现代生物学导论人体健康与重大疾病

细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传特征的变化。这种核酸序列的变化称为基因突变(mutation)。■基因突变和DNA损伤与修复基因突变可以是DNA序列中单个核苷酸或碱基发生改变，也可以是一段核酸序列的改变。DNA序列中涉及单个核苷酸或碱基的变化称为点突变。在一个基因内发生的点突变通常有两种情况：一是一种碱基或核苷酸被另一种碱基或核苷酸所替换；二是一个碱基的插入和缺失当前第1页\共有96页\编于星期四\9点一种碱基被另一种替换点突变——替换当前第2页\共有96页\编于星期四\9点同义突变错义突变点突变——替换当前第3页\共有96页\编于星期四\9点点突变——插入或缺失会造成翻译过程中其下游的三联密码子都被错读，产生完全错误的肽链或肽链合成提前终止。当前第4页\共有96页\编于星期四\9点

基因突变的原因－多种多样：DNA复制错误造成碱基的替换、插入或缺失等自发突变。自然界各物种突变率都较低，估计在细胞每一世代中，109个碱基对只有一对碱基发生突变DNA损伤或突变的“校对”和修复机制－DNA突变是进化所必需，但也必须有相对的稳定性。外界因素如某些化学物质［诱变剂］、紫外线、电离辐射等都可能诱导基因突变的发生。基因突变的结果：改变了蛋白质(酶)的结构与功能.可能使生物体的形态、结构、代谢过程和生理功能等特征发生改变，严重的突变则影响生物体的生活力或导致生物个体的死亡。当前第5页\共有96页\编于星期四\9点错义突变的例子——镰状细胞贫血症编码血红蛋白b肽链上一个决定谷氨酸的密码子GAA变成了GUA，使得b肽链上的谷氨酸变成了缬氨酸，引起了血红蛋白的结构和功能发生了根本的改变当前第6页\共有96页\编于星期四\9点镰刀形红细胞当前第7页\共有96页\编于星期四\9点人体肤色的差异起因于单个密码子的错义突变当前第8页\共有96页\编于星期四\9点人类早衰突变当前第9页\共有96页\编于星期四\9点老鼠的行为突变a)野生型母鼠在生下幼鼠之后会表现出自动照看并喂食幼鼠的行为.b)一种fosB基因突变的纯合子母鼠在生下幼鼠之后任凭幼崽自己行动,不闻不问,十分冷漠.幼鼠由于缺少照看与哺养很快死亡.当前第10页\共有96页\编于星期四\9点10人体健康与重大疾病预防10.1基因与人类疾病（癌症为例）10.2人体免疫与防御系统10.3HIV病毒与艾滋病10.4禽流感流行的分子机制10.5人类基因组计划当前第11页\共有96页\编于星期四\9点10.1基因与人类疾病疾病的概念

传统观点：由致病因素的作用于机体后，机体的稳态被破坏；

现代分子医学观点：由细胞中的基因通过细胞受体和细胞转导途径对疾病信号作出应答，导致特定蛋白质结构或功能发生变异的结果。基因及其调控是否正常决定人体健康或疾病的基础。引起疾病的原因－生物感染因素：致病微生物等病原体对人体的感染是最主要、常见的致病因素，包括细菌、病毒、真菌、支原体、原生动物等；遗传性因素：机体细胞遗传物质的异常改变，包括染色体畸变和基因突变免疫性因素：免疫系统出现问题，导致免疫反应低下、缺陷或异常；物理性因素：包括暴力、各种事故、自然灾害、工伤、紫外线、辐射等；化学性因素：强酸、硷、化学毒物、生物毒物、环境有害物质；营养物质精神性因素：精神、心理和社会因素引起的抑郁症、神经衰弱等。当前第12页\共有96页\编于星期四\9点

癌症－肿瘤发达国家1/5的人死于肿瘤，是人类健康的“杀手”20世纪80年代以来全球癌症发病人数一直呈逐年上升趋势，99年后出生1/3威胁癌症发生的原因和机理很复杂，根源是控制、调节细胞生长与分裂的基因异常引起细胞癌变。由于环境因素（包括病原体等因素），或遗传因素，或环境与遗传因素的相互作用等，都可能导致基因突变的发生，也可能导致基因表达调控的失常使细胞生长与分裂失控，从而引发癌症。是医学界面临的重大课题。从分子水平来解释某些与基因表达相关的人类重大疾病如肿瘤就可为基因诊断和治疗提供依据。当前第13页\共有96页\编于星期四\9点化学致癌物质-引发的癌症占人类癌症病因的80％以上（大多数直接或间接作用细胞内DNA、RNA和蛋白质）石棉、无机砷等当前第14页\共有96页\编于星期四\9点逆转录病毒与肿瘤当前第15页\共有96页\编于星期四\9点

