十一章 人类及动物与宿主之间的相互作用

授课人：关振宏病毒学人类及动物病毒与宿主之间的相互作用2008年11月10日第一节病毒的感染与宿主细胞之间的相互作用一、病毒感染成功的基本条件病毒的感染性构成感染和发病的重要因素：病毒的致病性、毒力和病毒的量。合适的感染途径宿主机体的易感性：病毒受体、机体的免疫状态、其他物理因子（体温、营养和年龄因素）。根据感染后细胞的表现，可将感染细胞分为三种类型：溶（杀）细胞感染：多见于无囊膜病毒

稳定态感染：多见于有囊膜病毒

整合感染：多见于肿瘤病毒二、病毒与宿主细胞的相互关系（一）杀细胞性感染病毒在宿主易感细胞内增殖造成细胞破坏与死亡，这种感染称杀细胞性感染。这主要是一类杀伤性较强的病毒感染所引起的。例如痘病毒和小RNA病毒感染细胞后，能迅速改变和接管细胞代谢机制，造成细胞的代谢障碍。抑制细胞大分子合成、改变溶酶体的渗透性以及病毒物质本身的毒性作用，而造成细胞裂解死亡，并将大量干扰性病毒粒子释放至细胞外体液中，形成新一轮感染。

(二)稳定状态感染

某些病毒在感染细胞后似乎并不严重影响细胞的生命活动，被感染细胞能正常繁殖。在相当一段时间细胞和病毒同时存在，即使病毒在细胞内大量复制，而且经常由母代细胞传递给子代细胞，细胞机能依然不被严重破坏。

成熟的病毒多以出芽方式释放出来，其过程缓慢、病变轻微，细胞暂时还不会出现裂解和死亡，但可发生宿主细胞膜受体被破坏、细胞膜成分发生变化，出现细胞融合及细胞表面产生新的抗原等。

EB病毒的DNA能作为一个外来的环状分子存在于被感染细胞内，这种游离的基因分子能随着细胞的分裂传递到另一个细胞内。

（三）整合感染某些RNA病毒经反转录酶形成cDNA整合于细胞基因组，并随着细胞的分裂而增殖，这种整合于宿主基因组的病毒基因组称为前病毒(provirus)。这种感染形式被称为整合感染。在整合感染的细胞中可发生一定的变化，如形态变化、代谢变化以及膜表面新抗原的出现。整合感染是引起细胞转化的主要因素之一。转化的细胞生长、分裂失控，细胞可发生恶性变。腺病毒、SV40、HIV等病毒可引起整合感染。细胞病变（CPE）病毒在细胞内增殖引起细胞变性、死亡裂解的作用称病毒的细胞病变效应（Cytopathiceffect

