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Receptors and Coreceptors of Human Immunodeficiency Virus
Wang Xue Zhou Ying Tian Bo
(Institute of Microbiology, Academia Sinica, Beijing 100080)
Key words Acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), Human immunodeficiency virus, Receptor, Coreceptor
人免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus, HIV)是引起艾滋病的病原。由于该病的病死率较高，目前尚没有被广泛接受的有效的医治方法，所以世界各国对艾滋病都十分重视。在感染HIV时，HIV首先与靶细胞上的受体(receptor)结合后，才能进入该细胞并在其内繁殖。所以充分地了解HIV的受体及辅助受体(coreceptor)，对控制HIV的感染和传播是至关重要的。
1 HIV的受体
早在10多年以前，人们就发现用抗CD4抗原的单克隆抗体在体外可以阻止病毒与细胞结合和病毒的感染；随后又发现将CD4基因转入到不表达CD4分子的细胞中，使该细胞表达CD4蛋白[1]，这种表达CD4抗原的细胞就能被HIV感染，因此认为CD4是HIV的受体。后来经研究发现，HIV包膜糖蛋白前体gp160转录后切割成gp120和gp41，二者以非共价键方式连接在一起，形成分别由三个gp120和gp41所组成的寡聚体[2]，其中gp41可穿过病毒的包膜。gp120与宿主细胞的CD4分子具有较高亲和力，通过二者的识别，病毒吸附到细胞的表面并使gp41的构型发生变化，触发细胞间融合，受感染并表达gp120的细胞与未受感染的正常的CD4细胞形成合胞体(syncytium)，而导致该正常细胞死亡[2]。
2 HIV的辅助受体
2.1 辅助受体与细胞嗜性株系
时隔十年后，在1996年发现CCR5和CXCR4为HIV的辅助受体。因为CD4分子本身只能诱导病毒包膜蛋白构型改变，但还不能使HIV进入到靶细胞内部，必须借助与辅助受体作用才能进入细胞中[3]。最近Weissenhorn等[4]和Cham等[5]分别将两个穿膜糖蛋白gp41的膜外大片段共结晶，所揭示出的gp41核心结构与流感病毒HA2蛋白极为相近，所以推测HIV进入靶细胞的过程与流感病毒相同。gp120与靶细胞表面的CD4分子结合，然后与辅助受体相互作用，触发包膜糖蛋白构型发生变化，这一变化使gp41暴露出来，使融合肽(fusion peptide)穿透靶细胞。的确，HIV与CD4的结合增加了gp120-CCR5的相互作用效率，同时也证明CXCR4与细胞膜上的CD4-gp120复合体结合[6]。后来又有报道指出，人巨细胞病毒也可编码β-趋化因子受体US28，它可以被HIV-I用作辅助受体进入靶细胞[7]。
不同来源的病毒感染不同类型细胞的能力是不相同的，这称为细胞嗜性(cell-tropism)，所有的HIV株系都能感染原始的(primary)CD+4T淋巴细胞。许多新病毒株(primary viral isolate)能在单核细胞中很好复制，而不能感染T细胞系，把这种株系归类为单核细胞或巨噬细胞嗜性株系(M-tropic strains, M-trop)[8]，反过来另外一些病毒株，特别是那些能在体外培养的淋巴细胞中繁殖的病毒株，又称为T-细胞系适应株，只能感染原始的T-淋巴细胞而不能感染单核细胞或巨噬细胞，称为嗜T细胞病毒株(T-tropic strains, T-trop)[9]。M-Trop不能在体外诱导形成合胞体(称为非合胞体诱导型)，而T-trop则能在体外诱导形成合胞体(称为合胞体诱导型)。1996年初，Feng等[10]发现当T-trop的HIV进入靶细胞时利用CXCR4作为辅助受体；CXCR4的天然配体是趋化素(chemokine)SDF-1，识别CXCR4的抗体阻止T-trop进入靶细胞，而不能阻止M-trop的感染。M-trop的HIV利用CCR5作为辅助受体，同时CCR5是β-趋化素的受体。在性传播的HIV中约有90%以上的HIV是M-trop，在艾滋病患者中的HIV也主要利用辅助受体CCR5，而利用CXCR4作为辅助受体则很少[11]。但是，T-trop的HIV一旦在体内繁殖，其毒力特别强，并可促使病程加快[10]。
2.2 辅助受体与病毒感染
