第三病毒的增殖

1、第三章 病毒的增殖病毒的增殖是病毒侵入寄主细胞后，利用宿主细胞的成分和生物合成机构，以病毒核酸为模版来合成病毒本身成份，并装配成新的子代病毒子的过程。这一过程不同于细胞性生物的繁殖（二分裂或有丝裂等），故称为增殖成复制，而有别于繁殖。对于病毒增殖过程和生物合成的研究，不仅关系到病毒病的防治，而且涉及生命起源和肿瘤学等重大理论和实践课题。有关生命本质及其起源的研究，必须从非细胞形态的生命物质开始。在这方面，病毒是最理想的模型。例如，在有适当的前体和酶的存在条件下，提纯的病毒RNA或DNA甚至可在试管内增殖。同样，病毒RNA可在试管内于细菌的核蛋白体上译制病毒蛋白质。病毒核酸和病毒蛋白质也可在试管

2、内装配成为完整的病毒子等。又有人认为，病毒可有以“附加基因”的方式，结合入细胞遗传物质，成为生物进化的原因。肿瘤，就其本质来讲，是细胞基因突变的结果。病毒至少是肿瘤病因中的一个重要因素。目前发现的脊椎动物肿瘤病毒已经超过30种，而有致肿瘤特性的病毒约有150多种。最近证明，RNA致瘤病毒可借反录酶的作用，在细胞内复制出含有病毒信息的DNA，结合入细胞DNA，改变细胞的遗传性，干扰细胞的正常生命活动而导致细胞恶性变。最近发现“缺损病毒”，没有完整的病毒子构造，可能只有核酸的片段残留在细胞中，与细胞染色体结合而逐代传递，成为细胞恶性变的原因。病毒性疾病的化学预防和化学治疗，已被证明是完全可能的，实

3、践中也已取得初步成果。目前发现的一些不见于正常细胞而为病毒增殖所必需的核酸合成酶和其他蛋白质，为病毒病的的化学防治提供了进一步的可能性。而对病毒生物合成各环节的深入了解，则为选择适当药物，切断病毒增殖周期，阻碍病毒增殖而达到防治目的，创建现实的基础。第一节 病毒的增殖场细胞病毒由于缺乏自身增殖所需的完整酶系统，增殖时必须依靠宿主细胞合成核酸和蛋白质，甚至直接利用宿主细胞的某些成分，这就决定了病毒在细胞内专性寄生的特性。活细胞是病毒增殖的唯一场所，也是病毒生物合成所需的能量和材料的主要供应者。一、细胞膜细胞膜是病毒感染时，病毒粒子遇到的第一个表面。胞膜外层表面的特性决定着病毒子能否对其发生特异性

4、吸附。细胞膜及其下层胞浆的运动，则对已经吸附的病毒子呈现吞饮作用。就某些病毒来说，胞膜也是病毒感染末期病毒子脱离细胞的最后一个屏障。但在另一些病毒，例如大多数带有囊膜的病毒，胞膜都是病毒生物合成的一个最后阶段：病毒子在胞膜上出芽成熟，已经改变了的胞膜成分变为病毒子的组成部分。二、胞浆胞浆是病毒成分的重要合成部位。病毒蛋白质的合成以及绝大多数RNA病毒核酸复制，发生于胞浆内。于DNA病毒，痘病毒的DNA也在胞浆内合成，痘病毒甚至可在去核细胞内合成病毒DNA和病毒蛋白质。病毒子的装配也多数在胞浆内进行。某些病毒还在胞浆内形成包涵体。胞浆内含有的许多细胞器，在病毒增殖过程中起着一些重要作用如下：1线

5、粒体：线粒体参与细胞的能量代谢活动和蛋白质合成。在病毒增殖过程中，线粒体可能是一个供能机构。2高尔基氏体：高尔基氏体与细胞内物质的储存、聚集和转运有关。参与细胞分泌颗粒、初级溶酶体等的形成，并可能与糖蛋白和粘多糖的合成有关。3核糖体：许多核糖体由mRNA多核苷酸链连接起来，形成聚核蛋白体，成为细胞合成蛋白质的主要场所。病毒多肽链也可能都是在核蛋白体上合成的，即使是在细胞核内增殖的病毒，例如腺病毒和疱疹病毒等。4溶酶体：在某些病毒的感染过程中，病毒子被吞（饮）入细胞，存在于吞饮泡内，由于溶酶体与吞饮泡的膜融合，酶类释出，使病毒子降解，从而有助于病毒脱壳和释出核酸。另外，在某些病毒感染时，溶酶体膜

6、的通透性增高，溶酶体酶渗出于胞浆内，引起细胞自溶，这可能是病毒感染中细胞死亡的一个原因。5胞核：许多病毒，包括大多数DNA病毒和少数RNA病毒，在胞核内合成核酸，与胞浆糖体上形成并转运到胞核内的病毒蛋白质装配成核衣壳。某些病毒，例如疱疹病毒，再在核膜上出芽时获得囊膜。这些在胞核内增殖的病毒还常在感染细胞核内形成包涵体。流感病毒的RNA和病毒蛋白质看来都在胞核内合成，并迅速结合成螺旋样病毒核蛋白。第二节 病毒的增殖过程动物病毒的增殖过程大致为：病毒吸附于易感细胞表面；穿入细胞内；脱去衣壳和暴露核酸；转录信使RNA、转译衣壳蛋白和复制子代核酸等一系列生物合成；子代核酸和衣壳装配在一起，有时还要加一

