乙肝病毒生活史：侵入肝细胞与病毒组装

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图1. 乙肝病毒颗粒和亚病毒颗粒的结构示意图。乙肝病毒是一种包膜病毒，直径约为42nm（42n颗粒）。包膜由包裹病毒核衣壳的三种表面蛋白（乙肝病毒表面大蛋白、乙肝病毒表面中蛋白、乙肝病毒表面小蛋白）形成。核心抗原形成核衣壳，核衣壳中包含与病毒多聚酶共价连接的部分双链环形DNA基因组。在乙肝病毒阳性病人的血清中可发现大量无传染性的丝状(管状)或球状亚病毒颗粒（20nm颗粒），这些病毒颗粒由病毒表面蛋白构成，但缺乏病毒核酸。



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HBV Life Cycle: Entry and Morphogenesis

摘要：乙型肝炎病毒（HBV）是导致肝病的主要原因。乙型肝炎病毒主要以一种尚未明确的机制感染肝细胞。在经历吞饮过程之后，核衣壳释放进入细胞质，开环DNA（rcDNA）基因组向细胞核转运，并在其中转变为共价闭合环状DNA（cccDNA）。病毒基因组通过与HBV多聚酶结合的前基因组RNA进行复制。多聚酶触发衣壳内前基因组的壳体化和内转录。包含有开环DNA的成熟核衣壳能够将开环DNA再次输运至细胞核，或者通过与


包膜蛋白的相互作用得以分泌成为子代病毒颗粒。
关键词：乙型肝炎病毒；侵入；病毒组装；肝病

1. 前言
人类乙型肝炎病毒属于嗜肝DNA病毒科。嗜肝DNA病毒科分为2个种属：哺乳动物病毒属和禽病毒属。前者包含人类乙型肝炎病毒（HBV，以下简称乙肝病毒），旱獭肝炎病毒（WHV）以及地松鼠乙型肝炎病毒（GSHV）。鸭乙型肝炎病毒（DHBV）和苍鹭乙型肝炎病毒（HHBV）属于禽病毒属[1]。嗜肝DNA病毒科具有以下共同特点：
•        由一段完整的编码链（负链）和一段不完整的非编码链（正链）构成的部分双链基因组DNA；
•        RNA依赖性DNA多聚酶；
•        通过前基因组RNA模板进行复制；
•        高度的种属和组织特异性；
    乙肝病毒的部分双链DNA基因组长度约为3.2kb。病毒基因组使用全部三种读码框，并包含至少四种不同的开放阅读框，分别编码病毒多聚酶、核心抗原（HBcAg）、e抗原（HBeAg）、HBX调节蛋白以及对三种表面抗原（包括乙肝病毒表面大蛋白[LHBs]、表面中蛋白[MHBs]、表面小蛋白[SHBs]）进行编码的前S基因/S基因（图1）。

感染乙肝病毒可引起急性或慢性肝炎。乙肝病毒也是导致肝细胞癌（HCC）的主要病原体[2，3]。鉴于上述原因，许多研究关注于潜在的病毒致癌物的鉴定。除此之外，有关病毒生命周期的许多方面的问题仍未明确。本文对病毒生命周期进行了概述，着重介绍了新合成病毒颗粒的粘附、侵入以及病毒组装。

