艾滋病與人類免疫缺損病毒的分子生物學

Molecularbiologyofacquiredimmunodeficiencysyndromeandhumanimmunodeficiencyvirus

第十四章內容8.1概述8.2HIV病毒的形態(tài)結構與傳染8.3HIV基因結構及編碼的蛋白8.4HIV的感染與復制8.5HIV基因的表達調控8.6病毒的致病機制8.7病毒感染與機體免疫8.8病毒感染的診斷8.9艾滋病的治療和預防８.１概述HIV在病毒分類學上屬逆轉錄病毒科（Retroviridae），慢病毒屬中的靈長類免疫缺損病毒亞屬，包括兩種，即HIV-I和HIV-II。該病毒科中共有7屬。反轉錄病毒科的主要成員如下表1。表1８.２HIV病毒的形態(tài)結構與傳染

一、形態(tài)結構1、HIV結構(平面)圖.12.HIV結構(立體)圖.2傳播途徑：血液、血液制品以及人體分泌液，如奶液和精液等。傳播對象：T淋巴細胞，也可以感染其他類型如B淋巴細胞和單形核細胞等。危害：HIV能夠攻擊人體的免疫系統(tǒng)，特別是能夠侵入T細胞，使T細胞大量死亡，導致患者喪失一切免疫功能。二、病毒的傳染８.３HIV基因結構及編碼的蛋白一、基因結構

HIV基因組由兩條單鏈正鏈RNA組成，每個RNLA基因組約為9.7kb。在RNA5’端有一帽子結構(m7G5`GmpNp)，3’端有P0ly(A)尾巴。由結構上包括LTR，結構蛋白編碼區(qū)（gag），蛋白酶編碼區(qū)（pro），多種酶活性的蛋白編碼區(qū)（pol），外膜蛋白（env）編碼區(qū)以及6個調節(jié)基因。見(圖3)、（圖4）。圖.3圖.4HIV基因結構及編碼的蛋白

二、編碼蛋白的功能

1.gag基因:

gag基因編碼病毒的核心蛋白，翻譯時先形成一個分子量大約是55kD的前體蛋日（p55），然后在HIV蛋白酶的作用下裂解成p17、p24、p15三個蛋白質。p24和p17分別參與構成HIV顆粒的內殼和內膜，p15進一步裂解成與病毒RNA結合的核殼蛋白p9和p7。2.pol基因:

pol基因編碼病毒復制所需的酶類，其中p66蛋白為逆轉錄酶，p32蛋白則為整合酶（integrase，INT）。3.pro基因:

從pol和gag基因重疊區(qū)內起始的一段序列為pro基因，它編碼蛋白酶p22，p22在裂解上述HIV蛋白前體形成終末成熟蛋白的過程中起著主要作用。4.env基因:

env基因先編碼出一個88kD的蛋白質，經糖基化后分子量增至160kD，這就是HIV包膜糖蛋白前體gP160。該前體蛋白在蛋白酶作用下被切割成gp120和gp41，gp120暴露于病毒包膜之外稱外膜蛋白。

８.４HIV的感染與復制圖.5HIV的感染過程

HIV的感染

HIV感染細胞時可與細胞的CD4受體蛋白相結合；gp41稱跨膜蛋白，是嵌入病毒包膜脂質中的部分。當gp120與CD4受體結合后，其構象改變導致與gP41分離，暴露出的gp41可插入細胞膜，造成膜融合，致使病毒核心被導入細胞。HIV與受體結合后，病毒核心進入細胞并在酶作用下脫去蛋白殼。RT以病毒RNA為模板合成單鏈DNA，隨之經細胞的DNA聚合酶合成雙鏈cDNA。cDNA經環(huán)化后整合到細胞染色體上，病毒核酸隨細胞的分裂而傳至子代細胞，十分穩(wěn)定，可長期潛伏。

原病毒整合到宿主染色體上,無癥狀;原病毒利用宿主細胞的轉錄和合成系統(tǒng)產生病毒mRNA,其中一部分編碼病毒蛋白,與基因組RNA組裝成新的病毒顆粒,從宿主細胞中釋放出來侵染其他健康細胞;宿主細胞死亡.主要過程總結如下:８.５HIV基因的表達調控LTR序列(1)核心調控元件(2)核心轉錄單位(3)反式作用因子應答元件參與復制的調控蛋白(1)Tat蛋白(2)Rev蛋白(3)Nef蛋白(4)Vpr蛋白(5)Vpu蛋白(6)Vif蛋白