7、层囊膜才能达到成熟阶段；最后从宿主细胞释放出来。这些过程有些是同时进行的，有些是交叉进行的，不能截然分开。据此，病毒增殖过程可分为吸附、侵入与脱壳、病毒成分的合成及装配与释放4个主要阶段，也有人分为6个阶段。病毒的吸附、侵入和脱壳是病毒感染宿主细胞的开始阶段，即早期感染阶段。吸附是对所有病毒均适合的术语，表示细胞和病毒的最初接触，而侵入和脱壳，则因各类动物病毒进入细胞时所发生的现象不同，是个不恰当的术语，有一种从未能证明过的积极主动的过程。相反，病毒吸附后没有更多的活动，侵入是病毒表面和细胞表面受体间的物理化学互补作用的结果。病毒的侵入，意味着开始了病毒感染的细胞内阶段，在细胞膜的胞质侧面出现

8、了病毒核酸或功能性病毒核蛋白。虽然，有些病毒几乎整个病毒体必需穿过胞质膜而引起感染，但绝大多数病毒只需要一个病毒组成部分或单独的核酸进入。例如有的病毒其完整的病毒子进入细胞质，可能并不导致有效的感染，反而使自身被消化。多数情况下，病毒侵入与脱壳同时进行，而释放出核酸或功能性核蛋白。在病毒脱壳后，再不能从感染细胞检出具有传染性的病毒，在电镜下也不能看到病毒子，直到新的子代病毒出现。故将从脱壳开始直到子代病毒出现，这一阶段称为隐蔽期，这一期内主要进行着病毒成分的合成和装配。一、病毒的吸附（一）吸附过程一般认为病毒对宿主细胞的吸附可分为二个阶段。1第一阶段：病毒最初的吸附呈可逆性结合状态，这种结合可

9、发生在037的温度范围内，而且似乎没有严格的特异性，是细胞和病毒子之间靠静电吸引而结合，故又称静电结合。实验证明，动物病毒可与带电荷的表面，例如硅酸凝胶、磷酸钙凝胶和处理的纤维素结合，甚至还可与玻璃或金属器皿的表面相结合。被抗体中和的病毒，也同样能够非特异地吸附细胞。这种结合不仅取决于当时细胞和病毒子的浓度及其相互比率，而且也受周围物质的种类以及阳离子的离子强度和pH 等条件的影响。细胞和病毒在相当宽的pH 范围内带负电荷，出现相互排斥现象，因此必须依靠阳离子以降低负电荷，促进吸引作用。通常钙镁离子的效果最好，有的则单价阳离子促使其最高限度的吸附，如脊髓灰质炎病毒、新城疫病毒、流感病毒、腺病毒

10、等。病毒与细胞间的相互作用最适宜的pH幅度，可能相当窄，有的则较宽。例如B4型柯萨基病毒在pH 3.03.5与Hela细胞吸附最好，腺病毒7型在pH 5.58.5时最能吸附在红细胞上。但从许多病毒和细胞配对来看，其相互作用的pH 范围颇不一致，有的要求不严，有时却很苛刻。这种静电结合结合的最有效例子是，霍乱弧菌的神经氨酸酶即受体破坏酶，可从细胞表面排除带负电的N-乙酰神经氨酸，以降低对流感病毒的亲和力。静电结合，固然静电键是重要的。然而，离子是否起盐桥的作用，还是在病毒与细胞间起着协助病毒或细胞糖蛋白上的蛋白或糖获得校正的互补作用，尚不清楚。2第二阶段：呈不可逆结合状态。这种结合具有温依性，结

11、合程度与温度高低在一定范围内成正比，是病毒与细胞间的特异性结合，实质上就是病毒子与细胞膜上的特异的病毒受体，即病毒子的蛋白质与细胞受体蛋白质的互补性结合，又称特异性结合。应用抗细胞血清处理细胞，常可阻止细胞发生病毒感染，可能是封闭了细胞表面的结合部位而使病毒不能吸附的缘故。相反，抗病毒抗体也可阻抑病毒对细胞的特异性吸附。必须指出，可逆与不可逆的两阶段吸附过程，可能并非所有病毒的共同规律，某些病毒一旦吸附于敏感细胞，就再不能解脱，似乎没有可逆吸附阶段的存在。（二）病毒的吸附频率各种病毒和其宿主细胞间相互作用的速度，差别很大。例如有囊膜的披盖病毒实际上一接触时就完全被吸附到宿主的单层细胞上。西方型

