2024年3月13日发(作者:太史一瑾)
MxA蛋白抗病毒机制及其应用前景
苏州市第五人民医院吴妹英
综述
杨吉成审校
摘要本文主要论述了MxA基因在I型干扰素(IFN—a/p)或病毒诱导下可表达具广谱
抗病毒作用的Mx蛋白(小鼠为Mxl,人类为MxA),并介绍了MxA蛋白的抗病毒谱及其机
制,论述了MxA表达与病毒(HIV一1、HBV、HCV等)感染性疾病发生和发展的相关性,以及
在判定IFN疗效中的应用。既有理论意义,又有广阔的应用前景。
毒机制
国外大量的研究资料表明MxA蛋白主
要对RNA病毒敏感。实验证明,10ng/ml的
纯品MxA可以抵抗20TCID。。的HSV一1和
Ad3DNA病毒对细胞的感染,说明MxA为
DNA病毒也有抑制作用。
MxA蛋白有两种构型,一种是非活性的
GDP结合形式,另一种是活性的GTP酶结
合形式。MxA和Mxl基因均具有与GTP酶
结构中G××××GKs、D×X
G和TKD×
(X代表某种氨基酸位点)两个相一致的结合
位点,MxA蛋白只有在与病毒的核糖蛋白体
(RNP)中的NP(核衣壳)紧密结合后,方可
使MxA的构形发生改变,而使MxA蛋白活
化,活化的构型又可受到GTPTs的稳定作用
(GTPTs是GTP的非水解类似物)活化的
MxA发挥对核衣壳的水解作用后,释放出的
病毒核酸,很快就会被胞质中的核酸内切酶
降解。GTP酶发挥水解作用后,又可转换成
非活化的GDP形式,继续发挥作用。
大量实验证明,纯品MxA蛋白在体内
外能独立发挥强有力的抗病毒效应,此时无
需IFN诱导和协同[3]。
三、MxA蛋白的表达
1.MxA蛋白在细胞中的诱导表达
用
MxA是由IFN—a邝诱导人细胞所产生
的78×103的抗病毒蛋白,是继发现由IFNs
诱导细胞产生2.5A寡腺苷酸合成酶和蛋白
激酶之后新发现的新型抗病毒蛋白。Mx基
因是Lindenmann研究A2G小鼠能耐受对
其他小鼠致死剂量的流感病毒感染时发现
的,这种特性是从小鼠16号染色体上单一显
性等位基因遗传获得的,因能抵抗粘液病毒
(流感)而命名为Mx。体内外研究表明,这种
抗流感病毒作用是受IFN—a/p调节,而不受
IFN一丫调节。Horisherger等发现Mx+细胞
经IFN—a诱导后与Mx一细胞的差别是多出
一第75×103的多肽,而且这种多肽也只有
在IFN—a/8诱导后产生,IFN—y不能产生,将
这种多肽统一命名为Mx蛋白。
一、Mx基因类型和蛋白诱导表达
近来研究发现小鼠的Mx基因分Mxl、
Mx2两类,也有Mx3的报告,但能发挥抗病
毒作用的是由Mxl基因编码的75×103的
Mxl蛋白,在体内外能抵抗流感病毒感染。
Mx2、Mx3未发现有抗病毒功能[2]。人的Mx
基因包括MxA和MxB两类。MxA基因位
于人21号染色体长臂上,经IFN—B处理可诱
导产生78×103的MxA蛋白,分布于细胞的
胞质内,这种胞质蛋白可直接发挥对流感病
毒和滤泡性口炎病毒(VSV)的抗病毒效应,
而MxB未发现有抗病毒活性。
二、MxA蛋白对病毒的敏感性及其抗病
万方数据
IFN—a邝处理人胚肺细胞(如HEI。)或A549
癌肺细胞、Wish细胞、Dandi细胞、CESS细
胞[4]、人眼角膜细胞、人神经细胞等均可表达
6
MxA蛋白。MxA蛋白的诱导剂除了IFN—d/
p外,还有病毒及双链RNA。实验证明lpfu/
ml的病毒或1IU/ml的lFN(IFN—a邝)均可
诱导产生可测出的MxA蛋白。但TNF—a、
II。一6单独或与IFN—a联合应用均不能影响
