿主细胞中的作用机制作一综述，为预防和治疗相关传染病提供一个可行的研究方向。

7、1 、小窝蛋白-1在猿猴空泡病毒40(simian vacuo-lating virus 40,SV40）感染宿主细胞中的作用SV40属于乳多空病毒科，多瘤病毒属，为无胞膜DNA病毒，是人类发现的第一个通过小窝蛋白-1介导内吞途径感染宿主细胞的病毒。1996年，ANDERSON等21证实了小窝蛋白-1可介导SV40感染宿主细胞，该实验采用特异性抑制剂作用于宿主细胞的小窝蛋白-1，观察到SV40感染细胞的能力下降，提示小窝蛋白-1参与SV40感染宿主细胞过程。为避免由于抑制剂特异性低而引起的误差，Anderson随后从基因水平敲低小窝蛋白-1，观察到SV40对宿主细胞的感染能力下降，进一步证实小

8、窝蛋白-1可介导SV40感染宿主细胞。同时有多个研究结果证实该结论22,23,24,25。在此基础上，ROMY等14研究了SV40侵入恒河猴肾细胞（LLC-MK2）的通路，结果显示，SV40感染宿主细胞的过程可分为两步：病毒感染宿主细胞后，先进入含有小窝蛋白-1的小窝结构中，并与小窝结构结合，该过程中病毒粒子与小窝结构发生一系列生化反应，但具体反应机制尚未明确；随后，SV40与小窝结构分离，游离至内体样腔室（小窝小体）中，小窝小体上同样有小窝蛋白-1富集，病毒粒子通过小窝蛋白-1介导经由管式膜被运输至内质网中，而不是溶酶体中，SV40最终在内质网中分解，并释放遗传物质。在SV40感染宿主细胞的

9、整个过程中均伴随着小窝蛋白-1的参与，表明SV40感染宿主细胞的过程需要小窝蛋白-1的介导14,15,16,21。2、 小窝蛋白-1在人冠状病毒（human coronaviruses,HCo V）感染宿主细胞中的作用HCo V属于冠状病毒科，冠状病毒属。OWCZA-REK等17发现，HCo V在感染人结肠癌细胞（HCT-8）的过程中，与HCT-8细胞上小窝蛋白-1有长时间共定位现象，提示小窝蛋白-1参与该感染过程。制霉菌素是针对小窝蛋白-1的特异性抑制剂，当HCT-8细胞上小窝蛋白-1受到制霉菌素抑制时，HCo V感染HCT-8细胞的过程会相应受到抑制17。上述两个实验结果均提示，小窝蛋白-

10、1参与HCo V对宿主细胞的感染过程。NOMURA等26研究了HCo V侵入人成纤维细胞（human fibroblasts）的过程，发现HCo V通过小窝蛋白-1介导而侵入宿主细胞的过程有别于已知的SV40通过小窝蛋白-1介导侵入宿主细胞过程。HCo V在感染人成纤维细胞时首先会结合于细胞表面，在病毒粒子与细胞表面结合的过程中逐渐向细胞膜上的小窝结构聚集，最终进入小窝结构中，随后小窝蛋白-1发动蛋白的动力学途径将病毒粒子运输至核内体，该过程中发动蛋白提供的动力学效应至关重要，最后，病毒粒子在具有酸性环境的核内体中分解和释放遗传物质。在HCo V感染人成纤维细胞的过程中伴随着小窝蛋白-1的参与

11、，提示HCo V感染宿主细胞的过程需要小窝蛋白-1的介导。3 、小窝蛋白-1在口蹄疫病毒（foot-and-mouth disease virus,FMDV）感染宿主细胞中的作用FMDV属于小RNA病毒科，口蹄疫病毒属。现有研究表明，FMDV可依赖网格蛋白介导的内吞途径感染宿主细胞27,29,30，在此基础上，DAMM18探究了FMDV除网格蛋白之外的其他感染宿主细胞的内吞途径，实验利用免疫荧光共定位等技术发现，FMDV感染人乳腺上皮细胞的过程依赖于小窝蛋白-1介导的内吞途径的参与。宿主细胞受到FMDV感染时，其核内体中发现小窝蛋白-1的存在，对该现象进行深入研究发现，病毒入侵宿主细胞时经由小

