? ? ? ? 今天介紹的病毒是多瘤病毒(Polyomavirus)——她是第一個(gè)致癌DNA病毒

簡(jiǎn)介

? ? ?多瘤病毒是一類病毒，其自然宿主主要是哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類。截至國(guó)際病毒分類學(xué)委員會(huì)最新發(fā)布的分類學(xué)報(bào)告（2018年），該家族中有89個(gè)公認(rèn)的物種包含在4個(gè)屬中，還有9個(gè)無(wú)法歸類。已知有13種物種(現(xiàn)在是14種)會(huì)感染人類，而在人類中發(fā)現(xiàn)的其他多瘤病毒如SV40則較少。在大多數(shù)人群中，這些病毒中的大多數(shù)都很常見(jiàn)，通常沒(méi)有癥狀。BK病毒與腎移植和非腎臟實(shí)體器官移植患者的腎病有關(guān)，JC病毒與進(jìn)行性多灶性白質(zhì)腦病有關(guān)，Merkel細(xì)胞多瘤病毒與Merkel細(xì)胞瘤有關(guān)。

病毒的結(jié)構(gòu)

? ? ??多瘤病毒是具有約5000個(gè)堿基對(duì)的環(huán)狀基因組的無(wú)包膜雙鏈DNA病毒。 基因組包裝在直徑約40至50納米的病毒衣殼中，其形狀為二十面體（T=7對(duì)稱）。衣殼由稱為VP1的72個(gè)五聚體衣殼構(gòu)成，能夠自組裝成封閉的二十面體； VP1的每個(gè)五聚體與另外兩個(gè)衣殼蛋白之一VP2或VP3相關(guān)聯(lián)。

? ? ?典型的多瘤病毒的基因組編碼5到9種蛋白質(zhì)，由于它們?cè)诟腥具^(guò)程中的轉(zhuǎn)錄時(shí)間，分為兩個(gè)轉(zhuǎn)錄區(qū)域，稱為早期和晚期區(qū)域。 宿主細(xì)胞的RNA聚合酶II將每個(gè)區(qū)域轉(zhuǎn)錄為包含多個(gè)基因的單個(gè)信使前RNA。 早期區(qū)域通常編碼通過(guò)選擇性剪接產(chǎn)生的兩種蛋白質(zhì)，即大小腫瘤抗原。 晚期區(qū)域包含由備選翻譯起始位點(diǎn)產(chǎn)生的三個(gè)衣殼結(jié)構(gòu)蛋白VP1，VP2和VP3。 在某些病毒中還存在與此主題相關(guān)的其他基因和其他變體：例如，鼠多瘤病毒在早期區(qū)域中具有稱為中間腫瘤抗原的第三種蛋白質(zhì)，在誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)化方面極為有效；? SV40具有附加的衣殼蛋白VP4； 一些例子還有從晚期區(qū)域表達(dá)的另一種調(diào)節(jié)蛋白，稱為Agno蛋白。 基因組還包含一個(gè)非編碼控制區(qū)或調(diào)節(jié)區(qū)，其中包含早期和晚期區(qū)域的啟動(dòng)子，轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)和復(fù)制起點(diǎn)。

病毒復(fù)制

? ? ? ??多瘤病毒的生命周期始于進(jìn)入宿主細(xì)胞。多瘤病毒的細(xì)胞受體是聚糖的唾液酸殘基，通常是神經(jīng)節(jié)苷脂。 多瘤病毒與宿主細(xì)胞的附著是通過(guò)VP1與細(xì)胞表面唾液酸化聚糖的結(jié)合介導(dǎo)的。在某些特定病毒中，還會(huì)發(fā)生其他細(xì)胞表面相互作用。 例如，據(jù)信JC病毒需要與5HT2A受體和帶有硫酸乙酰肝素的Merkel細(xì)胞多瘤病毒相互作用。但是，一般而言，病毒與細(xì)胞之間的相互作用是由細(xì)胞表面上常見(jiàn)的分子介導(dǎo)的，因此可能不是導(dǎo)致單個(gè)病毒觀察到的細(xì)胞類型趨向性的主要因素。與細(xì)胞表面上的分子結(jié)合后，病毒粒子被內(nèi)吞并進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。這種行為在已知的非包膜病毒中是獨(dú)特的——病毒衣殼結(jié)構(gòu)很可能會(huì)被宿主細(xì)胞二硫鍵異構(gòu)酶破壞。

