腺病毒及其研究进展

付扬喜，刘恩梅

重庆医科大学附属儿童医院呼吸内科，重庆 400014

腺病毒（Adenovirus）是从手术切除的扁桃体组织分离培养得到的一种DNA病毒,自从1953年Rown等人首次发现，已经有60余年的历史了。腺病毒常引起人呼吸道、胃肠道和眼睛、膀胱等部位感染［2］，并可造成全世界范围暴发流行，在大规模流行过程中，其所致的病死率较高［3-5］。各个年龄段人群均能被腺病毒感染，在免疫功能低下的病人常可引起严重甚至致死性感染［6］。因此重视和加强对腺病毒感染的防治具有十分重要的意义。现就其相关研究进展综述如下。

1 腺病毒的一般特征

1.1 腺病毒的分类

根据宿主范围不同，腺病毒分为哺乳动物腺病毒属和禽类腺病毒属、腺胸腺病毒属、唾液酸酶腺病毒属［7］。人腺病毒（Human adenoviruses,HAdV）属于腺病毒科的哺乳动物腺病毒属，其57个型可分为A-G7个种［8］，其中与呼吸道感染有关的是B、C和E种，与胃肠道感染有关的是A、F和G种，与眼部、肾脏及尿道感染有关的是D和E种［9］。目前文献报道和GenbBank数据库资料显示HAdV已有67个型别，这些新型腺病毒大部分是由同亚属的某两个或几个血清型同源重组而成［10］。

1.2 腺病毒的结构

根据电子显微镜和X线衍射分析技术，腺病毒是一种无外壳的双链DNA病毒，直径约95 nm，基因组全长约36 kb，编码超过40种不同的蛋白质［11］。病毒基因组包含早期表达的与病毒复制相关的E1A、E1B、E2A、E2B、E3和E4基因和晚期表达的与腺病毒颗粒组装相关的 L1（pIIIa）；L2（Penton、pV、pVII、pX）；L3（pVI、Hexon、EP）；L4（pVIII）；L5（Fiber）基因［12］。

腺病毒呈无囊膜的球形结构，线状双股DNA与核心蛋白形成核心，被包裹于衣壳内。衣壳呈二十面体对称结构，由252个壳粒组成，壳粒排列在三角形的面上，其中240个为六邻体（hexon，非顶点壳粒），每个六邻体是六邻体蛋白的同源三聚体，三聚体的六邻体分子有一个三角形的塔尖和五面体的基底，塔区由4个环（loop1、loop2、loop3、loop4）构成，基底包含P1、P2区。另外12个为五邻体（penton，顶点壳粒），位于病毒粒的12个顶端。纤维突起是从每个五邻体基底上由衣壳面伸出的线状突起，长约9～77.5 nm，包含一个头节区和茎部结构［13-14］。

腺病毒有13个结构蛋白，包括3个主要衣壳蛋白（六邻体、五邻体基底、纤维蛋白突起），4个次要衣壳蛋白（IIIa、VIII、VI、Ⅸ），6个核心蛋白（V、VII、Mu、TP、Ⅳa2、半胱氨酸蛋白酶）。主要衣壳蛋白介导病毒进入宿主细胞，次要衣壳蛋白帮助稳固病毒体、干预胞内体破坏和核心输入六邻体的过程。核心蛋白的目标是病毒基因转入细胞核心、原始DNA复制和帮助DNA包装［11］。

2 腺病毒的感染与致病性

2.1 腺病毒的感染

腺病毒感染患者和隐性感染者是最主要的传染源。腺病毒主要通过空气飞沫传播，多数型别的腺病毒也可通过消化道途径传播，密切接触也是很重要的传播方式。各年龄段人群均可感染腺病毒，但婴幼儿、老年人以及免疫功能低下者较易感染［3-6］。发病主要集中在冬春季节，呈现全球性分布。环境改变、对疫情地自然条件不适应等因素可促进群体性疫情的发生和发展［3-5］。

