HIV-1 Tat蛋白的翻译后修饰对HIV-1转录和复制调控机制影响的研究进展

Research progress in impact of post-translational modifications of HIV-1 Tat protein on regulatory mechanisms of HIV-1 transcription and replication

摘要

人类免疫缺陷病毒（HIV）是一种攻击宿主免疫系统的病毒，导致感染者罹患获得性免疫缺陷综合征（AIDS），严重危害人类健康。HIV编码的一种小型非结构蛋白——转录激活因子（Tat），通过与HIV的反式激活应答元件（TAR）结合，促进病毒基因组的转录，且该作用与Tat蛋白的多种翻译后修饰有密切关联。本文就HIV-1 Tat蛋白的不同种类Tat蛋白翻译后修饰（磷酸化、乙酰化、泛素化和甲基化）进行综述，并总结相关翻译后修饰在Tat蛋白上的主要作用位点及其对HIV-1转录和复制调控机制。此类修饰不仅影响Tat蛋白的结构和稳定性，还调控其转录活性及其与宿主蛋白的相互作用，最终影响病毒的复制和潜伏。因此，深入研究Tat蛋白的翻译后修饰，不仅有助于理解HIV感染的分子机制，还为开发新的抗病毒治疗靶点提供了理论依据。

Abstract

Human immunodeficiency virus （HIV） is a kind of virus that attacks the host immune system and causes acquired immunodeficiency syndrome（AIDS） in infected individuals， which seriously endangers human health. Trans-activator of transcription （Tat）， a small non-structural protein encoded by HIV， binds to the trans-activation response element （TAR） of HIV to promote the transcription of viral genome， and this effect is closely related to multiple post-translational modifications of Tat protein. This paper reviewed the different types of post-translational modifications （phosphorylation， acetylation， ubiquitination and methylation） of HIV-1 Tat protein， and summarized the main action sites of related post-translational modifications on Tat protein as well as their regulatory mechanism on HIV-1 transcription and replication. Such modifications not only affect the structure and stability of Tat protein， but also regulate its transcriptional activity and its interaction with host proteins， and ultimately affect viral replication and latency. Therefore， in-depth study on post-translational modifications of Tat protein not only helps to understand the molecular mechanism of HIV infection， but also provides a theoretical basis for the development of novel antiviral therapeutic targets.

Graphical abstract

关键词

人类免疫缺陷病毒 / 转录激活因子蛋白 / 反式激活应答元件 / 免疫系统 / 翻译后修饰

Key words

Human immunodeficiency virus / Trans-activator of transcription protein / Trans-activation response element / Immune system / Post-translational modification

人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）是一种严重影响全球公共健康的病毒，其会导致免疫系统衰弱和多种并发症^［1］。据世界卫生组织报告，自HIV发现以来截至2023年末，全球约有3 900万人感染HIV^［］。2023年全球因获得性免疫缺陷综合征（acquired immunodeficiency syndrome，AIDS）相关疾病死亡的人数约为63万^［2］。因此HIV感染依然是全球公共卫生的重要挑战。在HIV的生命周期中，病毒依赖多个关键蛋白来实现其复制和逃避宿主免疫系统的功能。HIV的早期蛋白包括转录激活因子（trans-activator of transcription，Tat）、调节病毒表达蛋白（regulator of virion proteins，Rev）和负调控因子（regative regulatory factor，Nef）等。Tat蛋白是HIV-1转录过程中重要的调控蛋白，主要通过结合病毒长末端重复序列（long terminal repeat，LTR）上的反式激活应答元件（trans-activation response，TAR）激活RNA聚合酶Ⅱ，促进病毒基因的高效转录。Tat蛋白的活性不仅依赖其基础结构，而且受到多种翻译后修饰的调节。翻译后修饰作为蛋白质功能调控的核心机制，广泛存在于各类生物体中。这些修饰通过改变蛋白质的结构，包括添加功能性基团及改变蛋白质的电荷和构象，从而影响其与其他分子的相互作用。通过这种动态的调控，使得蛋白质能够根据细胞环境的变化而改变其功能，维持生物体的正常运行^［3］。

对于Tat蛋白的翻译后修饰，已有研究^［4］根据Tat蛋白的不同修饰位点报道Tat蛋白翻译后修饰及其对HIV-1转录水平的调控。近年来随着技术的进步，越来越多新的Tat蛋白翻译后修饰被发现并报道。本研究针对不同类型的翻译后修饰，分析了HIV-1 Tat蛋白的翻译后修饰种类、主要作用位点及参与的相关酶类，并探讨这些翻译后修饰对HIV-1转录和复制调控机制的具体影响。深入研究Tat蛋白的翻译后修饰，不仅对于理解HIV的致病机制具有重要意义，也为揭示Tat蛋白的功能调控网络、发现新的抗病毒药物靶点及探索HIV潜伏激活策略提供了重要的理论参考和科学依据。