12、窝结构通过内吞途径运送至核内体，在该过程中，小窝结构上的小窝蛋白-1与病毒粒子长时间共定位，提示小窝蛋白-1参与FMDV感染宿主细胞的过程，在病毒通过小窝结构的内吞作用进入核内体的过程中，可能会有少量的小窝蛋白-1被携带至核内体中，从而引起上述现象。病毒粒子随后在核内体中释放遗传物质而完成侵入的过程，经检测该过程较慢于网格蛋白介导的内吞途径的速度18。小窝是依赖胆固醇的膜结构域31，小窝蛋白-1发挥作用也需要胆固醇的参与，制霉菌素可抑制小窝蛋白-1与胆固醇的结合，当有制霉菌素参与FMDV入侵宿主细胞时，小窝蛋白-1的活力被抑制，病毒的感染能力也下降，提示小窝蛋白-1参与FMDV感染宿主细胞的过

13、程，同时也提示小窝蛋白-1在介导病毒入侵的过程中需要胆固醇的参与。小窝蛋白-1对FMDV的复制增殖影响尤其明显，用si RNA抑制小窝蛋白-1的实验组比对照组的FMDV复制增殖效率低100倍32。另外，有研究提示，酸性的p H环境在小窝蛋白-1参与的病毒入侵宿主细胞的过程中必不可少，尤其在病毒粒子释放遗传物质的过程中，进入核内体的FMDV依赖低p H环境诱导病毒衣壳裂解，并通过未知机制穿过病毒诱导的核内体膜上的小孔来释放病毒遗传物质32。上述研究表明，FMDV入侵宿主细胞的过程需要依赖小窝蛋白-1的参与。4 、小窝蛋白-1在人类免疫缺陷病毒（human imm-unodeficiency vi

14、rus,HIV）感染宿主细胞中的作用小窝蛋白-1除了可促进病毒感染宿主细胞的功能外，还对少数病毒感染宿主细胞有抑制作用，如HIV12,19,20。小窝蛋白-1抑制HIV感染主要有两种途径，一种是通过小窝蛋白-1调节胆固醇平衡来抑制HIV的感染12,20，现已证实，HIV的入侵和复制增殖依赖于宿主细胞的胆固醇33,34,35，而小窝蛋白-1在维持胆固醇平衡中起着重要的作用36,37,38，有研究表明，小窝蛋白-1具有阻止胆固醇外流的功能，使HIV不能有效地利用胆固醇进行入侵和复制，最终抑制了HIV对宿主细胞的感染12,20,39,40。小窝蛋白-1抑制HIV感染的另一途径就是影响NF-&kapp

15、a;B通路，小窝蛋白-1在HIV复制过程中涉及多个步骤，在SIMMONS等的报告中41，小窝蛋白-1经NF-κB信号通路抑制HIV感染，其具体的作用机制为小窝蛋白-1抑制NF-κB通路上P65亚单位的乙酰化，未经乙酰化的P65无法在HIV感染和复制的过程中发挥作用，病毒的感染和复制则被抑制。小窝蛋白-1正是通过抑制P65的乙酰化而抑制HIV的感染过程41,42。上述研究表明，小窝蛋白-1对HIV感染宿主细胞有抑制作用。5 、小窝蛋白-1在其他病毒感染宿主细胞中的作用除上述几种病毒可利用小窝蛋白-1参与的内吞途径感染宿主细胞外，有研究证明，小反刍兽疫病毒（Peste de

16、s petits ruminants virus,PPRV）可利用小窝蛋白-1介导的内吞途径进入上皮细胞，且证明了酸性p H、发动蛋白和胆固醇在PPRV感染细胞的过程中至关重要；另外，当磷脂酰肌醇激酶（phosphatidylinositol）的活性被抑制时，不仅抑制了PPRV的入侵，还抑制了PPRV的复制增殖，表明PI3K可能通过触发复杂的信号通路来调节小窝蛋白-1介导的内吞通路，具体的调节机制还有待研究43。根据现有的报道，发现越来越多的包膜病毒是利用小窝蛋白-1参与的内吞途径感染细胞，除了PPRV之外，还有鸡新城疫病毒、虎蛙病毒和BK病毒等44,45,46。6 、展望受体介导的内吞途径是