辅助受体的发现对了解病毒的传播和宿主的抗性具有重要的意义。HIV-1的感染并在宿主体内定植的株系(无论是性传播和垂直传染还是血流传染)占优先地位的是M-trop[6，7]。就是说尽管在有些被感染者体内既存在M-trop又有T-trop，但原始感染的大多数是HIV的M-trop。例如有些人(某些妓女和HIV感染者的配偶等)不断地接触HIV，但不被感染[11]。体外研究表明，这些欧洲人的外周血单核细胞(PBMC)抗M-trop的感染而不抗T-trop的感染，在分析它们的基因型时发现其CCR5是缺失纯合体，在其细胞表面没有表达出该辅助受体，PBMC不能传递CCR5介导的信号。有人认为这是由于CCR5细胞主要分布在粘膜的表面，通过性接触使病毒进入该细胞[12]。但是通过注射毒品和接受被感染血液输入的HIV阳性携带者中，其原始感染的病毒株系也是M-trop，这说明HIV的感染不局限于粘膜表面的细胞，初始感染时需要单核细胞、巨噬细胞来抵抗T-trop的侵染。影响CCR5和CXCR4基因表达的因素以及这些基因的点突变都影响病毒的感染。IL-2促进它们表达，从而加速病毒的感染。辅助受体的配体(ligand)如β-趋化素可封闭或者减少HIV进入靶细胞[13]。
另外，这些辅助因子的发现，对我们了解由M-trop向T-trop的转换和受感染者的发病进程也具有重要的意义。在原始感染时，M-trop占主导地位，在大多数人体内都是M-trop，但有的人体内确存在有T-trop的HIV，遗憾的是现在还不清楚M-trop为什么存在这种优势和什么原因能够使其永远转变为T-trop。病毒本身的变异可能是其中原因之一；M-trop的优势可能是由于适合M-trop复制条件来维持，而这种条件不适合T-trop的复制，一旦这种平衡被一种或几种因素所破坏就可能触发嗜性系转换。M-trop的HIV在许多被感染的人群特别是长期HIV阳性而不发病人体中的广泛存在支持了这种说法，同时也证明宿主本身的因子在控制嗜性系转换中起重要作用。HIV嗜性系的转换使整个新的天然CD+4T细胞群都被病毒感染，这样就可能引起发病或促使病程加快。
3 受体与治疗
弄清楚HIV是怎样进入靶细胞的，对于制定艾滋病的治疗策略是有益的。干扰病毒与受体的结合不失为一条防治HIV感染和发病的可行途径。
3.1 针对CD4分子
3.1.1 单克隆抗体
抗CD4分子的抗体可以封闭HIV的感染力，制备直接识别病毒结合位点以阻止病毒与CD4分子结合。还有人提出用识别CD4抗体的抗体(独特型抗体)，它具有病毒识别的表位，使病毒与该抗体结合而不与CD4分子结合[14]。识别gp120的中和抗体是阻止病毒与其受体结合的手段之一，在无病症的HIV阳性携带者体内的中和抗体，能够减缓艾滋病患者的病程[14]。
3.1.2 重组可溶性CD4(rcCD4)
利用基因工程的方法制备与病毒gp120具有高亲和力的CD4分子，rcCD4通过封闭病毒的附着来阻止HIV的感染和合胞体的形成。在用CD4治疗被病毒感染的猡猴时发现rcCD4可抑制病毒的生长和改善骨髓的功能[15]。
3.1.3 其它
肝素也可以阻断HIV与CD4分子结合，从而防止感染和合胞体的形成，并且证明这一化合物并没有毒性。另外和病毒膜蛋白gp120具有共同序列的8肽与HIV竞争CD4等，据说可以减轻病毒的感染。
3.2 针对辅助受体5
CCR5在HIV感染初期起重要作用，而CXCR4被后来艾滋病发病时所出现T-trop的HIV所利用。同时，它们也是趋化因子的受体。趋化因子及其受体在体内的作用是指导特定的白细胞(Leukocyte)向炎症部位转移。所有T细胞趋化剂(chemoattractant)都选择地吸附记忆/被活化的T细胞。CCR5是β-趋化素Rantes、MIPα和MIPβ的受体，其中MIP-1β使用CCR5作为主要受体，而其它趋化素除识别CCR5之外还识别另外一些受体。竞争实验表明MIP-1β可与HIV竞争CCR5受体，阻止病毒与细胞融合[15]。动物实验显示Rantes可以增加巨噬细胞对病毒的抗性。CXCR4是SDF-1的受体，SDF-1可抑制T-trop的HIV；识别CXCR4的单克隆抗体可以抑制由SDF-1诱导产生细胞趋化性和细胞内钙的改变[17]。
因此，在进行治疗时运用多肽或其配体来封闭CCR5，或者通过基因治疗来干扰CCR5基因的表达，用识别辅助受体表位的疫苗来预防HIV的感染，需要建立动物模型来试验针对辅助受体的治疗，因为HIV在非人源细胞中复制较差，并且还需要克服HIV进入动物细胞的障碍。CCR5也是猿猴免疫缺陷病毒(SIV)的辅助受体，但SIV株系的特性与T-trop相似，而与M-trop相异[18]，因而利用猿猴进行试验不能完全反映HIV-1在体内的情况，所以有人提出利用产生人CD+4 CCR5的转基因小鼠来进行疫苗试验[18]。
HIV gp120与CCR5的相互作用对中和抗体较为敏感，大部分抗体不能阻止gp120与CD4分子的结合，而能阻止与CCR5的结合。因为CCR5是人体中的正常成分，其免疫原性较差，所以也就不能直接用它作为疫苗，但可以用CCR5蛋白来筛选人源抗体库，抗体库具有广泛的多样性，理论上任何抗原都能筛选到相应的抗体。利用β-趋化素在体外可以阻止HIV-1感染，据说在体内用β-趋化素进行治疗时，需将β-趋化素进行修饰，否则会使人体引起炎症反应[19]。
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