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发布日期:2023/8/22 10:38:00
载脂蛋白E(ApoE)是一种对脂质代谢和胆固醇稳态至关重要的蛋白。人类ApoE蛋白主要分为ApoE2、ApoE3和ApoE4三个亚型。ApoE除了是众所周知的神经退行性疾病和心血管系统疾病的重要遗传易感因素,还在病毒感染过程中扮演重要角色。ApoE4与1型单纯疱疹病毒(HSV-1)和人类免疫缺陷病毒(HIV)感染的易感性增加有关,却可以减少丙型肝炎病毒(HCV)和乙型肝炎病毒(HBV)感染。随着COVID-19的爆发,ApoE4被证明可促进SARS-CoV-2感染和疾病进展。这些发现表明ApoE在病毒感染中的关键作用。有趣的是,ApoE基因多态性在这些感染过程中发挥不同甚至相反的作用,有必要进行系统总结,并阐明潜在机制。
 
 

一、ApoE4是SARS-CoV-2重要遗传易感基因

 

SARS-CoV-2的Spike蛋白受体结合结构域(RBD)通过与血管紧张素转换酶2 (ACE2)受体相互作用入侵宿主细胞。Kuo等人发现ε4/ε4纯合子个体患SARS-CoV-2的风险和因COVID-19致死的风险与ε3/ε3纯合子相比明显增高[1, 2],ApoE4增加COVID-19易感性和疾病严重程度的潜在机制陆续被报道(图1)。将不同ApoE基因型的人源可诱导多能干细胞诱导成星形胶质细胞和神经元,结果发现,相较于ApoE3细胞, ApoE4星形胶质细胞和神经元更容易受到SARS-CoV-2感染,并且感染后病毒对细胞的毒性更强 [3]。值得注意的是ApoE4小鼠表现出COVID-19加速进展和更差的生存预后,这可能是因为病毒感染增强和适应性抗病毒免疫抑制[4]。Xu和同事发现,相对于ApoE3, ApoE4轻度阻碍了Spike与ACE2受体的结合,这可能是由于ApoE4的结构比ApoE3更紧凑,仅能较轻微的减少Spike/ACE2介导的SARS-CoV-2假病毒感染[5]。ApoE4与HSPGs之间较高的结合亲和力可能会促进病毒感染。ApoE4与神经退行性疾病、糖尿病和心血管疾病的发病有关,这些合并症可能会影响COVID-19的发生发展[6-8]。除了作为SARS-CoV-2的主要受体外,ACE2被认为是肾素-血管紧张素系统(RAS)的拮抗剂,在心衰、高血压、心肌梗死、阿尔茨海默病(AD)、糖尿病和急性肺损伤等多种疾病中发挥多重保护作用[9, 10]。ApoE4与ACE2表达降低有关[11],这也可能是ApoE4导致COVID-19严重程度的原因之一。综上,ApoE4可通过多种潜在机制介导SARS-CoV-2感染和疾病进展,还需要通过更多的实验进一步证实。此外,ApoE基因多态性是否影响SARS-CoV-2的生命周期目前尚不清楚。

 
图1. ApoE4增加SARS-CoV-2感染的机制
 

二、 ApoE4协同HSV-1增加AD风险

 

HSV-1在正常人和AD患者的大脑中普遍潜伏,可被多种刺激重新激活,如压力、炎症等[12]。AD的病因假说有多种,如tau假说、Aβ级联假说、ApoE级联假说等。长期以来,AD的“感染理论”并没有得到足够的重视。随着AD的感染病因实验证据的积累,引发了研究者从主流假说到病原体感染和抗菌保护假说转变的思考。特别是HSV-1,由于其能够引起复发性、终生感染而引起广泛关注。感染HSV-1可触发神经炎症、Aβ产生和磷酸化tau的积累。尸检证据已经证实在AD的脑组织中存在HSV-1 DNA。与健康对照组相比,HSV-1 DNA在AD患者大脑中出现的频率更高[13],病毒DNA在Aβ斑块附近尤为明显[14]。

