Na+／K+A TPaseβ1亞基對乙型肝炎病毒復制的影響及其作用機制

曹揚，王瑩

吉林大學第一醫院，吉林 長春 130021

乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）感染致全球超過2.5億人罹患多種肝病，每年約140萬人死于HBV相關疾病，包括肝硬化、肝衰竭和肝細胞癌［1-2］。目前，已批準的HBV感染治療藥物僅為核苷酸類似物和干擾素（interferon，IFN）［3］，細胞內抗病毒因子用于治療HBV感染尚處于研發階段，是HBV領域重要的基礎研究之一。Na+／K+ATPaseβ1亞基（ATP1B1）作為細胞Na+／K+ATPase調節亞基的主要組分，不僅調控其自身活性，還參與T細胞活化［4］。有研究表明，Na+／K+ATPaseβ亞基與某些病毒感染有關，如ATP1B1可作為人類巨細胞病毒（human cytomegalovirus，HCMV）UL136蛋白及甲、乙型流感病毒M2蛋白的伴侶調控病毒復制［5-7］；β3亞基可降低HeLa細胞中骨髓基質細胞抗原-2（bone marrow stromal cell antigen-2，BST-2）介導的人類免疫缺陷病毒-1（human immunodeficiency virus-1，HIV-1）產生的限制［8］，還可與腸道病毒71（enterovirus 71，EV71）的3A蛋白相互作用，通過增強Ⅰ型IFN的產生來抑制EV71復制［9］。

維甲酸誘導基因蛋白-Ⅰ（retinoic acid-inducible gene-Ⅰ，RIG-Ⅰ）和黑色素瘤分化相關抗原5（melanoma differentiation-associated 5，MDA5）是細胞內識別病毒異常mRNA的模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR），參與免疫應答調節，在天然免疫反應中具有重要作用［10-11］。研究表明，RIG-Ⅰ主要識別5′端帶三磷酸基團的RNA（包括單鏈和雙鏈RNA）和短的雙鏈RNA；MDA5主要識別普通的雙鏈RNA或poly（I:C）。未感染病毒的條件下，RIG-Ⅰ和MDA5的上調也可促進細胞分泌Ⅰ型IFN，可啟動下游IFN誘導基因（interferon stimulated gene，ISG）的表達，其中包括較多天然抗病毒因子，如ISG15、ISG56、GBPs、OASs和BST-2等，對不同病毒具有拮抗作用［12-15］。本研究通過建立過表達和沉默ATP1B1的HepG2細胞模型，探討ATP1B1對細胞中HBV復制的影響，為尋找抗HBV的新治療靶點和方法提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 菌株、細胞、質粒及基因 HepG2（No.77400，ATCC）、HepG2.2.15、HepAD38細胞、質粒VR1012-ATP1B1（由cDNA文庫獲取帶有HA標簽的ATP1B1基因，插入至載體VR1012）及載體VR1012由吉林大學第一醫院檢驗科保存并提供；穩定表達HBV的質粒pHBV1.3（D基因型）由上海復旦大學基礎醫學院李建華教授惠贈；siRNA ATP1B1及siRNA NC序列均由廣州市銳博生物科技有限公司合成。

1.2 主要試劑 鼠抗HA單克隆抗體（901514）購自美國Biolegend公司；鼠抗β-tubulin單克隆抗體（A00702-100）購自北京銳抗生物科技有限公司；兔抗ATP1B1單克隆抗體（ab193669）購自美國Abcam公司；堿性磷酸酶標記的羊抗兔IgG（111-055-045）及羊抗鼠IgG（115-055-003）購自美國Jackson Immuno公司；Lipofectamine 2000轉染試劑購自美國Invitrogen公司；胎牛血清購自美國Gibco公司；HBsAg診斷試劑盒購自上?？迫A生物工程股份有限公司；Transcriptor First Strand cDNASynthesis Kit購自瑞士Roche公司；CCK8試劑盒購自上海翊圣生物科技有限公司。