1 HIV-1 Tat蛋白

1.1　HIV-1 Tat蛋白的结构

HIV-1的Tat蛋白是病毒生命周期中关键的调控蛋白，HIV-1 Tat的全长开放阅读框由病毒Tat基因的2个外显子组成，编码101个氨基酸的蛋白质。由于第2个Tat外显子内存在提前终止密码子，HIV-1 LAI/Bru毒株编码86个氨基酸的全长Tat蛋白^［4］。Tat分为多个功能域，分别是N-末端酸性结构域（N-terminal acidic domain，AD）、半胱氨酸富集结构域（cysteine-rich domain，CRD）、疏水核心结构域（hydrophobic core domain，Core domain）、基本结构域（Basic domain）、谷氨酰胺富集结构域（glutamine-rich region domain，QRD） 和 RGD 序 列（arginine-glycine-aspartic acid domain，RGD motif）共6个结构域^［5］，其每个域都具有特定的功能。N末端的第1个结构域是富含脯氨酸的酸性区域，包含保守的第11位的色氨酸残基，对于Tat蛋白与细胞膜内膜的结合至关重要^［6］；第2个结构域富含半胱氨酸，在22、25、27、30、31、34和37位有保守的半胱氨酸残基；其中6个可以建立分子内键，第7个则可能通过分子间桥接实现分子间相互作用；第3个结构域是Tat蛋白的核心区域，包含保守的氨基酸结构域的2个残基，可通过无脑回致病微管相关蛋白1（lissencephaly 1，LIS1）结合微管蛋白，从而改变微管动力学进而激活线粒体依赖性细胞凋亡途径^［7-8］。第4个区域是一个保守的碱性区域，对于将Tat定位到细胞核以及Tat与TAR的结合非常重要^［9］。该碱性区域的肽段作为渗透蛋白或转导分子，在细胞内发挥运输载体的功能，其主要发挥跨膜转运功能^［10］。第5个结构域富含谷氨酰胺，参与Tat蛋白与TAR的相互作用，并在Tat蛋白诱导的细胞凋亡过程中发挥作用。第6个结构域含有RGD基序，这对于Tat与RGD整合素αvβ1、αvβ3和α5β1^［11］的结合有影响。HIV-1 Tat蛋白的多功能结构域在病毒的生命周期中发挥着至关重要的作用。各个结构域通过特定的功能相互协作，使Tat蛋白能够有效调控病毒转录并增强病毒的复制能力。

1.2　HIV-1 Tat蛋白的功能

HIV-1的Tat蛋白在病毒转录激活中发挥关键作用。如图1所示，HIV-1进入宿主细胞后，只能在宿主体内产生少量的病毒颗粒，Tat蛋白通过结合到HIV-1的LTR上，促进RNA聚合酶Ⅱ的招募和激活，从而显著增强病毒的转录效率，Tat蛋白在HIV生命周期中发挥关键调控作用。Tat蛋白通过其碱性结构域特异性地与病毒转录的增强子元素TAR结合。TAR位于HIV-1 RNA的5'末端，Tat蛋白与TAR的结合是转录激活的首要步骤^［12］。Tat蛋白的结合不仅稳定了TAR RNA的结构，并进一步驱动了后续转录激活过程的持续进行。Tat蛋白通过与正转录延伸因子b（positive transcriptional elongation factor b，P-TEFb）结合形成三元复合体，即Tat-P-TEFb-TAR，这个复合体能够有效地定位于RNA聚合酶Ⅱ上，促使细胞周期蛋白依赖性激酶9（cyclin-dependent kinase 9，CDK9）对RNA聚合酶Ⅱ的磷酸化^［13］。RNA聚合酶Ⅱ的磷酸化促进其从转录前的复合体中解离，使其能够转入延伸模式，合成完整的病毒RNA。这一机制是Tat蛋白转录激活的核心作用^［14］。除了与P-TEFb的相互作用外，Tat蛋白还将组蛋白乙酰转移酶（histone acetyltransferases，HAT）募集至病毒启动子区域，以激活核小体的乙酰化，从而促进HIV的转录。这种多层次的调控机制对于病毒高效复制至关重要。Tat蛋白通过一系列的分子相互作用和调控，构建了HIV-1病毒转录的级联放大反应。这一机制不仅显著提高了病毒RNA的合成效率，进而实现了HIV-1在宿主细胞中持续大量的复制。Tat蛋白的存在还使RNA聚合酶Ⅱ在转录延伸过程中保持活性，避免其在转录过程中发生停滞，从而调节转录延伸^［15］。Tat蛋白通过影响转录因子的招募和RNA聚合酶的活性，确保病毒RNA的完整性和数量的增加。见图1。

因此，Tat蛋白通过与TAR RNA结合、招募转录因子和促进RNA聚合酶Ⅱ的磷酸化，显著提升了HIV-1的转录效率，是病毒生命周期中不可或缺的调控因子。

Tat招募P-TEFb到HIV-1 LTR的TAR上，P-TEFb中的CDK9可以使RNA Pol Ⅱ的C端磷酸化，使得RNA Pol Ⅱ从非活性状态转变为工作状态，进而发挥酶的活性，启动HIV-1基因组的转录。

2 翻译后修饰的概述

翻译后修饰是蛋白质合成后发生的一系列化学修饰，这些修饰对蛋白质的功能具有重要的调控作用^［16］。翻译后修饰有多种类型，其通过影响蛋白质的稳定性、定位、相互作用和活性，在几乎所有的细胞生理过程中均发挥关键作用。

