HIV 出芽与自组装模型：细胞膜的作用

从宿主细胞质膜出芽是人类免疫缺陷病毒（HIV）生命周期中不可或缺的一步，HIV 属于包膜 RNA 病毒大家族中的逆转录病毒。与常规包膜病毒不同，逆转录病毒的出芽过程与逆转录病毒蛋白亚基（Gags）在细胞膜上自组装成球形病毒衣壳是{\em 同时}发生的。受这一独特的出芽与组装机制启发，我们研究了逆转录病毒出芽的自由能谱，综合考虑了 Gag-Gag 吸引能与膜弹性能。我们发现，若 Gag-Gag 吸引力较强，出芽总能进行到底。在出芽早期，部分出芽衣壳的天顶角 $\alpha$ 随时间增加，满足 $\alpha \propto t^{1/3}$。然而，当 Gag-Gag 吸引力较弱时，会出现部分出芽的亚稳态。在线性近似下，这些部分球形衣壳的天顶角由 $\alpha_0\simeq(\tau^2/\kappa\sigma)^{1/4}$ 给出，其中 $\kappa$ 和 $\sigma$ 分别为膜的弯曲模量和表面张力，$\tau$ 是与 Gag-Gag 吸引强度成正比的衣壳线张力。数值计算表明，在无任何近似的情况下 $\alpha_0<0.3\pi$。利用实验参数，我们证明了在正常生物条件下，HIV 的出芽与组装总能进行到底。另一方面，通过改变 Gag-Gag 相互作用强度或膜刚性，可以相对容易地在完全出芽与部分出芽之间进行调控。我们的模型与观察到包括 HIV 在内的逆转录病毒部分出芽的实验结果吻合较好。