HIV如何將其遺傳物質偷運至細胞核

每年，全世界大約有一百萬人感染人類免疫缺陷病毒（HIV），這種病毒會引起艾滋病。為了復制并傳播感染，HIV必須將其遺傳物質偷運到細胞核中，并將其整合到宿主染色體上。

馬克斯-普朗克多學科科學研究所和麻省理工學院的研究人員近日發現，這種病毒的衣殼已經進化成一種分子轉運蛋白。因此，它可以直接突破細胞核上的關鍵屏障。這種偷渡方式使得病毒基因組躲過了細胞質中的抗病毒傳感器。

這篇題為“HIV-1 capsids enter the FG phase of nuclear pores like a transport receptor”的論文于1月24日發表在《Nature》雜志上，有望幫助人們更好地對抗HIV感染。

如今的艾滋病治療方法雖然能夠有效控制病原體，但仍然無法治愈疾病。HIV感染某些免疫細胞，并劫持它們的遺傳程序，使其復制自身的遺傳物質。被感染的細胞隨后產生下一代病毒，直到最后被摧毀。艾滋病患者之所以出現免疫缺陷癥狀，是因為喪失了大量本來可以對抗病毒和其他病原體的免疫細胞。

為了利用宿主細胞的資源，HIV必須穿過細胞防線將其遺傳物質偷運到細胞核中。然而，細胞核受到嚴密的保護。它的核膜可以防止無關蛋白質或有害病毒進入細胞核，也可以防止大分子從細胞核中逃逸。然而，特定蛋白質還是可以進出，因為這道屏障并不是密不透風的。

核膜上的數千個核孔提供了一條通道。在核輸入蛋白和核輸出蛋白的幫助下，它們控制著這些運輸過程。這些分子轉運蛋白捕獲帶有分子“通行證”的貨物，并將它們送入核孔通道。核孔能成為高效的分揀和運輸機器，離不開一種“智能”材料。

這種“智能”材料被稱為FG相（FG phase），呈凝膠狀，大多數大分子都無法穿透。它填充并堵塞了核孔通道。不過，核輸入蛋白和核輸出蛋白可以通過，因為它們的表面經過優化，可以在FG相中滑動。

細胞的運輸能力是很龐大的：單個核孔每秒可以通過其通道運輸1000個轉運蛋白。即使在如此高的運輸密度下，核孔的屏障仍能保持完好，并不斷阻止不必要的越界。然而，HIV卻破壞了這種控制。

麻省理工學院的Thomas Schwartz解釋說："HIV將其基因組包裝成一個衣殼。基因組一直保留在衣殼內，直至到達細胞核，因此在通過核孔時也是如此。不過，這存在一個尺寸問題。”

核孔通道的寬度為40到60 nm。衣殼的寬度約為60 nm，因此剛好可以擠過核孔。不過，細胞貨物會被一層轉運蛋白覆蓋，至少再增加10 nm。這樣，HIV的衣殼就達到70 nm，對于核孔來說太大了。

然而，低溫電子斷層掃描顯示，HIV的衣殼進入了核孔。“這是如何發生的，至今仍是一個謎，”馬克斯-普朗克多學科研究所的所長Dirk G?rlich談道。

研究人員發現，HIV的外殼已經進化成一種轉運蛋白，其表面類似于核輸入蛋白。這樣，它就可以滑過核孔的FG相。G?rlich解釋說：“這樣，HIV的衣殼就可以在不借助轉運蛋白的情況下進入核孔，同時也避開了防止病毒入侵細胞核的保護機制。”

他的團隊已經在實驗室中成功復制了FG相。共同**作者、馬克斯-普朗克研究所的Liran Fu表示："在顯微鏡下，FG相表現為微米大小的球體，完全排斥正常蛋白質，但實際上卻吸住了HIV的衣殼及其內含物。同樣地，衣殼也被吸進了核孔通道。即使在去除所有細胞轉運蛋白后，這種情況仍會發生。”

從另一方面看，HIV的衣殼與穿過核孔的轉運蛋白有本質區別：它將貨物完全包裹起來，這樣其基因組就不容易被細胞質中的抗病毒傳感器發現。利用這一招，病毒遺傳物質可以躲過細胞的病毒防御系統，而不會被識別和破壞。G?rlich強調說：“這使其成為與核輸入蛋白和核輸出蛋白并列的另一類分子轉運蛋白。”

關于HIV進入細胞核，目前仍有許多未解之謎，例如衣殼在哪里釋放其內含物，以及如何釋放。不過，觀察到病毒衣殼是一種類似核輸入蛋白的轉運蛋白，也許有一天能幫助人們開發出更好的艾滋病療法。

本網站所有轉載文章系出于傳遞更多信息之目的，轉載內容不代表本站立場。不希望被轉載的媒體或個人可與我們聯系，我們將立即進行刪除處理。