? ? ? ??轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核的細(xì)節(jié)尚不清楚，并且在各個(gè)多瘤病毒之間可能有所不同。 經(jīng)常有報(bào)道說(shuō)，一個(gè)完整的盡管變形的病毒粒子從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放到細(xì)胞質(zhì)中，在那里基因組從衣殼中釋放了，這可能是由于細(xì)胞質(zhì)中的鈣濃度低所致。使用宿主細(xì)胞機(jī)制，病毒基因的表達(dá)和病毒基因組的復(fù)制都發(fā)生在細(xì)胞核中。 早期基因-至少包含小腫瘤抗原（ST）和大腫瘤抗原（LT）——首先從一條交替剪接的信使RNA鏈中表達(dá)。 這些蛋白質(zhì)用于操縱宿主的細(xì)胞周期使宿主細(xì)胞從G1期過(guò)度到S期。因?yàn)椴《净蚪M復(fù)制需要宿主細(xì)胞DNA復(fù)制機(jī)制。這種調(diào)節(jié)的確切機(jī)制取決于病毒。 例如，SV40LT可以直接結(jié)合宿主細(xì)胞p53，而鼠多瘤病毒LT不能。LT誘導(dǎo)病毒基因組非編碼控制區(qū)（NCCR）的DNA復(fù)制，此后早期mRNA的表達(dá)減少，并開(kāi)始編碼病毒衣殼蛋白的晚期mRNA的表達(dá)。通過(guò)這些干預(yù)，屬于幾種多瘤病毒（包括Merkel細(xì)胞多瘤病毒）的LTs具有致癌潛力。已經(jīng)描述了幾種調(diào)節(jié)從早期到晚期基因表達(dá)的轉(zhuǎn)變的機(jī)制，包括LT蛋白參與阻抑早期啟動(dòng)子，以及與早期mRNA互補(bǔ)延伸的未終止晚期mRNA的表達(dá)，和調(diào)節(jié)性microRNA的表達(dá)。晚期基因的表達(dá)導(dǎo)致病毒衣殼蛋白在宿主細(xì)胞質(zhì)中積累。 衣殼成分進(jìn)入細(xì)胞核，以包裹新的病毒基因組DNA。 新病毒體可以在病毒工廠中組裝。病毒從宿主細(xì)胞釋放的機(jī)制在多瘤病毒之間有所不同。 一些表達(dá)蛋白可促進(jìn)病毒出胞，例如Agno蛋白或VP4。在某些情況下，高水平的病毒產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞裂解，釋放病毒顆粒。

病毒蛋白

腫瘤抗原

? ? ? ? 大腫瘤抗原(LTAg)通過(guò)結(jié)合促進(jìn)DNA合成的DNA復(fù)制的病毒起源，在調(diào)節(jié)病毒的生命周期中起關(guān)鍵作用。 同樣，由于多瘤病毒依賴宿主細(xì)胞機(jī)制來(lái)復(fù)制宿主細(xì)胞，因此開(kāi)始時(shí)需要處于S期。 因此，大T抗原還可以通過(guò)與多種細(xì)胞控制蛋白結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)通路，從而刺激細(xì)胞周期的進(jìn)展。這是通過(guò)抑制腫瘤抑制基因p53和成視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤（pRB）家族蛋白實(shí)現(xiàn)的，并通過(guò)結(jié)合細(xì)胞DNA，ATPase-解旋酶，DNA聚合酶α締合和轉(zhuǎn)錄結(jié)合來(lái)刺激細(xì)胞生長(zhǎng)途徑 預(yù)初始化復(fù)雜因素。細(xì)胞周期的這種異常刺激是致癌轉(zhuǎn)化的強(qiáng)大力量。