一、LTR序列1.核心調控元件2.核心轉錄單位3.反式作用因子應答元件（見圖6）調節(jié)單位

核心單位TRA

圖.61.調節(jié)單位Coup-TFAP-1NF-ATUSFTCF-1аNF-κβ-453-78圖.7Coup-TF-371-334

雞卵蛋白轉錄因子是coup-F家族中相對低分子量蛋白含有鋅指環(huán)結構，起負調節(jié)作用AP-1

激活蛋白1由含亮氨酸拉鏈結構的c-jun和c-Fos家族成員組成的二聚體，屬于正調節(jié)因子-347-329NF-AT

激活T細胞核因子（有兩個結合位點）。-292-235-216-203USF

上游激活因子含有螺旋-環(huán)-螺旋結構具有負調節(jié)作用-160-173TCF-1а

T細胞因子1a含有高速泳動簇基序，起正調節(jié)作用-139-124NF-κβ

核因子κβ含有鋅指環(huán)結構及錨定蛋白重復序列，是增強子區(qū)。由3-4bp間隔的兩個10bp（GGGACTTCCC）序列構成，負責調控HIV基因在多種細胞（尤其是T細胞）中高速表達。-104-782.核心單位-780

SP1

TATA圖.8

SP1

Sp1含有與DNA結合的結構和兩個富含谷氨酰胺的結構域?？尚纬啥垠w或三聚體。當三個sp1分子與DNA結合后，改變了DNA的空間構型，激活HIV基因的轉錄。-78富含GC-46TATA

TATA元件兩端有反向重復序列，可能是轉錄因子螺旋-環(huán)-螺旋DNA結合蛋白的識別位點。TATA元件上結合的是一組蛋白質，這些蛋白稱為轉錄因子ⅡD（TFⅡD），也包括一些輔助激活蛋白（TBP）的細胞因子，這種作用是與RNA聚合酶相關，由此啟動轉錄。-24

-283.TRA圖.9TRA(反式激活因子應答元件)似發(fā)夾結構，含有4個莖區(qū)和一個環(huán)區(qū)的穩(wěn)定結構，此結構與tat蛋白結合有關。只有與tat蛋白共結合，才能轉錄出長mRNA，否則只能轉錄出小段的mRNA。二、參與HIV復制的調控蛋白

1.Tat蛋白2.Rev蛋白3.Nef蛋白4.Vpr蛋白5.Vpu蛋白6.Vif蛋白（1）Tat蛋白的結構由tat基因編碼，tat有兩個外顯子，前外顯子編碼67aa,后外顯子編碼34aa，共101aa。兩個外顯子所形成的肽共有6個結構區(qū)。前外顯子有5個區(qū)，后外顯子為一個區(qū)。見（圖.10）1.Tat蛋白

Tat蛋白有6個結構區(qū)，見下圖，其中第一、第二和第四個三個結構區(qū)與反式激活功能有關。圖.10Tat蛋白的結構示意圖第1區(qū)為N區(qū)，也是酸性氨基酸區(qū)，因含有Gln和Asp對激活HIV-1基因的表達有增強作用。第2區(qū)為富含Cys區(qū)，在其16個aa中含有7個Cys,可以與二價金屬離子形成tat二聚體，在7個Cys中有6個是維持tat活性所必需的。第4區(qū)為堿性區(qū)，有兩個功能：48~52為GRKKR（甘-精-賴-賴-精）序列，是核仁定位信號，可介導自身或異種蛋白進入細胞核。該肽段可與TAR的RNA的凸起部分特異結合。（2）調控原理Tat與TAR是一個協(xié)同調解過程。

TAR序列及完整的高級結構對調控的影響。若TAR序列發(fā)生突變，雖tat蛋白也能結合，但不能激活HIV表達。寄主因子協(xié)同作用的影響

在不同的細胞中，tat的活性可有上千倍的差別，在人鼠雜交細胞中，只有在保持人第12號染色體的雜交瘤細胞中，tat才能有效地激活HIV-1的轉錄。說明其調控還需寄主細胞編碼蛋白的協(xié)助作用。上游啟動子和增強子對調控的影響

當TAR遠離啟動子時，它的活性迅速下降。而且這種依賴作用對非激活和激活細胞并不一樣，對激活細胞作用非常大，而NF-κβ的作用恰與上述依賴作用相反。

Rev蛋白由兩個外顯子組成，分別編碼一個25個氨基酸和