目前最常见的翻译后修饰包括蛋白质磷酸化、甲基化、乙酰化、泛素化和糖基化等，此外，近年来还相继发现了一系列新型酰化修饰，如琥珀酰化、巴豆酰化、2-羟基异丁酰化及乳酸化等^［17］。磷酸化是最常见的翻译后修饰之一，通常发生在蛋白质的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基上。磷酸化通常通过改变蛋白质的电荷和构象，影响蛋白质的活性和与其他分子的相互作用^［18］。

翻译后修饰可以通过改变蛋白质的构象来激活或抑制其活性，如AMP-活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）的磷酸化，在能量不足的情况下，AMPK会被磷酸化。AMPK磷酸化后，构象发生变化，增强其催化活性。这种构象变化使AMPK能够磷酸化多种下游靶蛋白，调节细胞的能量代谢，抑制合成过程并促进分解代谢，从而协助细胞应对能量匮乏的应激状态^［18］。

翻译后修饰也在蛋白质稳定性方面发挥重要作用，如酪氨酸羟化酶（tyrosine hydroxylase，TH）的磷酸化。TH是多巴胺合成的限速酶，其稳定性受到磷酸化的影响。研究^［19］显示：特定的激酶（如AMPK）通过磷酸化酪氨酸羟化酶，增强其稳定性并提高其酶活性，从而促进多巴胺的合成。在这种情况下，磷酸化不仅调控了TH的活性，而且通过影响其稳定性来调节多巴胺的生物合成。泛素化通过标记靶蛋白，使其被蛋白酶体识别并降解，从而影响蛋白质的稳定性。例如，细胞周期蛋白在细胞周期进程中发挥重要作用，其泛素化导致其被降解，进而调控细胞周期的进展。这种修饰在细胞内蛋白质的质量控制和稳定性方面发挥关键作用^［16］。

蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）是一种关键的信号转导蛋白，其通过磷酸化靶蛋白来调控多种生物过程。当细胞内的环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）水 平 升 高 时，cAMP激活PKA。激活的PKA随后磷酸化多种靶蛋白，包括转录因子、代谢酶和离子通道。这种磷酸化过程不仅影响相关蛋白质的活性，还在细胞内传递信号，引发一系列生理反应，如细胞生长、代谢调节和基因表达等。因此，PKA的磷酸化在细胞内信号传导中发挥核心作用^［3］。

部分翻译后修饰（糖基化和脂质化）则决定蛋白质在细胞内的定位，如抗体的糖基化修饰对其稳定性和生物分布至关重要。糖基化不仅影响抗体的抗原结合能力，还影响其在体内的半衰期和组织分布。

因此，翻译后修饰通过调控蛋白质的活性、稳定性和细胞定位，影响细胞的生物学过程，在协调生物体的正常发育及介导疾病进程中发挥核心作用。

3 HIV-1 Tat蛋白的翻译后修饰

Tat蛋白通过多种翻译后修饰来调控其功能和活性^［20］。这些翻译后修饰通过调控Tat蛋白与TAR RNA的结合能力及与其他细胞因子的相互作用，进而影响病毒转录。

3.1　HIV-1 Tat蛋白的泛素化修饰

泛素化是指泛素（ubiquitin Ub）在一系列酶的催化作用下共价结合到靶蛋白上的过程。这一系列相关的酶系是指泛素化级联反应过程中相互协同的3种酶：E1泛素激活酶、E2泛素偶联酶和E3泛素连接酶。首先，E1利用ATP提供的能量活化Ub分子生成Ub-E1复合体。Ub-E1复合体通过转酯作用将Ub转移到E2上形成Ub-E2复合体。Ub-E2复合体将Ub转移到靶蛋白通过2种途径：第1种是通过E3特异性识别靶蛋白后直接将Ub的C端连接到靶蛋白赖氨酸残基ε-氨基上；第2种是先将Ub通过转酯作用转移到E3上，再由E3特异性识别靶蛋白后将Ub的C端连接到靶蛋白赖氨酸残基ε-氨基上^［21］。除此之外，泛素化修饰还可以发生在蛋白质N端和一些其他氨基酸（半胱氨酸、丝氨酸和苏氨酸）上。基于Ub与底物的连接位点，目前共划分出9种泛素化方式，包括甲硫氨酸1（methionine 1，Met1）、赖氨酸6（lysine 6，Lys6）、赖氨酸11（lysine 11，Lys11）、赖氨酸27（lysine 27，Lys27）、赖氨酸29（lysine 29，Lys29）、赖氨酸33（lysine 33，Lys33）、赖氨酸48（lysine 48，Lys48）、赖氨酸63（lysine 63，Lys63）和甘氨酸76（glycine 76，Gly76）。不同泛素化方式调控不同的功能，其中，与蛋白酶体降解有关的泛素化为Lys48，Lys48连接是所有泛素链中最为常见的，约占所有连接的50%^［22］。在泛素化过程中，Ub通过酶促级联反应附加到目标蛋白质上，标记其进入蛋白酶体降解。泛素化是一种可逆的翻译后修饰调节，从底物中去除Ub这一个过程是由去泛素化酶来催化的。去泛素化酶作为去除Ub信号的开关或作为变阻器来微调泛素化的数量和类型，通过去除附着于底物上或泛素链内的Ub，在调节基础细胞生命活动过程中发挥重要作用。