? ? ? ? 小腫瘤抗原蛋白(STAg)還能夠激活刺激細(xì)胞增殖的幾種細(xì)胞途徑。 多瘤病毒的小T抗原通常靶向蛋白磷酸酶2A（PP2A），是包括Akt，絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）途徑和應(yīng)激活化蛋白激酶（SAPK）途徑在內(nèi)的多種途徑的關(guān)鍵多亞基調(diào)節(jié)劑。Merkel細(xì)胞多瘤病毒小T抗原編碼一個(gè)稱為L(zhǎng)T穩(wěn)定結(jié)構(gòu)域（LSD）的獨(dú)特結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域與FBXW7 E3連接酶結(jié)合并抑制其調(diào)節(jié)細(xì)胞和病毒癌蛋白。與SV40不同，MCV小T抗原可在體外直接轉(zhuǎn)化嚙齒動(dòng)物細(xì)胞。

? ? ? ? 中腫瘤抗原蛋白(MTAg)用于開(kāi)發(fā)用于研究癌癥的模型生物中，例如MMTV-PyMT系統(tǒng)，其中中T抗原與MMTV啟動(dòng)子偶聯(lián)。 在那里它起著癌基因的作用，而腫瘤發(fā)展的組織則由MMTV啟動(dòng)子決定。

衣殼蛋白

? ? ? ? 多瘤病毒衣殼與其他的病毒不同，只有五聚體，沒(méi)有六聚體。乳頭瘤病毒也是如此，只有五聚體，沒(méi)有六聚體。主要衣殼蛋白VP1可以形成VP1五聚體，進(jìn)而形成封閉的二十面體病毒衣殼。次要衣殼蛋白由VP2和VP3組成，?在衣殼內(nèi)部，每個(gè)一個(gè)分子的VP2或VP3與一個(gè)VP1五聚體相關(guān)聯(lián)。一些多瘤病毒，例如Merkel細(xì)胞多瘤病毒，不編碼或表達(dá)VP3。衣殼蛋白從基因組的晚期區(qū)域表達(dá)。

Agno蛋白

? ? ? ?Agno蛋白是一種小的多功能磷酸化蛋白，存在于某些多瘤病毒（最著名的是BK病毒，JC病毒和SV40）的基因組的晚期編碼部分中。 它對(duì)于表達(dá)它的病毒的增殖是必不可少的，并被認(rèn)為參與調(diào)節(jié)病毒的生命周期，尤其是復(fù)制和病毒從宿主細(xì)胞中退出，但是確切的機(jī)制尚不清楚。

? ? ? ?多瘤病毒是種族I病毒（dsDNA病毒），過(guò)去，多瘤病毒和乳頭瘤病毒具有許多結(jié)構(gòu)特征，但是具有非常不同的基因組組織，現(xiàn)在被分類為現(xiàn)已過(guò)時(shí)的Papovavirus家族。(Papovavirus名稱來(lái)源于三個(gè)縮寫：Pa代表乳頭瘤病毒papillomavirus，Po代表多瘤病毒polyomavirus，而Va代表空泡vacuolating。)

? ? ? ?當(dāng)前的ICTV分類系統(tǒng)可識(shí)別4個(gè)屬和80個(gè)種，該系統(tǒng)保留了禽多瘤病毒和哺乳動(dòng)物多瘤病毒之間的區(qū)別，將禽多瘤病毒亞群歸入丙型多瘤病毒屬。 甲型多瘤病毒Alphapolyomavirus，模式種為Mus musculus polyomavirus 1（鼠多瘤病毒） ；乙型多瘤病毒Betapolyomavirus，模式種為Macaca mulatta polyomavirus 1（SV40）； 丙型多瘤病毒Gammapolyomavirus，模式種為禽多瘤病毒1； 丁型多瘤病毒Deltapolyomavirus，模式種為人多瘤病毒6