17、病毒感染宿主细胞的机制的研究热点，小窝蛋白-1介导的病毒感染宿主细胞途径正是其中之一。现已发现小窝蛋白-1与多种病毒感染宿主细胞的过程相关，随着更加深入的研究，有望从小窝蛋白-1介导病毒感染和复制增殖角度入手，为预防和治疗相关传染病提供更好的方案。参考文献1YAMADA E.The fine structure of the gall bladder epithelium of the mouseJ.J Biophys Biochem,1955,1(5):445-458.2 MELLOR G L,YAMADA T.A hierarchy of turbulence closure models

18、 for planetary boundary layersJ.J Atmos Sci,1974,31(7):1791-1806.3PALADE G E.Structure modulation of pladmalemmal vesiclesJ.J Cell Biol,1968,37(3):633-649.4CHENG J P,NICHOLS B J.Caveolae:One function or manyJ.Trends Cell Biol,2016,26(3):177-189.5RAUSCH V,BOSTROM J R,PARK J,et al.The hippo pathway re

19、gulates caveolae expression and mediates flow response via caveolaeJ.Curr Biol,2019,29:242-255.6SHI L,LI L,WANG D,et al.Spatiotemporal expression of caveolin-1 and EMMPRIN during mouse tooth developmentJ.J Mol Histol,2016,47(3):337-344.7SHUKLA A,CUTUCACHE C E,SUTTON G L,et al.Absence of caveolin-1 l

20、eads to delayed development of chronic lymphocytic leukemia in Eμ-TCL1 mouse modelJ.Exp Hematol,2016,44(1):30-37.8ROUTRAY S.Caveolin-1 in oral squamous cell carcinoma microenvironment:an overview Tumour Biol Actions,2014,35(10):9487-9495.9TIMOTHY L C,ANTHONY J V.Corticosteroids for HELLP(haemolys

21、is,elevated liver enzymes,low platelets) syndromeJ.2004,329(7460):270-272.10FERNANDEZ-ROJO M A,RAMM G A.Caveolin-1 function in liver physiology and diseaseJ.Trends Mol Med,2016,22:889-904.11CHEN Z,OLIVEIRA S D,ZIMNICKA A M,et al.Reciprocal regulation of eNOS and caveolin-1 functions in endothelial c

22、ellsJ.Mol Biol Cell,2018,29(10):1190-1202.12AYALEW M.The role of caveolin 1 in HIV infection and pathogenesisJ.Viruses,2017,9(6):129.13CAO J L,NAVIS A,COX B D,et al.Single epicardial cell transcriptome sequencing identifies Caveolin 1 as an essential factor in zebrafish heart regenerationJ.Developme

23、nt,2016,143:232-24314ROMY K,JOCHEN S,SYLVIA G,et al.Caveolin-1 opens endothelial cell junctions by targeting cateninsJ.Cardiovascular Res,2017,93(1):130-140.15O DONNELL R,TASKER R C,ROE M F.SARS:understanding the coronavirus:apoptosis may explain lymphopenia of SARSJ.BMJ(Clin Res Ed),2018,327(7415):

24、620.16O DONNELL V,LAROCCO M,BAXT B.Heparan sulfatebinding foot-and-mouth disease virus enters cells via caveolamediated endocytosisJ.J Virol,2008,82(18):9075-9085.17OWCZAREK K,SZCZEPANSKI A,MILEWSKA A,et al.Early events during human coronavirus OC43 entry to the cellJ.Sci Rep,2018,8(1):7124.18DAMM E

25、 M.Clathrin and caveolin-1-independent endocytosis entry of simian virus 40 into cells devoid of caveolaeJ.J Cell Biol,2005,168(3):477-488.19LIN S,NADEAU P E,WANG X,et al.Caveolin-1 reduces HIV-1 infectivity by restoration of HIV Nef mediated impairment of cholesterol efflux by apoA-IJ.Retrovirology