1911年，美国科学家P.Rous发现鸡肉瘤提取液中存在sarcomavirus，感染鸡引起成纤维细胞癌变。发现是RNA病毒，称Rous肉瘤病毒－RSV，逆转录病毒

Rous的发现揭示了RNA到DNA的遗传信息流向！是对中心法则的扩展，1966年获诺贝尔奖，Rous已87岁。

70年代发现致癌的是逆转录病毒RSV中的一个基因，它能使正常的鸡细胞转化成恶性癌细胞，命名为src，这是研究发现的第一个癌基因，称为v-src。1977年Varmus和Bishop用DNA重组技术意外发现正常鸡细胞核DNA中原来就有可使鸡细胞癌变的src基因，通过RAV-O病毒感染鸡细胞和逆转录过程，形成了致病病毒，命名为c-src。Varmus和Bishop的发现于1987年也获得诺贝尔奖

c-src来源于正常鸡酪氨酸激酶基因，但已经发生了许多突变。当前第16页\共有96页\编于星期四\9点ThestructureoftheRoussarcomavirus(RSV).劳氏病毒属于逆转录病毒。在鸡细胞中原来就存在src基因。viralsrcgene(v-src)

normalcellular

c-src(orjustsrc).当前第17页\共有96页\编于星期四\9点癌基因

oncogene，如v-src、ras原癌基因pro-oncogene,如c-src癌基因是控制细胞生长分裂的正常基因的突变形式，能引起细胞癌变。已分离鉴定的癌基因有70多个，它们大多是编码生长因子、生长因子受体、信号转导蛋白、蛋白激酶或转录激活物的基因。原癌基因的结构变化或失控就会演变成癌基因。当前第18页\共有96页\编于星期四\9点癌基因起源于原癌基因原癌基因是一些与调节和控制细胞生长、分裂和细胞周期相关的基因。原癌基因的结构变化或者失控就会演变成癌基因。4种类型的突变

当前第19页\共有96页\编于星期四\9点DNA肿瘤病毒大约15%的人肿瘤与病毒有关当前第20页\共有96页\编于星期四\9点DNA肿瘤病毒使肿瘤抑制基因不能正常发挥作用，导致细胞大量增殖当前第21页\共有96页\编于星期四\9点腺瘤和腺癌在早期的区别当前第22页\共有96页\编于星期四\9点肿瘤抑制基因与肿瘤肿瘤抑制基因－抑制细胞过度生长的基因，肿瘤抑制基因的突变也与癌症发生相关（已经发现10多种肿瘤抑癌基因）

P53－1979年第一个发现的抑癌基因，是一种核磷蛋白，当细胞受损时，p53表达增高，阻止受损细胞进入细胞周期，DNA修复后回复才启动细胞周期，如不能修复，就启动细胞凋亡。Retinoblastomaprotein（RB）－另一个重要的抑癌基因当前第23页\共有96页\编于星期四\9点DNAdamageMDM2p21GADD45BaxG1/G2arrestApoptosisChk2P53PP53DNArepairUV-IRATM?FastdegradationMdm2Thep53：pathwayofcellcyclecontrol－－－或促进修复，或诱导凋亡当前第24页\共有96页\编于星期四\9点Thep53：pathwayofcellcyclecontrol当前第25页\共有96页\编于星期四\9点RetinoblastomaRB基因:导致视网膜纤维瘤1:20,000livebirths当前第26页\共有96页\编于星期四\9点Rbmutationshavebeenfoundinvarioustumorswithpenetrance<<100%e.g.