12、马脑炎病毒在鸡胚成纤维细胞上，30分钟内的吸附率达85%。无囊膜的二十面体病毒，如脊髓灰质炎病毒和腺病毒，在低温中吸附，其吸附比率较低，而许多有囊膜的病毒在低温中吸附似乎还是良好的。当脊髓灰质炎病毒-Hela细胞的复合物被加温时，常出现最初联结的随机离解。所有这些结果速度、病毒结合的不同牢固度和温度的影响都说明病毒和细胞开始的静电结合，其稳定性需要病毒体对细胞多价吸附。病毒与细胞的结全，可能是在大约103104次相互碰撞中，有一次在培养液中离子作用的协助下，使病毒子上某一点和细胞表面一点引起物理上的互补结合。（三）病毒与细胞吸附的机构1病毒的吸附机构：病毒的吸附机构，可能是特殊性病毒蛋白的伸展

13、。大多数有囊膜的病毒其囊膜上的糖蛋白纤突是吸附机构，如正粘和副粘病毒、弹状病毒、披膜病毒、冠状病毒以及嵌沙病毒含有这样的纤突；而有些有囊膜的病毒，如痘病毒和疱疹病毒，缺乏可见的纤突，可能由于太短，在电镜下难以辨别。对于无囊膜的病毒子其吸附机构可能是病毒伸展的蛋白纤维，或病毒结合点可能是病毒子表面个别的结构蛋白，或几个镶嵌的衣壳蛋白，如腺病毒二十面体颗粒的每个顶角壳粒伸出末端呈小球状的纤维，是由二或三种相同的线状聚合多肽加上一个可能是不同多肽的球状蛋白末端组成，这种病毒子对细胞的牢固结合，推测需要同一病毒子上的几个纤维协同结合于细胞膜的受体上。而没有突起的病毒，对细胞的吸附，是一个推测中的问题。

14、如小RNA病毒，吸附机构可能是衣壳上的某种多肽，从疏松结合的颗粒转变到紧密结合，可能是包含在膜内移动，导致多于一个的结合点接触于适当的表面结构。Crowell对小RNA病毒研究认为，衣壳是由分子量不同的VP1、VP2、VP3和VP4四种多肽组成，前三者主要形成衣壳的外层，VP4界于外层与核酸之间。前三者各自形成 b 片层结构，并在顶角形成25 Å深度的“峡谷”（Canyan），与相应受体互补，称之为病毒吸附部位（Virion Attachment Site, VAS），参与该部位组成的病毒多肽（Virin polypeptide, VP）即病毒吸附蛋白（Virion Attachme

15、nt Protein, VAP），又由于组成“峡谷”的三种多肽位置的不同，而VP2常以五聚体形式位于顶角，故认为VP2与该病毒的VAP有关。VAS不仅与吸附有关，还与病毒核酸的释放有关。用3 mol/L尿素(pH 9)于37处理CVB3（柯萨基病毒3型），最先丢失VP4使病毒子变成“A”颗粒，而“A”颗粒丢失VP2后则变成“B”颗粒并释放RNA。这与受体作用下的隐蔽期内病毒颗粒发生的改变是一致的。由此可见，VAS与病毒子的解聚密切相关。2病毒受体：病毒受体是指细胞膜上能识别VAS，并与VAS结合的结构。（1）病毒受体的形成 从进化论的观点来看，由于病毒长期适应于细胞内寄生，使其逐渐具备了对细胞

16、膜上某些固有成分的相应结合机构。这样，细胞的这些成分就成了病毒吸附的对象受体。（2）病毒受体的结构 近年来，由于对VAS研究的深入，Rossman假设了这样一种病毒受体，它具有五重对称，突出于细胞膜，能与VAS的“峡谷”形成紧密结合。这种假设已从分离到的病毒受体得到了证实。如CVB的受体为50 KD的糖蛋白，人类鼻病毒（HRV）的受体为90 KD的糖蛋白，二者均为聚合形成具有五重对称的五聚体。受体在细胞表面的分布是多拷贝的，多数病毒在每个易感染细胞上大约有104-5个受体，这也说明病毒与细胞的接合是多价的。（3）病毒受体的化学性质 病毒受体的化学本质大多数是糖蛋白，偶尔也有的是糖脂，还有些是单

17、纯蛋白。例如鼠肝炎病毒、鼻病毒、腺病毒的受体是糖蛋白，仙台病毒的受体是一种神经节苷酯，水泡性口炎病毒的受体是一种糖脂，多瘤病毒的受体是单纯的蛋白质。另外有些病毒的受体是与细胞功能密切相关的。例如狂犬病毒受体为神经细胞上的乙酰胆碱受体，EB病毒受体为B细胞表面的C3受体，牛痘病毒受体为表皮生长因子受体。（4）病毒受体的特异性 病毒吸附到宿主细胞特异的受体上，其识别机制大致可分三类：即自身自身（self-self）；锁钥匙（lock-key）；连接子介导（Linker）。受体的特异性主要表现在种系特异性，组织特异性，病毒特异性，致病作用特异性四个方面。而许多情况下，受体特异性就决定了病毒的宿主范围

