人类呼吸道合胞病毒粘附（G）蛋白的研究进展

　　摘要 hRSV G蛋白是性质独特的、高度变异性粘附蛋白，在诱导保护性免疫和至病机制方面起重要作用。HRSV感染严重程度可能与G蛋白有关。探讨G蛋白的免疫致病机理将有助于掌握HRSV的致病机制，了解清除HRSV和其它病毒的可能机制。

　　人类呼吸道合胞病毒（human respiratory syncytial virus,HRSV）是婴幼儿和体弱成人下呼吸道感染的主要病原[1]，有包膜的、非节段性、单股负链RNA病毒，属副粘病毒科，肺炎病毒属。HRSV的特征之一是每次感染只能调节以后感染的严重程度，而一般水平的抗体不能提供永久的保护。

　　肺炎病毒编码两个主要表面糖蛋白：粘附蛋白（attachment protein,G）和融合蛋白（fusion protein ,F）病毒通过G蛋白与细胞表面受体结合，F蛋白介导细胞与病毒包膜融合，抗G或F抗体能够中和病毒的感染性。在动物模型上已证实：F蛋白诱导产生交叉反应性的、保护性抗体，防止不同抗原亚型的病毒感染；而抗G蛋白中和抗体只能保护动物免受相同抗原亚型的病毒感染，具有型特异性[12]。

　　表达HRSV F或G蛋白的重组疫苗诱导BALB/c小鼠产生不同类型的T辅助（Th）细胞免疫反应。用G蛋白免疫小鼠或用HRSV激发小鼠引起的肺部嗜酸细胞浸润与Th2型反应有关[3]。

　　肺炎病毒的粘附蛋白与其它副粘病毒的粘附蛋白，如血凝素-神经氨酸酶（haemagglu-tinin-neuraminidase,HN）无共同的序列或结构特点。HRSV g蛋白含有大量的丝氨酸、苏氨酸和脯氨酸，这一特性与由上皮细胞产生和分泌的一类粘蛋白相似。RSV、鼠肺炎病毒等的G蛋白无同源性，但丝氨酸、苏氨酸和脯氨酸残基的含量相同。

　　G蛋白是HRSV变异性最大的基因产物。根据G分子核苷酸序列以及抗原性差异，将HRSV分离株分成A、B两个抗原亚型，A亚型又一步划分为不同的G基因型。因而，HRSV g蛋白是具有非凡结构和免疫特点的高度变异蛋白，其中至少一部分变异是免疫选择的结果。

　　1 结构特点

　　G蛋白特异性抗体抑制病毒与细胞受体结合。Levine等在1987年首次证实：G分子是HRSV的粘附蛋白。G蛋白是Ⅱ型糖蛋白[4]，具有289-299个氨基酸（根据毒株不同而不等），第38-66位氨基酸残基之间拥有一个信号/描定疏水区。于疏水区中部任何一个框架内AUG三联密码处启动转录，蛋白水解清除信号/锚定区后，产生可溶性/分泌型G蛋白（Gs）。

　　G分子的合成途径包括：（1）一个32kDa多肽链前体加上N-和O-连接寡糖进行广泛修饰[5]；（2）可能在N-端胞浆区尾部的一个半胱氨酸残基处进行软脂酸甘油酯化[6]；（3）高甘露糖含量的N-连接糖链共翻译加到G蛋白前体上，形成45～50kDa的中间体[6]；（4）在高尔基体内，N-边接糖转化成复杂型，并加上O-连接糖，获得80～90dKa的成熟型G；碳水化合物是G蛋白功能所必需的。G蛋白以同源寡聚体（主要是三聚体）的形式存在于胞膜表面；三聚体可能于G蛋白保成的早期阶段在内质网内形成。