Osteosarcoma Breastcancer Lungcarcinoma Bladdercarcinoma Renalcellcarcinoma Prostatecarcinoma Leukemia CervicalcarcinomaInactivationofRBgeneisanimportantsteptowardtumorigenesisImplication:当前第27页\共有96页\编于星期四\9点当前第28页\共有96页\编于星期四\9点通过培养的细胞生长状态鉴定RB突变是否为纯合子当前第29页\共有96页\编于星期四\9点大多数肿瘤来自一个异常细胞Thegrowthofatypicalhumantumorsuchasatumorofthebreast.EvidencefromX-inactivationmosaicsdemonstratesthemonoclonaloriginofcancers当前第30页\共有96页\编于星期四\9点癌的发生是一个多次突变积累的复杂过程，（通常认为，单个突变不足以引起肿瘤）当前第31页\共有96页\编于星期四\9点癌变的多步模型---结肠癌当前第32页\共有96页\编于星期四\9点细胞癌变的分子机制1)细胞癌变的关键是正常细胞生长与分裂的失控.细胞癌变形成肿瘤细胞，肿瘤细胞分裂产生的子代细胞也是肿瘤细胞，肿瘤细胞还能转移、扩散到其他部位形成新的肿瘤；癌变通常发生在必需不断更新的组织细胞,由于频繁复制可积累突变.当前第33页\共有96页\编于星期四\9点VirusAssociatedTumorsAreasofHighIncidenceVirusesAssociatedwithHumanCancersDNAvirusesPapovavirusfamilyPapillomavirus(manydistinctstrains)warts(benign)worldwidecarcinomaofuterinecervixworldwideHepadnavirusfamilyHepatitis-Bviruslivercancer(hepatocellularcarcinoma)SoutheastAsia,tropicalAfricaHerpesvirusfamily当前第34页\共有96页\编于星期四\9点Epstein-BarrvirusBurkitt'slymphoma(cancerofBlymphocytes)WestAfrica,PapuaNewGuineanasopharyngealcarcinomaSouthernChina,Greenland(Inuit)RNAvirusesRetrovirusfamilyHumanT-cellleukemiavirustypeI(HTLV-I)adultT-cellleukemia/lymphomaJapan(Kyushu),WestIndiesHumanimmunodeficiencyvirus(HIV-1,theAIDSvirus)Kaposi'ssarcoma[cancerofendothelialcellsofbloodvesselsorlymphatics(?)]Central当前第35页\共有96页\编于星期四\9点10.2人体免疫与防御系统■非特异性防御及淋巴系统■特异性防御与抗原识别■T细胞及细胞介导的免疫应答■B细胞及体液介导的免疫应答■单克隆抗体当前第36页\共有96页\编于星期四\9点非特异性防御及淋巴系统人体对病原体侵害的防御共设置了三道防线。皮肤、口腔、鼻腔、消化道与呼吸道中的黏膜及其分泌物等构成了第一道防线。第一道防线对病原体不具有选择性或特异性，因此称为非特异性防御。部分侵入到组织或细胞内的病原体还会受到人体内特殊免疫细胞与化学成分的抵御和攻击，吞噬作用、抗菌蛋白和炎症反应等构成了人体抵御病原体入侵的第二道防线。这些特殊的免疫细胞和化学成分一般都是淋巴系统的组成部分。当前第37页\共有96页\编于星期四\9点非特异性防御－细胞在人体及哺乳动物中最重要的一类非特异性防御细胞是白细胞，它们既可存在于血管中，又可分布于组织液中。巨噬细胞、中性粒细胞和自然杀伤细胞（NK细胞）

