iMetaOmics | 陈绍鸣-关于靶向NF-κB的潜伏逆转剂及其在HIV潜伏期的表观遗传和突变影响的评论

关于靶向NF-κB的潜伏逆转剂及其在HIV潜伏期的表观遗传和突变影响的评论

引  言

获得性免疫缺陷综合症（AIDS）是由攻击免疫系统细胞并利用其机制进行复制的人类免疫缺陷病毒（HIV）引起的。部分HIV感染细胞进入潜伏状态，不产生新病毒，形成了HIV可以隐藏多年的储存库，从而逃避治疗。这些细胞可以随时重新激活以产生更多病毒。治愈HIV的主要挑战在于其能够在免疫细胞中保持潜伏状态，使抗逆转录病毒疗法（ART）在潜伏期内无效。研究人员正在探索潜伏逆转剂（LRA）以重新激活CD4细胞中的潜伏HIV，使ART和免疫系统能够对抗病毒，但LRA尚未获得FDA批准。因此还需要进一步的研究以确定该方法的适用性。

HIV潜伏是一种复杂的现象，病毒在细胞内保持潜伏，逃避免疫系统和抗逆转录病毒药物的追踪。HIV-1长末端重复（LTR）区域的启动子近端包含两个相邻的NF-κB结合位点，这在介导HIV-1基因表达的诱导中起着关键作用。NF-κB是一种转录因子，通过控制基因激活来调节免疫反应和炎症。在HIV-1中，LTR启动子近端区域的NF-κB结合位点允许这些转录因子结合并在激活时启动HIV-1基因转录，从而产生病毒RNA和新病毒颗粒。这些NF-κB结合位点使病毒能够根据宿主环境控制复制，在不利条件下保持潜伏，在条件改善时重新激活。通过操控NF-κB的激活，可以控制HIV-1基因表达，提供了抑制病毒复制或重新激活潜伏病毒以进行清除的策略。

表观遗传的影响

在“激活和清除”策略中，LRA 的临床试验产生了令人难以信服的结果。最近的研究表明，感染细胞对LRA的反应存在差异，突显了其有限的有效性以及储存库异质性所涉及的众多因素。这些因素包括病毒的遗传背景、细胞模型、细胞类型、沉默机制、组织储存库、整合位点、患者特异性因素和性别。此外，研究显示，LRA对自然杀伤细胞和细胞毒性T细胞活性的影响存在冲突的观察结果，表明其可能具有免疫抑制作用或对感知HIV-1重新激活的细胞影响有限。

多项研究表明，AZD5582 可以重新激活潜伏的 HIV 和 SIV，但其有效性仅为 42%。值得注意的是，新型小分子 IAP 抑制剂 AZD5582 已用于治疗癌症，据报道可导致 cIAP1 降解，从而在体外亚纳摩尔浓度下诱导 MDA-MB-231 乳腺癌细胞系凋亡。其他潜伏逆转剂，如二硫化氨基酸、布莱奥霉素、伊景尔和前列腺素，也被认为能够重新激活潜伏的HIV。这些LRA同样用于癌症治疗：二硫化氨基酸抑制前列腺癌的生长，布莱奥霉素表现出强大的抗肿瘤活性，伊景尔化合物对多种癌细胞系有效，而前列腺素通过抑制SIK3表现出潜在的抗癌效果。

 除了NF-κB等转录因子的作用外，表观遗传限制在抑制潜伏HIV转录方面也发挥着至关重要的作用。这些修饰，如DNA甲基化和组蛋白变化，在不改变DNA序列的情况下改变基因表达，从而形成一种抑制环境，使病毒保持不活跃状态。即使NF-κB被激活，它也可能无法克服这些表观遗传障碍，这意味着潜伏的HIV对那些激活NF-κB的LRA依然没有反应。转录机制上的这种“刹车”阻止了潜伏病毒的激活，表明仅仅激活NF-κB不足以唤醒潜伏的HIV。

突变的影响

HIV-1被分为四个组（M、N、O和P），其中M组最为普遍，并细分为九种亚型（A-D、F-H、J和K）、循环重组型（CRFs）和独特重组型（URFs）。研究表明，不同的HIV-1毒株会影响传播、复制、发病机制、诊断和治疗反应。亚型A的致病性较低，复制速度较慢，但与亚型D和CRF01_AE相比，具有更高的异性恋传播率；与亚型B相比，亚型D与较快的疾病进展相关。内部和之间的遗传变异会影响HIV-1的生物学特性，特别是LTR在复制和表达中的作用。例如一种将NF-κB位点转变为GA结合蛋白（GABP）位点的突变会增加CRF01_AE的复制和传播，超过亚型B。