　　G蛋白缺乏RSV F蛋白和其它病毒蛋白C-和N-端拥有的疏水性区域，其疏水性最强的是负责信号/锚定的跨膜区（第38-66位氨基酸），第1-38位氨基酸构成胞浆区，G蛋白C-端第67-298位氨基酸暴露于病毒包膜外称胞外区。胞外区有一个中心区（第164-176位氨基酸）和四个半胱氨酸（第173、176、182和186位氨基酸残基），在所有HRSV分离株中均为保守区。两个二硫健（第173-186和176-182）可稳定受体结合位点的结构，并且，由于A、B亚型第174-187、171-187位氨基酸分别代表亚型特异性保护性抗原决定簇，二硫健的阻断或缺失可能影响该定簇的表达。胞外区呈疏水性，被认为是受体结合位点[7]；该区两翼有两上蛋白片段，具有高度序列变异和大量丝氨酸、苏氨酸，丝氨酸和苏氨酸的含量约占G蛋白所有氨基酸的30%，是O-糖基化的潜在位点，与粘蛋白的氨基酸构成相似。G分子中的脯氨酸约占10%，促进线性而非球型构象的形成。保守的胞浆尾区和跨膜区的氨基酸改变可影响病毒的生长动力学。胞浆区尾部（第33-35位氨基酸）和跨膜区（第51-54位氨基酸）的氨基酸替换（均为脯氨酸）引起了病毒生长支力学改变[8]：病毒生长受限，形成的合胞变小。G蛋白是HRSV抗原性和遗传性差异最大的蛋白。Johnson等报道A和B亚型原株G蛋白氨基酸同源性仅为53%，而相同亚型的分离株间G蛋白氨基酸序列差异性达12%～26%[9，10]，并且这种有效期异性主要见于毒株G分子C-端的胞外区。胞外区氨基酸同源性为43%，而位于保守的N-末端的胞浆尾区和跨膜区为84%[11]。用抗G蛋白特异性单克隆抗体检测抗原性差异已用于HRSV分离株A、B抗原亚型的分类。A、B亚型G蛋白抗原性和遗传变异的相关性研究成为人们所关注的焦点。

　　2 抗原结构

　　目前，对HRSV G蛋白白免疫研究最多的方面是抗体反应分析，尚未发现存在对人G蛋白的I类抗原限制性细胞毒T淋巴细胞反应。

　　2.1 鼠单克隆抗体反应。现在已有大量抗HRSV g蛋白鼠单克隆抗体用于HRSV 分离株的A、B亚型分类。通过检测单抗与大量毒株的反应，在G蛋白上鉴别出三种抗原决定簇：（1）在所有分离株上均存在的保守表位；（2）相同抗原亚型毒株拥有的亚型特异性抗原决定簇；（3）相同抗原亚型的某些毒株存在株（个体）特异性或变异性抗原决定簇，位于G分子C-端1/3处[12]。

　　用所有抗G单抗与G分子进行Western印迹分析或合成肽反应，发现单抗仅识别线性而非构象性表位（Nonformational epitops）[13]。碳水化合物也有助于抗原的构成，并且某些抗体也不与非糖基化G蛋白前体反应，或抗体依靠细胞型特异性糖基化识别G分子[14]。有趣的是抗体识别依赖碳水化合物现象仅见于G蛋白的高丝氨酸/苏氨酸含量区的某些变异性表位，而并非位于胞外区中间段的保守性和亚型特异性表位，以及缺逐潜在糖基化的位点[14]。

　　用单抗挑选逃避变异株进行序列分获得了HRSV g蛋白一级结构的表位图谱。识别保守的和A型特异性表位的抗体选择氨基酸改变位于G分子中心区的逃避变异株[12]；识别株-特异性表位的抗体，除外抗体021/5G，选择氨基酸改变位于半胱氨酸群之前的变异区的变异株，均选择氨基酸改变位于G分子C-端变异区的逃避变异株[12，15，16]。因此，抗原决定簇的保守或变异性决定了相应的抗体所选择的G蛋白一级结构的氨基酸改变位点。某些抗体选择在G蛋白序列中氨基酸残基紧密排列处发生氨基酸替换的变异株，再次重申抗体识别线性表位。没有抗体能够在G蛋白一级结构的远端挑选变异，表明该处缺乏构象性表位。

