刘叔文团队揭示包膜蛋白gp120在HIV感染及艾滋病发病中的新机制

2024-03-25

核酸药物疫苗

艾滋病（AIDS）是主要由人类免疫缺陷病毒I型（HIV-1）感染引起的一种慢性严重传染病。目前没有能够完全治愈AIDS的药物，艾滋病发现40年来已经成为影响公众健康的重要公共卫生问题。包膜糖蛋白gp120和跨膜蛋白gp41通过非共价键以三聚体的形式形成HIV-1病毒的包膜刺突（Spike），HIV-1通过其包膜糖蛋白gp120与细胞表面分子CD4（作为病毒受体）和CCR5或CXCR4（作为病毒辅助受体）结合，从而进入宿主细胞启动膜融合。包膜糖蛋白gp120还与多种病理性疾病的发生有关，如神经退行性疾病、内皮功能障碍等。因此，gp120是介导病毒进入宿主的重要蛋白，成为研究艾滋病发病机制和抗病毒药物/疫苗的重要靶点。近日，南方医科大学刘叔文教授团队在Cellular & Molecular Immunology杂志上发表一篇题为gp120-derived amyloidogenic peptides form amyloid fibrils that increase HIV-1 infectivity（gp120衍生的淀粉样多肽形成淀粉纤维并促进病毒感染）的研究论文。该研究揭示了gp120参与HIV感染和艾滋病发病中的新机制。研究团队在前期研究HIV-1包膜蛋白gp120与抗艾滋病药物恩夫韦肽相互作用时（Liu et al., J Biol Chem, 2005），意外发现一条位于gp120的β20区段的多肽EP2，能自发形成淀粉样纤维并显著地促进病毒感染（Tan et al., FEBS Letters, 2014）。淀粉样纤维是一类特殊的由天然蛋白质/多肽聚集形成的纤维结构，这些异常聚集的淀粉样纤维在体内沉积形成淀粉样斑块，与人类30多种淀粉样病变的发生密切相关。图1. 衍生于gp120的β-strand区域的多肽能自发聚合形成淀粉样纤维并显著促进HIV-1感染靶细胞Gp120结构中包含很多β-strand结构。该团队发现大多数衍生于gp120的β-strand区域的多肽，能自发聚合形成淀粉样纤维。这些来源于gp120 β-strand区域的多肽形成的淀粉样纤维能显著促进HIV-1感染靶细胞（图1）。研究者把来源于gp120 β-strand能自发形成纤维的淀粉样多肽命名为GAPs（gp120-derived amyloidogenic peptides, GAPs），而由GAP形成的能促进病毒感染的淀粉样纤维命名为GEVIs（gp120-derived enhancers of viral infection, GEVIs）。该团队通过体外酶促反应和病毒感染实验，证明游离的gp120在体外酶解和病毒感染过程中均会产生GAPs和GEVIs。选取代表性的GAPs并进行多肽合成，GAPs能形成淀粉样纤维并促进HIV-1感染，有些GAPs甚至比EP2诱导的感染性增强效果更明显。该团队随后通过病毒removal实验、病毒pull-down 实验和zeta电位分析，发现GEVIs通过表面静电特性或疏水作用，可促进病毒结合在靶细胞表面，从而增强病毒感染（图2）。通过合成不同荧光标记的GAPs以及双色或三色共聚焦成像，观察到不同的GAPs会共聚集形成异源淀粉样纤维，且这些异源淀粉样纤维增加HIV-1感染性的能力与同源GEVIs相当。同时，该团队发现GEVIs可以拮抗临床上各类抗艾滋病药物的抗HIV-1活性，可能是艾滋病药物耐药的一个重要原因。图2. Gp120衍生的淀粉样纤维促进病毒感染机制最后，该团队对艾滋病患者体内GAPs和GEVIs是否天然存在进行验证。首先通过收集HIV感染者淋巴漏液，发现了一条覆盖β14、β15和GAP354-369的多肽，该肽也能在体外形成淀粉样纤维并增加了HIV-1克隆株在TZM-bl细胞中的感染率。通过免疫电镜，观察到淋巴漏液中存在GEVIs，而且样本能使HIV-1的感染性增加3.5倍。接着团队从HIV-1/AIDS患者的脑脊液中，检测出GAPs和GEVIs。体外合成的多肽GAP196-209（4位患者脑脊液含量较高的代表性多肽）还能促进 HIV-1感染TZM-bl细胞和人胶质母细胞瘤U87细胞。这些研究结果提示GEVIs和GAPs与艾滋病患者中枢神经系统并发症可能存在相关性。综上所述，该研究发现gp120衍生的淀粉样纤维可能在加重HIV-1感染促进艾滋病发病进程中起着至关重要的作用，提示了一种新的疾病生物标志物、致病因素和潜在的艾滋病药物靶点，为抗病毒药物的研发提供了新思路！该研究由南方医科大学刘叔文教授和复旦大学姜世勃教授领导的团队共同完成。南方医科大学谭穗懿教授和博士研究生李雯娟、杨婵为论文的共同第一作者，刘叔文、姜世勃、谭穗懿为论文的共同通讯作者。昆明市第三人民医院和首都医科大学附属北京佑安医院等为该研究提供了临床样本。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41423-024-01144-y识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。