HIV-1 Tat蛋白的泛素化通过调节Tat蛋白降解及与其他蛋白质的相互作用，显著影响病毒的生命周期^［23］。Tat蛋白的泛素化水平主要受到E3泛素连接酶的调控，这些酶的活性状态与Tat蛋白的生物学功能存在密切关联。目前发现多种E3连接酶和去泛素化酶可以调节Tat的稳定性，其中E3连接酶鼠双微体基因2（murine double minute 2，Mdm2）^［24］和praja无名指泛素连接酶2（praja ring finger ubiquitin ligase 2，PJA2）^［25］可以通过泛素化来增强Tat的反式激活能力，而热休克蛋白70羧基端作用蛋白（C-terminus of Hsc70 interacting protein，CHIP）^［26］、活化的T淋巴细胞因子的非编码抑制因子（non-coding repressor of NFAT，NRON）^［27］和泛素样含PHD和环指结构域1（ubiquitin-like with PHD and ring finger domain 1，UHRF1）^［28］等E3泛素连接酶可通过泛素化降解Tat蛋白。此外，部分去泛素化酶［泛素特异性蛋白酶7（ubiquitin specific protease 7，USP7）^［29］和泛素特异性蛋白酶21（ubiquitin specific protease 21，USP21）^［30］等］通过介导Tat蛋白的去泛素化，进而增强了Tat蛋白的稳定性。

原癌蛋白Mdm2是一种E3泛素连接酶，研究^［24］证实：Mdm2可以介导部分转录因子的泛素化，包括肿瘤抑制因子p53和组蛋白乙酰转移酶Tip60。Mdm2也可能与HIV的转录有关，其可能与Tat蛋白相互作用，参与Tat的泛素化。Mdm2可以介导Tat蛋白上的Lys71位点的多泛素化，包括泛素分子的Lys63连接的泛素化，从而稳定Tat蛋白，增强Tat蛋白的反式激活能力，对病毒转录发挥促进作用^［31-32］。研究^［33］发现：肿瘤抑制蛋白P14装配反应因子（alternative reading frame，ARF）抑制Mdm2功能，ARF能够通过不依赖于泛素的途径促进Tat蛋白降解，从而以不依赖于p53的方式抑制Tat反式激活。E3泛素连接酶PJA2通过非降解方式泛素化Tat蛋白，特异性调节HIV转录延伸的过程。PJA2靶向与P-TEFb结合的Tat蛋白，利用Lys27、Lys29和Lys33生成多样化的非典型多泛素链，从而稳定Tat蛋白发挥促进HIV转录的功能^［25］。E3泛素连接酶CHIP能够通过Lys48连接的泛素链对Tat蛋白进行泛素化，导致Tat蛋白的降解，进而显著降低细胞内Tat浓度，导致HIV病毒转录水平下调^［26］。NRON是一种在静息CD4⁺ T淋巴细胞中表达的长链非编码RNA，其通过泛素蛋白酶体系统促进Tat降解，降低细胞内Tat水平以有效抑制病毒转录。Tat可以被含有滞蛋白4B（cullin 4B，CUL4B）和蛋白酶体26S亚单位非三磷酸腺苷酶（non-adenosine triphosphatase，non-ATPase）调节亚基11 （proteasome 26S subunit， non-ATPase 11，PSMD11）蛋白的E3泛素连接酶降解。NRON可将Tat蛋白直接连接CUL4B和PSMD11蛋白上，进而促进Tat蛋白的降解^［27］。而另一种长链非编码RNA uc002yug.2在细胞中可以下调CUL4B和PSMD11蛋白表达水平，从而增强Tat蛋白在细胞中的稳定性，有利于病毒的转录^［34］。姜黄素可激活20S蛋白酶体途径，这种蛋白酶体途径会以非泛素依赖的形式降解非结构蛋白Tat，并抑制Tat介导的LTR启动子转录激活，降低HIV-1感染细胞中的病毒产量^［35］。UHRF1与P-TEFb复合竞争结合Tat蛋白的富含半胱氨酸的区域，同时UHRF1介导Tat蛋白的Lys48连接的泛素化和蛋白酶体降解，导致Tat-Cyclin T1-CDK9复合物被破坏，从而阻碍病毒的转录延伸^{［28，36］}。

泛素化与去泛素化之间的动态平衡对于维持蛋白质稳态至关重要。USP7通过催化去除泛素链来调节其底物蛋白的稳定性，从而防止蛋白酶体被降解。USP7作为一种重要的去泛素化酶，能够去除Tat蛋白上的泛素修饰，从而保护其免受蛋白酶体降解^［29］。另一种去泛素化酶USP21可以降低细胞内Tat蛋白水平。USP21可以使多泛素化的Tat去泛素化，并可以降低Lys48连接和Lys63连接的泛素化程度，导致Tat不稳定。USP21降低P-TEFb的重要组成成分细胞周期蛋白（Cyclin）T1 mRNA水平，从而降低Tat蛋白的表达水平^［30］。HIV-1 Tat蛋白的泛素化通过调节Tat蛋白的稳定性、细胞定位及其转录活性，对病毒复制产生重要影响。