18、和病毒嗜性（组织嗜性和细胞嗜性）。还值得一提的是有些细胞虽然有病毒受体，但对该病毒仍然是不易感的。这说明，细胞上存在着某一病毒的受体是否一定会造成该细胞的感染还决定于其它一些因素。如细胞缺乏翻译该病毒信息的能力。病毒受体除作为病毒吸附部位以外，还可能有促进病毒感染的作用。当病毒与受体结合后，病毒核衣壳的结构单位发生改变。由于易受细胞蛋白质的作用而可能有利于病毒的脱壳。3影响病毒与受体结合的因素：病毒与受体间的结合，主要靠一些非共价键起作用，包括静电引力、范德华力、氢键、离子键等。其中起主要作用的力是静电引力，因而电荷是病毒与受体反应的主要影响因素。根据Lonberg-Holm和Joklik研究

19、结果，病毒与受体反应，可用数学公式：描述，其V0、Vt为游离病毒在0和t分钟时的浓度，k为吸附常数，t是单位时间（分钟），C是细胞浓度。由此可见，病毒与受体反应可受以下几个方面的因素影响。（1）受体方面的因素细胞浓度。每个细胞上病毒受体的数量是相对稳定的，多在104-5个。根据Lonberg-Holm的实验结果，细胞浓度多选择在5×107/ml为宜。细胞生长时相。Morishima等在实验中发现，快速生长期细胞对病毒的吸附率是非分裂期细胞的10倍，且受体的表达还受到外界因素刺激的调节。（2）病毒方面的因素病毒颗粒的浓度。一旦宿主细胞数目确定后，则病毒受体数也就相对固定下来，因而病毒只

20、能在受体数目范围内发生反应。病毒子的浓度以5×1011/ml为宜，这样便可为每个细胞提供104个病毒子，以利其充分结合。各种病毒抑制剂。抑制剂的存在与否，也可影响病毒与受体的反应。如中和抗体的存在，则可明显抑制VAS与受体的结合；或者用蛋白水解酶处理病毒，则会破坏VAS结构，使之失去与受体结合的能力。（3）其它因素 主要是指环境因子。温度。温度过高或过低均不利于病毒与受体的结合。酸碱度。不同病毒对酸碱度的要求不同，而最适pH的范围一般在pH 4.08.5。离子的种类和浓度。一些阳离子（如Ca+、Mg+）对病毒与受体反应有促进作用。环境的粘滞度及巯基化合物的存在与否，都可能影响病毒与受

21、体反应。4病毒受体的研究方法：病毒受体研究同其它受体研究一样，常用饱和分析法、竞争分析法。研究中必需具备一个特异性强、亲和力高的探针。这个探针可以是高纯度的病毒成分，也可能是与受体结合的抗体。这里的抗体包括抗受体的抗体和抗配体抗体的抗独特型抗体（Anti-Idiotypic Antibody,Ab2），其中某些Ab2具有模拟抗原的作用。研究病毒与受体的结合、病毒的纯化要求较高的条件，还涉及到病毒的亲和力、稳定性及适用性。而受体的提取则更困难一些。一则宿主细胞成分复杂，二是缺乏理想的溶剂，它既要使受体从细胞上解离下来，而又不破坏其生物学活性，三是缺乏良好的可溶性受体的鉴定方法。这些阻碍了病毒受体

22、研究的进展。现行病毒受体探针制备方法如下：（1）抗细胞血清 Axler和Crowell等用Hela细胞免疫家兔，经吸收试验后，成功地分离到了针对CVB（柯萨奇病毒）受体的特异性抗体，并用该抗体阻断了CVB对Hela细胞的吸附。还可利用这种抗体做各种标记，以进一步研究细胞上受体的情况。（2）抗受体法 虽然受体提取很困难，但也有不少学者在不断探索。Mapoles通过病毒-受体复合物，建立了提取受体的方法。因此，可通过制备抗受体抗体，并以此作为研究受体的高度特异性、高度亲和力的探针。而且还可以通过杂交瘤技术获得单克隆抗体，这不仅可使特异性增强，还可长期稳定获得均一的抗体。（3）抗病毒抗体的抗独特型抗

23、体法 由于抗独特型抗体的分子模拟作用为受体研究闯出了一条新路，加上病毒衣壳蛋白相对容易纯化，有些学者采用抗病毒抗体的独特型抗体来研究病毒受体。Nepom等1982年用此方法研究了哺乳动物呼肠孤病毒受体，Ardman等1985年也用该法研究了白血病病毒受体，均获得成功。（4）分子克隆及多肽合成技术 通过对VAP（病毒吸附蛋白）的分子生物学研究，可用分子克隆及多肽合成技术，制备出高度特异的VAP，也可作为研究病毒受体的极好探针。5研究病毒受体的意义：归纳起来有以下几个方面的意义。（1）不仅能阐明病毒感染时的宿主范围、组织或细胞嗜性，而且可从分子水平阐明病毒的吸附机理和传播方式，这无疑对阐明病毒的致