MxA
mRNA水平在细胞中的表达[5]。
2.MxA基因的转基因表达MxA基因
转染3T3细胞后可抵抗流感病毒感染[1],也
能抵抗VSV的感染;在转染的U937人单核
细胞中,可显著抑制麻疹病毒和VSV的感
染,均可在细胞中持续表达MxA蛋白,使感
染细胞中所释放出的病毒滴度比未转染
MxA基因的对照组下降100倍。
3.MxA蛋白的基因克隆和重组表达
Staehll于1986年克隆了鼠MxlcDNA,转
染Mx一细胞后,获得了Mx蛋白表达,并能
发挥抗流感病毒作用,为Mx基因的表达提
供了实验依据。4年后Nakayma等将克隆的
Mxl
cDNA在大肠埃希菌(大肠杆菌)中获
得了表达,并用纯化的Mxl蛋白证明了抗病
毒效应。
MxA
cDNA克隆和序列分析是由Ho—
risberger等完成的[6],随后在大肠杆菌中获
得了重组表达。一种是以带有组氨酸(His)分
泌型进行表达,纯化的His—MxA蛋白可呈
现特异的GTP酶活性,并具有抗病毒效
应[7]。另一种是以包涵体形式表达经几步层
析纯化后可获得纯品,试验证明该蛋白能与
MxA单克隆抗体发生特异结合,呈现抗病毒
活性。这就为采用ELlSA测定全血细胞或由
IFN诱导细胞所产生的MxA蛋白量,为临
床诊断试剂盒的开发和应用打下了基础。
真核表达的MxAcDNA来源于IFN—a
诱导人单核细胞和A549肺癌细胞的
mRNA,经RT—PCR克隆出MxA
cDNA。用
棒状病毒载体在昆虫细胞中进行了表达,通
过纯化制备出MxA蛋白纯品,该纯品对
MxA的单克隆抗体具有高度的特异性[8]。
万
四、MxA蛋白的临床应用及展望
方数据
1.病毒感染与MxA表达水平的关系
体外试验证明,HIV单独感染人单核细胞
后,一般在6h可产生MxA蛋白,14d可达高
峰。体外也能发挥抗病毒作用[9~,而且这种表
达往往不依赖于IFN—a的存在。体内研究表
明,由HIV一1感染者所产生IFN—d与健康人
产生的IFN—a的生物学特性可能不同,有待
进一步研究Do]。
在HBV引起的慢性乙型肝炎中,由于
可削弱免疫细胞活性和影响对lFN—a的反
应能力而直接影响IFN—a的疗效[11。,后来研
究发现这可能与由HBV所产生的缺陷性颗
粒(病毒衣壳蛋白)有关。这是由于缺陷性
HBV基因组所表达的缺陷颗粒在细胞内大
量集聚,选择性地抑制了MxA启动子,进而
抑制MxA蛋白表达及其抗病毒能力[123。由
此可见MxA蛋白表达水平可能与慢性乙型
肝炎转归有关。
MxA与病毒的感染密切相关。对病毒反
应也非常敏感,甚至lpfu/ml的病毒量即可
使细胞表达可测出的MxA蛋白,因此可用
于病毒的早期和急性感染的诊断。鉴于细菌
及其他微生物感染细胞并不能诱导表达
MxA蛋白,因此MxA表达水平的测定也可
用于病毒感染与细菌及其他微生物感染的鉴
别诊断。
2.自身免疫性疾病与MxA表达的关系
经测定系统性红斑狼疮患者外周血细胞均
可大量表达MxA蛋白,有病毒感染的可能
性。但在15例CVID的长期低丙种球蛋白血
症患者外周血细胞中,MxA蛋白表达均为阴
性。后经IFN—a诱导,细胞中可产生正常量
的MxA蛋白。因此对CVID患者的病毒感
染或自身免疫的致病机制尚存争议。
3.MxA蛋白与IFN—a效价测定和疗效
判定的关系鉴于MxA蛋白在细胞内的表
达量与IFN—a/B呈剂量依赖性,因此可采用
EI。ISA测定MxA蛋白含量,来代替当今繁
琐的IFN生物活性检测法。(下转第11页)
7
药性筛选工作中的应用情况表明,分析感染我们国情的基因芯片技术。相信不暇时日,经