1.3 細胞培養 將HepG2、HepG2.2.15、HepAD38細胞按（1～2）×106個／孔分別接種至6孔板，用含10%滅活胎牛血清的DMEM培養基于37℃，5%CO2細胞培養箱培養24 h，用于后續轉染。

1.4 引物設計及合成 根據NCBI中登錄的HBV、IFNα、IFNβ、IFNγ、IL-28a、IL-29、OAS2、BST-2、ISG56、ISG15基因序列（登錄號分別為：NC_003977、NM_024013、NM_002176、NM_000619、NM_172138、NM_172140、NM_001032731、NM_004335、NM_001548、NM_005101），應用Primer 5.0軟件設計引物，引物序列見表1。引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。

表1 qPCR引物序列Tab.1 Primer sequences for qPCR

1.5 過表達A T P1B1對H B V復制影響的檢測 采用Lipofectamine 2000轉染試劑將400 ng質粒pHBV1.3分別與400 ng質粒VR1012-ATP1B1及載體VR1012共轉染HepG2細胞，于37℃培養4 h；更換含10%胎牛血清的DMEM培養基，于37℃，5%CO2培養48h，分別收集細胞和培養上清液。

1.5.1 細胞中ATP1B1的表達 采用Western blot法。用RIPA試劑提取細胞總蛋白，經12%SDSPAGE分離后，轉移至NC膜，用脫脂牛奶于室溫封閉0.5 h；加入兔抗ATP1B1單克隆抗體（1∶1 000稀釋）及鼠抗β-tubulin單克隆抗體（1∶2 000稀釋），于4℃作用過夜；用PBST洗滌3次，加入堿性磷酸酶標記的羊抗兔IgG及羊抗鼠IgG（均1∶2 000稀釋），于4℃作用1 h；將NC膜與堿性磷酸酶底物BCIP和NBT反應8 mim顯色。

1.5.2 培養上清中HBsAg抗原含量檢測 采用HBsAg診斷試劑盒檢測培養上清液中的HBsAg含量，重復檢測3次。

1.5.3 細胞中HBV DNA及RNA含量檢測 采用qRT-PCR法。用Trizol提取細胞總RNA，經Transcriptor First Strand cDNASynthesisKit反轉錄為cDNA，以其為模板，進行PCR擴增。PCR反應體系為：cDNA 1μL，HBV DNA-RT-F／R或HBV RNA-RT-F／R引物（10μmol／L）各0.4μL，SYBR 9.2μL，H2O 9μL。PCR反應條件為：95℃2 min；95℃30 s，55℃30 s，72℃30 s，共40個循環。以GAPDH作為內參，每個樣本設3個復孔，以樣品的2-△△Ct值作為目標基因的DNA及RNA含量。重復檢測3次。

1.6 A T P1B1表達量對H epG2細胞培養上清中H Bs A g含量影響的檢測 按1.5項方法將400ng質粒pHBV1.3分別與0、200、400、800 ng的質粒VR1012-ATP1B1共轉染HepG2細胞，轉染48 h后，按1.5.1和1.5.2項方法分別檢測細胞中ATP1B1蛋白的表達和培養上清液中的HBsAg含量。

1.7 沉默A T P1B1對H B V復制影響的檢測 按1.5項方法將400 ng質粒pHBV1.3分別與100 nmol／L siRNA ATP1B1及siRNA NC序列共轉染HepG2細胞，轉染48 h后，按1.5.1、1.5.2及1.5.3項方法分別檢測HepG2細胞中ATP1B1蛋白的表達、培養上清中HBsAg含量及細胞中HBV DNA、RNA含量。

1.8 過表達及沉默A T P1B3對H epG2細胞增殖影響的檢測 按1.5項方法將siRNA ATP1B1及質粒VR1012-ATP1B1分別轉染HepG2細胞，同時設未轉染組，轉染0、24，48，72 h后，采用CCK8試劑盒測定A450，并按下式計算相對細胞增殖率。

