[雙語翻譯]--醫(yī)學外文翻譯--己糖激酶-1在被hiv-1感染的巨噬細胞的生存過程中的作用（譯文）

1、中文 中文 7700 7700 字出處： 出處：Satarupa S, Rafal K, Satish D, et al. Role of Hexokinase-1 in the survival of HIV-1- infected macrophages[J]. Cell Cycle, 2015, Jan 20:0. [Epub ahead of print](7):980-989.己糖激酶 己糖激酶-1 -1 在被 HIV-1 H

2、IV-1 感染的巨噬細胞的生存過程中的作用 感染的巨噬細胞的生存過程中的作用Satarupa Sen，Rafal Kaminiski，Satish Deshmane，Dianne Langford，Kamel Khalili， Shohreh Amini，and Prasun K Datta關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：細胞凋亡，葡萄糖代謝，己糖激酶，HIV-1，巨噬細胞，線粒體縮略語： 縮略語：HK-1，Hexokinase-1（己糖激酶-1）；

3、Vpr，viral protein R（病毒蛋白 R）； CTZ，Clotrimazole（克霉唑）；G-6-P，glucose-6-phosphate（葡萄糖-6-磷酸）；G6PD， glucose-6-phosphate dehydrogenase（葡萄糖-6-磷酸脫氫酶）；OMM，outer mitochondrial membrane（線粒體外膜）；VDAC，voltage-dependent anion channel（電

4、壓依賴性陰離子通道）；COXIV，Cytochrome c oxidase subunit IV（細胞色素 C 氧化酶 亞基 IV），cART，combination antiretroviral therapy（抗逆轉(zhuǎn)錄病毒聯(lián)合療法）；M- CSF，macrophage colony-stimulating factor（巨噬細胞菌落刺激因子）病毒已經(jīng)有多種方式來保護被感染的細胞免于凋亡。被 HIV-1 感染的巨噬細胞壽命長， 并且被

5、當做是儲存 HIV-1 的容器。細胞存活還是死亡的一個重要的決定性因素是葡萄糖代 謝。我們推測，HIV-1 保護被感染的細胞免于凋亡，從某種程度上是通過調(diào)節(jié)宿主的糖酵 解途徑——更準確地說是調(diào)節(jié)己糖激酶-1（一種將葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷酸的酶）—— 來實現(xiàn)的。因此，我們分別分析了在 HIV-1 接種的外周血單核細胞和長期接種 HIV-1 的單 核細胞系 U1 中己糖激酶-1 的調(diào)節(jié)。結(jié)果表明，HIV-1 誘導己糖激酶-1 的表達量顯

6、著增強。 令人驚奇的是，己糖激酶的酶活性在被感染的外周血單核細胞和 PMA 分化的 U1 細胞系中被 顯著抑制。有趣的是，我們觀察了在 PMA 誘導的 U1 細胞和 HIV-1 依附的蛋白——病毒蛋白 R 轉(zhuǎn)換的巨噬細胞 U937 中與線粒體結(jié)合的己糖激酶-1 的增長水平。使用藥劑將 U1 細胞系 線粒體中的己糖激酶-1 解離出來，此過程中克霉唑誘導線粒體膜去極化和細胞凋亡蛋白酶 3 和 7 介導細胞凋亡。從病毒蛋白 R 轉(zhuǎn)化的 U93

7、7 細胞線粒體中解離己糖激酶-1 同樣會增強 細胞凋亡蛋白酶 3 和 7 的活性。這些觀察結(jié)果表明，己糖激酶-1 在 HIV-1 感染的巨噬細胞 中不參與代謝，而是結(jié)合到線粒體上從而維持其完整性。這些結(jié)果表明，靶向己糖激酶-1 與線粒體的相互作用從而持續(xù)誘導受到感染的巨噬細胞凋亡可能會被證明對凈化成為 HIV 儲存容器的巨噬細胞有好處。介紹 介紹單核細胞和巨噬細胞在先天性免疫防御中起重要作用。但是在 HIV-1 感染的情況下， 巨噬細胞

