乙型肝炎病毒整合研究进展
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・综 述・ 山西医药杂志2013年6月第42卷第6期上半月 Shanxi Med J,June 2013,Vo1.42,No.6 the First
乙型肝炎病毒整合研究进展
武汉大学第一临床学院(430071) 阮 鹏 龚作炯
深圳市第三人民医院 周伯平 黄 健
湖北医药学院附属人民医院 徐少勇
乙型肝炎病毒(HBV)DNA整合在乙型肝炎患者中广
泛发生。慢性乙型肝炎(CHB)患者HBV DNA整合率达 8o ,在急性肝炎、CHB、低血清抗HBV核心抗体(抗
HBc)滴度的丙型肝炎病毒(HCV)相关CHB患者中,HBV
DNA整合率分别为16 、100 、25 ,提示急性、慢性肝炎
中均存在HBV DNA整合 1]。本文对HBV DNA整合研
究进展进行综述。 1整合机制
HBV DNA复制过程中存在独特的前基因组RNA
(pgRNA)反转录阶段,造成了其基因可以整合人人体基因
组。与反转录病毒感染不同,HBV整合不是病毒复制的必
须条件,而认为是HBV感染过程中的随机事件。HBV病
毒成熟体(Dane颗粒)通过受体黏附于宿主肝脏细胞表面
并进入肝细胞内,部分病毒基因成分进入肝细胞核内部,
HBV DNA以疏松的环状结构(rcDNA)转变成共价闭合环
状DNA(cccDNA),并有HBV DNA部分片段整合入宿主
细胞核。 参与HBV整合的为双链线型DNA(d1DNA)而非rcD—
NAl2]。HBV感染患者血流中约1O ~2O 病毒颗粒为
d1DNA,它们的形成包括:①原位引发线型DNA(in situ—
primed DNA);②非法复制线型DNA(illegitimate linear
DNA);③紧密结合末端线型DNA(cohesive-end DNA)。
HBV整合分为简单性和复杂性2类,前者为单一HBV在
宿主基因组中线性排列,伴有部分序列缺失,后者常是重排
结果,为多个同向或反向HBV整合,或HBV结构发生错
排。HBV基因整合方式分为I,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ。I起始于DR1 向负链3 端延伸,Ⅱ起始于DR1向负链5 端延伸,Ⅲ起始
于DR2向负链3 端延伸,Ⅳ起始于DR2向负链5 端延伸。
I,Ⅱ种方式比Ⅲ,Ⅳ种方式更为常见,大约是后者的3倍, pre—S也是病毒重组的常见序列。
Wang和RoglerE 通过对经内源性多聚酶修补的土拨
鼠肝炎病毒(WHV)DNA与拓扑异构酶I(Topo1)反应,认
为rcDNA也可以被Topoi切割产生线型DNA参人整合。
Topol切割rcDNA使之具有黏性末端,在wHV正链3 端
打开一缺口而致病毒DNA线型化。Topol与wHV正链 3 端共价连接作为供体,另一端带有5'-OH部分可作为接
受异源(即细胞)DNA的受体,从而可介导病毒与细胞
DNA整合。Topol对rcDNA的切割会导致rcDNA形成
通信作者:周伯平,Email:zhoubp@hotmail.com 对细胞内核酸酶敏感的单链末端突出序列,这有助于解释
在病毒整合中常见核酸序列的缺失。这类整合模式主要见
于癌前期和小肝癌中,高度恶化的大肝癌中主要表现为病
毒序列的重排,病毒包膜堵塞使病毒分泌减少和核内rcD—
NA、cccDNA积聚可导致整合增加。原发性肝细胞癌
(HCC)中观察到拓扑异构酶Ⅱ高表达,其与HBV整合的
关系有待阐明。
宿主基因发生整合的条件包括稳定性差、细胞DNA复
制频率增加、合并其他病毒感染、慢性肝脏损伤等 j。HBV
持续感染会对机体造成炎症反应导致细胞发生氧化应激损