是3种具有非特异性防御作用的白细胞。巨噬细胞可以通过其伸展出的伪足捕捉细菌当前第38页\共有96页\编于星期四\9点非特异性防御－分子人体非特异性防御系统中还有一类结构特殊的抗菌或抗病毒蛋白可以直接攻击细菌和病毒，阻碍其复制。例如：干扰素（抗病毒蛋白）及其作用机理研究发现，这种抗菌蛋白的短期免疫作用对于抵御引起流感和普通感冒的病毒比较有效。当前第39页\共有96页\编于星期四\9点非特异性防御-炎症反应炎症反应也是一种非特异性防御现象。炎症与发烧：白细胞遭遇入侵微生物反应强烈时，会释放出一种调节性化学分子白细胞介素-1，白细胞介素-1经过血液输送到大脑，与细菌内毒素共同作用刺激下丘脑中神经元，导致体温上升到正常以上（发烧），体温升高可刺激白细胞的吞噬作用，还可以增加肝脏和脾脏中铁的浓度以降低血液中铁的浓度，这可抑制细菌的生长。但发烧对机体也有伤害作用。当前第40页\共有96页\编于星期四\9点特异性防御与抗原识别第三道防线：特异性免疫特异性免疫的发现：18世纪天花流行，英Jenner发现天花疫苗。19世纪后期法国Pasteur，发现特异性免疫可以引起人或动物体内特异免疫应答的特殊外来物质称为抗原。人体和哺乳动物对不同的抗原具有特殊的识别能力，并能立即作出相应的反应，释放出许多直接攻击入侵抗原的细胞，或者通过另一类细胞制造出相应的具有识别抗原功能的防御性蛋白质，我们把这些特异性的蛋白质称为抗体。人体的免疫系统具有特殊的记忆力。当前第41页\共有96页\编于星期四\9点特异性防御及淋巴系统免疫器官、免疫细胞及免疫分子（抗体和淋巴因子)构成了免疫系统，又称淋巴系统人体的免疫器官由胸腺、骨髓和脾脏(中枢)，淋巴结、扁桃体及淋巴管网状系统(中枢)等共同组成免疫器官分为中枢和外周两类当前第42页\共有96页\编于星期四\9点第三道防线：特异性免疫种牛痘或患天花、麻疹等疾病痊愈以后，人体内一种称为B细胞的淋巴细胞，产生出游离于体液中的抗体蛋白。依靠B细胞的免疫方式称为体液免疫。人体还能针对病原体产生出一种称为T细胞的淋巴细胞，直接对病原体进行攻击，依靠T细胞的免疫方式称为细胞免疫。记忆性B细胞和T细胞B细胞和T细胞的来源和成熟与分化（见右图）当前第43页\共有96页\编于星期四\9点特异性免疫：如何识别抗原性病原体和启动免疫应答？当一种病毒或细菌突破了非特异性防御由呼吸道进入人体后，巨噬细胞便会立即启动免疫应答。吞噬、加工、递呈其表面MHC分子嵌合了抗原的细胞（又称为抗原呈递细胞APC），它们将加工过的抗原提交给T细胞，进一步激活细胞毒性T细胞Tc，Tc最终杀死被病毒和细菌感染的细胞。免疫系统的T细胞通过细胞表面MHC蛋白（又称为人类白细胞抗原HLA，构象种类极多）的进行自我与非我的识别。MHC-主要组织相容性复合物当前第44页\共有96页\编于星期四\9点细胞介导的免疫应答可以防御病毒感染，杀死并消灭被感染的体细胞，同时也消灭了其中的病毒等病原体。T细胞介导的细胞免疫过程器官移植排斥和抗肿瘤也是TcT细胞及细胞介导的免疫应答（TH和Tc）当前第45页\共有96页\编于星期四\9点当细菌和病毒等病原体入侵到我们的血液、淋巴或组织液中时，由B细胞介导的体液免疫起关键的作用

B细胞及体液介导的免疫应答（产生抗体）细胞被抗原活化，克隆出更多的浆细胞（生产抗体的终极B细胞）和记忆细胞。B细胞与抗原结合后的分化发育还需要巨噬细胞和T细胞的参与。当前第46页\共有96页\编于星期四\9点B细胞及体液介导的免疫应答在体液免疫中，抗体是攻击病原体的分子级武器，它是一种γ-球蛋白(Ig)，或称为免疫球蛋白。免疫球蛋白的基本结构：“Y”型的四链分子，包括两条重链和两条轻链。两条链中按氨基酸组成变化分成可变区和恒定区按照抗体的结构与功能的差别，它们被分成IgM,IgG,IgD,IgA,IgE等5类当前第47页\共有96页\编于星期四\9点3DDomainStructureofAntibodyMolecules

抗体分子三维结构当前第48页\共有96页\编于星期四\9点AntibodyDomains当前第49页\共有96页\编于星期四\9点Heavy-ChainGeneRearrangementandExpression

重链基因重排和表达

当前第50页\共有96页\编于星期四\9点KappaLightChainGeneRearrangementandExpression

轻链基因重排和表达

当前第51页\共有96页\编于星期四\9点Immunoglobulingenes免疫球蛋白的基因构成如下：H-chaingene:（重链基因）V65D27J6C9κ-chaingene:（κ型轻链基因）V40J5C1λ-chaingene:（λ型轻链基因）V30J4C4当前第52页\共有96页\编于星期四\9点Generationofdiversity基因重排产生的基因种类多样性为：1.重链VDJ基因

