第十四章艾滋病与人类免疫缺损病毒的分子生物学演示文稿

第十四章艾滋病与人类免疫缺损病毒的分子生物学演示文稿本文档共58页；当前第1页；编辑于星期三\14点35分优选第十四章艾滋病与人类免疫缺损病毒的分子生物学本文档共58页；当前第2页；编辑于星期三\14点35分８.１概述HIV在病毒分类学上属逆转录病毒科（Retroviridae），慢病毒属中的灵长类免疫缺损病毒亚属，包括两种，即HIV-I和HIV-II。该病毒科中共有7属。反转录病毒科的主要成员如下表1。本文档共58页；当前第3页；编辑于星期三\14点35分表1本文档共58页；当前第4页；编辑于星期三\14点35分８.２HIV病毒的形态结构与传染

一、形态结构

1、HIV结构(平面)图.1本文档共58页；当前第5页；编辑于星期三\14点35分2.HIV结构(立体)图.2本文档共58页；当前第6页；编辑于星期三\14点35分

传播途径：血液、血液制品以及人体分泌液，如奶液和精液等。传播对象：T淋巴细胞，也可以感染其他类型如B淋巴细胞和单形核细胞等。危害：HIV能够攻击人体的免疫系统，特别是能够侵入T细胞，使T细胞大量死亡，导致患者丧失一切免疫功能。二、病毒的传染本文档共58页；当前第7页；编辑于星期三\14点35分本文档共58页；当前第8页；编辑于星期三\14点35分８.３HIV基因结构及编码的蛋白一、基因结构

HIV基因组由两条单链正链RNA组成，每个RNLA基因组约为9.7kb。在RNA5’端有一帽子结构(m7G5`GmpNp)，3’端有P0ly(A)尾巴。由结构上包括LTR，结构蛋白编码区（gag），蛋白酶编码区（pro），多种酶活性的蛋白编码区（pol），外膜蛋白（env）编码区以及6个调节基因。见(图3)、（图4）。本文档共58页；当前第9页；编辑于星期三\14点35分

图.3本文档共58页；当前第10页；编辑于星期三\14点35分图.4HIV基因结构及编码的蛋白本文档共58页；当前第11页；编辑于星期三\14点35分

二、编码蛋白的功能

1.gag基因:

gag基因编码病毒的核心蛋白，翻译时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，p15进一步裂解成与病毒RNA结合的核壳蛋白p9和p7。本文档共58页；当前第12页；编辑于星期三\14点35分2.pol基因:

pol基因编码病毒复制所需的酶类，其中p66蛋白为逆转录酶，p32蛋白则为整合酶（integrase，INT）。3.pro基因

:

从pol和gag基因重叠区内起始的一段序列为pro基因，它编码蛋白酶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。本文档共58页；当前第13页；编辑于星期三\14点35分4.env基因:

env基因先编码出一个88kD的蛋白质，经糖基化后分子量增至160kD，这就是HIV包膜糖蛋白前体gP160。该前体蛋白在蛋白酶作用下被切割成gp120和gp41，gp120暴露于病毒包膜之外称外膜蛋白。本文档共58页；当前第14页；编辑于星期三\14点35分

８.４HIV的感染与复制

图.5HIV的感染过程本文档共58页；当前第15页；编辑于星期三\14点35分

HIV的感染

HIV感染细胞时可与细胞的CD4受体蛋白相结合；gp41称跨膜蛋白，是嵌入病毒包膜脂质中的部分。当gp120与CD4受体结合后，其构象改变导致与gP41分离，暴露出的gp41可插入细胞膜，造成膜融合，致使病毒核心被导入细胞。HIV与受体结合后，病毒核心进入细胞并在酶作用下脱去蛋白壳。RT以病毒RNA为模板合成单链DNA，随之经细胞的DNA聚合酶合成双链cDNA。cDNA经环化后整合到细胞染色体上，病毒核酸随细胞的分裂而传至子代细胞，十分稳定，可长期潜伏。本文档共58页；当前第16页；编辑于星期三\14点35分

原病毒整合到宿主染色体上,无症状;