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2. 乙肝病毒的结构蛋白
2.1 包膜蛋白
乙肝病毒表面蛋白由一个开放阅读框进行编码，此阅读框被三个框内AUG起始密码子分为下列区域：前S1区、前S2区和S区。乙肝病毒大蛋白包括前S1区（108或109个氨基酸，依赖于基因型不同而有所不同）、前S2区（55个氨基酸）和S区（226个氨基酸）；表面中蛋白包括前S2区和S区；表面小蛋白由S区构成[4]。所有三种表面蛋白均具有的S区在第146位的天门冬酰胺处存在一个N-糖基化位点。所有三种表面蛋白均部分使用此位点[1,5,6]。在前S2区的第4位天门冬酰胺处也存在一个糖基化位点，仅表面中蛋白使用此位点（图2）。此外，有证据表明，C、D基因型乙肝病毒的表面中蛋白和表面大蛋白，其前S2区在第37位的苏氨酸处均发生了部分O-糖基化，其中表面大蛋白程度较轻。A基因型乙肝病毒不包含第37位或第38位的苏氨酸，因而无O-糖基化发生[7]。
乙肝病毒包膜蛋白属于膜内在蛋白，其S区锚定于膜内[8，9]。N末端信号序列（第8位至第22位氨基酸）启动了S蛋白的膜嵌入，此序列并未发生剪切而是形成了首个跨膜区（TM1）。在成熟的蛋白质中，第23位至第79位氨基酸面向细胞质。在第80位至第98位氨基酸处，形成第二个跨膜区（TM2）的第二信号引导着生长链经内质网膜（ER）易位进入内质网膜腔，直至位于第170位氨基酸处的S区域疏水性C末端位点（位于内质网膜内）启动。C末端区域（为第170位至第226位氨基酸）的具体结构还不是十分明确，一般将其看作一个或两个跨膜区（TM3/TM4）[9，10]。在完整的S蛋白中，N末端（第1位至第7位氨基酸）以及处于第99位至第169位氨基酸之间的回路（loop环）面向内质网管腔，而第23位至第79位氨基酸之间的区域则面向细胞质。由于位于第99位至第169位氨基酸之间的回路（loop环）定位于内质网管腔中，这就使得内质网管腔中的N-糖基转移酶对第146位天冬门酰胺位点进行N-糖基化成为可能。除此之外，这个回路（loop环）包含乙肝病毒表面抗原（HBsAg）的主要构象表位。在成熟病毒颗粒出芽之后，这些管状区域暴露于病毒颗粒的外表面上[11-13]。
就乙肝病毒表面中蛋白而言，它与乙肝病毒表面小蛋白在S区域的拓扑结构方面没有差异。表面中蛋白的N末端前S2区域（PreS2）翻译后移位进入内质网管腔，从而使得第四位天冬门酰胺位点可接触到N-糖基转移酶（图2）。因此，表面中蛋白以三种形式存在：非糖基化（p30）、单糖基化（gp33）和双糖基化（gp36）[5, 11]。
乙肝病毒大蛋白采取了一种奇特的生物合成方式。由于S区的跨膜区（TM1）没有被用作翻译信号序列，因此它的亲水性preS区（PreS1-PreS2）没有发生翻译移位。结果，preS区和S区的一部分（即上游区域的79个氨基酸），均保留在内质网的细胞溶质表面。跨膜区（TM2）将增长中的表面大蛋白锚定于内质网膜，从而使得下游序列移位进入内质网管腔，最终造成了仍面向内质网管腔的S区第146位天门冬酰胺的糖基化[14-16]。由于这种拓扑结构，与表面中蛋白相反，表面大蛋白前S2区第4位的天门冬酰胺不能发生N-糖基化[14, 17]。位于表面大蛋白前S1区的第二个位点的甘氨酸残基发生豆蔻酰基化作用[18，19]。这里有一个有趣的现象，大约50%的大蛋白发生了翻译后易位[20]，并最终形成了成熟表面大蛋白的双重拓扑结构。这种翻译后易位的结果就是“未使用过的”跨膜区（TM1）整合入内质网膜，而使得前S1-前S2区面向内质网管腔。在表面蛋白的二元拓扑结构之间好像存在着一种平衡，最近的报道提示翻译后拓扑结构再定位的控制与侣伴蛋白有关[21-23]。就病毒生命周期而言，表面大蛋白的不同拓扑结构形式具有不同的功能。在成熟的分泌病毒颗粒中，最初面向内质网管腔的preS区暴露于病毒颗粒的外表面，并且对于病毒-细胞的相互作用很重要（图1）。另一部分preS区面向细胞质的表面大蛋白通过与核衣壳的相互作用在病毒组装中发挥着至关重要的作用[24]。

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