伤,一部分基因损伤会转变成为DNA双链断裂(DsBs),
DsBs的产生及修复可增加HBV基因组的整合频率。哺乳
动物细胞DsBs有2条独立又互补的修复途径:①无错误的
同源重组(HR),它需要在受损的DNA和未受损的DNA
之间存在一个同源序列,可有效地去除DNA损伤,恢复
DNA原有状态;②非同源末端连接(NHEJ),它不需要连接
端存在广泛的同源性,通过对受损的DNA末端加工,提供
一个与被连接DNA同源的黏结点,将断裂片段连接起来,
也可能把从不同染色体来的非相邻的DNA片段连接起来,
这为病毒DNA的整合提供了平台。
NHEJ主要是通过DNA依赖蛋白激酶和XRCC4/
DNA连接酶Ⅳ等成分完成的,DNA—PK为整个过程的关键
酶,包含1个大的具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的催化亚单
位(DNA—PKcs)和1个由DNA结合蛋白Ku70/Ku80二聚
体组成的调节亚单位,Ku蛋白可在NHEJ中作为DNA—PK
的调节亚基起着重要的作用。哺乳动物体内HR修复途径
仍未完全阐明,已知的参与HR的因子包括Rad51、Rad52、
Rad54、BRCA1和BRCA2。DSBs发生后Rad52和Ku基因
竞争结合DNA双链断端,从而引导不同的修复途径,因此
Rad52和Ku蛋白也被称做是HR和NHEJ的门控基因。
细胞可能更喜欢用较少差错的HR途径修复DsBs,但HR
需要存在同源性序列,它仅存在于细胞周期的s期及Gz后
期的姐妹染色单体中。当损伤发生在细胞周期的其他阶段
时,细胞以NHEJ修复为主、修复与病毒转录复制同时发生
时,整合就容易发生。通过改变细胞中Rad52和Ku蛋白
的比例从而使细胞倾向于采用HR修复方式,有可能是预
防HBV整合的有效策略之一[5]。
2整合位点
HBV各基因片段整合率由高到低依次为X、S、pre—S、
C、P,
X基因是HBV基因组中最常发生整合的片段,至今 山西医药杂志2013年6月第42卷第6期上半月 Shanxi Med J,June 2013,Vo1.42,No.6 the First
没有完整HBV DNA整合的报道。目前认为宿主基因
HBV整合位点是随机的,一项研究结果显示除13、x和Y
染色体外均可见HBV DNA整合现象。另一项研究显示
x、Y染色体也可涉及HBV DNA整合。还有研究发现随
机整合或许是一种假象,除整合位点的病毒侧翼序列常具
独特性外,整合点的宿主侧翼序列可见短的同源性序列,如 ATGA、ATGTA、ATGAG等,邻近数十碱基对之内也见同
源性序列,如AAAGA、AAAGT、AAATT等,提示宿主
DNA的核苷酸序列与HBV整合有关,大量相对特异的短 序列决定了HBV整合的广泛性_6]。
目前研究发现HBV的整合存在相对热点区段,认为整
合位点可出现在一些编码与生长发育、细胞信号表达有关
的基因内或其附近,如管理细胞永生[人端粒酶逆转录酶
(hTERT)]、繁殖[细胞周期蛋白(Cyclin)A、丝裂原激活的
蛋白激酶1(MAPK1)]、生长发育[肿瘤坏死因子(TNF)受 体相关蛋白1]等部位[73。尽管有些基因和目标基因相距较
远,但考虑到基因表达可相隔数十万个碱基对,因此不能因
为排除一些整合对数百kb之外目的基因的调控,如血小板
衍生生长因子(PDGF)一B、APCL、MGMT基因,它们调控
p53基因抑癌效果。
传统聚合酶链反应(PCR)检测方法受引物设计的限制 并只能检测重复整合部位_2],因此发现整合位点较少。
Jiang等 通过用深覆盖测序对HCC患者HBV DNA整合
进行检测,认为宿主基因整合位点数量随测序深度而增加。
