今天介绍的病毒是多瘤病毒(Polyomavirus)——她是第一个致癌DNA病毒

简介

     多瘤病毒是一类病毒，其自然宿主主要是哺乳动物和鸟类。截至国际病毒分类学委员会最新发布的分类学报告（2018年），该家族中有89个公认的物种包含在4个属中，还有9个无法归类。已知有13种物种(现在是14种)会感染人类，而在人类中发现的其他多瘤病毒如SV40则较少。在大多数人群中，这些病毒中的大多数都很常见，通常没有症状。BK病毒与肾移植和非肾脏实体器官移植患者的肾病有关，JC病毒与进行性多灶性白质脑病有关，Merkel细胞多瘤病毒与Merkel细胞瘤有关。

病毒的结构

      多瘤病毒是具有约5000个碱基对的环状基因组的无包膜双链DNA病毒。 基因组包装在直径约40至50纳米的病毒衣壳中，其形状为二十面体（T=7对称）。衣壳由称为VP1的72个五聚体衣壳构成，能够自组装成封闭的二十面体； VP1的每个五聚体与另外两个衣壳蛋白之一VP2或VP3相关联。

     典型的多瘤病毒的基因组编码5到9种蛋白质，由于它们在感染过程中的转录时间，分为两个转录区域，称为早期和晚期区域。 宿主细胞的RNA聚合酶II将每个区域转录为包含多个基因的单个信使前RNA。 早期区域通常编码通过选择性剪接产生的两种蛋白质，即大小肿瘤抗原。 晚期区域包含由备选翻译起始位点产生的三个衣壳结构蛋白VP1，VP2和VP3。 在某些病毒中还存在与此主题相关的其他基因和其他变体：例如，鼠多瘤病毒在早期区域中具有称为中间肿瘤抗原的第三种蛋白质，在诱导细胞转化方面极为有效；  SV40具有附加的衣壳蛋白VP4； 一些例子还有从晚期区域表达的另一种调节蛋白，称为Agno蛋白。 基因组还包含一个非编码控制区或调节区，其中包含早期和晚期区域的启动子，转录起始位点和复制起点。

病毒复制

        多瘤病毒的生命周期始于进入宿主细胞。多瘤病毒的细胞受体是聚糖的唾液酸残基，通常是神经节苷脂。 多瘤病毒与宿主细胞的附着是通过VP1与细胞表面唾液酸化聚糖的结合介导的。在某些特定病毒中，还会发生其他细胞表面相互作用。 例如，据信JC病毒需要与5HT2A受体和带有硫酸乙酰肝素的Merkel细胞多瘤病毒相互作用。但是，一般而言，病毒与细胞之间的相互作用是由细胞表面上常见的分子介导的，因此可能不是导致单个病毒观察到的细胞类型趋向性的主要因素。与细胞表面上的分子结合后，病毒粒子被内吞并进入内质网。这种行为在已知的非包膜病毒中是独特的——病毒衣壳结构很可能会被宿主细胞二硫键异构酶破坏。

        转运至细胞核的细节尚不清楚，并且在各个多瘤病毒之间可能有所不同。 经常有报道说，一个完整的尽管变形的病毒粒子从内质网释放到细胞质中，在那里基因组从衣壳中释放了，这可能是由于细胞质中的钙浓度低所致。使用宿主细胞机制，病毒基因的表达和病毒基因组的复制都发生在细胞核中。 早期基因-至少包含小肿瘤抗原（ST）和大肿瘤抗原（LT）——首先从一条交替剪接的信使RNA链中表达。 这些蛋白质用于操纵宿主的细胞周期使宿主细胞从G1期过度到S期。因为病毒基因组复制需要宿主细胞DNA复制机制。这种调节的确切机制取决于病毒。 例如，SV40LT可以直接结合宿主细胞p53，而鼠多瘤病毒LT不能。LT诱导病毒基因组非编码控制区（NCCR）的DNA复制，此后早期mRNA的表达减少，并开始编码病毒衣壳蛋白的晚期mRNA的表达。通过这些干预，属于几种多瘤病毒（包括Merkel细胞多瘤病毒）的LTs具有致癌潜力。已经描述了几种调节从早期到晚期基因表达的转变的机制，包括LT蛋白参与阻抑早期启动子，以及与早期mRNA互补延伸的未终止晚期mRNA的表达，和调节性microRNA的表达。晚期基因的表达导致病毒衣壳蛋白在宿主细胞质中积累。 衣壳成分进入细胞核，以包裹新的病毒基因组DNA。 新病毒体可以在病毒工厂中组装。病毒从宿主细胞释放的机制在多瘤病毒之间有所不同。 一些表达蛋白可促进病毒出胞，例如Agno蛋白或VP4。在某些情况下，高水平的病毒产生会导致细胞裂解，释放病毒颗粒。