 
然而,感染HSV-1的个体通常不会发生AD,环境或遗传易感因素的存在似乎是该理论有效的必要条件。最近的证据表明HSV-1与ApoE ε4等位基因一起可明显增加AD风险[15, 16]。此外,ApoE4阳性的个体更容易表现出HSV-1再激活,即IgM阳性或IgG水平升高的个体,患AD的风险显著增高。有证据表明ApoE4亚型可以促进HSV-1颗粒进入细胞。在急性感染中ApoE4比ApoE3更易通过与HSPGs相互作用促进HSV-1定植入脑,并加速与ApoE4相关的神经退行性过程[17, 18]。
 
综上,尽管大量的临床关联研究强调了HSV-1感染与AD发生之间的密切联系,但确定HSV-1感染与AD之间的因果关系仍然具有挑战性。此外,ε4等位基因如何增加HSV-1的易感性并最终发展为AD仍不清楚。
 

三、ApoE4促进HIV感染

 

目前还没有治愈AIDS的方法,需要进一步探索AIDS的发病机制胆固醇是HIV包膜的重要组成部分。ApoE在胆固醇转运中发挥重要作用,越来越多的证据强调ApoE与HIV感染之间的相关性。尽管还存在争议,研究报道ApoE4与HIV-1感染增强、疾病进展以及HIV相关神经认知障碍发生率增加相关(图2)ApoE亚型如何差异性调控HIV-AIDS发病?Tat是HIV-1复制所必需的蛋白,并作为LRP1的配体。研究发现,ApoE4与Tat竞争LRP1结合的能力不如其它ApoE亚型,阻碍了Tat的内化和Tat介导的LTR的转录激活[19]。因此,ApoE模拟肽可能是一种潜在的治疗HIV-1感染的候选药物。ApoE亚型的差异效应也可能在HSPG的附着水平上发挥作用,这是HIV感染的限速步骤[20]。此外,病毒包膜上的ApoE可将HIV颗粒靶向LDLR以促进病毒的进入细胞[21]。此外,ApoE4在促进胆固醇从细胞流出方面不如ApoE3有效,造成ApoE4纯合子中质膜筏相关胆固醇的积累,从而增强病毒感染[22, 23]。ApoE不同亚型差异性调控免疫功能也可能会加速AIDS进展。综上所述,进一步的纵向随访研究和更大的样本量以阐明ApoE亚型依赖性对HIV感染的影响是必要的。此外,ApoE基因多态性与HIV-1不同亚型之间的关系有待进一步明确。

 

图2. ApoE4促进HIV感染的机制
 

四、ApoE4预防HCV感染

 

ApoE参与HCV的进入、复制、组装和释放,可能是控制HCV感染的潜在候选治疗靶点(图3)。ApoE通过与HSPG相互作用促进HCV的附着,其中syndecan-1和syndecan-4是介导病毒附着的主要HSPG[24, 25]。此外,ApoE通过与肝细胞表面LDLR和SR-B1相互作用增强HCV进入细胞[26]。ApoE的缺失减少了细胞外HCV颗粒的形成,而不影响细胞内病毒核衣壳或病毒包膜的数量[27],表明ApoE可能参与了HCV的后期组装步骤,如颗粒成熟。然而,内质网中检测到HCV的ApoE和E2糖蛋白之间的直接相互作用,表明ApoE与HCV的关联也发生在组装的早期阶段[28]。下调ApoE表达显著抑制HCV颗粒的产生,而外源性过表达ApoE的C端结构可以恢复HCV颗粒的产生,表明ApoE在HCV的产生中起着重要作用[29]。ApoE与病毒的结合也使病毒具有逃避抗体的能力,为开发预防性丙型肝炎疫苗提供了重要指导。研究报道,在HCV感染患者中,ε4等位基因的出现频率明显较低。与ε3等位基因相比,ε4等位基因对HCV感染具有保护作用,可减缓HCV引起的肝纤维化。ApoE4如何预防HCV感染和疾病病理?首先,ApoE4诱导的高β-脂蛋白血症能够影响LDLR介导的病毒摄取,这是因为游离β-脂蛋白蛋白和病毒-脂蛋白颗粒在游离LDLR位点上的竞争性结合[30]。此外,ApoE4个体中较低的LDLR浓度可能会减少HCV在肝细胞之间的传播[31]。综上,作为病毒颗粒的一部分,ApoE不仅参与了HCV在细胞表面的附着和进入,还参与HCV病毒颗粒在细胞中的组装和释放过程。更好地了解HCV的生命周期,建立合适的体外模型来模拟HCV进入细胞的复杂过程,有助于阐明ApoE及不同ApoE亚型在HCV感染中的作用。