肿瘤标本和邻近非肿瘤标本中均存在整合,但方式不完全
一样,因为肿瘤组织中发现携带主要整合位点(MIS)肝细
胞的克隆扩增。HBV整合部位平均分布在DR1和DR2附
近,整合后融合基因转录则倾向于DR1,认为DR1固有的
反式作用机制及DR1和宿主基因融合部位的短距离为整
合后转录的必要条件。HBV环型病毒结构中多聚酶结构
位于DR1下游,线型结构中多聚酶和DR1分开、多聚酶在
5 下端,DR1位于3 末端,这种现象解释了为何整合后
HBV多聚酶活性下调。相信随着深覆盖测序法的广泛应
用,更多的整合位点和机制会被发现。 3整合与HBV DNA抗原表达
HBV转录蛋白中来自cccDNA的仅为来自整合DNA
的1O ~2O Eg?。cceDNA转录率低的原因考虑:①HBV
cecDNA在细胞内和组蛋白及非组蛋白形成紧凑的微染色 体样结构,HBV cccDNA的转录需组蛋白H3和H4的乙
酰化I1 ;②凋亡蛋白(AP)一1、AP一2、核因子(NF)一KB、C/
EBP、三磷酸腺苷(ATP)/环磷酸腺苷反应元件结合蛋白
(CREB)、SRFSP1等转录因子参与cccDNA转录调控¨g ;③
HBx通过影响转录因子活性调控cccDNA转录水平,X蛋
白表达丢失则eccDNA转录率下降。
HBV e抗原(HBeAg)(+)CHB患者血清HBV表面
抗原(HBsAg)水平与肝细胞HBV cccDNA拷贝数(copies/
cel1)、肝脏HBV DNA量正相关,HBeAg(一)CHB患者血 清HBsAg水平与肝细胞HBV cccDNA拷贝数、肝脏HBV ・ 633 ・
DNA量不相关,而与肝组织HBsAg(+)肝细胞/ram。的数
量、免疫染色强度、分布格局相关【1 。可以用整合来解释
这种情况。整合是HBV感染中早期事件,s基因是最常参
与整合及整合后转录的片段之一;HBeAg(一)CHB患者病
程较HBeAg(+)长,更有可能发生整合。以上假说未得到
证实,因为尚无法临床上检验HBsAg来自cccDNA转录还 是整合DNA转录_】 。HBV DNA整合导致的肝内HBeAg
和HBsAg表达存在差异。整合的HBV DNA由于表达
HBcAg段基因序列被高度甲基化而无法合成HBcAg,肝内
HBcAg的合成主要由游离HBV DNA表达。肝内HBsAg
则既可被游离的亦被整合的HBV DNA表达。
4整合与前Sl/前S2、S区变异
HBV DNA整合导致前s区变异很常见,并在感染肝
细胞克隆颗粒中出现。前S1区域变异产生1型毛玻璃样
肝细胞(GGH),前s2区域变异产生2型GGH细胞。1型
GGH细胞前s1变异导致转录因子结合位点缺乏(AA63~
86),影响中、小型表面蛋白合成障碍。2型GGH细胞前S2
起始密码子(AT ATA)变异导致中型表面蛋白(MHBs) 无法合成 ”]。
中、小型表面蛋白合成障碍导致大型表面蛋白增多,在
肝细胞内质网聚集,向外分泌减少,逃避了宿主的免疫攻
击,引发内质网压力,激活未折叠蛋白反应(UPR),上调
cycline D1。UPR最重要的致癌作用是引发氧化应激,激活
内质网应激下游信号通路,引起HBV感染的肝细胞异常增
殖和细胞凋亡受阻,大量氧化产物产生引起宿主DNA损
伤、不稳、变异等,引发肝脏发育不良,严重肝脏损害,肝脏 肿瘤结节再生,最终导致肝癌发生[1 。
HBV DNA整合可表达完整或截断的s蛋白。肝癌细 胞系或肝癌组织中克隆出的截断型前S2/S基因表达产物
羧基末端的截断中蛋白(MHBst)具有类似c—myc或c—los
的反式激活功能,而全长的MHBs无此功能 ]。MHBst
缺失了位于c末端的膜定位信号,使MHBst未能进入分泌
途径而在内质网(ER)中滞留,其前s2区指向胞质区与胞