艾滋病知识之HIV结构与病毒复制周期

　　一、HIV的结构和基因组

　　HIV的结构与其他逆转录病毒不同，其直径约为120nm，呈球形。HIV基因组由两条相同的单股正链RNA组成，编码病毒的9个基因，病毒基因组由2000个拷贝的p24蛋白组成的椭圆形衣壳所包被。单链RNA紧紧结合于衣壳蛋白、P7以及毒粒繁殖所需的酶（如逆转录酶、蛋白酶、核糖核酸酶和整合酶）上。P17形成的基质包裹在衣壳外面，对毒粒的完整性至关重要。其外面是病毒的外层囊膜，由双层磷脂膜组成，此膜来源于人体细胞的细胞膜，在新病毒粒子出芽时生成。嵌入在HIV包膜中的是来源于宿主细胞的蛋白质，大约70个拷贝的HIV蛋白质突出在病毒包膜的表面，这种蛋白称为Env。Env由三个gp120糖蛋白分子组成的帽子和一个gp41分子组成的茎构成，gp41插入病毒包膜中。此外膜糖蛋白复合体可以使病毒与靶细胞粘附和融合，从而启动病毒的感染周期。gp120 和gp41，特别是gp120 ，已经被认为是将来治疗与疫苗研究的靶点。

　　病毒RNA基因组9个基因中的三个——gag、pol和env，编码病毒颗粒的结构蛋白，如Env所编码的蛋白为gp160，在病毒酶的作用下gp160分解为gp120 和gp41。其余的6个基因tat、rev、nef、vif，vpr和vpu（在HIV-2中为vpx）为调节基因，这些基因对控制HIV感染细胞，复制或致疾过程中的蛋白起调节作用。例如，nef编码的蛋白在病毒有效复制中是必需的；vpu编码的蛋白影响感染细胞新病毒粒子的释放。每个RNA包含长末端重复序列（LTR），此区域在控制新病毒产生的过程中起开关的作用，由HIV或宿主细胞的蛋白所启动。

　　二、HIV的复制周期

　　•第一步：进入细胞

　　HIV通过一系列连续的过程进入到巨噬细胞和CD4+T细胞，包括其表面糖蛋白与靶细胞受体的粘附，病毒外膜与细胞膜的融合，HIV衣壳的释放等。

　　外膜复合物三聚体（上述提到的gp160）、CD4和趋化因子受体（一般是CCR5或者CXCR4）之间进行相互作用。gp120包含可供CD4和趋化因子结合的结合区。一旦gp120与CD4蛋白结合，外膜复合物就发生结构改变，暴露出gp120的趋化因子结合区，使其能与趋化因子相互作用。这样形成的更为稳定的双头粘附，使融合蛋白gp41的N端穿入细胞膜。gp41的重复序列HR1和HR2发生相互作用，引起gp41的胞外区蛋白形成发夹结构。这种环状结构使病毒和细胞膜能够紧密结合，继而发生融合和病毒衣壳的进入。一旦HIV与靶细胞结合在一起，HIV RNA和各种酶，包括逆转录酶、整合酶、核糖体酶和蛋白酶则进入靶细胞。

　　HIV可以通过CD4-CCR5途径感染树突细胞（DC），但另一种借助甘露醇特异性C型凝集素受体的途径，如DC-SIGN同样可能是途径之一。DC细胞是病毒在性传播途径中最先遇到的细胞之一，目前认为，当病毒在黏膜中被DC捕获后，DC在把HIV传播到T细胞中扮演了重要的作用。

　　•第二步：复制和转录

　　当病毒核衣壳进入细胞后，通过逆转录酶的作用，单链（+）RNA从附着蛋白上释放出来，并以它为模板复制出一条9kb大小的互补DNA。这个逆转录过程容易发生错配，因此会发生突变，而且有可能因此而导致耐药性的出现。逆转录酶接着复制出这条DNA链的互补链形成了一个病毒DNA双链中间体（vDNA）。这个vDNA被转运到细胞核内，通过整合酶的作用，病毒DNA被整合入宿主细胞基因组。

　　被整合的病毒DNA在HIV感染的潜伏期处于静止状态。要想活化产生病毒，需要一些细胞转录因子的存在，其中最重要的就是NF-ΚB（NF kappa B），当T细胞活化时NF-ΚB上调。这意味着那些最可能被HIV杀死的细胞实际上是那些在与病毒斗争的细胞。

　　在这个复制过程中，整合的前病毒转录成mRNA，继而被剪切成较小的片段，这些小片段产生调节蛋白Tat（促进新病毒的产生）和Rev。Rev逐渐积累并逐渐开始抑制mRNA的剪切。在这个阶段，结构蛋白Gag 和 Env得以从全长mRNA中产生。全长mRNA实际上是病毒的基因组，它结合在Gag 蛋白上并被装配成新的病毒颗粒。

　　HIV-1 和HIV-2似乎存在不同的包装RNA机制：HIV-1会结合任何适合的RNA而HIV-2更倾向于结合能够产生Gag蛋白本身的mRNA。也就是说HIV-1更容易变异（HIV-1感染进展到AIDS的过程要比HIV-2快速，并是全球主要流行的HIV型）。

　　•第三步：装配和释放

　　装配成为新的HIV-1毒粒，是病毒周期的最后一步。此过程从宿主细胞的胞浆膜开始，外膜蛋白（gp160）穿过内质网转运至高尔基复合体，在那里被蛋白酶裂解加工成gp41和gp120。它们被转运至宿主的胞浆膜后，gp41将gp120固定在感染细胞膜上。Gag（p55）和Gag-Pol（p160）多聚蛋白同样在胞浆膜内表面与HIV基因组RNA一起作为形成的毒粒开始从宿主细胞出芽。在成熟过程中，HIV蛋白酶将多聚蛋白裂解成具有独立功能的HIV蛋白和酶。随后，不同的结构组分装配产生成熟的HIV病毒体。裂解步骤能够被蛋白酶抑制剂所抑制。最后，成熟的病毒可以继续感染其它细胞。