2.2 腺病毒的致病性

腺病毒进入细胞涉及以下几个阶段［15］：（1）细胞表面的初级受体萨奇-腺病毒受体与纤维突起粘附在细胞表面；（2）五邻体基底和次级受体αν整合素相互作用，导致了网格蛋白介导的病毒胞内化；（3）病毒在胞内体的酸性环境中开始移位和释放包括蛋白Ⅵ的顶体蛋白，蛋白Ⅵ能够破坏胞内体膜，允许部分分解的病毒颗粒从胞内体中逃逸；（4）去包装的病毒通过动力蛋白沿着微管被运送到复杂的核心孔；（5）病毒DNA通过复杂的核心孔被输送入核心。腺病毒主要的粘附受体如下：柯萨奇-腺病毒受体，腺病毒除B和D种外，其它种的受体都是柯萨奇-腺病毒受体（coxsackie-adenovirus receptor,CAR）［16］。研究已经证实CAR和腺病毒的纤维突起结合并在上皮细胞之间的紧密结构和附着点发挥作用。和腺病毒纤维突起相互结合的柯萨奇-腺病毒受体的细胞外相同结构域也参与了同种柯萨奇-腺病毒受体之间在邻近细胞的联系，提高了其亲和性，触发了细胞外信号通路，导致了在人类呼吸道上皮细胞的细胞因子的表达和炎症反应。在上皮细胞过度表达的CAR的研究已经表明CAR可以直接或间接激活ERK（extracellular receptor kinases）P42、P44活性和能增加整合素β1、β3的表达。

CD46，所有腺病毒B种、少数D种（HAdV-D26、49）可与胞膜表面免疫调节分子CD46相结合［17-18］。CD46分子是补体系统的一种调节蛋白，对于I因子介导的C3b和C4b裂解有辅助作用，可以保护细胞免受补体攻击［19］。研究提示CD46的胞外部分有4个结构域SCR1-SCR4，其中SCR1和SCR2参与结合B亚种腺病毒的纤维突起，SCR2-SCR4参与结合C3b和C4b［20］。SCR2是腺病毒与补体结合CD46的重叠部分，腺病毒结合CD46后可能影响SCR2的表达或构象，当SCR2上调或易与补体结合，就会加强CD46对补体的裂解而降低其的攻膜作用，从而维持腺病毒的有效繁殖。

唾液酸受体，唾液酸是细胞膜和可溶性蛋白的重要组成成分。D种腺病毒的一些血清型(HAdV-D37、8、l9)以唾液酸为受体。Nilsson等［21］发现携带唾液酸残基的糖蛋白或糖脂（GD1a glycan）是HAdV-D37引起流行性角结膜炎的一种细胞受体。促进腺病毒穿人细胞的整合素包括：ανβ3、ανβ5、ανβ1、α3β1和α5β1，其中最具特色的是ανβ3、ανβ5。除HAdV-F40、41以外，其它腺病毒血清型的五邻体基座上都有整合素的识别位点—RGD肽（由精氨酰、甘氨酰、天冬氨酸构成）。整合素与在五邻体基座最上面部分里的包含有RGD肽的外环相互作用有助于腺病毒进入宿主细胞［22］。硫肝糖蛋白（heparan sulfate-containing proteoglycans,HSPG）包括跨膜的多配体聚糖和磷脂酰肌醇聚糖。HSPG和HAdV-C的纤维突起茎部粘附是通过KKTK基序的激活，腺病毒纤维突起基本的氨基酸锚固序列可以被HSPG识别；纤维突起基底部KKTK基序的突变可以明显改变HAdV-C5的体内细胞亲嗜性，可能来源于与HSPG相互作用的改变［23］。桥粒核心糖蛋白2（DSG-2）被认为是与HAdVB3、7、11、14结合的粘附受体。纤维突起和DSG-2的连接是不牢固的，其亲和机制和HAdV-B3与CD46一样。通过p42、p44-ERK或磷脂酰肌醇-3激酶磷酸化这些证据表明腺病毒和DSG-2的连接和上皮细胞与细胞间质转移类似。病毒诱导的上皮细胞间的转移开放了细胞内的结合部位，上皮细胞间的上下部位导致了朝向内腔的受体底外侧的暴露，因此使得上皮和纤维突起更加靠近，增加了感染机会［24］。维生素K依赖的血凝因子 X和IX（coagulation factor X和IX,CFX和IX），Annasara Lenman等研究发现［25］CFIX 能有效增强HAdV-A18、31和与来自于气道和肠道上皮细胞的粘附和感染。表面等离激元分析显示某些腺病毒型（HAdVC2、HAdV-E4、HAdV-B16、HAdV-B50）和CFX有很高的亲和力，而其它一些HAdV-B3、35有较弱的亲和力，甚至HAdV-D26、48根本无相互作用［26］。目前研究已经证实所有腺病毒B种的血清型都能与CD80和CD86发生相互作用［27］。CD80（B7-1）和 CD86（B7-2）是协同刺激分子，提供了额外信号刺激给T细胞和抗原提呈细胞（巨噬细胞、B细胞和树突状细胞)）但是直至目前为止这些细胞仍不是腺病毒B种的靶细胞。