Combinatorialdiversity:65×27×6≈11002.JunctionaldiversitySomatichypermutation4.重链基因：1100×9＝9900种

轻链基因：40×5×1＝200种全抗体基因：9900×200≈2×106，实际可达109当前第53页\共有96页\编于星期四\9点本段摘要淋巴系统和免疫系统密切相关。淋巴系统是由淋巴管构成的网状结构，淋巴管与淋巴结相连接。淋巴系统是循环系统的辅助和补充。由血管渗入组织液的液体经淋巴管收集形成淋巴，并最终回到血液，从而保证血液总量的稳定性。淋巴渗透通过淋巴结，淋巴结含有大量的白细胞，称为淋巴细胞和巨噬细胞。白细胞是免疫系统的组成部分。淋巴系统可以对外来异物、感染性微生物和癌细胞发起攻击，从而保护人体免受侵害。淋巴细胞可以分泌特殊的蛋白质即抗体。人体的免疫系统具有特殊的记忆力，当同样的抗原第二次入侵时，免疫系统能够更快更强烈地作出反应。人体中除了由B细胞产生抗体的体液免疫方式外，还有针对病原体产生出T细胞并直接对病原体进行攻击的细胞免疫方式。依赖于B细胞的体液免疫和依赖于T细胞的细胞免疫两者之间具有密切的关联并相互影响。人体的非特异性免疫和特异性免疫功能都来自淋巴系统，淋巴系统可以启动双重防线，特别是能够识别抗原性病原体的特异性防线对于维护人体健康具有特别重要的作用。当前第54页\共有96页\编于星期四\9点10.3HIV病毒与艾滋病1)艾滋病(AIDS)的全称为获得性免疫缺陷综合症(acquiredimmunedeficiencysyndrome)。其症状主要是人体免疫系统瘫痪,因此既使轻微的细菌感染也会导致生命危险.2)艾滋病的病因起因于一种病毒,即人类免疫缺陷病毒(humanimmune-deficiencyvirus,HIV).3)目前发现的HIV病毒有10多种,分为两大类:I型和II型.感染者大多为I型,II型人数较少.4)I型HIV可能起源于西非的一种猴子.II型HIV的起源尚无定论,有可能以黑猩猩为中间寄主然后传染给人类.当前第55页\共有96页\编于星期四\9点AIDS病情进展报告1981年卡波济肉瘤病例报告1982年正式提出AIDS概念1986年正式命名HIV2003年全球感染者5800万其中死亡2000万2003年底中国84万2005年中国已经超过100万感染者！新艾滋病感染患者人数仍大大高于接受治疗的人数，2007年全球大约有250万新增艾滋病患者，其中包括近50万儿童。同年有超过200万人死于艾滋病。联合国艾滋病规划署预计，到2010年，中国将有1000万艾滋病毒感染者。当前第56页\共有96页\编于星期四\9点艾滋病病毒的结构当前第57页\共有96页\编于星期四\9点艾滋病的传染途径1)艾滋病的感染源是HIV携带者和艾滋病患者。传染途径主要为:体液（性传播占75－85％）,血液（3－5％）,吸毒(5－10％)，唾液，乳汁(母婴传播)。2)HIV病毒在离体条件下很难生存,因此不会通过游泳池水源传播。蚊子不会作为中间寄主传播HIV。全世界每天艾滋病新感染者约16000人.大多数5-10年内发病，确诊3年内死亡。当前第58页\共有96页\编于星期四\9点艾滋病的致病机制及其控制1)艾滋病病毒的结构和生活史2)艾滋病病毒破坏免疫系统T细胞，随着患者体内HIV浓度的增加，身体内的T细胞数量逐渐减少，最终导致人体免疫能力的全部丧失。3)艾滋病病毒是逆转录病毒，RNA病毒，目前还无特效药物4)为什么艾滋病很难防治与控制当前第59页\共有96页\编于星期四\9点HIV病毒生活史：感染、整合、活化与扩增

1、感染-

逆转录，病毒RNADNA当前第60页\共有96页\编于星期四\9点2、整合IntegrationofViralDNA3、活化Transcription:BacktoRNA,4、扩增包装当前第61页\共有96页\编于星期四\9点艾滋病病毒攻击淋巴系统的