8、可以加快病毒從體表傳播到大腦等末梢器官。許多研究已經(jīng)證明，HIV-1 感染的 單核細胞和巨噬細胞是相對耐凋亡的。因此，這些生存能力強的被感染細胞可以在大腦中 作為 HIV-1 持續(xù)存在的儲存容器，也可以促使病人中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥接受抗逆轉(zhuǎn)錄病毒 聯(lián)合治療。了解被 HIV-1 感染的巨噬細胞抵抗凋亡的機制對于這些病毒儲存容器的靶向治 療是很重要的。被感染的巨噬細胞的對凋亡抗性可能是源于 HIV-1 和宿主葡萄糖代謝之間 的相互作用。事實上

9、，早期研究表明，Vpr 基因可以調(diào)節(jié)巨噬細胞的糖酵解途徑。葡萄糖代謝的第一步是在己糖激酶的作用下葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷酸。在哺乳動物 細胞中有 4 種同類型的己糖激酶：HK-1，HK-2，HK-3，HK-4。在這些同型的己糖激酶中， HK-1 和 HK-2 可以結(jié)合線粒體。線粒體結(jié)合的己糖激酶在維持線粒體外膜完整性上起了重 要作用。研究表明，己糖激酶結(jié)合于電壓依賴性陰離子通道抑制了膜間蛋白收到凋亡信號 刺激而釋放，并抑制了凋亡。當前

10、時代，作為病毒容器的巨噬細胞，其生命力較頑強的持久性對于規(guī)劃用抗逆轉(zhuǎn)錄 病毒聯(lián)合療法根除 HIV-1 的策略而言是一個重要的挑戰(zhàn)。此外，闡明 HIV-1 介導的葡萄糖 代謝途徑阻截機制將會使我們對設計清除潛伏的 HIV-1 病毒的治療策略有了更深刻的認識。在這項研究中，我們發(fā)現(xiàn)了 HIV-1 誘導單核細胞和巨噬細胞中己糖激酶-1 的表達。但 是，HIV-1 的表達抑制了己糖激酶的活性卻促使己糖激酶與線粒體結(jié)合以維持線粒體外膜 的完整性。

11、研究還發(fā)現(xiàn)，在巨噬細胞 U937 細胞中 Vpr 基因的過度表達增強了線粒體與己糖 激酶-1 的結(jié)合能力。在 HIV-1 感染的巨噬細胞中分離線粒體上的己糖激酶-1 和克霉唑會降 低線粒體膜的電勢，以及誘導凋亡蛋白酶 3 和 7 介導的細胞凋亡。類似地，在病毒蛋白 R另加一組二甲基亞砜作對照，10 小時后測定胞質(zhì)和線粒體中的己糖激酶-1 蛋白水平。這項 分析證明了己糖激酶-1 在胞質(zhì)中（圖 3A 3A、B）和線粒體中（圖 3C 3C、D

12、）的含量比受到克霉 唑劑量依賴性的調(diào)節(jié)。特別地，25 µmol/L 克霉唑顯著地增加了胞質(zhì)中的己糖激酶水平 （圖 3A 3A、B）并且伴隨著線粒體中己糖激酶水平下降（圖 3C 3C、D）。在接下來的實驗中，我 們使用了 25µmol/L 克霉唑。為了測定在線粒體中用 25µmol/L 克霉唑改變己糖激酶的亞細胞定位帶來的影響，我們 使用膜滲透性染料 JC-1 測量了線粒體膜電位變化（ΔΨ）。在對照、PMA

13、處理、PMA 外加 25µmol/L 克霉唑處理的 U1 細胞中極化細胞（紅色熒光）的百分比分別為 72.39±1.6%、 73.98±2.8%和 31.71±1.3%，去極化細胞（綠色熒光）的百分比分別為 26.83±1.2%、 21.28±3.5%和 68.05±1.0%（圖 3E 3E）。這些數(shù)據(jù)表明，25µmol/L 克霉唑改變了 PMA 處理 的

14、U1 細胞的線粒體膜電位。線粒體膜電位的變化是細胞凋亡早期的一個顯著特點。因此我們測定了 PMA 處理的和 PMA 外加 25µmol/L 克霉唑處理的 U1 細胞存活水平——細胞事先用熒光激活細胞分選術(shù)和 碘化丙啶（PI）染色處理過?？嗣惯蚺c PMA 處理的凋亡率是單獨用 PMA 處理的 3 倍（圖 4A 4A）。半胱天冬酶家族成員細胞凋亡蛋白酶 3 和 7 在哺乳動物細胞凋亡中起著關(guān)鍵的作用。 因此，我們使用凋亡蛋白酶-血

