PLoSPathog：將HIV消滅于萌芽狀態

　　當新的HIV病毒顆粒從被感染的細胞中出芽時，一種被稱作蛋白酶（protease）的酶被激活從而協助HIV成熟和感染更多的細胞。這就是為什么現代的AIDS（獲得性免疫缺陷綜合征，由HIV感染導致的一種疾病）藥物通過抑制蛋白酶控制這種疾病。

　　如今，在一項新的研究中，來自美國猶他大學的研究人員發現一種將蛋白酶變成雙刃劍的方法：他們證實如果他們延遲新的HIV顆粒出芽，那么蛋白酶將破壞HIV病毒，而不是協助它擴散。他們說，這可能導致人們在大約10年內開發出新類型的具有更少副作用的AIDS藥物。相關研究結果于2016年6月9日發表在PLoS Pathogens期刊上，論文標題為“The Race against Protease Activation Defines the Role of ESCRTs in HIV Budding”。

　　論文通信作者、猶他大學物理學與天文學副教授、病毒學家Saveez Saffarian說，“我們能夠利用這種蛋白酶的力量破壞HIV病毒。”

　　二十世紀九十年代，所謂的蛋白酶抑制劑混合物出現，將AIDS變成一種慢性的可控制的疾病，同時也能夠讓病人用得起這些藥物。但是它們的副作用包括體內脂肪再分布、腹瀉、惡心、皮疹、胃痛、肝臟毒性、頭痛、糖尿病和發熱。

　　論文第一作者、猶他大學物理學與天文學助理教授Mourad Bendjennat說，“它們具有對病人有害的副作用。而且HIV會對這些抑制劑產生耐藥性。這就是為什么要使用混合物。”

　　Bendjennat補充道，通過發現蛋白酶與HIV相互作用的分子機制，“我們正在開發一種方法，我們認為它可能非常高效地阻止HIV擴散。”

　　然而，他和Saffarian強調這項研究是基礎性的，還需十年的研究才有可能開發出新的AIDS治療方法。

　　確定蛋白酶在HIV出芽中的作用

　　在被HIV感染的細胞內，新的HIV病毒顆粒主要是由Gag蛋白構建而成的。當構建這些新的病毒顆粒時，蛋白酶也被整入到它們當中，而且被認為在這些新的病毒顆粒從被感染的細胞中出芽和脫落后被激活。

　　這些位于囊泡中的病毒顆粒，開始從宿主細胞中出芽，并且最終與這個被感染的細胞的外膜分離開來。Saffarian說，“一旦這些病毒顆粒釋放出來，蛋白酶被激活，這些顆粒就轉化為成熟的HIV，而成熟的HIV具有傳染性。”

　　他補充道，“存在一種控制蛋白酶激活的內在機制，它并沒有得到很好的理解。我們發現如果我們延緩這種出芽過程，那么這種蛋白酶在HIV顆粒仍然與被感染的宿主細胞的外膜連接在一起時被激活。因此，它降解出芽中的HIV顆粒內部的所有蛋白，而且這些至關重要的蛋白酶會泄露回宿主細胞中。HIV顆粒繼續出芽，并從宿主細胞釋放出來，但是它不再有傳染性，這是因為它缺乏HIV顆粒成熟所需的酶。”

　　HIV出芽需要需要轉運必需內體分選復合物（ESCRT）

　　研究人員發現他們能夠通過干擾HIV顆粒與轉運必需內體分選復合物（endosomal sorting complex required for transport, ESCRT）之間的相互作用方式來延緩HIV顆粒從宿主細胞中出芽。 ESCRT參與協助剪斷出芽中的HIV顆粒---本質上就是將它們從被感染的宿主細胞中釋放出來。

　　Saffarian說，人們長期持有的科學觀念就是“搞亂HIV病毒與ESCRT之間的相互作用會導致出芽中的HIV顆粒永久性地粘附在宿主細胞膜上而不是釋放出來。” Bendjennat說，近些年的幾項研究已表明HIV顆粒確實釋放出來，這就讓人們對這個長期持有的科學觀念產生一些懷疑。

　　這項新研究的重要性“在于其中的分子機制：當ESCRT發生改變時，產生的病毒樣顆粒是沒有傳染性的。這項研究解釋了這種分子機制。”

　　Saffarian說，“我們發現當在早期有意地破壞HIV病毒和ESCRT之間的相互作用時，HIV顆粒仍然釋放出來，但是存在一定的延遲。它們粘附在宿主細胞膜上一段時間，然后它們釋放出來。而且也正因粘附在宿主細胞膜上一段時間，它們因較早的蛋白酶激活而丟失它們內在的酶，和喪失它們的傳染性。”

　　Bendjennat說，通過延緩HIV顆粒出芽和加快“蛋白酶被激活的時間，我們如今能夠利用這一點讓新釋放的HIV病毒缺乏傳染性。”

　　這項研究是如何開展的

　　在這項新的研究中，研究人員利用組織培養中的人皮膚細胞開展研究。已知不論被感染的宿主細胞是皮膚細胞、某些其他的細胞或者被HIV病毒感染導致AIDS的T細胞，新的HIV顆粒都以同樣的方式進行組裝。這項研究涉及活的HIV和所謂的病毒樣顆粒。

　　Bendjennat和Saffarian通過基因工程手段獲得Gag蛋白突變體。單個HIV顆粒是由大約2000個Gag蛋白、120個Gag-Pol蛋白拷貝和作為遺傳信息的RNA組成的。Pol包括蛋白酶、逆轉錄酶和整合酶---這些酶都是HIV病毒用來復制所需的蛋白。

　　這些Gag蛋白突變體與ESCRT中的兩種不同的蛋白 ---ALIX和Tsg101---異常地發生相互作用。

　　一個新的HIV顆粒在正常情形下花費5分鐘從一個被感染的細胞中釋放出來。

　　當研究人員對ALIX進行干擾時，HIV病毒顆粒的釋放被延緩了75分鐘，并且導致這種新的HIV病毒顆粒傳染性下降了一半。當研究人員對Tsg101進行干擾時，HIV病毒顆粒的釋放被延緩了10小時，并且導致這種新的HIV病毒顆粒沒有傳染性。

　　研究人員也證實一個HIV顆粒如何快地從一個被感染的細胞中釋放出來取決于它以Pol蛋白的形式攜帶了多少酶。在利用病毒樣顆粒---只由Gag蛋白組成，不含有正常的Pol酶---進行病毒釋放實驗期間，通過對ESCRT蛋白進行干擾，這種75分鐘延緩降低到僅僅20分鐘，而10小時延緩降低到僅僅50分鐘。

　　Saffarian說，“當運載的酶較多時，HIV病毒顆粒需要來自ESCRT的更多幫助以便及時地釋放出來。”

　　他說，這是因為HIV顆粒攜帶較多的酶，它依賴ESCRT從被感染的細胞中釋放出來，因此，ESCRT是不錯的藥物作用靶標，從而讓HIV蛋白酶泄露回宿主細胞中，這會讓新的HIV顆粒沒有傳染性。

　　Bendjennat說，其他的科學家正在尋找以一種將阻止出芽中的HIV顆粒從宿主細胞中釋放出來的方式阻斷ESCRT蛋白的藥物，因而讓它仍然連接到這種被感染的宿主細胞中。但是，他說，ESCRT同樣地也是細胞存活所需要的，因此，這些藥物應是有毒性的。

　　相反，他補充道，這項新研究提示著一種正確的方法就是使用低效的ESCRT抑制藥物延緩HIV釋放而不是阻斷它，這會使得它缺乏傳染性，同時具有更少的副作用。