GABP是一种转录因子，在调控基因表达中发挥关键作用。它属于E26转化特异性（ETS）家族的转录因子，这些转录因子的特点是能够结合特定的DNA序列，称为ETS基序。GABP是由GABPα和GABPβ亚基组成的异四聚体，参与多种细胞过程。研究发现HIV-1 LTR启动子串联增强子基序的上游NF-κB位点中存在一个单核苷酸缺失，这个突变是在长期培养的Tat缺陷HIV-1突变株中选出的。EMSA显示出NF-κB结合和基础启动子活性丧失。尽管如此，该突变改善了病毒的复制，且EMSA结果显示在未刺激的细胞中出现了特异性于突变LTR的新结合活性。该复合物不与NF-κB特异性抗体发生反应，但通过超迁移实验鉴定为GABP。该缺失使NF-κB结合减少了八倍，同时使GABP亲和力增加了十四倍。这种适应并不独特，因为HIV-1亚型E的LTR序列与新的GABP/NF-κB增强子配置对齐。所有测试的18个亚型E分离株都有这个GABP位点，NF-κB结合被消除但启动子功能没有丧失。

如果NF-κB发生突变，使其功能或结构变得类似于GABP，那么仅针对NF-κB的LRA的功效可能会受到影响。这是因为LRA旨在与NF-κB相关的特定分子特征和调控途径相互作用。显著改变NF-κB结构或功能特性的突变可能会阻止这些药物有效结合或按预期调节NF-κB活性。

未来的方向

除了NF-κB和GABP，还有其他重要的转录因子和元素在基因调控中发挥作用，包括激活蛋白1（AP1）、特异性蛋白1（Sp1）、八聚体结合转录因子1（Oct1）和转激活响应元件（TAR），如图1所示。AP1是一个由Jun、Fos、ATF（激活转录因子）和JDP（Jun二聚体蛋白）家族的蛋白质组成的转录因子，响应各种刺激（如生长因子、应激和细胞因子）来调节基因，影响细胞增殖、分化和凋亡。Sp1结合到基因启动子和增强子中的GC丰富区域，调节涉及细胞生长、分化和对环境信号响应的基因表达。Oct1结合到许多基因调控区域中的八聚体基序，调控不同组织和发育阶段的基因表达，并靠近RNA聚合酶II结合因子2（RBF-2）的结合位点。TAR是HIV-1基因组中的一个序列，与病毒Tat蛋白相互作用，显著增强病毒基因的转录。

图1. HIV-1 5'LTR 启动子

该图展示了HIV-1 5'长末端重复序列（LTR）启动子的示意图，突出其功能性区域，包括多个与宿主细胞因子相互作用的顺式调控元素。转录起始位点位于U3区域和R区域之间。5'LTR区域包含多个重要的转录因子结合位点，包括AP1（激活蛋白1）、NFAT（激活T细胞的核因子）、RBF-2（RNA聚合酶II结合因子2）、NF-κB（激活B细胞的核因子κB）、GABP（GA结合蛋白）、Sp1（特异性蛋白1）、TBP（TATA-box结合蛋白）、LSF（晚期SV40因子）、TAR（转激活响应元件）和IRF（干扰素调节因子）。

例如Tat是一种长度范围从86到101个氨基酸的蛋白质，具体长度取决于毒株。它显著增强HIV双链DNA的转录。在缺乏Tat的情况下，只会产生少量RNA转录本，这些转录本进而允许Tat的产生。一旦Tat存在，它会结合到细胞因子上，并促进它们的磷酸化，从而增加所有HIV基因的转录，并形成正反馈回路。Tat/Cyclin T1/CDK9复合物在HIV-1转激活中扮演核心角色，其对TAR的亲和力由通过组蛋白乙酰转移酶介导的Tat乙酰化调节。TAR RNA中的特定突变可以显著削弱HIV-1的转激活、翻译和病毒生产，这突显了TAR在HIV-1生命周期中的关键作用。

未来的目标是结合多种靶点，以实现更全面的潜伏期逆转策略，但靶向这些位点以重新激活潜伏 HIV 面临挑战。与传统药物不同，Tat 蛋白不是可以直接给药的小分子化合物，它们需要独特的递送系统才能到达细胞内的靶点。此外，这些策略需要经过严格的临床验证，以确保它们在重新激活潜伏 HIV 储存库中的有效性和安全性。

（▼ 点击跳转）

“iMeta” 是由威立、肠菌分会和本领域数百千华人科学家合作出版的开放获取期刊，主编由中科院微生物所刘双江研究员和荷兰格罗宁根大学傅静远教授担任。目的是发表所有领域高影响力的研究、方法和综述，重点关注微生物组、生物信息、大数据和多组学等。目标是发表前10%(IF > 20)的高影响力论文。期刊特色包括视频投稿、可重复分析、图片打磨、青年编委、前3年免出版费、50万用户的社交媒体宣传等。2022年2月正式创刊发行！发行后相继被Google Scholar、ESCI、PubMed、DOAJ、Scopus等数据库收录！2024年6月获得首个影响因子23.7，位列全球SCI期刊前千分之五(107/21848)，微生物学科2/161，仅低于Nature Reviews，同学科研究类期刊全球第一，中国大陆11/514！

“iMetaOmics” 是“iMeta” 子刊，主编由中国科学院北京生命科学研究院赵方庆研究员和香港中文大学于君教授担任，是定位IF>10的高水平综合期刊，欢迎投稿！