肝炎病毒
肝炎病毒,包括甲型、乙型、丙型、丁型和戊型,通過誘發(fā)肝炎對全球健康構成威脅。甲型和戊型通常通過受污染的食物和水傳播,而乙型、丙型和丁型則通過受感染的血液和體液傳播。這些病毒可能導致急性或慢性肝病,其中乙型和丙型肝炎往往悄無聲息地發(fā)展為慢性疾病,增加了肝硬化和肝癌的風險。除了乙型肝炎病毒(HBV)外,所有這些肝炎病毒都是RNA病毒。針對甲型和乙型肝炎的疫苗可用于預防。
表1. 肝炎病毒的特征
甲型肝炎病毒 (HAV) | 乙型肝炎病毒 (HBV) | 丙型肝炎病毒 (HCV) | 丁型肝炎病毒 (HDV) | 戊型肝炎病毒 (HEV) | |
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病毒科 | Picornaviridae | Hepadnaviridae | Flaviviridae | 不適用 | Hepeviridae |
病毒屬 | Hepatovirus | Orthohepadnavirus | Hepacivirus | Deltavirus | Orthohepevirus |
基因組 | 正鏈單鏈線性RNA | 雙鏈DNA | 正鏈單鏈線性RNA | 負鏈單鏈環(huán)狀RNA | 正鏈單鏈線性RNA |
傳播方式 | 糞-口 | 接觸受感染血液或體液/性/圍生期 | 接觸受感染血液 | 接觸受感染血液/體液 | 糞-口/動物源/輸血 |
感染的臨床結果 | 自限性 | 自限性和慢性 | 自限性和慢性 | 自限性和慢性 | 自限性 |
表格信息引用自: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8999150/
甲型肝炎病毒(HAV)
HAV是一種無包膜的RNA病毒,基因組大小為7.5 kb。其基因組編碼一個單一的大型多聚蛋白,經(jīng)過處理后形成四個衣殼蛋白(VP1、VP2、VP3、VP4)和七個非結構多肽(2A、2B、2C、3A、3B、3C、3D)。傳染性HAV病毒存在于兩種形式:裸露的無包膜HAV(neHAV)病毒顆粒,以及通過劫持宿主控制產(chǎn)生的準包膜病毒(eHAV)。
HAV蛋白 | 功能 | 產(chǎn)品 | ||
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基因組多聚蛋白 | 結構蛋白 | VP1 | 構成衣殼多肽 | Recombinant Human HAV genotype IA Genome polyprotein |
VP2 | Recombinant Human HAV genotype IIA Genome polyprotein | |||
VP3 | Recombinant Human HAV genotype IIIA Genome polyprotein | |||
VP4 | ||||
非結構蛋白 | 2A | 病毒復制所需 | Recombinant Human HAV genotype IB Genome polyprotein | |
2B | ||||
2C | Recombinant Human HAV genotype IIB Genome polyprotein | |||
3A | 將復制成分錨定到細胞膜 | |||
3B | 也稱為VPg | Recombinant Human HAV genotype IIIB Genome polyprotein | ||
3C | 一種半胱氨酸蛋白酶,將多肽切割成蛋白質 | |||
3D | 一種RNA聚合酶 |
HAV生命周期
HAV通過與細胞表面分子(特別是唾液酸和神經(jīng)節(jié)苷脂)結合進入宿主肝細胞,隨后病毒衣殼脫落,病毒RNA從內質網(wǎng)釋放到細胞質中 [1]。病毒基因組在內部核糖體進入位點(IRES)的調控下被翻譯成多聚蛋白,然后被切割成不同的結構和非結構蛋白。
基因組RNA也被用作模板,生成許多新的RNA基因組副本,這些副本被包裝成衣殼以產(chǎn)生細胞內病毒后代。新合成的HAV病毒顆粒以準包膜形式從細胞中釋放。
乙型肝炎病毒(HBV)
HBV病毒顆粒由外層脂蛋白包膜組成,包膜由乙型肝炎表面抗原(HBsAg)構成,以及由乙型肝炎核心抗原(HBcAg)形成的二十面體核衣殼,包裹著部分雙鏈、松弛環(huán)狀DNA(rcDNA)基因組,基因組大小為3.2 kb。
HBV基因組由四個部分重疊的開放閱讀框(ORFs)組成,分別為C(核心)、P(聚合酶)、X(調節(jié)X蛋白)和S(表面),從中合成七種功能性蛋白:HBcAg、HBeAg、聚合酶(pol)、HBx和三種類型的HBsAg - 小型(s)、中型(M)和大型(L)蛋白。
圖1. 乙型肝炎病毒的結構
圖片來自維基百科
HBV生命周期
HBV以依賴內吞作用的方式進入宿主肝細胞。HBV首先通過與肝細胞表面的硫酸肝素蛋白多糖(HSPGs)如glypican 5結合開始。然后,它與肝細胞表面的鈉?;悄懰峁厕D運肽(NTCP/SLC10A1)受體結合以引發(fā)病毒內化 [2-4]。