3 腺病毒致病机制

目前对腺病毒感染宿主细胞后引起疾病的致病机制尚不十分清楚，可能有以下免疫反应的参与:天然免疫：炎症介质和IFN之间的复杂相互作用有助于清除腺病毒感染：腺病毒通过toll样受体和非toll样受体依赖通路直接激活巨噬、树突状细胞，导致了IL-1β的成熟和Ⅰ型IFN的表达，紧跟其后是白细胞浸润等导致组织破坏、坏死以及干扰素阻止了腺病毒在其感染的细胞里的转录；在巨噬细胞里激活的炎症介质NALP3也和吞噬体和吞噬溶酶体的成熟有关［28-29］；NK细胞激活需要直接依靠其细胞上的Ⅰ型IFN信号去介导先天性免疫清除腺病毒感染［28］；腺病毒也可间接激活补体［30］；中和抗体通过吞噬溶酶体参与和扩大了先天性免疫应答效应[31]。适应性免疫：巨噬细胞捕获病毒粒子并运送到淋巴结，淋巴结中的B细胞产生对腺病毒衣壳蛋白的中和抗体，记忆性CD8+T细胞识别了表达抗原的组织细胞，因此有助于诱导适应性免疫［32］；CD4+、CD8+T细胞介导了腺病毒感染的免疫应答，其中主要是CD4+T细胞，而CD4+T细胞对腺病毒免疫反应集中在六邻体蛋白的保守残基上［33-34］；细胞毒性T细胞通过依靠穿孔素机制溶解感染腺病毒的靶细胞［35］；巨噬细胞和DC细胞作为抗原提呈细胞诱导了适应性免疫。免疫逃逸:腺病毒通过感染树突状细胞(dendritic cells,DC)产生早期和晚期抗原来改变细胞表面标志，腺病毒还可通过感染单核细胞来抑制其分化为DC，从而逃避T细胞的识别［36］。细胞蛋白PML和Daxx通过中和腺病毒E4开放阅读框3蛋白调节了先天性抗病毒防御［37］。

4 抗腺病毒治疗

至今只有更昔洛韦、病毒唑、西多福韦等药物用于治疗腺病毒感染，其中西多福韦、病毒唑作为一线抗腺病毒药物［38］；西多福韦是新型的胞嘧啶核苷膦酰基甲醚衍生物,在体外能抑制几种DNA病毒的复制，在感染的细胞内通过形成二磷酸核苷类似物，与正常的核苷竞争性整合入病毒DNA，最终导致核酸链的延伸终止。尽管其有肾毒性、骨髓抑制、严重中枢神经系统等副作用，但在诊断腺病毒感染后早期使用西多福韦治疗有效率很高［39］。病毒唑也是一种嘌呤核苷酸类似物，体外研究显示对腺病毒感染有活性，其作用机制可能是直接抑制病毒多聚酶以及免疫调节或耗竭三磷酸鸟苷或抑制RNA的加帽活动或增加新合成DNA的基因突变以达到直接或间接抑制腺病毒感染，其副作用主要是引起温和可逆的贫血。

研究发现中药及其活性成分（如白藜芦醇、苦碟子、抗病毒滴丸等）也具有抗腺病毒活性［40］。其作用机制主要包括：细胞外直接杀灭病毒；影响病毒吸附、穿入细胞；进入细胞内抑制病毒的复制。传统中药的多靶点作用机制、不良反应少、耐药性低等优点表现出诱人的应用前景，筛选高效低毒的抗病毒中药是今后抗病毒研究热点之一。

5 腺病毒载体

腺病毒载体经口、鼻、气管等粘膜表面接种,可获得包括粘膜、体液免疫和细胞免疫在内的全面免疫。腺病毒载体具有易构建、高效率、滴度高、低致病性及无插入突变激活癌基因的危险等优点，这使得其成为最具应用前景的载体之一和以腺病毒为载体构建的重组活疫苗在进行癌症、遗传病和重要传染病的基因治疗等方面的研究应用最为热门。

6 展望

迄今为止我们对腺病毒有了较深入地了解，但是还有许多方面值得进一步深入研究，譬如：在病毒脱衣壳中触发其进行结构变化的精确位置、病毒DNA双链与核心蛋白V、VII、Mu的结构信息，是否有特异性受体或其它受体，腺病毒进入细胞的信号通路以及病毒与免疫之间的关系，这有助于指导我们在临床上更好地抗腺病毒治疗和研发新的抗病毒药物、合理设计更安全有效的腺病毒载体和疫苗。

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