26、,2012,9(1):85.20LIN S,NADEAU P E,MERGIA A.HIV inhibits endothelial reverse cholesterol transport through impacting subcellular caveolin-1 traffickingJ.Retrovirology,2015,12(1):62.21ANDERSON H A,CHEN Y,NORKIN L C.Bound simian virus 40 translocates to caveolin-enriched membrane domains,and its entry i

27、s inhibited by drugs that selectively disrupt caveolaeJ.Mol Biol Cell,1996,7(11):1825.22PELKMANS L,JüRGEN K,HELENIUS A.Caveolar endocytosis of simian virus 40 reveals a new two-step vesicular-transport pathway to the ERJ.Nat Cell Biol,2001,3(5):473-483.23OHNISHI K,DAIGO M,TOKUNAGA T.SV40-adenov

28、irus immortalized cell lines derived from mouse lymphoid dendritic cell preparationsJ.Immunol Cell Biol,1995,73:205-211.24KEVIN T,COURTNEY D G,CULLEN B R,et al.Addition of m6A to SV40 late mRNAs enhances viral structural gene expression and replicationJ.Plos Pathog,2018,14 (2):e1006919.25DRAYMAN N,B

29、EN-NUN-SHAUL O,BUTIN-ISRAELI V,et al.p53 elevation in human cells halt SV40 infection by inhibiting Tag expressionJ.Oncotarget,2016,7(33):52643-52660.26NOMURA R,KIYOTA A,SUZAKI E,et al.Human coronavirus 229E binds to CD13 in rafts and enters the cell through caveolaeJ.J Virol,2004,78(16):8701-8708.2

30、7BELTING M.Heparan sulfate proteoglycan as a plasma membrane carrierJ.Trends Biochem Sci,2003,28(3):145-151.29FITTIPALDI A,GIACCA M.Transcellular protein transduction using the Tat protein of HIV-1J.Adv Drug Deliv Rev,2005,57(4):597-608.30REILLY J F,MIZUKOSHI E,MAHER P A.Ligand dependent and indepen

31、dent internalization and nuclear translocation of fibroblast growth factor (FGF) receptor 1J.DNA Cell Biol,2004,23(9):538-548.31PELKMANS L,HELENIUS A.Endocytosis via caveolaeJ.Traffic,2010,3(5):311-320.32BERRYMAN S,CLARK S,MONAGHAN P,et al.Early events in integrin alphavbeta6-mediated cell entry of

32、foot-andmouth disease virusJ.J Virol,2005,79(13):8519-8534.33CARTER G C,LAURA B,DHAVAL S,et al.HIV entry in macrophages is dependent on intact lipid raftsJ.Virology,2009,386(1):192-202.34FENG Z,VOGT-GEISSE K,ALVEY C,et al.An age-structured model for the coupled dynamics of HIV and HSV-2J.Mathematica

33、l Bioences Engi,2017,12(4):803.35LIAO Z,GRAHAM D R,HILDRETH J E.Lipid rafts and HIVpathogenesis:Virion-associated cholesterol is required for fusion and infection of susceptible cellsJ.AIDS Res Hum Retroviruses,2003,19(8):675-687.36XU J,DANG Y,REN Y R,et al.Cholesterol trafficking is required for mT

34、OR activation in endothelial cellsJ.Proc Natl Acad Sci,2018,107(10):4764-4769.37CHEN H W,KANDUTSCH A A,WAYMOUTH C.Inhibition of cell growth by oxygenated derivatives of cholesterolJ.Nature,2018,251(5474):419-421.38FRANK P G,PAVLIDES S,CHEUNG M W,et al.Role of caveolin-1 in the regulation of lipoprotein metabolismJ.Am JPhysiol Cell Physiol,2008,295(1):C242.39BUKRINSKY M,SVIRIDOV D.Human immunodeficiency virus infection and macrophage cholesterol metabolismJ.JLeukocyte Biol,2006,80(5):1044-1051.40HESSELL A J,M