研究表明,EGFR通過與NTCP直接相互作用觸發(fā)HBV進入宿主細胞 [5,6]。隨后,病毒核衣殼被釋放到肝細胞質中,然后被運輸?shù)郊毎恕?/p>
在細胞核中,病毒基因組rcDNA被轉換成cccDNA(共價閉合環(huán)狀DNA),以擴增病毒RNA中間體,然后再次逆轉錄回病毒DNA [7]。同時,病毒DNA整合到宿主基因組中,這是乙型肝炎無法治愈的原因。
cccDNA微型染色體保留在細胞核中,作為病毒RNA轉錄的模板。它編碼七種必需的病毒蛋白,用于復制:三種不同大小的HBsAg、HBcAg、HBeAg、HBx和DNA聚合酶 [8]。
在細胞質中,HBcAg蛋白自組裝成二十面體核衣殼,包裹病毒聚合酶和pgRNA。在核衣殼內進行逆轉錄后,包含HBV基因組的病毒衣殼與內質網(wǎng)中的HBsAg蛋白結合進行包裹。最終,成熟的HBV病毒顆粒通過多泡體(MVBs)從肝細胞中釋放。
圖2. HBV生命周期
圖源: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8387624/
丙型肝炎病毒(HCV)
HCV的RNA基因組長度約為9.6 kb。病毒基因組包含一個單一的開放閱讀框(ORF),編碼一個單一的多聚蛋白前體,隨后被處理成三個結構蛋白和七個非結構蛋白。
HCV生命周期
HCV以pH和clathrin依賴的內吞作用進入細胞。HCV首先通過與HSPG和LDL-R結合附著到宿主細胞,然后通過E2與肝細胞表面的CD81和清道夫受體類B型I(SR-BI)結合 [9,10],并通過與claudin-1和occludin相互作用,促進其與內質網(wǎng)膜融合,從而進入細胞 [11]。
隨后,內質網(wǎng)介導的內化作用,內質網(wǎng)酸化促進低pH依賴的HCV包膜與內質網(wǎng)膜融合,導致病毒基因組RNA釋放到細胞質中 [12]。RNA被用作復制和多聚蛋白翻譯的模板。RNA翻譯在ER中進行,并由5'UTR IRES與核糖體結合啟動,導致形成多聚蛋白前體。
多聚蛋白在宿主或病毒蛋白酶的作用下共同翻譯后和翻譯后被切割,產(chǎn)生結構蛋白(核心蛋白、E1和E2)和非結構蛋白(p7、NS2、NS3、NS4A、NS4B、NS5A和NS5B蛋白)。HCV RNA復制發(fā)生在內質網(wǎng)中的膜網(wǎng)(MW)內,并由NS5B RNA依賴RNA聚合酶催化。新生成的病毒RNA被運輸?shù)胶诵牡鞍捉M裝位點,然后被包裹形成核衣殼。
病毒核衣殼隨后與病毒E1/E2蛋白(包裹)相互作用,并進入ER腔,然后被轉移到高爾基體。病毒病毒在高爾基體中完成成熟,并通過極低密度脂蛋白(VLDL)途徑從宿主肝細胞中運輸并釋放。
丁型肝炎病毒(HDV)
Rizzetto等人最初在1977年在HBV感染的嚴重肝炎患者中發(fā)現(xiàn)了HDV [13]。HDV是一種混合病毒,因為它使用乙型肝炎表面抗原(HBsAg)作為其包膜蛋白。這一特性使得HDV只能感染同時攜帶HBV的患者。
HDV顆粒由外層脂蛋白包膜組成,由HBV的表面抗原(HBsAg)構成,內部為核糖核蛋白結構,其中包含HDV基因組。HDV基因組約為1.7 kb,僅編碼肝炎δ抗原(HDAg),有兩種形式:27 kDa大HDAg(delta-Ag-L)和24 kDa小HDAg(delta-Ag-S)[14]。
HDV蛋白 | 功能 | 產(chǎn)品 |
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Large delta antigen (L-HDAg) | 對病毒組裝至關重要 | Recombinant HDV Large delta antigen |
Recombinant HDV genotype I Large delta antigen | ||
Recombinant HDV genotype II Large delta antigen | ||
Recombinant HDV genotype III Large delta antigen | ||
Small delta antigen (S-HDAg) | 維持HDV RNA復制所需 | Recombinant HDV genotype I Small delta antigen |
Recombinant HDV genotype II Small delta antigen | ||
Recombinant HDV genotype III Small delta antigen |
HDV生命周期
HDV感染依賴于HBV的存在,因為它需要HBV的包膜蛋白才能進入、組裝和傳播。HDV病毒最初附著在肝細胞表面的HSPGs上,然后通過NTCP受體進入宿主細胞 [15]。病毒包膜與內質網(wǎng)膜融合后,HDV核糖核蛋白(RNP)從內質網(wǎng)中釋放出來,然后被運輸?shù)郊毎恕?/p>