TH细胞

的CD4

受体当前第62页\共有96页\编于星期四\9点艾滋病的鸡尾酒疗法

鸡尾酒疗法又称混合疗法,包括:(1)将核苷酸类似物渗入细胞干扰病毒基因组的复制.(2)采用逆转录酶抑制剂阻止HIV病毒RNA逆转录为cDNA.(3)利用化合物抑制HIV蛋白酶的功能,使其不能将翻译的多蛋白多肽酶切加工成功能蛋白质.当前第63页\共有96页\编于星期四\9点HIV鸡尾酒疗法的分子机制1)原HIV病毒活化后从基因组DNA拷贝转录HIVRNA.2)全长HIVRNA有两种翻译方式:1.部分翻译为Gap蛋白质多肽,经酶切加工生成3种蛋白质MA,CA和NC.2.全长RNA翻译为多蛋白多肽,然后经蛋白酶加工成数种蛋白质.3)HIVRNA转录后经剪接加工产生较短的mRNA,翻译后加工生成SU和TM.4)鸡尾酒疗法针对RT和PR及

病毒复制过程.当前第64页\共有96页\编于星期四\9点HIV生活周期及抗病毒策略当前第65页\共有96页\编于星期四\9点为什么艾滋病很难预防?1)艾滋病病毒在感染细胞的初期并不表现明显的症状,此时RNA基因组的主要功能是反转录整合到宿主染色体进入潜伏期,不易检测；2)逆转录酶没有校读功能,将RNA反转录为cDNA时增加了基因组突变的机率(达1%)，使RNA基因组在复制过程中积累大量突变；3)由于复制过程的高突变率使外壳蛋白不断发生变异,制备的抗体很快即失去识别的功能。

这些是艾滋病很难采用免疫预防的根本原因！因此，切断传播途径，切实做好预防工作是关键!当前第66页\共有96页\编于星期四\9点美国科学家首次影像记录艾滋病毒扩散过程

http:///news/w/v/2009-03-28

/190233745.shtml

戴维斯生医光电科技中心首次利用高速3D扫描显微摄影机技术记录了艾滋病病毒的传播过程，使艾滋病防治技术产生质的飞跃。用一种荧光的水母蛋白标志艾滋病病毒，影像显示带有荧光标志的艾滋病毒在入侵临近的健康细胞时，几分钟之内入侵临近健康细胞，两个细胞之间形成一种桥梁，叫做滤过性微生物突触。T细胞之间通过滤过性微生物突触感染艾滋病毒是细胞间高效传播这种病毒的主要途径。这一发现解释了为何多年来研制抗艾滋病毒的工作不成功的原因

，“可能研制出阻止艾滋病毒扩散的办法”。3月15日的《自然》杂志报导发现了HIV的天然抗体

当前第67页\共有96页\编于星期四\9点HIVgp120corecomplexedwithCD4.Nature.2005Feb24

unligandedSIVgp120core,《Structureofanunligandedsimianimmuno－deficiencyvirusgp120core》当前第68页\共有96页\编于星期四\9点10.4禽流感流行的分子机制-

为何受到重视？世界范围内流行性感冒每年导致三百万至五百万人出现严重的呼吸道疾病，其中引起5－10％人死亡。一次大规模的流感爆发引起的死亡人数更多。

二十世纪的四次流感大流行：（1）1918－1919年源于西班牙的大规模流感爆发引起四千万人死亡，属于H1N1亚型。（2）1957年源于亚洲的流感爆发，一百万人死亡，属于H2N2亚型。（3）1968年源于香港的流感爆发，四万六千人死亡，属于H3N2亚型。（4）1977年源于俄罗斯的流感爆发，属于H1N1亚型。当前第69页\共有96页\编于星期四\9点流行性感冒（简称流感）和禽流感

流感病毒引起的传染性疾病

流感病毒颗粒的结构

（structureofInfluenzaAvirusvirion)T.Horimoto,Nat.Rev.Microbiol.2005.