病毒蛋白

肿瘤抗原

        大肿瘤抗原(LTAg)通过结合促进DNA合成的DNA复制的病毒起源，在调节病毒的生命周期中起关键作用。 同样，由于多瘤病毒依赖宿主细胞机制来复制宿主细胞，因此开始时需要处于S期。 因此，大T抗原还可以通过与多种细胞控制蛋白结合来调节细胞信号通路，从而刺激细胞周期的进展。这是通过抑制肿瘤抑制基因p53和成视网膜细胞瘤（pRB）家族蛋白实现的，并通过结合细胞DNA，ATPase-解旋酶，DNA聚合酶α缔合和转录结合来刺激细胞生长途径 预初始化复杂因素。细胞周期的这种异常刺激是致癌转化的强大力量。

        小肿瘤抗原蛋白(STAg)还能够激活刺激细胞增殖的几种细胞途径。 多瘤病毒的小T抗原通常靶向蛋白磷酸酶2A（PP2A），是包括Akt，丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径和应激活化蛋白激酶（SAPK）途径在内的多种途径的关键多亚基调节剂。Merkel细胞多瘤病毒小T抗原编码一个称为LT稳定结构域（LSD）的独特结构域，该结构域与FBXW7 E3连接酶结合并抑制其调节细胞和病毒癌蛋白。与SV40不同，MCV小T抗原可在体外直接转化啮齿动物细胞。

        中肿瘤抗原蛋白(MTAg)用于开发用于研究癌症的模型生物中，例如MMTV-PyMT系统，其中中T抗原与MMTV启动子偶联。 在那里它起着癌基因的作用，而肿瘤发展的组织则由MMTV启动子决定。

衣壳蛋白

        多瘤病毒衣壳与其他的病毒不同，只有五聚体，没有六聚体。乳头瘤病毒也是如此，只有五聚体，没有六聚体。主要衣壳蛋白VP1可以形成VP1五聚体，进而形成封闭的二十面体病毒衣壳。次要衣壳蛋白由VP2和VP3组成， 在衣壳内部，每个一个分子的VP2或VP3与一个VP1五聚体相关联。一些多瘤病毒，例如Merkel细胞多瘤病毒，不编码或表达VP3。衣壳蛋白从基因组的晚期区域表达。

Agno蛋白

       Agno蛋白是一种小的多功能磷酸化蛋白，存在于某些多瘤病毒（最著名的是BK病毒，JC病毒和SV40）的基因组的晚期编码部分中。 它对于表达它的病毒的增殖是必不可少的，并被认为参与调节病毒的生命周期，尤其是复制和病毒从宿主细胞中退出，但是确切的机制尚不清楚。

       多瘤病毒是种族I病毒（dsDNA病毒），过去，多瘤病毒和乳头瘤病毒具有许多结构特征，但是具有非常不同的基因组组织，现在被分类为现已过时的Papovavirus家族。(Papovavirus名称来源于三个缩写：Pa代表乳头瘤病毒papillomavirus，Po代表多瘤病毒polyomavirus，而Va代表空泡vacuolating。)

       当前的ICTV分类系统可识别4个属和80个种，该系统保留了禽多瘤病毒和哺乳动物多瘤病毒之间的区别，将禽多瘤病毒亚群归入丙型多瘤病毒属。 甲型多瘤病毒Alphapolyomavirus，模式种为Mus musculus polyomavirus 1（鼠多瘤病毒） ；乙型多瘤病毒Betapolyomavirus，模式种为Macaca mulatta polyomavirus 1（SV40）； 丙型多瘤病毒Gammapolyomavirus，模式种为禽多瘤病毒1； 丁型多瘤病毒Deltapolyomavirus，模式种为人多瘤病毒6

人多瘤病毒

        大多数多瘤病毒不感染人类。 截至2017年编目的多瘤病毒中，已知共有14种人多瘤病毒。但是，某些多瘤病毒与人类疾病有关，特别是在免疫功能低下的人中。MCV与其他人类多瘤病毒不同，并且与鼠多瘤病毒最密切相关。 棘皮增生相关多瘤病毒（TSV）与MCV远缘相关。 人多瘤病毒6和人多瘤病毒7这两种病毒与KI和WU病毒关系最密切，而人多瘤病毒9与非洲绿猴衍生的淋巴多瘤病毒（LPV）关系最密切。

        现在已经发现了第14种病毒——Lyon IARC多瘤病毒/LI多瘤病毒，它与浣熊多瘤病毒有关。 以下是人多瘤病毒的表格。

        丁型多瘤病毒属仅包含所示的四种人类病毒，其中人类多瘤病毒6为模式种。甲型多瘤病毒和乙型多瘤病毒包含感染多种哺乳动物的病毒。丙型多瘤病毒包含禽多瘤病毒。仅在预期有因果关系的地方显示临床上显着的疾病关联。