病毒基因的多态性与病毒一宿主细胞系统病过努力,在一些领域我们会迎头赶上,让希望
毒基因与细胞基因的表达改变,有助于人们
变为现实。
了解病毒的感染发病机制与抗药性机制i利
参考文献
用细菌基因组与抗药性基因、致病岛基因等
重要基因的基因芯片通过单一的杂交试验就[1
Graves
DJ.Trends
inBiotechnolo—
可以完成感染细菌或分离菌株的基因分型与
gY,1999;17(3):127~134[23Kzal
MJ
et
菌种鉴定,快速诊断、鉴定致病细菌与非致病
a1.Nature
Med,1996;2(7):753~759[33
菌,指导临床治疗;对细菌基因组多个基因表
Hua
Z
et
a1.Proc
NatlAcad
SciUSA,1998;
达同时进行定量分析,为研究细菌对环境信95(24):14470"-'--14475[4]Gingeras
TR
et
号或药物的反应、研究细菌侵袭力的发生提
a1.Genome
Research,1998;8(5):435~448
供了一种直接、高效的检测方法。E5JTroesch
A
et
a1.J
Clin
Microbiol,1
999;
目前,基因芯片技术在医学、分子生物学37(1):49~5516]Chambers
J
et
a1.J
Virol,
领域应用已经越来越广泛,受到人们的普遍1999;73(7):5757~5766[7]Head
SR
et
a1.
重视,但研究成本相对较高,待测定的靶探针
Mol
Cell
Probes,1999;13(2):81~87[8]
标记方法也比较繁琐,国内研究还只是处予
AntoineDS
et
a1.NatureBiotechnol,1998;
起步阶段。但这项研究是一种实力的较量,要
16(1):45~48
想在基因功能分析领域取得更新、更高、更有
(1999年10月22日收稿)
价值的成绩。必须集中人力、物力来研制适合
-+一+一—卜・・・-卜-—・卜一—卜-—卜
(上接第7页)EI。ISA具简便、快速,而且敏
(6):4925~493013]Hefti
HP
et
a1.J
Virol,
感性高,可测出0.1~30IU/ml的IFN一吐活
1999;73(8):6984~6988[4]Ronni
T
et
a1.
性,但此法只能用于测定IFN-a/fl,但不能用
J
Immunol,1993;150(5):1715~1720[5]
于测定IFN一丫。
KochsG
and
HallerO.ProcNatlAcadSci
4.MxA抗病毒蛋白制剂的应用前景USA,1999;96(5):2082~2084[6]Horis—
鉴于低浓度(1IU/m1)IFN—n/B诱导细胞可产
berger
MA
et
a1.J
Virol,1990;64(3):1171
生较高浓度的MxA蛋白,MxA蛋白在体外~1176[7]Richer
MF
et
a1.J
BiolChem,
又具有广谱的抗病毒效应,特别是对RNA1995;270(22):13512~13514[8]Chesters
病毒作用显著,而且比IFN抗病毒作用更为
PM
et
a1.DNA,1997;7(3~4):239~241
直接。此外MxA的GTP酶抗病毒活性呈现[9]Baca
I。M
et
a1.J
I。eukoc
Biol,1994;55
GTP—GDP—GTP重复转换效率,具放大效
(3):299~301[10]Chehadeh
W
et
a1.