　　除单个氨基酸替换外，一些逃避变异株还发生了更显著的突变：（1）用63G挑选的毒株，单个腺苷酸（A）缺失或插入引起了读框移位突变一极端情况下，读框移位突变改变了G蛋白C-端1/3处全部序列[15]；（2）不成熟的中止密码，使G蛋白长度变短[12，16]；（3）多重A-G转换（A-G超变异,hypermutations）引起所编码的氨基酸改变[12]。以上说明：G蛋白，特别是与抗原性相关的C-端1/3部分可容纳多重序列改变。已有研究发现：G基因编码C-端1/3部分之间的一小部分区域易发生聚合酶错误，尤其是参与mRNA正义链腺苷连续的增加或缺失，被感染的细胞mRNA可编码C-端改变了的G蛋白。

　　2.2　人恢复期血清反应。通过检测恢复期血清与合成肽或由细菌表达的G分子反应，形成了自然感染后产生的人抗体所识别的G蛋白一级结构的抗原决定簇图谱[17，18]。早期分析表明：取自HRSV原型株A2的肽链仅识别G蛋白的中央保守区肽链。Cane等用人恢复期血清识别出G分子和C-端1/3处的四条肽链，并发现自然分离株的氨基酸改变取消了血清对肽链的识别[18]。用包括G蛋白C-端1/3处第84-85位氨基酸残基的融合蛋白发现人抗体反应与感染的基因型密切相关[17]。人恢复期血清所识别的表位包括分离株间变异的潜在N-糖基化位点，提示了又一抗原位点掩蔽（masking）机制。

　　总之，G蛋白C-端1/3处含鼠单缺和人恢复期血清识别的多重抗原决定簇。单个氨基酸替换或读框移位突变和未熟的中止密码等更显著的突变均可导致抗原决定簇的改变。某些变异株G分子关健的抗原决定簇位点发生改变，HRSV似乎准备好了克服此变异株感染后产生的抗体所造成的免疫压力。

　　3 G蛋白的进化类型

　　Coates等用超免疫血清进行中和实验，首次在抗原水平证实了HRSV分离株的变异。后来用各种抗将HRSV分离株分成A、B两个抗原亚型，也与病毒的遗传性差异有关。有关HRSV变异性的进一步研究主要集中在G蛋白的原因如下：（1）两种抗原亚型的毒株间G蛋白的抗原性和遗传性差异最大[7]；（2）G蛋白是中和性和保护性抗体反应的目标之一。

　　多数HRSV分离株，主要是A亚型的序列分析揭示出G蛋白的广泛变异性[10，11，19]。HRSV进化的特点如下：（1）Cane和Carcia等人的研究证实A亚型毒株属于不同的基因型[11，20]。多数流行由不只一个基因型的毒株引起；在某一地区，连续几个流行年中发生了主要流行基因型的替换[21]。（2）HRSV基因型分布于世界各地，在遥远的地方和不同的流行年分离到的毒株比在同一地方连续两天内获得的分离株更为密切相关[11，12]。（3）每种基因型内部可见进行性氨基酸变化的累积[12]。对于不同程度的遗传性变异，氨基酸/核苷酸替换率均接近恒定，可能表明G蛋白的氨基酸变异尚未达到功能极限，RSVA亚型各基因型内部抗原性差异可望继续扩大。（4）G蛋白在抗原性改变与病毒在种系发生树（phylogenetic tree）中的位置有关[11，12]。（5）G蛋白基因的同义核苷酸突变沿G蛋白基因统一分布，而非同义突变集中累积于G分子的两个变异区[11，19]。

　　在某些变异位点，非同义突变的数量高于同义突变的7倍，表明这是一种阳性选择。C-末端1/3处以内的某些变异位点与逃避突变株的G分子上被选择出来的氨基酸改变重合[22]，并且，在某些情况下逃避突变株和自然分离株可见相同的氨基酸替换。在流感A病毒的血凝素抗原位点也发出了非同义突变的优势积累[23]，支持新的突变株在已有抗体存在时重新感染同一个体的阳性选择。

