艾滋病知識之HIV結構與病毒複製週期

　　一、HIV的結構和基因組

　　HIV的結構與其他逆轉錄病毒不同，其直徑約為120nm，呈球形。HIV基因組由兩條相同的單股正鏈RNA組成，編碼病毒的9個基因，病毒基因組由2000個複製的p24蛋白組成的橢圓形衣殼所包被。單鏈RNA緊緊結合於衣殼蛋白、P7以及毒粒繁殖所需的酶如逆轉錄酶、蛋白酶、核糖核酸酶和整合酶）上。P17形成的基質包裹在衣殼外面，對毒粒的完整性至關重要。其外面是病毒的外層囊膜，由雙層磷脂膜組成，此膜來源於人體細胞的細胞膜，在新病毒粒子出芽時生成。嵌入在HIV包膜中的是來源於宿主細胞的蛋白質，大約70個複製的HIV蛋白質突出在病毒包膜的表面，這種蛋白稱為Env。Env由三個gp120糖蛋白分子組成的帽子和一個gp41分子組成的莖構成，gp41插入病毒包膜中。此外膜糖蛋白複合體可以使病毒與靶細胞粘附和融合，從而啟動病毒的感染週期。gp120 和gp41，特別是gp120 ，已經被認為是將來治療與疫苗研究的靶點。

　　病毒RNA基因組9個基因中的三個――gag、pol和env，編碼病毒顆粒的結構蛋白，如Env所編碼的蛋白為gp160，在病毒酶的作用下gp160分解為gp120 和gp41。其餘的6個基因tat、rev、nef、vif，vpr和vpu在HIV-2中為vpx）為調節基因，這些基因對控制HIV感染細胞，複製或致疾過程中的蛋白起調節作用。例如，nef編碼的蛋白在病毒有效複製中是必需的；vpu編碼的蛋白影響感染細胞新病毒粒子的釋放。每個RNA包含長末端重複序列LTR），此區域在控制新病毒產生的過程中起開關的作用，由HIV或宿主細胞的蛋白所啟動。

　　二、HIV的複製週期

　　?第一步：進入細胞

　　HIV透過一系列連續的過程進入到巨噬細胞和CD4+T細胞，包括其表面糖蛋白與靶細胞受體的粘附，病毒外膜與細胞膜的融合，HIV衣殼的釋放等。

　　外膜複合物三聚體上述提到的gp160）、CD4和趨化因子受體一般是CCR5或者CXCR4）之間進行相互作用。gp120包含可供CD4和趨化因子結合的結合區。一旦gp120與CD4蛋白結合，外膜複合物就發生結構改變，暴露出gp120的趨化因子結合區，使其能與趨化因子相互作用。這樣形成的更為穩定的雙頭粘附，使融合蛋白gp41的N端穿入細胞膜。gp41的重複序列HR1和HR2發生相互作用，引起gp41的胞外區蛋白形成髮夾結構。這種環狀結構使病毒和細胞膜能夠緊密結合，繼而發生融合和病毒衣殼的進入。一旦HIV與靶細胞結合在一起，HIV RNA和各種酶，包括逆轉錄酶、整合酶、核糖體酶和蛋白酶則進入靶細胞。

　　HIV可以透過CD4-CCR5途徑感染樹突細胞DC），但另一種藉助甘露醇特異性C型凝集素受體的途徑，如DC-SIGN同樣可能是途徑之一。DC細胞是病毒在性傳播途徑中最先遇到的細胞之一，目前認為，當病毒在黏膜中被DC捕獲後，DC在把HIV傳播到T細胞中扮演了重要的作用。

　　?第二步：複製和轉錄

　　當病毒核衣殼進入細胞後，透過逆轉錄酶的作用，單鏈+）RNA從附著蛋白上釋放出來，並以它為模板複製出一條9kb大小的互補DNA。這個逆轉錄過程容易發生錯配，因此會發生突變，而且有可能因此而導致耐藥性的出現。逆轉錄酶接著複製出這條DNA鏈的互補鍊形成了一個病毒DNA雙鏈中間體vDNA）。這個vDNA被轉運到細胞核內，透過整合酶的作用，病毒DNA被整合入宿主細胞基因組。

　　被整合的病毒DNA在HIV感染的潛伏期處於靜止狀態。要想活化產生病毒，需要一些細胞轉錄因子的存在，其中最重要的就是NF-ΚBNF kappa B），當T細胞活化時NF-ΚB上調。這意味著那些最可能被HIV殺死的細胞實際上是那些在與病毒鬥爭的細胞。

　　在這個複製過程中，整合的前病毒轉錄成mRNA，繼而被剪下成較小的片段，這些小片段產生調節蛋白Tat促進新病毒的產生）和Rev。Rev逐漸積累並逐漸開始抑制mRNA的剪下。在這個階段，結構蛋白Gag 和 Env得以從全長mRNA中產生。全長mRNA實際上是病毒的基因組，它結合在Gag 蛋白上並被裝配成新的病毒顆粒。

　　HIV-1 和HIV-2似乎存在不同的包裝RNA機制：HIV-1會結合任何適合的RNA而HIV-2更傾向於結合能夠產生Gag蛋白本身的mRNA。也就是說HIV-1更容易變異HIV-1感染進展到AIDS的過程要比HIV-2快速，並是全球主要流行的HIV型）。

　　?第三步：裝配和釋放

　　裝配成為新的HIV-1毒粒，是病毒週期的最後一步。此過程從宿主細胞的胞漿膜開始，外膜蛋白gp160）穿過內質網轉運至高爾基複合體，在那裡被蛋白酶裂解加工成gp41和gp120。它們被轉運至宿主的胞漿膜後，gp41將gp120固定在感染細胞膜上。Gagp55）和Gag-Polp160）多聚蛋白同樣在胞漿膜內表面與HIV基因組RNA一起作為形成的毒粒開始從宿主細胞出芽。在成熟過程中，HIV蛋白酶將多聚蛋白裂解成具有獨立功能的HIV蛋白和酶。隨後，不同的結構組分裝配產生成熟的HIV病毒體。裂解步驟能夠被蛋白酶抑制劑所抑制。最後，成熟的病毒可以繼續感染其它細胞。