相對細胞增殖率（%）=（轉染組A450-未轉染組A450）／未轉染組A450×100%

1.9 過表達A T P1B1對H B V復制影響的驗證 按1.5項方法將質粒VR1012-ATP1B1分別轉染HepG2.2.15及HepAD38細胞，同時設未轉染組，轉染后48 h，按1.5.1和1.5.2項分別檢測細胞中ATP1B1蛋白的表達和培養上清液中HBsAg含量。

1.10 過表達A T P1B1對H epG2細胞中細胞因子及P RR表達影響的檢測 按1.5項方法將400 ng質粒VR1012-ATP1B1及載體VR1012分別轉染HepG2細胞，轉染12 h后，qRT-PCR法檢測細胞內IFNα、IFNβ、IFNγ和IL-28A、IL-29的mRNA含量，方法同1.5.3項，引物為IFNα-RT-F／R、IFNβ-RTF／R、IFNγ-RT-F／R、IL-28a-RT-F／R、IL-29-RT-F；Western blot法檢測細胞內RIG-Ⅰ和MDA5蛋白表達，方法同1.5.1項，其中一抗為兔抗RIG-Ⅰ單克隆抗體和兔抗MDA5單克隆抗體，稀釋度為1∶1 000。

1.11 過表達A T P1B1對ISG表達影響的檢測 按1.5項方法將400 ng質粒VR1012-ATP1B1及載體VR1012分別轉染HepG2細胞，轉染12 h后，收集細胞，qRT-PCR法 檢 測 細 胞 內ISG15、ISG56、OAS2、BST-2、GBP-1的mRNA含量，方法同1.5.3項，引物為ISG15-RT-F／R、ISG56-RT-F／R、OAS2-RT-F／R、BST-2-RT-F／R、GBP-1-RT-F／R。

1.12 統計學分析 應用SPSS 17.0統計軟件進行統計學分析，試驗數據均采用均值±標準差（）表示，組間比較采用t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 過表達A T P1B1對H B V復制的影響 VR1012-ATP1B1組HepG2細胞中ATP1B1蛋白呈過表達，于相對分子質量約35 000處可見其與兔抗ATP1B1單克隆抗體的特異性結合條帶，大小與預期相符；VR1012組未見目的蛋白條帶。見圖1。VR1012-ATP1B1組及VR1012組HepG2細胞培養上清中HBsAg含量（A450）分別為0.83和0.16，VR1012-ATP1B1組比VR1012組下降了約80%（t=5.940，P＜0.01）。VR1012-ATP1B1組HepG2細胞內HBV DNA和RNA含量均明顯低于VR1012組（t分別為6.34和6.95，P均＜0.01），見圖2。

圖1 HepG2細胞中ATP1B1蛋白的過表達Fig.1 Overexpression of ATP1B1 in HepG2 cells

圖2 過表達ATP1B1的HepG2細胞中HBVDNA及RNA的含量Fig.2 HBV DNA and RNA contents in HepG2 cells overexpressing ATP1B1

2.2 A T P1B1表達量對H epG2細胞培養上清中H Bs A g含量的影響 隨著質粒VR1012-ATP1B1加入劑量的增大，ATP1B1表達量逐漸升高，見圖3。0、200、400、800 ng質粒VR1012-ATP1B1組HepG2細胞培養上清中HBsAg含量（A450）分別為0.92、0.54、0.27、0.18，隨著ATP1B1表達量的升高，與0 ng質粒VR1012-ATP1B1組比較，HepG2細胞培養上清中HBsAg含量逐漸降低（t分別為6.63、6.84、6.93，P均＜0.01）。表明ATP1B1對HBsAg表達的抑制作用呈劑量依賴性。