应,加之国外MxA蛋白的基因重组均已获
Scand
JImmunol,1999;49(6):660~663
得成功,蛋白本身又很稳定,因此MxA抗病
[11]Fernandez
M
et
a1.J
Med
Virol,1997;
毒蛋白制剂有可能在临床获得广泛应用。51(4);332~336[12]Rosmordue
O
et
a1.J
Gan
参考文献
Virol,1999;80(Pt5):1253~1258[13]
Rump
JA
et
a1.Clin
Exp
Immunol,1995;
[1]Staehli
P
et
a1.Cell,1986;44(1):
101(1):89~94
147~152[2]Jin
HK
et
al。J
Virol,1999;73
(2000年9月14日修回、合并)
万 方数据
2024年3月13日发(作者:太史一瑾)
MxA蛋白抗病毒机制及其应用前景
苏州市第五人民医院吴妹英
综述
杨吉成审校
摘要本文主要论述了MxA基因在I型干扰素(IFN—a/p)或病毒诱导下可表达具广谱
抗病毒作用的Mx蛋白(小鼠为Mxl,人类为MxA),并介绍了MxA蛋白的抗病毒谱及其机
制,论述了MxA表达与病毒(HIV一1、HBV、HCV等)感染性疾病发生和发展的相关性,以及
在判定IFN疗效中的应用。既有理论意义,又有广阔的应用前景。
毒机制
国外大量的研究资料表明MxA蛋白主
要对RNA病毒敏感。实验证明,10ng/ml的
纯品MxA可以抵抗20TCID。。的HSV一1和
Ad3DNA病毒对细胞的感染,说明MxA为
DNA病毒也有抑制作用。
MxA蛋白有两种构型,一种是非活性的
GDP结合形式,另一种是活性的GTP酶结
合形式。MxA和Mxl基因均具有与GTP酶
结构中G××××GKs、D×X
G和TKD×
(X代表某种氨基酸位点)两个相一致的结合
位点,MxA蛋白只有在与病毒的核糖蛋白体
(RNP)中的NP(核衣壳)紧密结合后,方可
使MxA的构形发生改变,而使MxA蛋白活
化,活化的构型又可受到GTPTs的稳定作用
(GTPTs是GTP的非水解类似物)活化的
MxA发挥对核衣壳的水解作用后,释放出的
病毒核酸,很快就会被胞质中的核酸内切酶
降解。GTP酶发挥水解作用后,又可转换成
非活化的GDP形式,继续发挥作用。
大量实验证明,纯品MxA蛋白在体内
外能独立发挥强有力的抗病毒效应,此时无
需IFN诱导和协同[3]。
三、MxA蛋白的表达
1.MxA蛋白在细胞中的诱导表达
用
MxA是由IFN—a邝诱导人细胞所产生
的78×103的抗病毒蛋白,是继发现由IFNs
诱导细胞产生2.5A寡腺苷酸合成酶和蛋白
激酶之后新发现的新型抗病毒蛋白。Mx基
因是Lindenmann研究A2G小鼠能耐受对
其他小鼠致死剂量的流感病毒感染时发现
的,这种特性是从小鼠16号染色体上单一显
性等位基因遗传获得的,因能抵抗粘液病毒
(流感)而命名为Mx。体内外研究表明,这种
抗流感病毒作用是受IFN—a/p调节,而不受
IFN一丫调节。Horisherger等发现Mx+细胞
经IFN—a诱导后与Mx一细胞的差别是多出
一第75×103的多肽,而且这种多肽也只有
在IFN—a/8诱导后产生,IFN—y不能产生,将
这种多肽统一命名为Mx蛋白。
一、Mx基因类型和蛋白诱导表达
近来研究发现小鼠的Mx基因分Mxl、
Mx2两类,也有Mx3的报告,但能发挥抗病
毒作用的是由Mxl基因编码的75×103的
Mxl蛋白,在体内外能抵抗流感病毒感染。
Mx2、Mx3未发现有抗病毒功能[2]。人的Mx
基因包括MxA和MxB两类。MxA基因位
于人21号染色体长臂上,经IFN—B处理可诱
导产生78×103的MxA蛋白,分布于细胞的
胞质内,这种胞质蛋白可直接发挥对流感病
毒和滤泡性口炎病毒(VSV)的抗病毒效应,
而MxB未发现有抗病毒活性。
二、MxA蛋白对病毒的敏感性及其抗病
万方数据
IFN—a邝处理人胚肺细胞(如HEI。)或A549
癌肺细胞、Wish细胞、Dandi细胞、CESS细
胞[4]、人眼角膜细胞、人神经细胞等均可表达
6