,

CPE），主要形式有：细胞形态的变化（细胞骨架纤维的解聚）细胞裂解膜融合膜渗透性的变化包涵体的形成细胞程序化凋亡细胞转化机制：病毒的早期蛋白影响宿主细胞病毒蛋白的毒性作用引起细胞内溶酶体膜破裂细胞膜受体破坏引起细胞免疫病理损伤对细胞器造成损伤病毒培养时出现的CPE细胞聚集成团、肿大、圆缩、脱落，细胞融合形成多核细胞，形成空斑、细胞内出现包涵体（inclusion.body），乃至细胞裂解等。膜融合有关囊膜病毒的囊膜与宿主细胞膜的融合过程研究已经成为当今脂质双层研究的热点之一。病毒囊膜与宿主细胞膜的融合过程是在系列分子作用机制下，两个膜融合成为一个膜，从而使病毒侵入，完成其生命周期的第一个关键步骤。病毒膜融合是由一些特异性的融合蛋白及其他蛋白发生相互作用而完成的。一些囊膜病毒（Ⅰ型病毒膜融合）吸附到靶细胞上后则是先被细胞吞噬，以吞噬小体的方式进入到靶细胞中，在后期吞噬小体内低pH值激活了病毒的融合蛋白，膜融合开始。病毒的融合蛋白被激活后发生一系列的构象变化并促使病毒囊膜和内体膜产生融合，病毒的遗传物质也随之注入到靶细胞内。流感病毒的膜融合细胞凋亡细胞凋亡（cellapoptosis）是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主有序的死亡。实验研究证实有些病毒（腺病毒、人免疫缺陷病毒等）增殖可直接诱导细胞凋亡，也可通过病毒基因组编码的蛋白质间接作用下诱发细胞凋亡。凋亡是机体清除病毒、控制病毒扩散保持机体完整的一种方式。在病毒感染早期病毒会通过编码自身产物或模拟细胞因子等方式抑制细胞凋亡，直到产生有活性的病毒粒子；在感染后期又编码另一种蛋白诱导细胞凋亡，并将病毒粒子包裹在凋亡小体内，被周围的细胞吸收来扩散感染。包涵体的形成某些受病毒感染的细胞内，用普通光学显微镜可看到有与正常细胞结构和着色不同的圆形或椭圆形斑块，称为包涵体（inclusionbodyoribclusion）。因病毒种类不同，包涵体有位于胞浆内的(痘病毒)，也有在细胞核内的(疱疹病毒)；或者两者都有(麻疹病毒)；有嗜酸性的或嗜碱性的。包涵体的本质：①有些病毒的包涵体就是病毒颗粒的聚集体；②有些是病毒增殖留下的痕迹；③病毒感染引起的细胞反应物。故可作为诊断依据和鉴定病毒的参考。如从可疑为狂犬病的脑组织切片或涂片中发现细胞内有嗜酸性包涵体，即内基小体(Negribody)，可诊断为狂犬病。第二节病毒感染的分子生物学机制一、病毒感染同细胞膜的相互关系:可逆吸附与不可逆吸附二、抑制细胞转录三、病毒进入细胞确保高水平的转录机制四、病毒同宿主RNA的加工过程之间的相互作用五、病毒同翻译系统的相互作用六、病毒同DNA复制的相互作用七、DNA病毒确保DNA复制装置有效性的机制一、病毒感染同细胞膜的相互关系病毒颗粒对细胞受体的最初吸附是可逆吸附，这种吸附是不稳定的、可逆的。病毒吸附的第二段是不可逆吸附，其实质是病毒的吸附蛋白和细胞表面受体之间发生了牢固的化学反应。这种吸附具有高亲合性和特异性。病毒可利用各种细胞表面分子作为它们的受体。这些成分包括碳水化合物、糖脂、蛋白质分子。受体分布的特异性决定了病毒感染的组织趋向性。二、抑制细胞转录抑制由RNA聚合酶负责的mRNA的转录，结果宿主细胞的蛋白质合成关闭。某些DNA病毒可迅速抑制宿主基因的转录，可利用宿主的RNA聚合酶II转录病毒基因组，同时降低了宿主细胞与病毒竞争三磷酸前体和转录因子的能力。推测病毒的核酸可能结合到一个宿主细胞因子上，防止它们结合到宿主细胞启动子上，因而抑宿主细胞的转录。五、病毒同翻译系统的相互作用

抑制宿主翻译：很多病毒感染细胞后，立即抑制宿主细胞mRNA的翻译，结果为病毒mRNA的翻译提供了充足的核糖体、翻译因子、氨基酸前体和tRNA。降解宿主mRNA：HSV、流感病毒或痘病毒病毒感染宿主细胞后，完整的宿主细胞的mRNA明显减少，从而减少了细胞mRNA的翻译。竞争宿主的翻译装置：竞争有限的核糖体或者病毒mRNA具有比宿主

mRNA对核糖体更高的亲和性。

VSV感染的细胞内出现：①抑制宿主细胞mRNA翻译蛋白质；②损伤宿主翻译因子eIF2或eIF3/4B的特异蛋白质。改变宿主翻译系统的特异性：改变细胞的翻译系统的特异性，以便让病毒mRNA得以优先翻译权（痘病毒）。第三节宿主对病毒感染的免疫反应抗体反应或体液反应细胞调节免疫反应非特异免疫反应一、体液免疫的抗病毒作用抗体（antibody,Ab）：机体受抗原刺激后产生的，并且能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。受病毒感染后，机体即可产生特异性抗体，按其作用可分为中和性抗体(neutralizingantibodies，NTAb)、补体结合抗体（complementfixationantibodies,CFAb）及血凝抑制抗体（heamagglutinationinhibitionantibodies,HIAb）等。这些抗体主要是IgG、IgM和IgA。NTAb能消除病毒的感染性，是唯一具有保护作用的抗体。CFAb、HIAb一般没有保护作用，可用于血清学诊断。抗体产生由B淋巴细胞介导，产生的效应分子为抗体。B细胞受特异性抗原刺激后，发生活化、增殖，分化为浆细胞产生抗体，发挥免疫效应作用。中和抗体中和抗体可中和病毒的感染，具有保护作用的抗体，主要是IgG、IgM、IgA。（1）改变病毒表面结构或与病毒表位结合以阻止病毒的吸附。（2）与病毒形成免疫复合物有利于巨噬细胞的吞噬和清除。（3）有囊膜病毒与抗体结合后，激活补体而使病毒裂解。（4）抗体和补体能参与细胞调节免疫。二、细胞免疫的抗病毒作用细胞免疫在抗病毒中起着重要作用，可从各种先天性免疫异常患者对病毒感染的抵抗力的差异加以证明。免疫球蛋白产生正常、细胞免疫缺陷的个体，感染病毒时，常出现严重的后果，甚至连接种痘苗亦可发生疾病。病毒性感染主要靠细胞免疫。致敏T细胞——细胞毒性T淋巴细胞(CTL)、迟发型超敏性的T细胞(TDTH)细胞毒性T淋巴细胞：直接杀伤或破坏表面带有特异性抗原的靶细胞。迟发型超敏性的T细胞：再次接触病毒感染的细胞时，释放多种细胞因子，其中最重要的有白细胞介素-2（IL-2）、肿瘤坏死因子（TNF）、淋巴毒素（LT）和干扰素（IFN-γ）等。