人多瘤病毒

? ? ? ? 大多數(shù)多瘤病毒不感染人類。 截至2017年編目的多瘤病毒中，已知共有14種人多瘤病毒。但是，某些多瘤病毒與人類疾病有關(guān)，特別是在免疫功能低下的人中。MCV與其他人類多瘤病毒不同，并且與鼠多瘤病毒最密切相關(guān)。 棘皮增生相關(guān)多瘤病毒（TSV）與MCV遠(yuǎn)緣相關(guān)。 人多瘤病毒6和人多瘤病毒7這兩種病毒與KI和WU病毒關(guān)系最密切，而人多瘤病毒9與非洲綠猴衍生的淋巴多瘤病毒（LPV）關(guān)系最密切。

? ? ? ? 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了第14種病毒——Lyon IARC多瘤病毒/LI多瘤病毒，它與浣熊多瘤病毒有關(guān)。 以下是人多瘤病毒的表格。

? ? ? ? 丁型多瘤病毒屬僅包含所示的四種人類病毒，其中人類多瘤病毒6為模式種。甲型多瘤病毒和乙型多瘤病毒包含感染多種哺乳動(dòng)物的病毒。丙型多瘤病毒包含禽多瘤病毒。僅在預(yù)期有因果關(guān)系的地方顯示臨床上顯著的疾病關(guān)聯(lián)。

? ? ? ? 現(xiàn)在已經(jīng)在人類中檢測(cè)到猴淋巴多瘤病毒的抗體，這表明該病毒或密切相關(guān)的病毒可以感染人類。

醫(yī)學(xué)診斷

? ? ? ? 所有的多瘤病毒都是兒童和青年成人的普遍感染。這些感染大多數(shù)似乎只引起很少或沒(méi)有癥狀。 這些病毒可能在幾乎所有成年人中終生持續(xù)存在。 由人多瘤病毒感染引起的疾病在免疫功能低下的人群中最常見(jiàn)；與疾病相關(guān)的疾病包括在腎移植和非腎臟實(shí)體器官移植患者中伴有腎病的BK多瘤病毒，進(jìn)行性多灶性白質(zhì)腦病的JC多瘤病毒，與Merkel細(xì)胞瘤的Merkel細(xì)胞多瘤病毒(MCV)。

SV40

? ? ? ?SV40在猴子的腎臟中復(fù)制而不會(huì)引起疾病，但在實(shí)驗(yàn)室條件下會(huì)在嚙齒動(dòng)物中引起癌癥。 在1950年代和1960年代初，由于以前未發(fā)現(xiàn)脊髓灰質(zhì)炎疫苗對(duì)SV40的污染，可能有超過(guò)1億人接觸SV40，這引起人們對(duì)該病毒可能引起人類疾病的擔(dān)憂。盡管據(jù)報(bào)道它存在于某些人類癌癥中，包括腦瘤，骨瘤，間皮瘤和非霍奇金淋巴瘤，但由于SV40與廣泛的人類多瘤病毒的高交叉反應(yīng)性，常常使準(zhǔn)確檢測(cè)感到困惑。大多數(shù)病毒學(xué)家認(rèn)為SV40是導(dǎo)致人類癌癥的原因。

診斷

? ? ? ?多瘤病毒的診斷幾乎總是在原發(fā)感染后發(fā)生，因?yàn)樗菬o(wú)癥狀的或亞臨床的。 抗體測(cè)定法通常用于檢測(cè)針對(duì)單個(gè)病毒的抗體的存在。經(jīng)常需要競(jìng)爭(zhēng)分析來(lái)區(qū)分高度相似的多瘤病毒。

