第十二章感染性疾病的分子生物学

2023/5/241第十一章感染性疾病的分子生物学

第一节病原菌致病的分子机制第二节病毒致病的分子机制第三节典型感染性疾病分子机制举例第四节病原微生物基因组学研究22023/5/2432023/5/24病原菌的侵袭力是细菌突破宿主机体免疫防御机制，并在宿主生理环境中定居、生长繁殖和扩散的能力毒力因子是指病原体表达和分泌的致病相关的物质病原菌的致病性依赖于病原菌的毒力（侵袭力、毒力因子）和机体的免疫力细菌和病毒的感染以及易感性都取决于致病病原体的基因表达产物与宿主的相互作用

42023/5/24第一节病原菌致病的分子机制外毒素：主要的毒力因子由病原菌合成分泌通过与靶细胞受体结合作用于细胞的膜结构及信号转导、基因表达等过程内毒素：由病原菌裂解时释放通过激活单核吞噬细胞系统释放细胞因子而起作用52023/5/24毒素来源毒素名称宿主靶分子作用方式作用部位百日咳鲍特菌腺苷酸环化酶毒素ATP被吞噬后在细胞内被钙调蛋白激活，催化cAMP的生成呼吸道杯状细胞炭疽杆菌水肿因子EFATP在细胞内被钙调蛋白激活，催化cAMP的生成吞噬细胞内霍乱弧菌霍乱肠毒素CTGsADP-核糖化，Gs持续活化，导致cAMP聚积小肠粘膜大肠杆菌热不稳定毒素LTGsADP-核糖化，Gs持续活化，导致cAMP聚积肠道粘膜一些细菌毒素的种类及其作用62023/5/24第二节病毒致病的分子机制一、病毒进入细胞的机制病毒的致病性主要取决于病毒能否进入宿主机体并接触到易感细胞、进入细胞后能否损伤细胞二、病毒感染对宿主细胞造成的损伤病毒核衣壳（nucleocapsid）包膜（envelope）刺突（spike）核酸（nucleicacid）

DNAorRNA衣壳（capsid）衣壳粒核酸蛋白质衣壳82023/5/24

病毒缺少完整的酶系统，不具有合成自身成份的原料和能量，也没有核糖体，病毒必须侵入易感的宿主细胞，依靠宿主细胞的酶系统、原料和能量复制病毒的核酸，借助宿主细胞的核蛋白体来合成病毒的蛋白质病毒感染性疾病发生的前提是病毒进入宿主细胞病毒具有专性寄生特性病毒的这种增殖方式叫做“复制（replication）”92023/5/24一、病毒进入细胞的机制

由宿主基因组所编码、控制和表达的一组能参与病毒结合、相互作用联结、便于病毒感染宿主细胞、位于细胞膜表面的蛋白质组分1.病毒受体(virusreceptor)定义102023/5/24部分病毒的受体

病毒感染细胞受体脊髓灰质炎病毒HeLa免疫球蛋白超家族鼻病毒HeLa粘附因子ICAM-1狂犬病毒横纹肌乙酰胆碱受体EB病毒B淋巴细胞2型补体受体（CR2CD21）流感病毒A与B型和副黏病毒红细胞糖蛋白或神经节苷脂9-O-乙酰-N-乙酰神经氨酸流感病毒CMDCK乙酰神经氨酸膜辅蛋白因子麻疹病毒HEKCD46艾滋病病毒HIVT淋巴细胞CD4、CCR5乙型肝炎病毒HBV肝细胞、？IgA受体？112023/5/242.病毒感染细胞机制

病毒吸附(adsorption)

↓

穿入（penetration）

↓脱壳（uncoating）

↓生物合成

↓病毒颗粒的装配、释放（release）

复制周期（replicationcycle）

122023/5/24二、病毒感染对宿主细胞造成的损伤●

阻止细胞大分子合成●

细胞功能的障碍

●

影响溶酶体及细胞器的功能●

影响细胞凋亡●

直接杀伤宿主细胞

1.直接作用132023/5/242.免疫病理损伤作用定义

病毒抗原刺激宿主的免疫应答对机体造成间接损伤损伤方式

B淋巴细胞介导的病理损伤

诱发自身免疫反应病毒超抗原诱发反应一、乙型肝炎病毒

（hepatitisBvirus,

HBV）全世界有3.5亿慢性携带者，75%在亚太地区每年有一百万人死于HBV感染，是全球范围内第9位死因中国：50%~70%的人受过感染，8%~10%是HBV携带者

世界其它地区亚太地区75%75%的长期慢性携带者来自亚太地区第三节典型感染性疾病分子机制举例形态结构：乙肝患者血清中发现3种相关颗粒小球形颗粒：HBsAg不含核酸管形颗粒：小球形颗粒串连成(这两种颗粒均由与病毒外壳相同的脂蛋白乙型肝炎表面抗原组成，不含核酸，故没有传染性。)大球形颗粒：为完整的病毒颗粒，具传染性（DANE颗粒）:DNA、逆转录酶HBV的小球形颗粒HBV的管形颗粒Dane颗粒直径42nm，由外膜和核壳组成；结构：包膜：由表面抗原糖蛋白、质膜组成；

核衣壳：由E抗原蛋白构成

核心：含基因组DNA、逆转录酶核心抗原等；传染性强。HBV的结构（立体图）HBV形态结构大球形颗粒（Dane颗粒）小球形颗粒管形颗粒（一）病毒基因组结构3.2kb双链DNA病毒不完全双连环状DNA