原病毒利用宿主细胞的转录和合成系统产生病毒mRNA,其中一部分编码病毒蛋白,与基因组RNA组装成新的病毒颗粒,从宿主细胞中释放出来侵染其他健康细胞;

宿主细胞死亡.主要过程总结如下:本文档共58页；当前第17页；编辑于星期三\14点35分８.５HIV基因的表达调控LTR序列

(1)核心调控元件

(2)核心转录单位

(3)反式作用因子应答元件参与复制的调控蛋白

(1)Tat蛋白

(2)Rev蛋白

(3)Nef蛋白

(4)Vpr蛋白

(5)Vpu蛋白

(6)Vif蛋白本文档共58页；当前第18页；编辑于星期三\14点35分

一、LTR序列

1.核心调控元件

2.核心转录单位

3.反式作用因子应答元件（见图6）本文档共58页；当前第19页；编辑于星期三\14点35分调节单位

核心单位TRA

图.6本文档共58页；当前第20页；编辑于星期三\14点35分1.调节单位Coup-TFAP-1NF-ATUSFTCF-1аNF-κβ-453-78图.7本文档共58页；当前第21页；编辑于星期三\14点35分Coup-TF-371-334

鸡卵蛋白转录因子是coup-F家族中相对低分子量蛋白含有锌指环结构，起负调节作用本文档共58页；当前第22页；编辑于星期三\14点35分AP-1

激活蛋白1

由含亮氨酸拉链结构的c-jun和c-Fos家族成员组成的二聚体，属于正调节因子-347-329本文档共58页；当前第23页；编辑于星期三\14点35分NF-AT

激活T细胞核因子（有两个结合位点）。-292-235-216-203本文档共58页；当前第24页；编辑于星期三\14点35分USF

上游激活因子含有螺旋-环-螺旋结构具有负调节作用-160-173本文档共58页；当前第25页；编辑于星期三\14点35分TCF-1а

T细胞因子1a

含有高速泳动簇基序，起正调节作用-139-124本文档共58页；当前第26页；编辑于星期三\14点35分NF-κβ

核因子κβ

含有锌指环结构及锚定蛋白重复序列，是增强子区。由3-4bp间隔的两个10bp（GGGACTTCCC）序列构成，负责调控HIV基因在多种细胞（尤其是T细胞）中高速表达。-104-78本文档共58页；当前第27页；编辑于星期三\14点35分2.核心单位-780

SP1

TATA图.8本文档共58页；当前第28页；编辑于星期三\14点35分

SP1

Sp1含有与DNA结合的结构和两个富含谷氨酰胺的结构域。可形成二聚体或三聚体。当三个sp1分子与DNA结合后，改变了DNA的空间构型，激活HIV基因的转录。-78

富含GC-46本文档共58页；当前第29页；编辑于星期三\14点35分TATA

TATA元件两端有反向重复序列，可能是转录因子螺旋-环-螺旋DNA结合蛋白的识别位点。

TATA元件上结合的是一组蛋白质，这些蛋白称为转录因子ⅡD（TFⅡD），也包括一些辅助激活蛋白（TBP）的细胞因子，这种作用是与RNA聚合酶相关，由此启动转录。-24

-28本文档共58页；当前第30页；编辑于星期三\14点35分3.TRA图.9本文档共58页；当前第31页；编辑于星期三\14点35分TRA(反式激活因子应答元件)似发夹结构，含有4个茎区和一个环区的稳定结构，此结构与tat蛋白结合有关。只有与tat蛋白共结合，才能转录出长mRNA，否则只能转录出小段的mRNA。本文档共58页；当前第32页；编辑于星期三\14点35分二、参与HIV复制的调控蛋白

1.Tat蛋白

2.Rev蛋白

3.Nef蛋白

4.Vpr蛋白

5.Vpu蛋白

6.Vif蛋白本文档共58页；当前第33页；编辑于星期三\14点35分（1）Tat蛋白的结构由tat基因编码，tat有两个外显子，前外显子编码67aa,后外显子编码34aa，共101aa。两个外显子所形成的肽共有6个结构区。前外显子有5个区，后外显子为一个区。见（图.10）1.Tat蛋白本文档共58页；当前第34页；编辑于星期三\14点35分