细胞免疫T细胞表面的特异性抗原受体（TCR）和体细胞呈递抗原的分子--MHC系统。抗原分子经过递呈细胞的加工后，呈递在细胞表面，和相应的组织相容性复合物结合，才能被TCR所识别。抗原递呈细胞（APC）：B淋巴细胞、树突状细胞、郎罕细胞以及上皮细胞。细胞毒性T细胞（CD8+）只识别MHC-Ⅰ分子呈递的内源性抗原(病毒蛋白等)；辅助T细胞（CD4+）只识别MHC-Ⅱ分子呈递的外源性抗原。细胞免疫三、非特异性抗病毒免疫

(一)种属免疫或遗传免疫

主要取决于细胞膜上有无病毒受体。(二)屏障作用

解剖学屏障如皮肤粘膜屏障、血脑屏障、胎盘屏障等。机械屏障作用外，皮肤和黏膜的分泌物(含乳酸的汗液和含脂肪酸的皮脂腺分泌物)，也有杀灭病毒或防止病毒接触敏感细胞的作用。血脑屏障能阻挡病毒经血流进入中枢神经系统。如乙型脑炎病毒的自然感染，即使在人与马等敏感肌体，大多呈隐性感染。胎盘屏障具有防止大分子或病原微生物通过的作用。幼儿因血脑屏障不全，容易患脑炎病。生物化学屏障这主要是存在于正常人或动物血清和体液中的非特异抑制物，如补体系统中的某些成分能增强对病毒的中和作用。（三）细胞作用--巨噬细胞巨噬细胞源自单核细胞。巨噬细胞和单核细胞皆为吞噬细胞，在脊椎动物体内参与非特异性防卫（先天性免疫）和特异性防卫（细胞免疫）。它们的主要功能是以固定细胞或游离细胞的形式对细胞残片及病原体进行吞噬以及消化，并激活其他免疫细胞，令其对病原体作出反应。

巨噬细胞对阻止病毒感染和促使病毒感染的恢复具有重要作用。初生小鼠由于缺乏Mφ，对HSV容易产生全身感染。给初生小鼠输入成年鼠的Mφ，可增强对单纯疱疹病毒（HSV）感染的抵抗力。因此，含有大量Mф的器官，如肝、脾、骨髓以及淋巴组织，在阻止病毒在体内扩散方面具有重要作用。（三）细胞作用--自然杀伤细胞自然杀伤(NK)细胞没有T细胞、B细胞所具的受体，不会进行受体的基因重组。但仍具有一些特殊受体，可以活化或抑制其作用。自然杀伤活性：NK细胞的杀伤活性无MHC限制，不依赖抗体。NK细胞识别靶细胞是非特异性的，这与CTL识别靶细胞机理不同。在无抗原刺激的情况下，通过非抗体依赖的方式自然杀伤肿瘤细胞及病毒感染的细胞，是机体抗肿瘤、抗病毒的重要防线。NK细胞可释放杀伤介质：主要有穿孔素、NK细胞毒因子和TNF等。（三）细胞作用—中性粒细胞中性粒细胞通常存在于外周血中。但是在炎症急性期,中性粒细胞离开血管而向炎症部位迁移，这一过程称为趋化作用。中性粒细胞识别和吞噬病原体的过程与单核／巨噬细胞相似，所不同的是，中性粒细胞对病原体的杀伤是通过其胞质颗粒中的酶来完成的。中性粒细胞虽也能吞噬病毒，但不能将其杀灭，病毒在其中还能增殖，反而将病毒带到全身，引起扩散。第四节病毒逃逸宿主免疫的机制免疫逃逸机制可大致分为三类:一、逃避体液免疫系统的识别二、抑制细胞免疫应答三、干扰免疫效应功能一、逃避体液免疫系统的识别流感病毒：抗原漂移：编码血凝素（HA）和神经氨酸酶(NA)基因的点突变可使抗体与表位结合部位的关键氨基酸发生改变，影响二者结合，从而使病毒突变株逃避抗体中和。抗原转变：流感病毒株RNA片段发生交换，导致血凝素蛋白抗原发生较大变化。这种情况下原有抗体不能中和病毒，机体完全失去免疫力，可引起世界范围的流感暴发。流感病毒的变异Reassortmemt二、抑制细胞免疫应答干扰蛋白酶降解单个氨基酸替代可改变蛋白的特异切割位点，从而影响病毒小肽的产生和CTL的识别。限制NK细胞介导的杀伤作用