MxA蛋白。MxA蛋白的诱导剂除了IFN—d/
p外,还有病毒及双链RNA。实验证明lpfu/
ml的病毒或1IU/ml的lFN(IFN—a邝)均可
诱导产生可测出的MxA蛋白。但TNF—a、
II。一6单独或与IFN—a联合应用均不能影响
MxA
mRNA水平在细胞中的表达[5]。
2.MxA基因的转基因表达MxA基因
转染3T3细胞后可抵抗流感病毒感染[1],也
能抵抗VSV的感染;在转染的U937人单核
细胞中,可显著抑制麻疹病毒和VSV的感
染,均可在细胞中持续表达MxA蛋白,使感
染细胞中所释放出的病毒滴度比未转染
MxA基因的对照组下降100倍。
3.MxA蛋白的基因克隆和重组表达
Staehll于1986年克隆了鼠MxlcDNA,转
染Mx一细胞后,获得了Mx蛋白表达,并能
发挥抗流感病毒作用,为Mx基因的表达提
供了实验依据。4年后Nakayma等将克隆的
Mxl
cDNA在大肠埃希菌(大肠杆菌)中获
得了表达,并用纯化的Mxl蛋白证明了抗病
毒效应。
MxA
cDNA克隆和序列分析是由Ho—
risberger等完成的[6],随后在大肠杆菌中获
得了重组表达。一种是以带有组氨酸(His)分
泌型进行表达,纯化的His—MxA蛋白可呈
现特异的GTP酶活性,并具有抗病毒效
应[7]。另一种是以包涵体形式表达经几步层
析纯化后可获得纯品,试验证明该蛋白能与
MxA单克隆抗体发生特异结合,呈现抗病毒
活性。这就为采用ELlSA测定全血细胞或由
IFN诱导细胞所产生的MxA蛋白量,为临
床诊断试剂盒的开发和应用打下了基础。
真核表达的MxAcDNA来源于IFN—a
诱导人单核细胞和A549肺癌细胞的
mRNA,经RT—PCR克隆出MxA
cDNA。用
棒状病毒载体在昆虫细胞中进行了表达,通
过纯化制备出MxA蛋白纯品,该纯品对
MxA的单克隆抗体具有高度的特异性[8]。
万
四、MxA蛋白的临床应用及展望
方数据
1.病毒感染与MxA表达水平的关系
体外试验证明,HIV单独感染人单核细胞
后,一般在6h可产生MxA蛋白,14d可达高
峰。体外也能发挥抗病毒作用[9~,而且这种表
达往往不依赖于IFN—a的存在。体内研究表
明,由HIV一1感染者所产生IFN—d与健康人
产生的IFN—a的生物学特性可能不同,有待
进一步研究Do]。
在HBV引起的慢性乙型肝炎中,由于
可削弱免疫细胞活性和影响对lFN—a的反
应能力而直接影响IFN—a的疗效[11。,后来研
究发现这可能与由HBV所产生的缺陷性颗
粒(病毒衣壳蛋白)有关。这是由于缺陷性
HBV基因组所表达的缺陷颗粒在细胞内大
量集聚,选择性地抑制了MxA启动子,进而
抑制MxA蛋白表达及其抗病毒能力[123。由
此可见MxA蛋白表达水平可能与慢性乙型
肝炎转归有关。
MxA与病毒的感染密切相关。对病毒反
应也非常敏感,甚至lpfu/ml的病毒量即可
使细胞表达可测出的MxA蛋白,因此可用
于病毒的早期和急性感染的诊断。鉴于细菌
及其他微生物感染细胞并不能诱导表达
MxA蛋白,因此MxA表达水平的测定也可
用于病毒感染与细菌及其他微生物感染的鉴
别诊断。
2.自身免疫性疾病与MxA表达的关系
经测定系统性红斑狼疮患者外周血细胞均
可大量表达MxA蛋白,有病毒感染的可能
性。但在15例CVID的长期低丙种球蛋白血
症患者外周血细胞中,MxA蛋白表达均为阴
性。后经IFN—a诱导,细胞中可产生正常量
的MxA蛋白。因此对CVID患者的病毒感
染或自身免疫的致病机制尚存争议。
3.MxA蛋白与IFN—a效价测定和疗效
判定的关系鉴于MxA蛋白在细胞内的表
达量与IFN—a/B呈剂量依赖性,因此可采用
EI。ISA测定MxA蛋白含量,来代替当今繁
琐的IFN生物活性检测法。(下转第11页)
7
药性筛选工作中的应用情况表明,分析感染我们国情的基因芯片技术。相信不暇时日,经
病毒基因的多态性与病毒一宿主细胞系统病过努力,在一些领域我们会迎头赶上,让希望
毒基因与细胞基因的表达改变,有助于人们
变为现实。
了解病毒的感染发病机制与抗药性机制i利
参考文献
用细菌基因组与抗药性基因、致病岛基因等