 
图3. ApoE在HCV生命周期中的作用
 

ApoEHBV的感染和产生有重要作用

 

目前针对HBV的抗病毒药物只能抑制病毒复制,不能根除。因此,探索HBV感染的新机制有重要意义。最近研究表明ApoE在HBV感染中起重要作用。在纯化的HBV中检测到ApoE富集,ApoE存在于病毒包膜并促进HBV的感染、产生和分泌[32]。LDLR家族蛋白和HSPGs等HBV附着受体均是重要的ApoE结合蛋白。与HCV感染的机制类似,ApoE可能通过与LDLR和HSPGs结合来促进HBV感染。近年来,ApoE在HBV感染中的作用取得了里程碑式的进展,部分原因是体外HBV培养细胞系的建立。值得注意的是,通过CRISPR/Cas9基因编辑技术抑制ApoE蛋白表达或消耗ApoE可使HBV感染减少90%以上,HBV产生减少80%以上,并且这些效果可以通过ApoE的异位表达而有效恢复[32]。然而,沉默其它载脂蛋白成员(如ApoB)的表达对HBV感染没有显著影响,这表明ApoE对HBV感染有一定特异性。一些研究试图揭示HBV感染与ApoE亚型之间的关系,结果显示ApoE3等位基因携带者更容易发生HBV相关性肝硬化,ApoE4等位基因对肝硬化的发展具有保护作用[33]。综上所述,近年来ApoE在HBV感染中的关键作用和治疗潜力方面取得了重大进展。其潜在的机制可能与ApoE在HCV感染中的作用类似,需要通过实验进一步验证。
 

六、 总结与展望

 
近年来ApoE在病毒感染中的重要作用被逐渐认识。有几个问题值得探讨,首先,ApoE4加速某些病毒(如HIV和SARS-CoV-2)的感染,但阻止其它病毒(如HCV)感染的主要生物学基础是什么?一方面,这些病毒感染宿主细胞依赖的的受体不同,ApoE4与这些受体的结合能力也不同。另一方面,ApoE蛋白是HCV和HBV等病毒的重要组成成分。因此,ApoE对某些病毒的增值是必需的,但对其它病毒没有这样的作用。此外,目前尚不清楚ApoE在其它病毒感染中的机制是否也适用于SARS-CoV-2?在过去20中,基于ApoE的AD治疗已经得到了广泛的研究。这些方法是否可以用于预防ApoE相关的病毒感染值得探索,如将ApoE4转化为“ApoE3样”分子。总结ApoE在病毒感染过程中的关键作用,有助于制定有效的抗病毒策略和明确进一步的研究方向。随着假病毒等生物学方法的快速发展以及病毒感染体外细胞培养模型的建立,有利于揭示ApoE在病毒感染的过程中的作用。此外,由于病毒基因组序列的巨大变异性,揭示ApoE对病毒感染的影响将是一个长期的过程。
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