24、病机理奠定了分子基础；（2）依据病毒受体可对病毒进行分类；（3）在病毒性疾病的预防上，为疫苗的生产提供依据。通过揭示病毒VAS（病毒吸附部位）的特殊组成和结构，以便制备更有效的疫苗、亚单位疫苗或分子疫苗，并考虑针对病毒受体的特异性免疫，为受体疫苗开辟新的途径；（4）指导设计抗病毒的新型药物。二、病毒的侵入与脱壳病毒子一旦牢固地结合到敏感细胞表面以后，感染的第二步是部分或全部的病毒子侵入细胞内，并且开始合成病毒的特异性蛋白或mRNA。动物、植物和细菌的细胞被病毒感染的方式各有其特殊性，因为它们的细胞壁本质各不相同。植物细胞有纤维素组成的坚硬细胞壁，病毒必须将细胞壁损伤后才能侵入。细菌有一层不太坚

25、实的细胞壁，一部分噬菌体（双股DNA）依靠尾端的溶菌酶将细菌细胞壁溶一小孔，将尾管刺入，注入头部的核酸，而衣壳留在外面。动物细胞没有细胞壁，病毒的侵入与植物和细菌病毒不同。对于多数病毒来说，侵入和脱壳两个步骤同时进行，对于动物病毒其侵入和脱壳过程如下。（一）侵入是指吸附于细胞上的病毒粒子部分或全部进入细胞内的过程。1吞饮作用：无囊膜的病毒多采用这一方式侵入细胞，或称为“病毒胞吞饮作用（Viropexis）”，其过程可能与吞噬现象相似。这可能是吸附病毒的那一部分细胞膜与邻近细胞膜部分之间出现了电位差，ATP酶活化，致使细胞膜发生折叠，吞陷病毒粒子，形成吞饮泡而向细胞浆内转移。2膜融合作用：这是有

26、囊膜的病毒侵入的主要方式。是病毒的脂蛋白囊膜与细胞膜吸附结合，结果病毒囊膜与细胞膜发生融合，使裸露的核衣壳直接侵入胞浆。3直接侵入：某些无囊膜的病毒，吸附于细胞受体后不形成吞饮泡而直接穿越细胞膜到达细胞浆。4裸露的核酸或核蛋白侵入：病毒粒子与细胞膜上的受体结合，由细胞表面的酶类作用，使衣壳开始解体，随后病毒核酸被吞噬或直接通过细胞膜而进入细胞内。残留的衣壳成分继续附着于细胞上，可能抑制其它病毒粒子的吸附。（二）脱壳病毒的脱壳，包括脱囊膜和脱衣壳两个过程。在没有囊膜的病毒，则只有脱衣壳的过程。1脱囊膜：多数囊膜病毒在侵入细胞的同时，通过膜融合作用脱囊膜，而将核衣壳释放入细胞浆内，如副粘病毒、疱疹

27、病毒等。而痘病毒的囊膜则在吞饮泡内脱落，吞饮泡裂解，释放核芯于胞浆内。另外还发现，吞饮泡内的病毒粒子可能通过吞饮泡与溶酶体的融合而转入溶酶体内，在溶酶体内部酸性反应的启动下，病毒囊膜与溶酶体膜融合。这一融合过程的发生极为迅速，以致核衣壳还来不及被溶酶体内的水解酶所破坏，而即被排挤到细胞浆中。2脱衣壳：就是衣壳的脱落和核酸逸出的过程，除个别病毒的脱壳是在细胞表面发生外（如肠道病毒），多数病毒的脱壳主要发生在细胞浆或细胞核内，吞饮泡和溶酶体可能起着将完整核衣壳送入这些部位的作用。也有人认为，核衣壳的裂解也发生在吞饮泡中，这种说法尚待进一步证实。因在吞饮泡内存在着由溶酶体分泌的高浓度的水解酶，包括核

28、酸酶，病毒核酸在此种环境下可能迅速被灭活。病毒脱壳必须有酶的参与。脱囊膜过程主要依靠水解酶的作用，脱衣壳过程则需借助病毒特异的“脱壳酶”。这些酶主要来自细胞，但其形成和特异性，可能接受病毒遗传信息的命令或影响。三、病毒成分的合成病毒脱壳后，再不能从感染细胞内（上）发现病毒粒子。从侵入的病毒粒子消失开始，到新的子代病毒粒子出现为止，这一段时间称为“隐蔽期”（晦暗期）。隐蔽期的长短随病毒种类而不同。痘苗病毒为10小时，脊髓灰质炎病毒为24小时。“隐蔽期”实际上是病毒增殖过程中最主要的阶段。此时，病毒的遗传信息向细胞传达，细胞在病毒遗传信息的控制下合成病毒的各种组成成分及其所需的酶类，包括病毒核酸转