3.2　HIV-1 Tat蛋白的磷酸化修饰

HIV-1 Tat蛋白的多个磷酸化位点在调控其转录活性、稳定性和功能方面发挥至关重要的作用，是多种生物过程的调节中心。细胞周期蛋白依赖性激酶2（cyclin-dependent kinase 2，CDK2）是一种依赖于Cyclin蛋白的激酶，主要在细胞周期的G₁/S期转变和S期中发挥作用，其可通过与不同的cyclin蛋白结合，调节细胞的增殖和分裂。研究^［37］发现：Tat蛋白在Ser16和Ser46残基处被CDK2磷酸化。Tat蛋白的Ser16磷酸化促进Tat蛋白与TAR的结合，并重组CDK9/Cyclin T1/Tat复合体，诱导HIV-1转录^［38］。研究^［39］显示：HIV-1感染可以激活肿瘤抑制蛋白P53，进而诱导和激活双链RNA依赖性蛋白激酶（double-stranded RNA -dependent protein kinase，PKR）。PKR能够直接与HIV-1 Tat相互作用，可在Tat的Ser/Thr残基（Thr64、Ser62和Ser68）处进行磷酸化，导致富含精氨酸的基序附近的磷酸化，从而抑制Tat蛋白的核转位。Ser62、Thr64和Ser68是PKR对应的磷酸化位点，这些位点的磷酸化导致Tat与TAR RNA的结合增加，进而促进病毒转录。Ser68、Ser62和Thr64的3个位点磷酸化具有协同作用，PKR对HIV-1 Tat蛋白的磷酸化增强了病毒转录活性。

上述磷酸化位点通过调节Tat蛋白与宿主因子的相互作用，调控了HIV-1复制。

3.3　HIV-1 Tat蛋白的乙酰化修饰

乙酰化主要发生在赖氨酸残基上，通常由组蛋白乙酰转移酶催化完成，在基因表达调控中发挥关键作用^［40］。组蛋白乙酰化能够打开染色质结构，增加转录因子对DNA的可及性，从而影响基因表达水平。

乙酰化是Tat蛋白的一种重要翻译后修饰，乙酰化主要发生在赖氨酸残基上，尤其是Tat蛋白的C端区。研究^［41］显示：Lys50和Lys51的乙酰化会显著影响Tat蛋白与TAR RNA之间的亲和力。上述2个位点的乙酰化会降低Tat蛋白的活性，进而引起病毒转录水平的显著下调。宿主因子p300/CBP相关因子（p300/CBP-associated factor，PCAF）能够催化Tat Lys28乙酰化。PCAF对Tat蛋白中Lys28的乙酰化增强了Tat-TAR-Cyclin T1三元复合物的组装，有效提升HIV-1的转录效率和复制能力^［42］。同时，p300和组蛋白乙酰转移酶赖氨酸乙酰转移酶2A（lysine acetyltransferase 2A，KAT2A）在RNA结合结构域内乙酰化Lys50，而PCAF在激活结构域中乙酰化Lys28^［43］。

Tat蛋白乙酰化过程由细胞内的乙酰转移酶催化，乙酰化后的Tat蛋白会影响与TAR RNA的结合效率，进而影响病毒基因组的转录延伸。上述机制突显了乙酰化修饰在调节HIV-1转录和复制中的核心地位。

3.4　HIV-1 Tat蛋白的甲基化修饰

Tat蛋白的甲基化修饰主要发生在赖氨酸或精氨酸残基上，主要由蛋白质甲基转移酶催化。该类修饰在调控基因表达和RNA加工等过程中发挥重要作用^［44］。甲基化的动态性也使其在不同的细胞环境中扮演不同的角色。这种修饰的功能多样，既可以激活Tat蛋白的转录功能，也可以抑制其活性，具体取决于甲基化的位点及其修饰的状态。

研究^［45］发现：Lys 50和Lys51被SET结构域分叉组蛋白赖氨酸甲基转移酶1（SET domain bifurcated histone lysine methyltransferase 1，SETDB1）甲基化，这会导致Tat蛋白与病毒转录因子的结合能力降低，影响LTR的转录激活。因此，Tat的Lys50和Lys51的甲基化修饰，能够显著抑制病毒基因组的转录活性。

研究^［46-47］发现：Arg52和Arg53由蛋白质精氨酸甲基转移酶6（protein arginine methyltransferase 6，PRMT6）进行甲基化。精氨酸甲基化通过影响Tat-TAR-Cyclin T1复合物的形成来抑制病毒转录活性^［48］。与此同时，赖氨酸乙酰化通过招募组蛋白乙酰转移酶PCAF和染色质重塑复合物交配型转换/蔗糖不发酵复合物（switch/sucrose non-fermentable couplex，SWI/SNF）来延长HIV转录本^［49-50］，从而增强Tat蛋白介导的病毒转录激活^［51］。研究^［52］表明：精氨酸甲基转移酶蛋白质精氨酸甲基转移酶2（protein arginine methyltransferase 2，PRMT2）也是Tat的主要精氨酸甲基化酶。PRMT2可以甲基化Tat蛋白的Arg52，这一修饰通过促进Tat蛋白的核仁定位进而抑制Tat蛋白活性，显著下调病毒转录水平。PRMT6与PRMT2可以以协同方式甲基化Tat蛋白，影响Tat蛋白的功能。研究^［53］发现：甲基转移酶SMYD家庭成员5（SMYD family member 5，SMYD5）能够在体内结合TAR，Tat能够被SMYD5甲基化，从而增强病毒转录活性^［53］。