圖3 不同ATP1B1表達量的HepG2細胞培養上清中的HBsAg含量Fig.3 HBsAg contents in culture supernatant of HepG2 cells with various ATP1B1 expression levels

2.3 沉默A T P1B1對H epG2細胞培養上清中H Bs A g含量的影響 siRNANC組HepG2細胞中可見ATP1B1蛋白表達，于相對分子質量約35 000處可見其與兔抗ATP1B1單克隆抗體的特異性結合條帶，大小與預期相符；與siRNANC比較，siRNAATP1B1組ATP1B1表達水平下調。見圖4。siRNA ATP1B1組及siRNA NC組HepG2細胞培養上清中HBsAg含量（A450）分別為2.10和0.61，siRNA ATP1B1組顯著高于siRNA NC組（t=8.04，P＜0.01），表明沉默ATP1B1可增加HepG2細胞培養上清中HBsAg的含量。siRNA ATP1B1組HepG2細胞中HBV DNA和RNA含量明顯高于siRNANC組（t分別為7.54和6.88，P＜0.01），見圖5。

圖4 HepG2細胞中ATP1B1蛋白的沉默表達Fig.4 Silencing of ATP1B1 expression in HepG2 cells

圖5 沉默ATP1B1的HepG2細胞中HBV DNA及RNA的含量Fig.5 HBV DNA and RNA contents in HepG2 cells in which ATP1B1 is silenced

2.4 過表達及沉默A T P1B3對H epG2細胞增殖的影響 轉染0、24、48、72 h時，3組HepG2細胞的相對細胞增殖率差異均無統計學意義（t分別為0.34、0.56、0.43，P均＞0.05），見圖6。表明轉染72 h內，細胞活力不受ATP1B1過表達或沉默的影響。

圖6 過表達及沉默ATP1B3的HepG2細胞的相對細胞增殖率Fig.6 Relative proliferation rates of HepG2 cells in which ATP1B3 is overexpressed or silenced

2.5 過表達A T P1B1對H B V復制影響的驗證 Hep-G2.2.15和HepAD38細胞中可見ATP1B1蛋白表達，于相對分子質量約35 000處可見其與兔抗ATP1B1單克隆抗體的特異性結合條帶，大小與預期相符；未轉染組未見該條帶。見圖7。HepG2.2.15組、HepAD38組及未轉染組細胞培養上清中HBsAg含量（A450）分別為0.38、0.32、0.75，HepG2.2.15組和HepAD38組顯著低于未轉染組（t分別為7.73和7.23，P均＜0.01）。

圖7 過表達ATP1B1的HepG2.2.15和HepAD38細胞中ATP1B1蛋白的表達Fig.7 ATP1B1 expression in HepG2.2.15 and HepAD38 cells overexpressing ATP1B1

2.6 過表達A T P1B1對H epG2細胞中細胞因子及P RR表達的影響 與VR1012組比較，VR1012-ATP1B1組HepG2細胞中IFNα、IFNβ和IL-29 mRNA含量明顯升高（t分別為6.84、7.76、3.65，P分別為＜0.01、＜0.01、＜0.05），IFNγ和IL-28A mRNA含量差異無統計學意義（t分別為0.32和1.43，P均＞0.05），見圖8。VR1012-ATP1B1組HepG2細胞中RIG-I和MDA5蛋白表達高于VR1012組，見圖9。表明ATP1B1通過上調細胞內抗病毒PRRs，誘導Ⅰ和Ⅲ型IFN的表達，實現抑制HBV復制的功能。

圖8 過表達ATP1B1對HepG2細胞中細胞因子表達的影響Fig.8 Effect of ATP1B1 overexpression on expression of cytokines in HepG2 cells

圖9 過表達ATP1B1對HepG2細胞中RIG-Ⅰ和MDA5表達的影響Fig.9 Effect of ATP1B1 overexpression on expressions of RIG-Ⅰand MDA5 in HepG2 cells