当前第70页\共有96页\编于星期四\9点流感病毒的分类

VirologyofInfluenzaAvirusesInfluenzaviruses(negative-sensessRNA)belongtotheOrthomyxoviridaefamily（正粘科），80-120纳米大小.Threetypes:A,BorCclassedbyantigenicdifferencesinNP（核蛋白）andM1（基质蛋白）.B和C型只在人类有。FortypeAviruses,16种HA（血凝素）(H1–H16)and9种NA（神经氨酸酶）(N1–N9)subtypes（亚型）:basedontheantigenicityoftheHAandNA.对病毒侵入和吸附于宿主细胞、再释放等具重要作用。Influenzaviruses

A

havebeenisolatedfromvariousanimals,includinghumans,pigs,horses,seamammalsandbirds.AvianInfluenzaA:all16HAand9NAsubtypes.HumanInfluenzaA:H1,H2,H3,N1,N2;TypeBandC.PorcineInfluenzaA:H1,H3,N1,N2.CaballineInfluenzaA:H3,H7,N7,N8K.G.Nicholson,Lancet,2003当前第71页\共有96页\编于星期四\9点HostrangeandcirculationofinfluenzaAviruses

Y.Suzuki,Biol.Pharm.Bull.,2005当前第72页\共有96页\编于星期四\9点Antigenicvariationofenvelopeglycoproteins:

antigenicdriftandantigenicshiftK.G.Nicholson,Lancet,2003当前第73页\共有96页\编于星期四\9点H5N1病毒通过多遗传基因重排快速进化1、抗原性变异：为了逃脱宿主已获得的免疫，病毒不断地改变其抗原性。根据抗原性变异的程度可分为两种：抗原漂移（antigenicshift）和抗原转变（antigenicshift）。（1）抗原漂移是由编码HA或NA蛋白的基因发生点突变，片段删除或者插入。（2）抗原转变是由于抗原的突变幅度较大，导致新亚型产生，这种变异称为抗原转变。2、病毒在基因组级别的变异：包括基因重组（geneticrecombination）和基因组重排（geneticreassortments）。

例如：1957年的亚洲H2N2流感大流行，就是人的H1N1病毒株与禽流感病毒株重排的结果，获得了禽流感病毒株的H2，HA，N2，NA，PB1基因。类似的，1988年香港的H3N2禽流感大流行是由于人H2N2病毒株与禽流感病毒株重排，获得了禽流感病毒株的H3，HA，PB1。

T.Horimoto,Nat.Rev.Microbiol.2005;WTO,N.Engl.J.Med,2005当前第74页\共有96页\编于星期四\9点MoleculardeterminantsofhumaninfectionofH5N1:

pointmutation,recombination,andreassortment

神经氨酸酶NA作用以及抗药性病毒株的分离Oseltamivir(罗氏制药，达菲)andZanamivir(葛兰氏公司)是目前治疗H5N1型禽流感最有效的两种药物，都属于神经氨酸酶抑制剂。但是，2005年从一个14岁的越南H5N1型病毒感染者分离到了对达菲具有高效抵抗能力的病毒株。随后测序发现，N1蛋白的His274Tyr突变，导致了病毒株的抗药性大大增强（IC50>763nM）。M.R.Hillerman,Vaccine,2002当前第75页\共有96页\编于星期四\9点H5N1禽流感可能获得从人到人的直接传染能力吗？

实际上，H5N1病毒一直在进行基因突变，基因重组和基因重排，并且以多种方式来突破病毒在人类中感染和传播的宿主障碍（speciesbarrier）。以前的流感大流行表明，病毒需要不断改变其受体识别特性，复制能力，以及其他的遗传特性，才能获得从人到人传染能力。因此，H5N1病毒通过对宿主不断的适应性突变，将逐渐提高其在人类中的直接传染的能力。一旦H5N1与人流感病毒重组，获得了从人到人的直接传染性。病毒可能为了适应在人体中生存而丢失了它的毒性，也可能导致又一次流感的大爆发。当前第76页\共有96页\编于星期四\9点目前的疫苗研究和生产存在几个主要问题

（1）反相遗传学虽然为疫苗快速研究和生产提供了条件，但是需考虑：有效性，安全性，和合法性的问题。（2）疫苗研究速度较慢，从宣布流感大规模流行到第一支疫苗生产出来，需要3－６个月左右的时间。实现大规模接种需要１年左右时间。这给及时预防和控制流感带来了困难。（3）目前全世界的抗病毒及疫苗生产能力还远远不能应付流感大规模爆发时疫苗的需要。★