29、录或复制时所需的聚合酶。最后是由新合成的病毒成分装配成完整的病毒粒子。病毒核酸自衣壳内脱出之后，必然迅速与细胞成分结合，因为只有这样，才有可能发生随后一系列的信息传递和生物合成过程。已有证据，RNA病毒的RNA分子在由病毒粒子或核衣壳内释出后，迅速与细胞蛋白质结合而形成所谓的信息体（informosome），病毒RNA从而可以直接利用细胞器，并避免细胞内核酸酶的分解作用。但也有人认为，这种信息体只是提取过程中的人为结构，并不真正出现于细胞内的病毒感染过程中。关于病毒核酸转录和复制的聚合酶（转录酶和复制酶）可能由病毒编码，但也可能由病毒诱导而由宿主细胞编码。如痘病毒、正粘病毒、副粘病毒、弹状病毒

30、、呼肠孤病毒和反录病毒等的病毒粒子内，本身就含有聚合酶或者结合有聚合酶，其他病毒则似乎依靠细胞的聚合酶。（一）病毒成分的合成过程病毒核酸的复制和病毒蛋白质的合成，可以人为地分为下列几个连续阶段。1mRNA的转录：是以病毒的核酸为模板来合成mRNA的过程。对于DNA病毒，这一过程由依赖DNA的RNA聚合酶所催化；对于RNA病毒，双链RNA病毒和部分单链RNA病毒也呈这种转录方式，由依赖于RNA的RNA聚合酶所催化，某些单链RNA病毒，病毒RNA可以直接转化为mRNA或者是病毒RNA直接呈现mRNA的作用，如脊髓灰质炎病毒。多数病毒的mRNA还须经过加工，如在5-端连上“帽”结构和在3-端加上聚腺

31、嘌呤核苷酸（poly-A）等以后，才能呈现功能。腺病毒和SV40的基因还有外显子（Exon）和内含子（Intron）之分，转录后有剪接过程，将内含子剪除，将外显子连接起来，使mRNA产生功能。DNA病毒的转录过程大多发生于细胞核内，mRNA在经过加工后离开胞核，并结合于胞浆内的核蛋白体上。但痘病毒在胞浆内增殖，病毒粒子内含有转录酶和ploy（A）聚合酶，由DNA转录的mRNA随即附着于核蛋白体。乳多空病毒和腺病毒的DNA可与宿主细胞的DNA整合，随后由整合的DNA长链转录产生一个连续性的“杂交”RNA分子，后者再行分裂。2mRNAR的译制（转译）：上述mRNA，于胞浆的聚核蛋白体上译制出具有病

32、毒信息的酶（包括DNA或RNA聚合酶）以及其它早期蛋白质。这种早期蛋白质主要用于抑制细胞的正常生物合成。此时细胞中原有的聚核蛋白体大多已被破坏，但却形成了新的病毒特异的聚核蛋白体，或在原有的核蛋白体上添加病毒mRNA，加以改造，随后由它合成病毒的特异蛋白质。但是必须指出，由于病毒都是多顺反子单位（ploy-cistronic unit），可能被正常动物细胞的核蛋白体机构译制为单一的多肽，因此，或者是每个基因诱导产生一个单顺反子mRNA分子，每个单顺反子mRNA译制一个多肽；或则整个mRNA分子作为一个单顺反子信息译成一个很大的前体多肽，随后再由蛋白分解酶将其裂解为功能多肽链和结构多肽链。于分节

33、段基因组病毒，如流感病毒和呼肠孤病毒，每个节段RNA构成一个顺反子。最近发现，SV40病毒等还存在基因重叠现象，即按读码位相的不同，而可从同一核苷酸序列表达出一种以上的多肽。新合成的早期蛋白质从两个方面呈现其对细胞代谢的抑制作用。一是抑制细胞的RNA聚合酶，从而降低细胞的RNA的合成；二是分解核蛋体或使mRNA降解，从而抑制细胞蛋白质的合成。3病毒核酸的复制：DNA病毒在DNA聚合酶的催化下，按Watson-Crick模式即碱基配对的方式进行核酸复制，先是两螺旋分离，然后形成新的互补螺旋，从而构成两个完整的新DNA分子。病毒DNA的合成，分为三磷酸核苷的合成以及三磷酸核苷聚合为多核苷酸链两个阶

34、段。大多数病毒依靠宿主细胞的代谢过程获得合成三磷酸核苷的前体，但也常可通过病毒编码的诱导酶合成一些DNA前体。在多核苷酸链的合成中，需要聚合酶、连接酶、核酸酶和解链酶等四种酶。聚合酶使核苷酸接到多核苷酸链上使其延伸。RNA病毒大多在病毒特异的依赖RNA的RNA聚合酶催化下，先行合成负链，再由负链转录成正链。故在这些RNA病毒的RNA复制过程中，可以发现中间产物（中间体）双股RNA链。其合成也以互补链的方式进行，用病毒的正链作模板合成一条互补的负链，然后再用负链作模板合成子代正链。或者反过来，以病毒的负链作模板合成一条互补的正链，然后再用正链作模板合成子代负链。有人认为，RNA复制酶可能是在转录

