整合酶是一种逆转录病毒蛋白，主要负责将逆转录物整合到细胞基因组中。人类免疫缺陷病毒 1 型 (HIV-1) 整合酶与病毒 RNA 和逆转录酶一起被包装到衣壳包裹的病毒核心中，长期以来一直与逆转录和病毒粒子成熟有关。2022 年 4 月 28 日，美国达纳法伯癌症研究所联合哈佛医学院，科罗拉多大学医学院在 Viruses 期刊发表了综述文章，并提出了三种新的 II 类突变病毒亚类 (a、b 和 c)，他们在整合酶与 RNA 结合和形态发生方面都存在缺陷，但是基于相关整合酶突变蛋白所表现出的不同潜在机制而有所差异。此外，作者也评估了这些发现是如何解释整合酶在 HIV-1 成熟中所发挥的作用。
1、前言
HIV-1 是一种引起人类免疫缺陷病毒 (HIV) 的病毒，它属于逆转录病毒家族。HIV-1 是一种球形的病毒颗粒，具有一个脂质包膜，内部有蛋白质基质、核壳和核心等组分。其中，核心是由包裹着病毒的核糖核蛋白复合物 (vRNP)。vRNP 包括两份正链病毒 RNA (vRNA)、病毒核心蛋白 (NC)、逆转录酶 (RT) 和整合酶 (IN) 等必要元素。整合酶是 HIV-1 的一个重要蛋白质，它负责将逆转录产物整合到宿主基因组中。在 HIV-1 的病毒颗粒成熟过程中，整合酶除了参与逆转录酶活性外，还能够与病毒 RNA 结合以确保 vRNP 被包装到病毒核壳内 (图 1)。
2、HIV 整合酶 (IN) 独特的功能与结构
HIV-1 的整合酶 IN在HIV-1 生物学中可以发挥着双重作用。在感染的早期阶段，IN 可催化 vDNA 与宿主染色体 DNA 的整合。在病毒成熟过程中，IN 则具有第二个非催化作用，可与 vRNA 基因组相互作用以确保 vRNP 在病毒外壳内的包装。
同时 IN 的结构和 HIV-1 整合有关，其中一些突变会直接影响 IN 与 vRNA 的结合，而不影响蛋白质的四聚体化。另一些突变则会影响 IN 的四聚体化，从而影响其与 vRNA 的相互作用。另外，还有一些突变会导致 IN 释放不完全，从而影响其与 vRNA 的结合和稳定地纳入病毒颗粒中。除此之外，IN 还与病毒 RNA 在病毒成熟过程中的包装有关。因此，HIV-1 整合酶 IN 不仅在整合过程中发挥作用，还在病毒成熟和逆转录后的步骤中具有重要功能。
3. HIV-1 IN 突变病毒的表型谱与抑制剂
目前，已有诸多研究描述了 IN 诱变对 HIV-1 复制的影响，同时也揭示了 IN 在模型组织培养系统中对病毒复制的要求。由于 IN 是作为 Gag-Pol 多蛋白的一个组成部分表达的，因此一些 IN 突变可能会对病毒产生一定的影响。
I 类 IN 突变病毒以 DDE 活性位点残基的改变为典型特征，含有正常的病毒粒子蛋白补体 (图 2A)，携带 vRNA 结合能力强的 IN，通常表现为表型正常，表现为 WT 水平的逆转录；此外，在某些研究中，也存在细微的逆转录 (最多 2 倍) 和颗粒形态缺陷情况的出现。I 类 IN 突变病毒相应地表现出预期的在 HIV-1 生命周期整合阶段被特异性阻断的病毒的情况。I 类 IN 突变病毒感染在静脉的表型与存在 INSTI 抑制剂时进行的 WT 病毒感染相似，其细微的区别主要在于 DDE 活性位点突变会阻止 IN 3' 加工和链转移活性，而 INSTI 则会优先抑制 IN 链转移活性。
然而，II 类突变病毒历来包括所有在整合以外的步骤中显示复制缺陷的 HIV-1 IN 突变病毒 (图 2B)。所有 II 类 IN 突变病毒在 IN-vRNA 结合、病毒颗粒形态发生、逆转录以及一定程度的整合方面都存在缺陷。然而，最近有研究表明，在 II 类中可以做出不同的亚类区分。
研究者将利用最近发现的病毒粒子 IN- vRNA 结合作为 II 类 IN 突变病毒表型的关键介质，在此定义 a、b 和 c 亚类；不同亚类通过相关突变的 IN 蛋白和病毒所显示的表型异常来区分。异常的 IN 多聚显著地促进了 II 类 IN 突变病毒的表型，可将 IIb 和 IIc 类突变病毒与 IIa 类区分开来。IIb 类和 IIc 类 IN 突变病毒则是基于病毒粒子蛋白谱和病毒粒子从病毒产生细胞释放的程度进一步区分的。IIb 类突变病毒含有病毒粒子蛋白的 WT 补体，并能正常地从细胞中释放出来，而 IIc 类突变病毒含有相对较低水平的 Pol 蛋白，往往从转染的细胞中释放得较差。
在最近的研究中，也有学者提出了 III 类突变病毒，虽然不在病毒颗粒成熟的范围内，但研究表明，IN 在调节从催化后链转移复合体到转录能力强的原病毒的转变中发挥了重要作用。上面讨论的 I 类和 II 类 IN 突变病毒具有复制缺陷，而 III 类突变病毒保留部分 HIV-1 传染性，显著扩展了 IN 在 HIV-1 复制中的多模态功能。
4. 结论与展望
最近的研究结果显著地揭示了 HIV-1 整合酶的多模态功能。在 HIV-1 成熟过程中，IN 似乎在调节 PR 激活的过程中发挥着关键性作用。然而，阐明 IN-vRNA 相互作用的特异性决定因素以及 IN-vRNA 的结合在何种程度上发挥作用这些都需要基于结构方面的进一步研究。
总体而言，本文主要讨论了 HIV-1 整合酶的多模态功能，并重点介绍了 HIV-1 的结构和组成情况。另外，关于 I 类和 II 类 IN 突变病毒的研究，本文通过系统回顾先前的研究，阐述了类 I 和类 II IN 突变病毒可以通过互补作用形成功能性的混合多聚体，从而实现病毒的复制。另外，本文也着重介绍了 III 类整合酶突变病毒的研究结果，发现 IN 在从催化的链转移复合物向具有转录能力的原始病毒的转变中起着重要作用，这些研究也进一步扩展了 IN 在 HIV-1 复制中的多模态功能。