4 总结与展望

HIV-1 Tat蛋白是HIV病毒生命周期中至关重要的调控因子，其在病毒复制、病毒潜伏激活以及病毒持续性感染中扮演了核心角色。Tat蛋白通过与HIV的LTR及宿主的转录调控蛋白相互作用，提高了病毒mRNA的转录效率。多种翻译后修饰对Tat蛋白的功能调控至关重要，并与病毒的复制能力和宿主细胞响应存在密切关联。

尽管目前对Tat蛋白的翻译后修饰已有一定的了解，但还有许多机制尚未完全阐明。同时，在相同的氨基酸位点可能发生不同的翻译后修饰，并相互影响。在不同翻译后修饰之间的相互作用与协调机制也是一个值得深入探讨的领域，如乙酰化和甲基化的交互调控，Lys50和Lys51 2个位点可以被乙酰化和甲基化。乙酰化增强Tat蛋白与TAR的结合，促进LTR转录^［41］；而甲基化则可能降低Tat蛋白和病毒基因组转录活性^［45］。在相同位点Tat蛋白不同类型的翻译后修饰导致的不同作用也构成了复杂的调控网络，对HIV的复制、转录活性和宿主细胞的响应具有重要影响。

除了磷酸化、乙酰化、甲基化和泛素化等已知修饰外，可能还存在其他类型的翻译后修饰，如糖基化^［54］、脂肪酸化、腺苷酸化^［55］或小泛素样修饰蛋白化^［56］等，这些修饰可能在Tat蛋白的功能调控中发挥重要作用，但尚未得到充分研究。另外，一些泛素连接酶E3在Tat蛋白上的修饰位点也尚未明确，需要进一步研究。

Tat蛋白的翻译后修饰为开发新的抗HIV治疗策略提供了潜在靶点。通过干扰特定翻译后修饰酶的活性或设计针对Tat蛋白修饰位点的小分子抑制剂，可有效抑制Tat蛋白的转录激活功能，从而阻止病毒复制。随着新型生物技术的发展，如质谱分析、蛋白质组学技术和基因编辑工具的应用，未来对Tat蛋白翻译后修饰的研究将更加深入和精确，这将为HIV的治疗和控制带来新的希望。

参考文献

[1] 陈 微， 杨秋艺， 曾小良. 艾滋病免疫重建不良影响因素研究进展［J］. 中国公共卫生， 2024， 40（12）： 1526-1531.

[2] DAS A T， HARWIG A， BERKHOUT B. The HIV-1 Tat protein has a versatile role in activating viral transcription［J］. J Virol， 2011， 85（18）： 9506-9516.

[3] PRABAKARAN S， LIPPENS G， STEEN H， et al. Post-translational modification： nature’s escape from genetic imprisonment and the basis for dynamic information encoding［J］. Wiley Interdiscip Rev Syst Biol Med， 2012， 4（6）： 565-583.

[4] HETZER C， DORMEYER W， SCHNÖLZER M， et al. Decoding Tat： the biology of HIV Tat posttranslational modifications［J］. Microbes Infect， 2005， 7（13）： 1364-1369.

[5] CAFARO A， SCHIETROMA I， SERNICOLA L， et al. Role of HIV-1 tat protein interactions with host receptors in HIV infection and pathogenesis［J］. Int J Mol Sci， 2024， 25（3）： 1704.

[6] RAYNE F， DEBAISIEUX S， YEZID H， et al. Phosphatidylinositol-（4，5）-bisphosphate enables efficient secretion of HIV-1 Tat by infected T-cells［J］. EMBO J， 2010， 29（8）： 1348-1362.

[7] EPIE N， AMMOSOVA T， SAPIR T， et al. HIV-1 Tat interacts with LIS1 protein［J］. Retrovirology， 2005， 2： 6.

[8] CHEN D， WANG M， ZHOU S， et al. HIV-1 Tat targets microtubules to induce apoptosis， a process promoted by the pro-apoptotic Bcl-2 relative Bim［J］. EMBO J， 2002， 21（24）： 6801-6810.

[9] TYAGI M， RUSNATI M， PRESTA M， et al. Internalization of HIV-1 tat requires cell surface heparan sulfate proteoglycans［J］. J Biol Chem， 2001， 276（5）： 3254-3261.

[10] GUMP J M， JUNE R K， DOWDY S F. Revised role of glycosaminoglycans in TAT protein transduction domain-mediated cellular transduction［J］. J Biol Chem， 2010， 285（2）： 1500-1507.

[11] BARILLARI G， GENDELMAN R， GALLO R C， et al. The Tat protein of human immunodeficiency virus type 1， a growth factor for AIDS Kaposi sarcoma and cytokine-activated vascular cells， induces adhesion of the same cell types by using integrin receptors recognizing the RGD amino acid sequence［J］. Proc Natl Acad Sci U S A， 1993， 90（17）： 7941-7945.