? ? ? ?在進(jìn)行性多灶性白質(zhì)腦病(PML)的情況下，針對(duì)SV40 T抗原(通常為Pab419)的交叉反應(yīng)抗體可用于對(duì)JC病毒T抗原的存在直接染色組織。 PCR可用于組織或腦脊液的活檢以擴(kuò)增多瘤病毒DNA。 這不僅可以檢測(cè)多瘤病毒，還可以檢測(cè)它是哪種亞型。

? ? ? ? 在診斷多瘤病毒腎病(PVN)中的多瘤病毒重新激活時(shí)，主要使用三種診斷技術(shù)：尿液細(xì)胞學(xué)檢查，定量尿液和血液中的病毒載量以及進(jìn)行腎活檢。腎臟和泌尿道中多瘤病毒的重新激活導(dǎo)致尿液中受感染細(xì)胞，病毒顆?；虿《镜鞍椎拿撀?。 這使尿液細(xì)胞學(xué)檢查這些細(xì)胞，如果細(xì)胞核中含有多瘤病毒，則可以診斷出感染。同樣，由于受感染個(gè)體的尿液中會(huì)含有病毒體或病毒DNA，因此可以通過(guò)PCR定量病毒載量。血液也是如此。

? ? ? ? 如果剛剛描述的兩種方法尚無(wú)定論，或者需要特定的腎臟組織病毒載量，也可以使用腎臟活檢。 類似于尿液細(xì)胞學(xué)檢查，在光學(xué)顯微鏡下檢查腎細(xì)胞的核是否包含多瘤病毒，以及細(xì)胞外液中的細(xì)胞裂解和病毒部分。 以前的病毒載量也可以通過(guò)PCR進(jìn)行測(cè)量。

? ? ? ? 使用針對(duì)MCV T抗原的單克隆抗體對(duì)組織進(jìn)行染色顯示，可將Merkel細(xì)胞瘤與其他小圓形細(xì)胞瘤區(qū)分開(kāi)。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于檢測(cè)MCV抗體的血液測(cè)試，結(jié)果表明，盡管Merkel細(xì)胞瘤患者的抗體反應(yīng)比無(wú)癥狀感染者要高得多，但這種病毒的感染仍很普遍。

跟蹤人類遷徙

? ? ? ? JC多瘤病毒為人類進(jìn)化和遷移提供了有希望的遺傳標(biāo)記。它由70-90％的人類攜帶，通常從父母?jìng)鞑ソo后代。 但是，這種方法對(duì)于追蹤非洲近代人類的起源似乎并不可靠。

病毒歷史

? ? ? ? 鼠多瘤病毒(Murine Polyomavirus)是最早發(fā)現(xiàn)的多瘤病毒，由Ludwik Gross在1953年發(fā)現(xiàn)，它是一種小鼠白血病的提取物，能夠誘導(dǎo)腮腺瘤。 病原體被莎拉·斯圖爾特（Sarah Stewart）和伯尼斯·埃迪（Bernice Eddy）鑒定為病毒，之后被稱為SE多瘤病毒。術(shù)語(yǔ)“多瘤”是指病毒在一定條件下產(chǎn)生多種腫瘤（多瘤/-oma）的能力。 這個(gè)名字被批評(píng)為“無(wú)肉的語(yǔ)言三明治”（“無(wú)肉”，因?yàn)椤岸嗔觥敝械膬蓚€(gè)詞素都是詞綴）對(duì)病毒的生物學(xué)知之甚少。 實(shí)際上，隨后的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)多瘤病毒在自然條件下很少在其宿主生物中引起具有臨床意義的重大疾病。

? ? ? ? 截至2017年，數(shù)十種多瘤病毒已被鑒定并測(cè)序，它們主要感染鳥(niǎo)類和哺乳動(dòng)物。 已知有兩種多瘤病毒可以感染魚類，即黑鱸和金頭鯛。直至2020年，共有14種多瘤病毒感染人類。