35、酶上添加或变换蛋白亚基而成。在RNA基因组的合成结束和病毒成熟以后，复制酶可再转变为转录酶。另外，在许多RNA肿瘤病毒中发现了“依赖于RNA的DNA聚合酶”（反转录酶）。在这种酶的催化下，可以病毒RNA为模板，合成转录有病毒RNA遗传信息的双链DNA。随后再由这种DNA按前述方式进行转录，产生RNA。双链DNA整合于细胞DNA，成为细胞遗传特征改变和恶性变的一个重要原因。4mRNA的再度转录：在新合成的RNA聚合酶的作用下，由亲代病毒和子代病毒的DNA进一步转录出第二批mRNA。某些RNA病毒则由RNA直接转化。5mRNA的再度译制：mRNA在聚核蛋白体上进一步译制出“后期”蛋白质，包括病毒衣

36、壳蛋白质以及病毒编码的其他蛋白质，后者主要用于调节病毒自身成分的合成顺序。（二）病毒的遗传机制类型1971年Baltinore曾建议以mRNA为中心，根据病毒的核酸及其转录和复制方式，可将动物病毒分为下述6个基本类型：+DNA（细小病毒）（反录病毒） I（正、副粘病毒）IV+RNA（小RNA、披膜病毒）1双股DNA病毒：除痘病毒外，其它双股DNA病毒转录是在细胞核内进行，由细胞内的依赖DNA的mRNA聚合酶催化，以半保留的方式进行RNA复制，痘病毒由于携带RNA聚合酶，转录在细胞浆内进行。2正单股DNA病毒：如细小病毒。先以病毒DNA为模板在依赖DNA的RNA聚合酶的作用下，合成一条互补的新链

37、，新链与老链之间以氢键联接呈双链DNA中间体再按半保留方式复制出又一对双链DNA。其中不含亲代DNA的新合成的双链DNA只能作为转录mRNA的模板，不能继续复制新的双链DNA。而含有亲代DNA的新合成双链DNA，则按半保留方式以负链为模板复制出新的单链子代核酸。3双股RNA病毒：该类病毒的RNA是多片段的，由其不对称地转录出mRNA，呼肠孤病毒是其主要代表。病毒核酸由疏松相连的10段双链RNA组成，外被双层衣壳。脱壳时，双层衣壳由细胞酶除去，结果留下内层衣壳、双链RNA和依赖RNA的RNA聚合酶，由其转录出单链RNA。新合成的单链RNA大多直接作为mRNA，另一些则作为合成子代RNA的模板，合

38、成相补的RNA链，结果形成一个新的双链RNA。4正单股RNA病毒：此类病毒的亲代RNA可以直接呈现mRNA的作用，同时又是合成互补（负链）RNA的模板。负链RNA又反过来复制子代RNA。依赖RNA的RNA聚合酶的合成，早于病毒RNA合成，且不结合于病毒子。某些负链在产生单链RNA的同时产生双链RNA性质的中间体，这是由于同时形成大量正链的缘故。可由中间体复制子代单链RNA，子代RNA呈现mRNA的作用，从而产生更多的病毒蛋白，同时又可作为模板产生更多的中间体，形成子代RNA。这类病毒包括小RNA病毒和披膜病毒。5负单股RNA病毒：亲代RNA不能直接呈现mRNA的作用，可借助于结合在病毒子上的依

39、赖RNA的RNA聚合酶产生正链的RNA，后者呈现mRNA的作用，或者作为模板产生负链子代RNA，其间也可能形成中间体。这类病毒包括副粘病毒、弹性病毒和正粘病毒、嵌沙样病毒、布尼安病毒等。6反录病毒（反转病毒）：该类病毒为正单股RNA病毒，在依赖于RNA的DNA聚合酶（反录酶）的催化下，以RNA为模板复制负链DNA，产生RNADNA杂交中间体，以此为模板，再合成双链DNA中间体，双链DNA整合到细胞DNA中，再由整合的病毒DNA复制子代RNA。亲代和子代RNA都能呈现mRNA的作用。这类病毒如白血病病毒和劳斯氏肉瘤病毒等许多肿瘤病毒。四、病毒的成熟和释放（一）成熟病毒的成熟就是新合成的病毒核酸和

40、病毒蛋白质在感染细胞内组合成病毒子的过程,有些在核衣壳外面还要加上一层囊膜才算成熟的病毒子。病毒的成熟是一个逐步发展的过程，首先是病毒核酸进一步分化以及病毒蛋白亚单位组合成前衣壳，随后核酸进入前衣壳而形成核衣壳，这就是装配。但病毒子的装配率甚低，DNA病毒约有一半的核酸和前衣壳不能结合成为病毒子，经常形成无核酸缺乏感染性的空病毒颗粒（空衣壳），有免疫反应，或形成有核酸但不完整的病毒子。有时还错误装配，衣壳里装入宿主DNA，缺乏病毒核酸及功能，称为假病毒子。各种病毒的装配机理基本相仿。mRNA首先合成一级多肽，接着按其氨基酸的序列而获得二级和三级结构。多肽形成单体,单体结合成壳粒，壳粒聚集成空心