2.7 過表達A T P1B1對I S G表達的影響 與VR1012組比較，VR1012-ATP1B1組HepG2細胞中ISG15、ISG56、OAS2和BST-2 mRNA含量顯著升高（t分別為7.33、7.52、8.04、6.83，P均＜0.01），GBP-1 mRNA含量差異無統計學意義（t=0.45，P＞0.05），見圖10。推測ATP1B1可通過誘導一系列ISG的表達發揮抗HBV作用。

圖10 過表達ATP1B1的HepG2細胞中ISG的表達水平Fig.10 Expression levels of ISG in HepG2 cells overexpressing ATP1B1

3 討論

HBV感染已成為長期存在的全球性公共衛生問題，隨著基因工程疫苗的生產和使用，乙肝疫苗的接種率逐年上升，HBV感染率呈下降趨勢，但每年仍有眾多患者死于HBV感染引發的各種肝病。因此，尋找抗病毒療法仍是治療HBV感染的重要研究方向之一［16］。

由于HBV缺少體外感染模型，本實驗采用了瞬時轉染模型，在肝細胞來源的細胞系HepG2和經重組方法穩定表達HBV的HepG2.2.15、HepAD38細胞中，測定了過表達和沉默ATP1B1蛋白對于HBV復制的影響，結果顯示，ATP1B1過表達可下調HBV總DNA、RNA和胞外HBsAg的含量；沉默ATP1B1明顯增強肝細胞內HBV DNA和RNA的水平，同時誘導胞外HBsAg表達水平的上升。因此，ATP1B1具有拮抗HBV復制的功能。有報道表明，ATP1B1同家族蛋白可通過協同抗病毒因子BST-2和介導HBsAg的泛素化降解實現抗病毒作用［17］；另有研究發現，ATP1B3對HIV和EV71具有不同的調控作用［8-9］。本實驗對ATP1B1與HBV作用機制的研究發現，ATP1B1可誘導細胞內模式受體RIG-Ⅰ和MDA5的表達，進而增強肝細胞內Ⅰ和Ⅲ型IFN的表達，使肝細胞在ATP1B1的作用下，產生更多的ISG蛋白，最終實現抗HBV的功能。

IFN和ISG是天然免疫的重要因子。本實驗結果顯示，ATP1B1可誘導細胞內Ⅰ和Ⅲ型IFN表達，其中Ⅲ型IFN表達較弱，同時，細胞中RIG-Ⅰ和MDA5的表達水平升高，推測ATP1B1可通過上調細胞內RIG-Ⅰ和MDA5調控IFN的表達，具體誘導機制尚需進一步研究。IFN可通過JAK／STAT等通路誘導細胞內ISG的表達。研究發現，一系列ISG的表達，可通過不同機制發揮抗病毒功能，如非允許性細胞中存在的載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽樣蛋白3G，該蛋白是機體內在的抗病毒因子，其在HIV反轉錄過程中，利用其胞嘧啶脫氨酶的活性，使所形成的病毒負鏈cDNA中的胞嘧啶脫氨，降低病毒感染力［18］。BST-2則可通過將病毒粒子錨定在細胞膜上，限制病毒釋放實現抗HIV和HBV的功能［15］。本實驗對已知的抗病毒ISG進行了測定，結果發現，ATP1B1可誘導以Ⅰ型IFN誘導的ISG15、ISG56、OAS2和BST-2等抗病毒因子，推測這些因子是ATP1B1抗HBV的主要下游因子。綜上所述，ATP1B1在不影響肝細胞增殖的情況下，可能是通過誘導Ⅰ型IFN（IFNα、IFNβ），上調肝細胞內ISG15、ISG56、BST-2和OAS2等ISG，利用不同機制抑制HBV在肝細胞內的復制，本實驗為尋找抗HBV的新治療靶點和方法提供了實驗依據。