　　尽管B抗原亚型的HRSV分离株的G蛋白序列分析资料较少，但B亚型的进化类型和分离株间的序列具有与A亚型相同的特点。

　　4 G蛋白的免疫作用和致病机制

　　G蛋白独特的性质使其在诱导保护性免疫和致病制方面起重要的作用。构建G蛋白亚单位疫苗促进了对G蛋白免疫致病机制的研究。表达G蛋白的重组疫苗可诱导高水平的特异性抗体。用携带编码牛型RSVG蛋白基因的重组疫苗能够诱导显著的特异性抗体反应，可用于保护牛抵抗BRSV感染。G蛋白重组疫苗还可能诱发Th2样反应。Th1细胞分泌白细胞介素（IL）2和γ-干扰素（IFN-γ），诱导Th1样反应，增强细胞免疫；Th2细胞分泌IL-4、IL-5等，诱导Th2样反应，增强体液免疫；而细胞因子又可影响Th细胞分化成Th1和Th2。IL-4/IFN-γ能调节免疫球蛋白（Ig）G1、IgG2a和IgE的产生。IL-4能诱导活化的B细胞分泌IgG1和IgE[24]，反映Th2样反应，IFN-γ能增强IgG2a而抑制IgG1的产生[25]，反应了Th1样反应。]IgG2/IgG1也可做为Th1/Th2反应的间接标志。用表达RSVF和G蛋白重组疫苗病毒(recombinant vaccina virus,rVV)免疫BALB/c小鼠后，RSV激发小鼠会启动不同的Th1细胞反应，RSV激发小鼠后肺部出现多形核细胞浸润；而表达G蛋白 rVV启动Th2样反应，诱导肺组织中大量嗜酸细胞渗出。进一步的研究表明：最初进行抗原加工和呈递的不同形式的G蛋白或G蛋白片段影响以后RSV激发的Th细胞反应[26]。重组G融合蛋白BBG2a（Long株G2a第130-230位氨基酸，包括保守的A亚型特异性表位和和A、B亚型分离株的保守性表位）免疫雌BALB/c小鼠和新生小鼠后，二者均产生同雌鼠一样的高水平RSVA亚型特异性保护性抗体。主要是IgG1，不受母体抗体水平的影响，支持Th2样反应。Johnson等[27]分别用表达野毒株型G蛋白的重组疫苗病毒（vvWTG）、表达分泌型G蛋白的重组疫苗病毒（vvM48）、表达G蛋白锚定膜部的重组疫苗病毒（vvM48I）免疫BALB/c小鼠后进行RSV激发实验，分泌型G蛋白和G蛋白锚定膜部结构和抗原相似，只是前者缺少胸浆区尾部，结果提示：①分泌型G蛋白与以后的RSV感染严重程度有关，锚定膜部G蛋白调节分泌型G蛋白的影响，减轻疾病的严重程度；②分泌型G蛋白增强了IgG1特异性抗体反应；③IL-5水平升高与分泌型G蛋白和G蛋白特异性抗体IgG1滴度相关；④分泌型G蛋白组织增加了嗜酸细胞浸润数量，但浸润范围没有扩大，G特异性IgG1滴度和肺部IL-5含量与肺组织中的啫酸细胞量相关。表明：（1）分泌型G蛋白可能代表一种病毒的免疫调节和逃避免疫的策略，是致病机制的决定因素。Walsh等[8]发现：逃避变异株感染的细胞上清液中主要是分泌型G蛋白，也证实了这一观点。（2）vvM48I组肺泡内出现少量嗜酸细胞也表明了G蛋白一级或二级抗原结构直接诱导Th2样免疫反应的作用。

　　已有临床资料证实：HRSV感染程度与A/B抗原亚型和G基因型有关[28，29]，感染后可能继发反得喘息、哮喘、过敏症、肺功能异常等后遗症。因而，探讨G蛋白与疾病的关系对掌握RSV致病机制有着重要的意义，了解分泌型G蛋白与内在或适应性免疫系统反应，将有助于探索清除RSV和其它病毒的机制的奥妙。

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