重要基因的基因芯片通过单一的杂交试验就[1
Graves
DJ.Trends
inBiotechnolo—
可以完成感染细菌或分离菌株的基因分型与
gY,1999;17(3):127~134[23Kzal
MJ
et
菌种鉴定,快速诊断、鉴定致病细菌与非致病
a1.Nature
Med,1996;2(7):753~759[33
菌,指导临床治疗;对细菌基因组多个基因表
Hua
Z
et
a1.Proc
NatlAcad
SciUSA,1998;
达同时进行定量分析,为研究细菌对环境信95(24):14470"-'--14475[4]Gingeras
TR
et
号或药物的反应、研究细菌侵袭力的发生提
a1.Genome
Research,1998;8(5):435~448
供了一种直接、高效的检测方法。E5JTroesch
A
et
a1.J
Clin
Microbiol,1
999;
目前,基因芯片技术在医学、分子生物学37(1):49~5516]Chambers
J
et
a1.J
Virol,
领域应用已经越来越广泛,受到人们的普遍1999;73(7):5757~5766[7]Head
SR
et
a1.
重视,但研究成本相对较高,待测定的靶探针
Mol
Cell
Probes,1999;13(2):81~87[8]
标记方法也比较繁琐,国内研究还只是处予
AntoineDS
et
a1.NatureBiotechnol,1998;
起步阶段。但这项研究是一种实力的较量,要
16(1):45~48
想在基因功能分析领域取得更新、更高、更有
(1999年10月22日收稿)
价值的成绩。必须集中人力、物力来研制适合
-+一+一—卜・・・-卜-—・卜一—卜-—卜
(上接第7页)EI。ISA具简便、快速,而且敏
(6):4925~493013]Hefti
HP
et
a1.J
Virol,
感性高,可测出0.1~30IU/ml的IFN一吐活
1999;73(8):6984~6988[4]Ronni
T
et
a1.
性,但此法只能用于测定IFN-a/fl,但不能用
J
Immunol,1993;150(5):1715~1720[5]
于测定IFN一丫。
KochsG
and
HallerO.ProcNatlAcadSci
4.MxA抗病毒蛋白制剂的应用前景USA,1999;96(5):2082~2084[6]Horis—
鉴于低浓度(1IU/m1)IFN—n/B诱导细胞可产
berger
MA
et
a1.J
Virol,1990;64(3):1171
生较高浓度的MxA蛋白,MxA蛋白在体外~1176[7]Richer
MF
et
a1.J
BiolChem,
又具有广谱的抗病毒效应,特别是对RNA1995;270(22):13512~13514[8]Chesters
病毒作用显著,而且比IFN抗病毒作用更为
PM
et
a1.DNA,1997;7(3~4):239~241
直接。此外MxA的GTP酶抗病毒活性呈现[9]Baca
I。M
et
a1.J
I。eukoc
Biol,1994;55
GTP—GDP—GTP重复转换效率,具放大效
(3):299~301[10]Chehadeh
W
et
a1.
应,加之国外MxA蛋白的基因重组均已获
Scand
JImmunol,1999;49(6):660~663
得成功,蛋白本身又很稳定,因此MxA抗病
[11]Fernandez
M
et
a1.J
Med
Virol,1997;
毒蛋白制剂有可能在临床获得广泛应用。51(4);332~336[12]Rosmordue
O
et
a1.J
Gan
参考文献
Virol,1999;80(Pt5):1253~1258[13]
Rump
JA
et
a1.Clin
Exp
Immunol,1995;
[1]Staehli
P
et
a1.Cell,1986;44(1):
101(1):89~94
147~152[2]Jin
HK
et
al。J
Virol,1999;73
(2000年9月14日修回、合并)
万 方数据