长链L为负链：有4个开放阅读框S、C、P、XS区编码外膜蛋白（HBsAg）

C区编码HBeAg、HBcAgp区编码DNA聚合酶

X区位编码X蛋白，可能与病毒蛋白表达有关。

短链S为正链：长短不一pre-s1

pre-s2S

P

C

pre-c

XHBVDNA3.2kbpre-S1pre-S1蛋白pre-S2

pre-S2蛋白S

HBsAg

pre-C

HBeAg

C

HBcAgPDNAPX

HBxAgHBV基因组结构HBV基因组复制HBV基因检测及分型的常见方法

基因测序法

PCR-RFLPELISA

生物芯片实时荧光PCR感染年龄与肝损伤的关系年龄肝

备注成人90%完全恢复其中1/3肝功能损害10%转为慢性携带者慢性迁延性肝炎慢性活动性肝炎婴幼儿30%转为慢性免疫系统不成熟，难以清除HBV.新生儿90%转为慢性乙肝疫苗三.人类免疫缺陷病毒（HIV)HIV，humanimmunodeficiencyvirusAIDS，acquiredimmunodeficiencysyndromeHIV为艾滋病的病原体。现已发现引起艾滋病的病毒有HIV-1、HIV-2、HIV-3三种。1998年底艾滋病感染者和艾滋病患者总数为3.340万，已死亡1.390万，是全球十大主要死因之一。艾滋病病毒(HIV)艾滋病病毒，即“人类免疫缺陷病毒”，简称HIV。HIV病毒是一种能攻击人体免疫系统的病毒。它把人体免疫系统中最重要的T4淋巴细胞作为攻击目标，大量吞噬、破坏T4淋巴细胞，从而破坏人的免疫系统，最终使免疫系统崩溃，使人体因丧失对各种疾病的抵抗能力而发病并死亡。感染成功急性期症状诊断艾滋病死亡-

4-8周-出现症状8-10年1年0.5-2年HIV抗体-HIV抗体+,无症状有症状HIV抗体+艾滋病感染艾滋病后的自然发展过程HIV病毒粒子的

形态结构和感染1、形态：球形(100~120nm)包膜：糖蛋白刺突：gp120（刺突）

gp41（跨膜）结构

两条相同单股正链RNA

核心核酸内切酶

逆转录酶HIV人体（病毒血症）病毒gP120与CD4细胞（CD4分子）结合HIV-RNA进入细胞（转为DNA）1、HIV-DNA与宿主细胞DNA整合长期潜伏2、随细胞DNA转录，缓慢释放病毒3、大量病毒同时产生CD4细胞破裂致病过程①HIV-1基因组由9个基因组成，编码15种蛋白。Gag、Pol和Env编码结构蛋白。Tat、Rev编码调控蛋白，Nef、Vif、Vpu、Vpr编码辅助蛋白。②HIV-2基因结构与HIV-1有差别：它不含Vpu基因，但含编码X蛋白的Vpx基因。1.Gag基因编码病毒的核心蛋白.

先形成一个分子量大约是55kD的前体蛋日（p55），然后在HIV蛋白酶的作用下裂解成p17、p24、p15三个蛋白质。p24和p17分别参与构成HIV颗粒的内壳和内膜，使RNA不受外界核酸酶破坏,p15进一步裂解成与病毒RNA结合的核壳蛋白p9和p7.

2.Pol基因编码病毒复制所需的酶类.

编码合成160kD的gag-pol前体蛋白，从N端至C端分别产生蛋白酶（PR）、逆转录酶（RT）、核糖核酸酶H及整合酶。作用是参与多种蛋白的水解与合成，促进病毒整合入宿主细胞基因。均为病毒增殖所必需。3.Env基因编码核心蛋白、多聚酶和外膜蛋白.

先编码约863个氨基酸的前体蛋白并糖基化成gp160，gp120和gp41。gp120含有中和抗原决定簇，已证明HIV中和抗原表位在gp120V3环上，V3环区是囊膜蛋白的重要功能区，在病毒与细胞融合中起重要作用。gp120与跨膜蛋白gp41以非共价键相连。gp41与靶细胞融合，促使病毒进入细胞内。实验表明gp41亦有较强抗原性，能诱导产生抗体反应。4.Pro基因（Gag与Pol重叠的序列）编码蛋白酶p22

p22在裂解上述HIV蛋白前体形成终末成熟蛋白的过程中起着主要作用。5．Tat基因编码tat蛋白（P14)

主要位于核内，可与LTR结合以增加病毒所有基因转录率，激活转录的起始并促进转录物的延长,也能在转录后促进病毒mRNA的翻译。是HIV两种重要的调节因子之一。

6．Rev基因产物是一种顺式激活因子(96kD的磷蛋白)

主要定位于核内，rev结合于RRE，促使病毒转录出各种mRNA，由细胞核进入胞浆，并使其保持稳定。能对env和gag中顺式作用抑制序列去抑制作用，增强gag和env基因的表达，以合成相应的病毒结构蛋白。是HIV第2种必需的调节因子。7．Nef编码多功能nef蛋白（P27）

是一种负调控蛋白，作用于HIVcDNA的LTR，抑制整合的病毒转录。能对env和gag中顺式作用抑制序列去抑制作用，增强gag和env基因的表达，以合成相应的病毒结构蛋白。

8．Vif基因编码病毒感染因子

在一些细胞因子协同下，促进HIV在细胞内复制。

9.vpu基因编码U蛋白

促进HIV-1从