在細胞核內,HDV RNA通過雙滾動圈擴增機制進行復制,生成抗原體RNA和額外的基因組RNA。出口到細胞質后,mRNA在ER處被翻譯以生成HDAg蛋白。HDAg蛋白隨后重新進入細胞核,其中S-HDAg增強基因組復制。S-HDAg和L-HDAg與新合成的基因組RNA結合形成新的RNP。
產(chǎn)生的RNP被釋放到細胞質中,其中L-HDAg有助于與ER中的HBsAg連接,組裝新的病毒顆粒。新合成的病毒顆粒隨后通過高爾基體從肝細胞中釋放,以感染相鄰細胞。
圖3. HDV生命周期
圖源: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8557527/
戊型肝炎病毒(HEV)
與HAV類似,HEV病毒在感染宿主中以兩種形式存在,糞便中的非包膜(neHEV)球形顆粒和循環(huán)血液中的準包膜(eHEV)顆粒以及感染細胞培養(yǎng)物的上清液。
HEV基因組RNA長度約為7.2 kb,具有三個開放閱讀框(ORFs):ORF1編碼非結構多聚蛋白,用于病毒復制和轉錄,ORF2編碼衣殼蛋白,具有高度免疫原性并引發(fā)中和抗體,ORF3部分重疊ORF2,編碼參與病毒形態(tài)形成和致病性的多功能磷蛋白。
最近,僅在基因型1 HEV中發(fā)現(xiàn)了一個新的ORF4,內質網(wǎng)(ER)應激通過促進基因型1 HEV中新ORF4的翻譯來促進病毒復制 [16]。
HEV蛋白 | 功能 | 產(chǎn)品 |
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ORF1 | 編碼非結構多聚蛋白,用于病毒復制和轉錄 | Recombinant HEV genotype 1 Non-structural polyprotein pORF1 (ORF1) |
Recombinant HEV genotype 3 Non-structural polyprotein pORF1 (ORF1) | ||
Recombinant HEV genotype 4 Non-structural polyprotein pORF1 (ORF1) | ||
ORF2 | 編碼衣殼結構蛋白,高度免疫原性并引發(fā)中和抗體 | Recombinant HEV Capsid protein (ORF2) |
Recombinant HEV genotype 1 Secreted protein ORF2 | ||
Recombinant HEV genotype 3 Capsid protein (ORF2) | ||
Recombinant HEV genotype 4 Capsid protein (ORF2) | ||
ORF3 | 編碼多功能磷蛋白,具有兩個疏水結構域(D1和D2)和兩個富含脯氨酸的結構域(P1和P2) | Recombinant HEV genotype 1 Protein ORF3 |
Recombinant HEV genotype 3 Protein ORF3 | ||
Recombinant HEV genotype 4 Protein ORF3 | ||
ORF4 | 僅在基因型1 HEV中鑒定 | / |
HEV生命周期
HEV感染始于個體攝入糞便污染的水或食物,將病毒引入消化系統(tǒng)。HEV隨后通過病毒血癥進入血液并到達肝臟。非包膜HEV顆粒附著在肝細胞表面的HSPGs上,并通過特定細胞受體進入宿主細胞。準包膜HEV病毒通過依賴于dynamin的、介導的clathrin內吞作用進入肝細胞,涉及Rab5和Rab7。
進入宿主肝細胞后,HEV顆粒經(jīng)歷衣殼蛋白脫落,然后將其基因組RNA釋放到細胞質中。病毒基因組RNA直接作為mRNA用于ORF1多聚蛋白的翻譯。它還合成互補的負義RNA,作為轉錄基因組和亞基因組mRNA的模板。
亞基因組mRNA隨后被翻譯成ORF2衣殼蛋白和ORF3多功能磷蛋白。ORF2衣殼蛋白形成病毒樣顆粒(VLPs),并包裝新合成的正義基因組RNA以產(chǎn)生后代HEV病毒。
ORF3通過與細胞蛋白相互作用調節(jié)宿主環(huán)境,促進病毒復制和釋放。值得注意的是,ORF3與ESCRT途徑中的TSG101結合,幫助新生病毒顆粒出芽到多泡體中。這些多泡體與質膜融合,從感染的肝細胞中釋放病毒病毒,要么作為eHEV進入血液,要么作為neHEV進入膽管。
圖3. HEV生命周期
圖源: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8079827/
全球肝炎病毒狀況
肝炎病毒的全球狀況仍然是一個重要的公共衛(wèi)生問題。特別是乙型和丙型肝炎,由于它們能夠引起慢性感染并導致嚴重的肝病,因此構成了持續(xù)的挑戰(zhàn)。有效的抗病毒治療和疫苗接種計劃的發(fā)展在預防和管理肝炎感染方面取得了進展。然而,獲取的障礙,特別是在低收入地區(qū),仍然存在。
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