Tat蛋白有6个结构区，见下图，其中第一、第二和第四个三个结构区与反式激活功能有关。图.10Tat蛋白的结构示意图本文档共58页；当前第35页；编辑于星期三\14点35分

第1区为N区，也是酸性氨基酸区，因含有Gln和Asp对激活HIV-1基因的表达有增强作用。本文档共58页；当前第36页；编辑于星期三\14点35分

第2区为富含Cys区，在其16个aa中含有7个Cys,可以与二价金属离子形成tat二聚体，在7个Cys中有6个是维持tat活性所必需的。本文档共58页；当前第37页；编辑于星期三\14点35分

第4区为碱性区，有两个功能：

48~52为GRKKR（甘-精-赖-赖-精）序列，是核仁定位信号，可介导自身或异种蛋白进入细胞核。该肽段可与TAR的RNA的凸起部分特异结合。本文档共58页；当前第38页；编辑于星期三\14点35分（2）调控原理

Tat与TAR是一个协同调解过程。

TAR序列及完整的高级结构对调控的影响。若TAR序列发生突变，虽tat蛋白也能结合，但不能激活HIV表达。寄主因子协同作用的影响

在不同的细胞中，tat的活性可有上千倍的差别，在人鼠杂交细胞中，只有在保持人第12号染色体的杂交瘤细胞中，tat才能有效地激活HIV-1的转录。说明其调控还需寄主细胞编码蛋白的协助作用。本文档共58页；当前第39页；编辑于星期三\14点35分

上游启动子和增强子对调控的影响

当TAR远离启动子时，它的活性迅速下降。而且这种依赖作用对非激活和激活细胞并不一样，对激活细胞作用非常大，而NF-κβ的作用恰与上述依赖作用相反。本文档共58页；当前第40页；编辑于星期三\14点35分

Rev蛋白由两个外显子组成，分别编码一个25个氨基酸和91个氨基酸的肽段，这两个肽段最终组成一个116个氨基酸、其主要功能是促进HIV基因表达由早期（转录调节蛋白mRNA）向晚期（转录HIV结构蛋白mRNA）的转化，并促进晚期转录的进行。2.Rev蛋白本文档共58页；当前第41页；编辑于星期三\14点35分本文档共58页；当前第42页；编辑于星期三\14点35分Nef蛋白由Nef基因编码的，分子量为27kD，属于负调控蛋白和磷酸化蛋白，与细胞的膜结构相结合。Nef蛋白非HIV复制所必需，但可抑制HIVLTR特异性转录的HIV－1原病毒基因的表达。3.Nef蛋白本文档共58页；当前第43页；编辑于星期三\14点35分

Vpr蛋白由96个氨基酸构成，亦非HIV复制所必须，但存在于病毒颗粒中。含有vpr基因的HIV毒株与无vpr基因的HIV毒株比较，前者在细胞中生长较快，致细胞病变也较强于无vpr基因的天然株。4.Vpr蛋白本文档共58页；当前第44页；编辑于星期三\14点35分

Vpu蛋白是含81个氨基酸的磷酸化蛋白，为HIV－1特有，其功能可能是促进HIV－1颗粒的装配和从细胞膜释放，或抑制HIV－1颗粒从细胞内膜系统中芽生。5.Vpu蛋白本文档共58页；当前第45页；编辑于星期三\14点35分

Vif蛋白是分子量为23kD的病毒颗粒感染性因子，缺失Vif基因的HIV－1可在细胞内正常复制并产生病毒颗粒，但其比无Vif基因缺失的HIV-1产生的病毒颗粒的感染性低1000倍。6.Vif蛋白本文档共58页；当前第46页；编辑于星期三\14点35分HIV复制与细胞表达图解RNARTcDNA(单链)DNA聚合酶环化细胞染色体切割酶切口切口p32DNA(双链)LTRSp1TATATARgagpolvprvpuenvnefLTRRevratvif指导调控基因表达(结构基因不表达)Tat蛋白tatRev蛋白nef蛋白Vpu蛋白Vpr蛋白Vif蛋白RevRev运入细胞质结构基因表达结构蛋白RNA组装新的HIV

