自1983年HIV病毒的發現以來,這種病毒及其蛋白質一直是科學界廣泛研究的主題。最初,研究人員認為該病毒是人類T細胞白血病病毒(HTLV)的變種。然而,位於巴黎的巴斯德研究所的科學家們卻在艾滋病患者中分離出一種不同且未知的逆轉錄病毒,這種病毒後來被命名為HIV。
病毒的每個病毒顆粒(virion)都包含一個病毒包膜、相關的矩陣和一個包圍兩份單鏈RNA基因組及數種酶的殼內核心。
艾滋病(AIDS)的主要病例首次報告距HIV的發現僅僅兩年。HIV作為一種逆轉錄病毒,其結構上與其他逆轉錄病毒有著顯著的不同。HIV病毒顆粒直徑約100納米,內部包含一個錐形的核心,其中包含兩份正義單鏈RNA基因組,以及數種重要酶(如逆轉錄酶、整合酶和蛋白酶)和主要核心蛋白。
HIV的基因組包含八種關鍵的病毒蛋白,這些蛋白在HIV的生命週期中發揮著不可或缺的作用。
HIV-1的基因組由兩份非共價連接的未剪接的正鏈單鏈RNA組成,這一特性在逆轉錄病毒中是典型的。雖然這兩份RNA常常是一樣的,但它們並不獨立,而是在病毒顆粒內形成一個緊密的二聚體。這一二聚體結構在HIV的複製過程中扮演了多重重要角色,包括促進遺傳多樣性的重組和在逆轉錄過程中保持遺傳信息的完整性。
當病毒在RNA副本的逆轉錄過程中出現斷裂時,逆轉錄酶可以切換模板,這樣就不會損失遺傳信息。
深入探討HIV的基因組,HIV具備多達九個基因,這些基因編碼多達十五種病毒蛋白。這些蛋白合成後形成多肽,其中包括用於病毒內部的Gag(群體特異抗原)和病毒酶(Pol,聚合酶),還有病毒的包膜糖蛋白(env)。除了這些結構性蛋白外,HIV還編碼了一些調節性和輔助功能的蛋白,如Tat、Rev、Nef、Vpr、Vif和Vpu等。
HIV的gag基因提供了病毒的基本物理結構,而pol基因則提供了逆轉錄病毒繁殖的基本機制。
在HIV的RNA結構中,多個保守的二級結構元素已被確定,這些元素直接參與調節逆轉錄進程。這些結構包括一些幹環結構,連接著小鏈環,這些結構的存在對病毒的生命周期有著重要的影響。此外,HIV具有一個獨特的第三變異環(V3 loop),該環位於Envelope糖蛋白gp120中,負責病毒與宿主免疫細胞的結合,使病毒能夠有效地感染人類細胞。
目前,Env被視為治療HIV-1感染者的藥物目標以及研發艾滋病疫苗的重要來源。
隨著研究的深入,科學家在HIV疫苗的開發方面取得了一些進展,特別是在針對Env的疫苗候選者中。這些疫苗候選者顯示出具有促進免疫應答的潛力,並能更好地對抗HIV的多樣性。
能夠成功釋放病毒顆粒的蛋白質Vpu,則是在HIV-1中發揮重要作用的磷酸蛋白,參與CD4的降解。
HIV的研究不僅揭示了其獨特的結構和複雜的生命週期,還使我們了解了為何病毒如此難以根除與治療。然而,疫苗的開發仍面臨著重重挑戰,這讓人不禁思考:在未來的醫學研究中,對抗這種病毒的真正突破會來自何方呢?