流感大规模流行之前，疫苗接种是不必要的。

因为病毒在不断突变过程中，流感流行时的病毒和现在的病毒很多遗传特征都不一样了。当前第77页\共有96页\编于星期四\9点变异的H5N1更具杀伤力？但是，2006.11.19的Science报导：日本和美国联合病毒学家比较鸟类（600多只鸟）与人类的病毒样本中红细胞凝聚素分子H的两种单一的aa变化，它们是参与病毒与宿主细胞受体结合的过程，没有一例发生变异，因此要谨慎对待禽流感可能在人群中传播的推断。当前第78页\共有96页\编于星期四\9点当前第79页\共有96页\编于星期四\9点中科院微生物所比较了2005年青海湖地区分离到的病毒毒株的序列和毒力，以及发病候鸟的迁徙路线，推测候鸟可能是在东南亚越冬时候染上这些毒株，在候鸟体内发生重排的结果。候鸟春季迁徙时将病毒携带到青海湖，引起了这次禽流感的爆发。（Science，2007年10月）H5N1跟踪，3000多份样本分离毒株，与2005年秋罗马尼亚、土耳其、克罗地亚、乌克兰毒株亲缘关系较近，是2005年青海湖地区毒株传播到整个欧亚。候鸟发挥了“传播器”或“载体”的作用当前第80页\共有96页\编于星期四\9点AwarbetweenhumansandvirusesPhotographedbyLennartNilsson,2005,Sweden

当前第81页\共有96页\编于星期四\9点9.5人类基因组计划简介1)第一阶段:酝酿1986年Dulbecoo提出：定出人类基因组序列－癌症研究的转折点2)第二阶段:论证多次会议研讨3)第三阶段:实施1988年正式立项，由NIH和美国能源部资助计划30亿美元，15年时间完成当前第82页\共有96页\编于星期四\9点人类基因组计划负责人当前第83页\共有96页\编于星期四\9点基因组概念和人类基因组计划基因组－生物体内遗传信息的集合;人类基因组主要是指核基因组，包括了24条染色体（22＋X＋Y）上的全部基因;从整体上看，人类个体的基因是相同的，即人类只有一个基因组;不同的人可能拥有不同的等位基因，从而产生个体的差异（SNP－单核苷酸多态性）;另外，还有线粒体基因组（环状DNA分子，16569bp）当前第84页\共有96页\编于星期四\9点

基因组的测序过程(从染色体开始的由上至下策略)当前第85页\共有96页\编于星期四\9点人类染色体上遗传病基因位置当前第86页\共有96页\编于星期四\9点人类基因组测序的三项利器1)大分子克隆载体（1Mb以上－100Kb）2)毛细管电泳自动测序仪大型超级计算机2000年6月人类基因组草图完成-“工作框架图”2002年2月完成－“精细图”2003年正式完成人类基因组的测序工作基因组的测序过程(从一段碱基序列开始的由下至上的策略)－鸟枪法（用超声技术随机打断基因组DNA成约2.0Kb）

随机化分析然后整合染色体步移法（以已知核苷酸序列的DNA片段作为序列标签位点，即STS标签）当前第87页\共有96页\编于星期四\9点人类基因组测序样品DNA总长：31.647亿个bp，当时基因数目：3.4-3.5万个，后来显示，人类的基因数目：小于2.5万个当前第88页\共有96页\编于星期四\9点其他生物基因组测序1)目前已报道的测序生物,包括原核生物和真核生物已近80.2)高等植物中已测序的物种为拟南芥(十子花科),中国水稻(禾本科2002年11月21日Nature封面).3)哺乳动物:人类,老鼠,狗,(高级灵长类黑猩猩,部分测序).4)低等真核生物:酵母,线虫,果蝇,血吸虫(中国).新完成测序的生物:蜜蜂,鸡，小鼠，05年黑猩猩（98％与人类相同），07年恒河猴（93％与人类相同），最近，4月8号Science报道，发现黑猩猩的基因变化荣获冠军….当前第89页\共有96页\编于星期四\9点后基因组时代和生物信息学基因克隆计划，“垃圾DNA”的作用

克隆仅占5％的基因－(5-10万个)，仅有不到2.5万个基因基因组多样性计划

个体基因组遗传信息，05年10月人类基因组单体型草图（SNP）绘制完成，由加拿大、中国、日本、尼日利亚、英国和美国共同完成第一代草图，2007年10月18日Nature，第二代图公布cDNA计划（基因转录图）人体基因表达的时空图蛋白质组计划细胞计划建立生物信息学研究平台(Genbank、PubMed、COG等数据库