41、的20面体外壳（即前衣壳（procapsid），基因组进入后前衣壳封闭而成核衣壳。对于螺旋对称的病毒，其装配机理有所不同，以单体与RNA结合而形成核衣壳。对于有囊膜的病毒，其核衣壳在核膜、胞浆空泡膜和细胞膜上出芽时，获得囊膜，构成完整病毒子。囊膜的主要成分是细胞膜或核膜，但已接受病毒改造，混有病毒所编的蛋白质。病毒所编码的膜蛋白首先在细胞膜上糖化形成糖蛋白，核衣壳移到有病毒糖蛋白的那部分细胞膜上，周围的膜将其包围，以出芽的方式获得囊膜，所有囊膜蛋白具有病毒的特征性。个别病毒如疱疹病毒可从核膜获得囊膜，又从细胞膜上获得第二层囊膜，形成双层囊膜的结构。另外，反录病毒中的C型病毒在细胞膜上边出芽边组

42、装核衣壳。对于病毒的装配部位，大多数DNA病毒在细胞核内合成DNA，装配过程亦可在细胞核内进行，结构蛋白是在细胞浆内合成后迁移到胞核内，如疱疹病毒、腺病毒和乳多空病毒。但也有的DNA病毒都在细胞浆内合成核酸和病毒蛋白，并装配成病毒子。RNA病毒都在细胞浆内增殖，但流感病毒似乎先在细胞核或核膜上形成核衣壳，血凝素和神经氨酸苷酶则在胞浆内合成后嵌入细胞膜。（二）释放装配好的核衣壳溢到宿主细胞外的过程叫释放，病毒的释放过程因病毒而异。1爆破式：细胞在感染病毒以后，代谢发生障碍，出现变性现象，细胞膜部分或全部破裂，因而大量释出病毒子，无囊膜的病毒多数采用这种方式释放。但病毒的释放数量不一定与细胞培养中

43、的病变有联系。2出芽式：为有囊膜的病毒释放方式，其过程如反吞饮，出芽过程的结束，就是病毒粒子脱离细胞表面而游离，细胞膜会自动粘合，细胞不会死亡。因此一个感染细胞不断出芽释放病毒而不会受到损伤。3排泄式：某些病毒不引起细胞病变，又不发生出芽过程，它们的释放看来是细胞排泄的结果。4转移式：某些病毒，例如疱疹病毒，很少释出于细胞外，而是通过细胞间的小桥或融合细胞而传播，使病毒子在细胞间转移。关于痘病毒的装配是在胞浆内进行，首先在病毒核酸外面形成多层膜，构成未成熟病毒子，再进一步分化，DNA与蛋白质结合形成亚铃状的芯髓，由内膜衍化形成侧体，再由管形的脂蛋白亚单位构成排列不规则的外膜，而形成成熟的病毒子

44、，通过细胞表面微绒毛慢慢释放或转移到其它细胞。综上可见，各类病毒的繁殖周期基本上都经过上述几个阶段，但一个周期的所需时间却相差甚大。一般地讲，DNA病毒较长，如腺病毒需48 h；RNA病毒较短，如微RNA病毒仅需68h。第三节 病毒的不完全增殖和缺损病毒细胞内的病毒感染，并不必然产生成熟的子代病毒。某些病毒或一些病毒在某些条件下，虽在细胞内感染合成病毒成分，但不能装配成完整的病毒粒子，这种现象叫不完全增殖或不完全复制，所形成的不成熟病毒子，称为缺损病毒子，这类病毒为缺损病毒。缺损病毒是病毒核酸所携带的基因不完全或缺乏一些必要的基因，而在细胞内不能增殖，必须和有关病毒共同寄生，通过后者补足其缺陷

45、，才使缺损病毒得以增殖。这种能帮助缺损病毒增殖的病毒称帮助病毒或辅助病毒。缺损病毒不同于病毒的装配率不高。前者是病毒缺乏基因而不能完全增殖，它们的核酸、衣壳都能形成，就是装不起来，或能形成核酸而不能形成衣壳，或仅形成一些核酸片段等；后者是病毒的部件合成后，一些核酸和病毒蛋白质没能装配到一起形成完整病毒子，成不完整病毒子或假病毒子，而另一些则装成成熟的病毒子。就目前对缺损病毒的了解，存在以下2种类型的缺损：1始终呈现缺损状态：如腺联病毒（adeno-associated virus），只有在同腺病毒混合感染的情况下，才能增殖并形成完整病毒。这是因腺联病毒缺乏某种或某些必要的蛋白质结构或酶，而腺病毒的基因或基因产物恰好补充其不足，而得以形成完整病毒子。而再次单独感染又呈缺损状态。2呈条件性缺损状态：某些病毒在某种细胞内或某种温度下呈现缺损，而在另一些条件下却正常增殖形成完整病毒子。如腺病毒在猴源组织培养细胞内，呈缺损状态，在SV40的辅助下，才能形成完整病毒子，是由于这类宿主细胞缺乏腺病毒增殖所需的某些酶类的缘故。后来发现几乎所有病毒都可在特定条件下，例如于不太敏感的细胞内以及用原黄素和5-溴脱氧尿核苷等诱变剂处理时，出现