15、清球蛋白 3/7 鑒定法判斷克霉唑誘導 U1 細胞隨著己糖激酶- 1 與線粒體分離而凋亡——凋亡蛋白酶-血清球蛋白 3/7 鑒定法利用激活發(fā)光的凋亡蛋白酶 3/7 作為測量凋亡蛋白酶活性的底物。結(jié)果表明，同對照組相比，克霉唑處理的細胞，其 凋亡蛋白酶 3/7 活性增加了 2.3 倍（圖 4B 4B）。HIV-1 HIV-1 的病毒蛋白 的病毒蛋白 R 基因在調(diào)節(jié)己糖激酶 基因在調(diào)節(jié)己糖激酶-1 -1 轉(zhuǎn)移中的作用 轉(zhuǎn)移中的作用在觀察到

16、HIV-1 感染的巨噬細胞的線粒體中己糖激酶-1 含量增加之后，我們提出如下 問題：是不是病毒蛋白 Vpr 調(diào)節(jié)了己糖激酶-1 的亞細胞定位轉(zhuǎn)移。最近，使用穩(wěn)定同位素 標記（SILAC）蛋白質(zhì)組學分析，我們證明了 HIV-1 的病毒蛋白 R 誘導了巨噬細胞中己糖激 酶-1 的表達。此外，研究表明，病毒蛋白 R 對于 HIV-1 感染的巨噬細胞而言是必需的，因 為在缺乏病毒蛋白 R 的巨噬細胞中病毒的復制效率降低。我們測定了 Vpr 基因

17、過度表達對 于 U937 巨噬細胞中細胞質(zhì)和線粒體組分的己糖激酶-1 含量的影響。線粒體和細胞質(zhì)餾分 的純度通過細胞色素 C 氧化酶亞基 IV 代表線粒體、微管蛋白代表細胞質(zhì)來確定。我們首先 測定了 U937 細胞中 Vpr 基因的表達量（轉(zhuǎn)換成 Ad-Vpr 基因），然后定量測定這些細胞中 己糖激酶的總活性。這些研究表明，Vpr 基因在轉(zhuǎn)入 Ad-Vpr 基因的巨噬細胞中過度表達 （圖 5A 5A）抑制了全部細胞的溶胞產(chǎn)物中己糖激酶的

18、總活性（圖 5B 5B）。有趣的是，同單獨導 入腺病毒的 U937 細胞相比，Ad-Vpr 顯著增加了線粒體組分中的己糖激酶含量（圖 5C 5C、D） 并且顯著減少了細胞質(zhì)組分中的含量（圖 5C 5C、E）。這些發(fā)現(xiàn)證明，Vpr 確實調(diào)節(jié)了己糖激 酶-1 從細胞質(zhì)到線粒體的轉(zhuǎn)移。為了顯示 Vpr 介導己糖激酶-1 轉(zhuǎn)移至線粒體的重要性，我 們使用克霉唑?qū)?Vpr 的 U937 細胞的線粒體和己糖激酶-1 分離，然后測定細胞凋亡蛋 白

19、酶 3 和 7 的活性。結(jié)果顯示同對照組（導入 Vpr 的 U937 細胞）相比，使用 25µmol/L 克 霉唑處理后細胞凋亡蛋白酶 3 和 7 的活性增加了 2.2 倍（圖 5F 5F）?？偠灾@些發(fā)現(xiàn)闡明了 Vpr 介導線粒體和己糖激酶-1 結(jié)合在維持線粒體完整上的 重要性，因為在轉(zhuǎn)入 Vpr 的細胞中用克霉唑?qū)⒕€粒體與己糖激酶-1 解離會誘導激活細胞凋 亡蛋白酶 3 和 7。討論 討論同未被感染的單核細胞相比，持續(xù)

20、受到感染的原單核細胞對于凋亡刺激并不敏感。 HIV-1 感染的巨噬細胞比 HIV-1 感染的其他細胞對凋亡有更強抗性，更有能力被當作病毒 儲藏庫。此外，病毒從這些潛在儲藏庫中傳播可以促進病毒感染那些易受感染的靶細胞。 HIV-1 感染的巨噬細胞抵抗凋亡的機制目前還不是很清楚。但是有推測認為巨噬細胞可能 因為分化或者間接因為 HIV-感染又或者是因為表達了特殊的病毒蛋白如 Tat 和 Nef 激發(fā)了 固有抵抗凋亡的方式。迄今為止的研究表明