[12] BERKHOUT B， GATIGNOL A， RABSON A B， et al. TAR-independent activation of the HIV-1 LTR： evidence that tat requires specific regions of the promoter［J］. Cell， 1990， 62（4）： 757-767.

[13] WEI P， GARBER M E， FANG S M， et al. A novel CDK9-associated C-type cyclin interacts directly with HIV-1 Tat and mediates its high-affinity， loop-specific binding to TAR RNA［J］. Cell， 1998， 92（4）： 451-462.

[14] CISNEROS W J， WALTER M， SOLIMAN S H A， et al. Release of P-TEFb from the Super Elongation Complex promotes HIV-1 latency reversal［J］. bioRxiv， 2024： 2024.03.01.582881.

[15] KIERNAN R E， VANHULLE C， SCHILTZ L， et al. HIV-1 tat transcriptional activity is regulated by acetylation［J］. EMBO J， 1999， 18（21）： 6106-6118.

[16] WALSH C T， GARNEAU-TSODIKOVA S， GATTO G J J R. Protein posttranslational modifications： the chemistry of proteome diversifications［J］. Angew Chem Int Ed， 2005， 44（45）： 7342-7372.

[17] BAKER P J， DE NARDO D， MOGHADDAS F， et al. Posttranslational modification as a critical determinant of cytoplasmic innate immune recognition［J］. Physiol Rev， 2017， 97（3）： 1165-1209.

[18] COHEN P. The origins of protein phosphorylation［J］. Nat Cell Biol， 2002， 4（5）： E127-E130.

[19] DUNKLEY P R， BOBROVSKAYA L， GRAHAM M E， et al. Tyrosine hydroxylase phosphorylation： regulation and consequences［J］. J Neurochem， 2004， 91（5）： 1025-1043.

[20] CHEN L， KEPPLER O T， SCHÖLZ C. Post-translational modification-based regulation of HIV replication［J］. Front Microbiol， 2018， 9： 2131.

[21] LI Y C， DAMMER E B， GAO Y， et al. Proteomics links ubiquitin chain topology change to transcription factor activation［J］. Mol Cell， 2019， 76（1）： 126-137.

[22] HOCHSTRASSER M. Ubiquitin-dependent protein degradation［J］. Annu Rev Genet， 1996， 30： 405-439.

[23] GU F， BOISJOLI M， NAGHAVI M H. HIV-1 promotes ubiquitination of the amyloidogenic C-terminal fragment of APP to support viral replication［J］. Nat Commun， 2023， 14（1）： 4227.

[24] HAUPT Y， MAYA R， KAZAZ A， et al. Mdm2 promotes the rapid degradation of p53［J］. Nature， 1997， 387（6630）： 296-299.

[25] FAUST T B， LI Y， JANG G M， et al. PJA2 ubiquitinates the HIV-1 Tat protein with atypical chain linkages to activate viral transcription［J］. Sci Rep， 2017， 7： 45394.

[26] ALI A， FAROOQUI S R， BANERJEA A C. The host cell ubiquitin ligase protein CHIP is a potent suppressor of HIV-1 replication［J］. J Biol Chem， 2019， 294（18）： 7283-7295.

[27] LI J， CHEN C C， MA X C， et al. Long noncoding RNA NRON contributes to HIV-1 latency by specifically inducing tat protein degradation［J］. Nat Commun， 2016， 7： 11730.

[28] LIANG T Z， ZHANG Q， WU Z Y， et al. UHRF1 suppresses HIV-1 transcription and promotes HIV-1 latency by competing with p-TEFb for ubiquitination-proteasomal degradation of tat［J］. mBio， 2021， 12（4）： e0162521.

[29] ALI A， RAJA R， FAROOQUI S R， et al. USP7 deubiquitinase controls HIV-1 production by stabilizing Tat protein［J］. Biochem J， 2017， 474（10）： 1653-1668.

[30] GAO W Y， LI G Q， ZHAO S M， et al. Deubiquitinating enzyme USP21 inhibits HIV-1 replication by downregulating tat expression［J］. J Virol， 2021， 95（13）： e0046021.

[31] BRÈS V， KIERNAN R E， LINARES L K， et al. A non-proteolytic role for ubiquitin in Tat-mediated transactivation of the HIV-1 promoter［J］. Nat Cell Biol， 2003， 5（8）： 754-761.

[32] RAJA R， RONSARD L， LATA S， et al. HIV-1 Tat potently stabilises Mdm2 and enhances viral replication［J］. Biochem J， 2017， 474（14）： 2449-2464.

[33] GARGANO B， FIORILLO M， AMENTE S， et al. p14ARF is capable of promoting HIV-1 tat degradation［J］. Cell Cycle， 2008， 7（10）： 1433-1439.

[34] HUAN C， LI Z L， NING S S， et al. Long noncoding RNA uc002yug.2 activates HIV-1 latency through regulation of mRNA levels of various RUNX1 isoforms and increased tat expression［J］. J Virol， 2018， 92（9）： e01844-e01817.

[35] ALI A， BANERJEA A C. Curcumin inhibits HIV-1 by promoting Tat protein degradation［J］. Sci Rep， 2016， 6： 27539.