侵染转录mRNAmRNA迅速被切割运入细胞质转录不被切割本文档共58页；当前第47页；编辑于星期三\14点35分８.６病毒的致病机制

一、临床症状

感染的急性期：

HIV初次感染人体后，开始大量复制和扩散的过程，这时感染者血清出现HIV抗原，从外周血细胞、脑脊液和骨髓细胞也能分离到HIV。

无症状潜伏期：约70％以上的原发感染者在感染后2～4周内出现急性感染症状，包括发热、咽炎、淋巴结肿大持续1～2周，此期感染者无任何临床症状，形同健康人，外周血中HIV抗原含量很低或检测不到。

艾滋病相关综合症期：随感染时间的延长，HIV重新开始大量复制并造成免疫系统的进行性损伤。在临床上，病人感染逐步发展到持续性全身性淋巴腺病、艾滋病相关综合症（AIDS－relatedcomplex，ARC）。约有50％的感染者在感染后7～8年发展到艾滋病。本文档共58页；当前第48页；编辑于星期三\14点35分

产毒性HIV感染的最终结果是产生大量病毒颗粒，造成感染细胞死亡，这是逆转录病毒科慢病毒亚科病毒的特征。HIV除在细胞内大量繁殖造成细胞死亡外，还可经以下几种情况导致免疫功能下降：

HIV颗粒表面的gp120蛋白脱落，与正常TH细胞膜上CD4受体结合，该细胞被免疫系统误认为是病毒感染细胞而遭杀灭。因TH细胞CD4受体被gpl20封闭，影响其免疫辅助切能。

HIVgp120蛋白可刺激机体产生抗其CD4结合部位的抗独特型抗体，此抗体是抗CD4受体的抗自身抗体，可阻断TH细胞的功能。受染细胞表面带有病毒包膜蛋白gp120，可与其他CD4+细胞结合并形成巨细胞而失去功能，如此加速了HIV对免疫系统损害的范围和程度。二、病因：本文档共58页；当前第49页；编辑于星期三\14点35分病毒的致病机制超抗原（superantfeen）：

超抗原可导致小鼠体内特定的T淋巴细胞亚群的消失和免疫缺损的发生。普通抗原需要经T淋巴细胞受体的α和β两条链的识别才能激活一细胞。体内有多种α链和β链，二者可任意配对，构成极为多样的受体组合和表面带该抗体的T淋巴细胞亚群，而超级抗原则与T淋巴细胞受体β链结合，导致所有带有此β链的T淋巴细胞亚群均被激活。而且与被普通抗原激活的结果不同，这些T淋巴细胞亚群不是产生了对抗原的免疫反应并分裂增生，而是丧失了对抗原的反应。并逐渐从免疫系统中消失。本文档共58页；当前第50页；编辑于星期三\14点35分８.７病毒感染与机体免疫一、体液免疫

HIV自然感染过程中，机体可产生高滴度的抗HIV多种蛋白质的抗体，包括中和抗体。中和抗体尽管有组特异性的，但主要是型特异性的。这些抗体有一定的保护作用，主要是在急性感染期降低血清中的病毒抗原量乃至清除病毒。本文档共58页；当前第51页；编辑于星期三\14点35分二、细胞免疫

HIV感染也刺激机体产生细胞免疫，包括依赖于抗体的细胞毒性（antibody－dePendentcellmediatedcytotoxicity，ADCC）、细胞毒性T淋巴细（cytotoxicTlymPhocyte，CTL）和自然杀伤细胞（naturalkillercell，NK）等。特异性细胞免疫反应，特别是CTL对于杀伤HIV感染的细胞和阻止HIV经细胞接触而扩散发挥重要作用，CTL可以帮助清除急性感染期多部位HIV感染灶和HIV感染早期的少量有HIV复制的细胞。本文档共58页；当前第52页；编辑于星期三\14点35分８.８病毒感染的诊断

艾滋病诊断就是要找出HIV感染的证据，即