PLoS Pathog：将HIV消灭于萌芽状态

当新的HIV病毒颗粒从被感染的细胞中出芽时，一种被称作蛋白酶（protease）的酶被激活从而协助HIV成熟和感染更多的细胞。这就是为什么现代的AIDS（获得性免疫缺陷综合征，由HIV感染导致的一种疾病）药物通过抑制蛋白酶控制这种疾病。

如今，在一项新的研究中，来自美国犹他大学的研究人员发现一种将蛋白酶变成双刃剑的方法：他们证实如果他们延迟新的HIV颗粒出芽，那么蛋白酶将破坏HIV病毒，而不是协助它扩散。他们说，这可能导致人们在大约10年内开发出新类型的具有更少副作用的AIDS药物。相关研究结果于2016年6月9日发表在PLoS Pathogens期刊上，论文标题为“The Race against Protease Activation Defines the Role of ESCRTs in HIV Budding”。

论文通信作者、犹他大学物理学与天文学副教授、病毒学家Saveez Saffarian说，“我们能够利用这种蛋白酶的力量破坏HIV病毒。”

二十世纪九十年代，所谓的蛋白酶抑制剂混合物出现，将AIDS变成一种慢性的可控制的疾病，同时也能够让病人用得起这些药物。但是它们的副作用包括体内脂肪再分布、腹泻、恶心、皮疹、胃痛、肝脏毒性、头痛、糖尿病和发热。

论文第一作者、犹他大学物理学与天文学助理教授Mourad Bendjennat说，“它们具有对病人有害的副作用。而且HIV会对这些抑制剂产生耐药性。这就是为什么要使用混合物。”

Bendjennat补充道，通过发现蛋白酶与HIV相互作用的分子机制，“我们正在开发一种方法，我们认为它可能非常高效地阻止HIV扩散。”

然而，他和Saffarian强调这项研究是基础性的，还需十年的研究才有可能开发出新的AIDS治疗方法。

确定蛋白酶在HIV出芽中的作用

在被HIV感染的细胞内，新的HIV病毒颗粒主要是由Gag蛋白构建而成的。当构建这些新的病毒颗粒时，蛋白酶也被整入到它们当中，而且被认为在这些新的病毒颗粒从被感染的细胞中出芽和脱落后被激活。

这些位于囊泡中的病毒颗粒，开始从宿主细胞中出芽，并且最终与这个被感染的细胞的外膜分离开来。Saffarian说，“一旦这些病毒颗粒释放出来，蛋白酶被激活，这些颗粒就转化为成熟的HIV，而成熟的HIV具有传染性。”

他补充道，“存在一种控制蛋白酶激活的内在机制，它并没有得到很好的理解。我们发现如果我们延缓这种出芽过程，那么这种蛋白酶在HIV颗粒仍然与被感染的宿主细胞的外膜连接在一起时被激活。因此，它降解出芽中的HIV颗粒内部的所有蛋白，而且这些至关重要的蛋白酶会泄露回宿主细胞中。HIV颗粒继续出芽，并从宿主细胞释放出来，但是它不再有传染性，这是因为它缺乏HIV颗粒成熟所需的酶。”

HIV出芽需要需要转运必需内体分选复合物（ESCRT）

研究人员发现他们能够通过干扰HIV颗粒与转运必需内体分选复合物（endosomal sorting complex required for transport, ESCRT）之间的相互作用方式来延缓HIV颗粒从宿主细胞中出芽。 ESCRT参与协助剪断出芽中的HIV颗粒---本质上就是将它们从被感染的宿主细胞中释放出来。

Saffarian说，人们长期持有的科学观念就是“搞乱HIV病毒与ESCRT之间的相互作用会导致出芽中的HIV颗粒永久性地粘附在宿主细胞膜上而不是释放出来。” Bendjennat说，近些年的几项研究已表明HIV颗粒确实释放出来，这就让人们对这个长期持有的科学观念产生一些怀疑。

这项新研究的重要性“在于其中的分子机制：当ESCRT发生改变时，产生的病毒样颗粒是没有传染性的。这项研究解释了这种分子机制。”

Saffarian说，“我们发现当在早期有意地破坏HIV病毒和ESCRT之间的相互作用时，HIV颗粒仍然释放出来，但是存在一定的延迟。它们粘附在宿主细胞膜上一段时间，然后它们释放出来。而且也正因粘附在宿主细胞膜上一段时间，它们因较早的蛋白酶激活而丢失它们内在的酶，和丧失它们的传染性。”

Bendjennat说，通过延缓HIV颗粒出芽和加快“蛋白酶被激活的时间，我们如今能够利用这一点让新释放的HIV病毒缺乏传染性。”

这项研究是如何开展的

在这项新的研究中，研究人员利用组织培养中的人皮肤细胞开展研究。已知不论被感染的宿主细胞是皮肤细胞、某些其他的细胞或者被HIV病毒感染导致AIDS的T细胞，新的HIV颗粒都以同样的方式进行组装。这项研究涉及活的HIV和所谓的病毒样颗粒。

Bendjennat和Saffarian通过基因工程手段获得Gag蛋白突变体。单个HIV颗粒是由大约2000个Gag蛋白、120个Gag-Pol蛋白拷贝和作为遗传信息的RNA组成的。Pol包括蛋白酶、逆转录酶和整合酶---这些酶都是HIV病毒用来复制所需的蛋白。

这些Gag蛋白突变体与ESCRT中的两种不同的蛋白--- ALIX和Tsg101---异常地发生相互作用。

一个新的HIV颗粒在正常情形下花费5分钟从一个被感染的细胞中释放出来。

当研究人员对ALIX进行干扰时，HIV病毒颗粒的释放被延缓了75分钟，并且导致这种新的HIV病毒颗粒传染性下降了一半。当研究人员对Tsg101进行干扰时，HIV病毒颗粒的释放被延缓了10小时，并且导致这种新的HIV病毒颗粒没有传染性。

研究人员也证实一个HIV颗粒如何快地从一个被感染的细胞中释放出来取决于它以Pol蛋白的形式携带了多少酶。在利用病毒样颗粒---只由Gag蛋白组成，不含有正常的Pol酶---进行病毒释放实验期间，通过对ESCRT蛋白进行干扰，这种75分钟延缓降低到仅仅20分钟，而10小时延缓降低到仅仅50分钟。

Saffarian说，“当运载的酶较多时，HIV病毒颗粒需要来自ESCRT的更多帮助以便及时地释放出来。”

他说，这是因为HIV颗粒携带较多的酶，它依赖ESCRT从被感染的细胞中释放出来，因此，ESCRT是不错的药物作用靶标，从而让HIV蛋白酶泄露回宿主细胞中，这会让新的HIV颗粒没有传染性。

Bendjennat说，其他的科学家正在寻找以一种将阻止出芽中的HIV颗粒从宿主细胞中释放出来的方式阻断ESCRT蛋白的药物，因而让它仍然连接到这种被感染的宿主细胞中。但是，他说，ESCRT同样地也是细胞存活所需要的，因此，这些药物应是有毒性的。

相反，他补充道，这项新研究提示着一种正确的方法就是使用低效的ESCRT抑制药物延缓HIV释放而不是阻断它，这会使得它缺乏传染性，同时具有更少的副作用。

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