[36] RATHORE U， HAAS P， EASWAR KUMAR V， et al. CRISPR-Cas9 screen of E3 ubiquitin ligases identifies TRAF2 and UHRF1 as regulators of HIV latency in primary human T cells［J］. mBio， 2024， 15（4）： e0222223.

[37] AMMOSOVA T， BERRO R， JEREBTSOVA M， et al. Phosphorylation of HIV-1 tat by CDK2 in HIV-1 transcription［J］. Retrovirology， 2006， 3： 78.

[38] IVANOV A， LIN X H， AMMOSOVA T， et al. HIV-1 Tat phosphorylation on Ser-16 residue modulates HIV-1 transcription［J］. Retrovirology， 2018， 15（1）： 39.

[39] ENDO-MUNOZ L， WARBY T， HARRICH D， et al. Phosphorylation of HIV Tat by PKR increases interaction with TAR RNA and enhances transcription［J］. Virol J， 2005， 2： 17.

[40] CHOUDHARY C， KUMAR C， GNAD F， et al. Lysine acetylation targets protein complexes and co-regulates major cellular functions［J］. Science， 2009， 325（5942）： 834-840.

[41] KUMAR S， MAITI S. The effect of N-acetylation and N-methylation of lysine residue of Tat peptide on its interaction with HIV-1 TAR RNA［J］. PLoS One， 2013， 8（10）： e77595.

[42] D’ORSO I， FRANKEL A D. Tat acetylation modulates assembly of a viral-host RNA-protein transcription complex［J］. Proc Natl Acad Sci U S A， 2009， 106（9）： 3101-3106.

[43] BRÈS V， KIERNAN R， EMILIANI S， et al. Tat acetyl-acceptor lysines are important for human immunodeficiency virus type-1 replication［J］. J Biol Chem， 2002， 277（25）： 22215-22221.

[44] KOUZARIDES T. Chromatin modifications and their function［J］. Cell， 2007， 128（4）： 693-705.

[45] VAN DUYNE R， EASLEY R， WU W L， et al. Lysine methylation of HIV-1 Tat regulates transcriptional activity of the viral LTR［J］. Retrovirology， 2008， 5： 40.

[46] BOULANGER M C， LIANG C， RUSSELL R S， et al. Methylation of Tat by PRMT6 regulates human immunodeficiency virus type 1 gene expression［J］. J Virol， 2005， 79（1）： 124-131.

[47] XIE B D， INVERNIZZI C F， RICHARD S， et al. Arginine methylation of the human immunodeficiency virus type 1 Tat protein by PRMT6 negatively affects Tat Interactions with both cyclin T1 and the Tat transactivation region［J］. J Virol， 2007， 81（8）： 4226-4234.

[48] DORR A， KIERMER V， PEDAL A， et al. Transcriptional synergy between Tat and PCAF is dependent on the binding of acetylated Tat to the PCAF bromodomain［J］. EMBO J， 2002， 21（11）： 2715-2723.

[49] MUJTABA S， HE Y， ZENG L， et al. Structural basis of lysine-acetylated HIV-1 Tat recognition by PCAF bromodomain［J］. Mol Cell， 2002， 9（3）： 575-586.

[50] BRÈS V， TAGAMI H， PÉLOPONÈSE J M， et al. Differential acetylation of Tat coordinates its interaction with the co-activators cyclin T1 and PCAF［J］. EMBO J， 2002， 21（24）： 6811-6819.

[51] MAHMOUDI T， PARRA M， VRIES R G， et al. The SWI/SNF chromatin-remodeling complex is a cofactor for Tat transactivation of the HIV promoter［J］. J Biol Chem， 2006， 281（29）： 19960-19968.

[52] JIN J X， BAI H， YAN H， et al. PRMT2 promotes HIV-1 latency by preventing nucleolar exit and phase separation of Tat into the Super Elongation Complex［J］. Nat Commun， 2023， 14（1）： 7274.

[53] BOEHM D， LAM V， SCHNOLZER M， et al. The lysine methyltransferase SMYD5 amplifies HIV-1 transcription and is post-transcriptionally upregulated by Tat and USP11［J］. Cell Rep， 2023， 42（3）： 112234.

[54] ITELL H L， GUENTHOER J， HUMES D， et al. Host cell glycosylation selects for infection with CCR5- versus CXCR4-tropic HIV-1［J］. Nat Microbiol， 2024， 9（11）： 2985-2996.

[55] WIRTZ D A， SCHNEBERGER N， KLÖPPEL S， et al. Adenylation domain-guided recruitment of Trans-Acting nonheme monooxygenases in nonribosomal peptide biosynthesis［J］. ACS Chem Biol， 2023， 18（8）： 1748-1759.

[56] LIANG T Z， LI G J， LU Y F， et al. The involvement of ubiquitination and SUMOylation in retroviruses infection and latency［J］. Viruses， 2023， 15（4）： 985.

基金资助

国家自然科学基金面上项目(82372239)

吉林省科技厅自然科学基金项目(YDZJ202501ZYTS762)

吉林省科技厅自然科学基金项目(20210101300JC)

吉林省科技厅分子病毒学重点实验室项目(20102209)

吉林大学本科生科研训练项目(2024)