        现在已经在人类中检测到猴淋巴多瘤病毒的抗体，这表明该病毒或密切相关的病毒可以感染人类。

医学诊断

        所有的多瘤病毒都是儿童和青年成人的普遍感染。这些感染大多数似乎只引起很少或没有症状。 这些病毒可能在几乎所有成年人中终生持续存在。 由人多瘤病毒感染引起的疾病在免疫功能低下的人群中最常见；与疾病相关的疾病包括在肾移植和非肾脏实体器官移植患者中伴有肾病的BK多瘤病毒，进行性多灶性白质脑病的JC多瘤病毒，与Merkel细胞瘤的Merkel细胞多瘤病毒(MCV)。

SV40

       SV40在猴子的肾脏中复制而不会引起疾病，但在实验室条件下会在啮齿动物中引起癌症。 在1950年代和1960年代初，由于以前未发现脊髓灰质炎疫苗对SV40的污染，可能有超过1亿人接触SV40，这引起人们对该病毒可能引起人类疾病的担忧。尽管据报道它存在于某些人类癌症中，包括脑瘤，骨瘤，间皮瘤和非霍奇金淋巴瘤，但由于SV40与广泛的人类多瘤病毒的高交叉反应性，常常使准确检测感到困惑。大多数病毒学家认为SV40是导致人类癌症的原因。

诊断

       多瘤病毒的诊断几乎总是在原发感染后发生，因为它是无症状的或亚临床的。 抗体测定法通常用于检测针对单个病毒的抗体的存在。经常需要竞争分析来区分高度相似的多瘤病毒。

       在进行性多灶性白质脑病(PML)的情况下，针对SV40 T抗原(通常为Pab419)的交叉反应抗体可用于对JC病毒T抗原的存在直接染色组织。 PCR可用于组织或脑脊液的活检以扩增多瘤病毒DNA。 这不仅可以检测多瘤病毒，还可以检测它是哪种亚型。

        在诊断多瘤病毒肾病(PVN)中的多瘤病毒重新激活时，主要使用三种诊断技术：尿液细胞学检查，定量尿液和血液中的病毒载量以及进行肾活检。肾脏和泌尿道中多瘤病毒的重新激活导致尿液中受感染细胞，病毒颗粒或病毒蛋白的脱落。 这使尿液细胞学检查这些细胞，如果细胞核中含有多瘤病毒，则可以诊断出感染。同样，由于受感染个体的尿液中会含有病毒体或病毒DNA，因此可以通过PCR定量病毒载量。血液也是如此。

        如果刚刚描述的两种方法尚无定论，或者需要特定的肾脏组织病毒载量，也可以使用肾脏活检。 类似于尿液细胞学检查，在光学显微镜下检查肾细胞的核是否包含多瘤病毒，以及细胞外液中的细胞裂解和病毒部分。 以前的病毒载量也可以通过PCR进行测量。

        使用针对MCV T抗原的单克隆抗体对组织进行染色显示，可将Merkel细胞瘤与其他小圆形细胞瘤区分开。已经开发了用于检测MCV抗体的血液测试，结果表明，尽管Merkel细胞瘤患者的抗体反应比无症状感染者要高得多，但这种病毒的感染仍很普遍。

跟踪人类迁徙

        JC多瘤病毒为人类进化和迁移提供了有希望的遗传标记。它由70-90％的人类携带，通常从父母传播给后代。 但是，这种方法对于追踪非洲近代人类的起源似乎并不可靠。

病毒历史

        鼠多瘤病毒(Murine Polyomavirus)是最早发现的多瘤病毒，由Ludwik Gross在1953年发现，它是一种小鼠白血病的提取物，能够诱导腮腺瘤。 病原体被莎拉·斯图尔特（Sarah Stewart）和伯尼斯·埃迪（Bernice Eddy）鉴定为病毒，之后被称为SE多瘤病毒。术语“多瘤”是指病毒在一定条件下产生多种肿瘤（多瘤/-oma）的能力。 这个名字被批评为“无肉的语言三明治”（“无肉”，因为“多瘤”中的两个词素都是词缀）对病毒的生物学知之甚少。 实际上，随后的研究发现，大多数多瘤病毒在自然条件下很少在其宿主生物中引起具有临床意义的重大疾病。

        截至2017年，数十种多瘤病毒已被鉴定并测序，它们主要感染鸟类和哺乳动物。 已知有两种多瘤病毒可以感染鱼类，即黑鲈和金头鲷。直至2020年，共有14种多瘤病毒感染人类。