病毒编码MHCⅠ类分子同源物；病毒介导的NK细胞激活受体功能抑制；病毒可感染并抑制或破坏NK细胞。选择性调节MHCI类分子的表达一些病毒蛋白可使MHCI类分子偏离其正常途径，HIV感染细胞中Nef蛋白可促进MHCI类分子的内吞作用。下调T细胞受体

人疱疹病毒(HHV)26A能够在转录水平下调TCR复合物而逃避免疫识别。下调MHCII类分子表达病毒对MHCII类分子的作用分为两类：转录水平的作用和转录后水平的作用。下调MHCI类分子肽呈递通路中转录因子导致MHCI类分子肽呈递通路中蛋白表达水平都有不同程度下降。三、干扰免疫效应功能抑制或调节细胞因子和趋化因子（细胞激活、增殖、趋化和炎症）病毒可以干扰细胞因子和趋化因子合成或延迟细胞因子成熟；病毒还可以干扰细胞因子信号转导过程；病毒编码蛋白受体干扰趋化因子转运；病毒分子中和细胞因子和使细胞受体失活等。干扰补体系统清除感染细胞表面的免疫复合物或表达Fc

受体，避免补体与免疫复合物的结合；编码和表达补体激活调节因子(RCA)同源物或其它补体调节因子；将宿主补体调控蛋白整合到其病毒包膜上。抑制凋亡病毒发展了各种机制来抑制宿主细胞的凋亡。比如可以上调Bcl-2产生或下调P53表达从而抑制凋亡。第五节干扰现象与干扰素一、干扰素的定义、分类、命名二、干扰素的诱生机制三、干扰素的受体四、干扰素的信号传递途径五、干扰素抗病毒机制六、病毒对干扰素的拮抗作用一、干扰素的定义1957年，Isaacs和Lindenmann利用鸡胚绒毛尿囊膜研究流感干扰现象时才了解到病毒感染的细胞能产生一种因子，作用其它细胞干扰病毒感染的复制，因而命名为干扰素(Interferon)。1980年国际干扰素命名委员会给IFN下了如下定义：IFN是一类在同种细胞上具有广谱抗病毒活性的蛋白质，其活性的发挥又受细胞基因组的调节和控制，涉及RNA和蛋白合成。现在，干扰素一般指脊椎动物受到干扰素诱生剂作用后合成的一类具有细胞功能调节作用的蛋白。干扰素是一类分泌性蛋白质干扰素本身不能直接灭活病毒：由病毒或其他干扰素诱剂刺激机体细胞基因来发挥活性。可诱生若干种效应蛋白，生物学效应是多方面的。干扰素的发现干扰素的分类、命名干扰素的来源因动物种类、细胞类型、诱生剂的性质和诱生条件而异。据来源动物的不同，可将IFN分为人干扰素(HuIFN)、小鼠干扰素(MuIFN)、猪干扰素(PoIFN)等；还可分为来自白细胞的IFN-α，来自纤维母细胞的IFN-β和来自淋巴细胞的IFN-γ。IFN-ω也属于白细胞源IFN，IFN-к

是一新型的纤维细胞源IFN；耐酸的IFN-α、IFN-β

、IFN-ω和IFN-к又合称为I型IFN；对酸敏感的IFN-γ称为II型IFN或免疫IFN。IFN-α存在多种结构序列不同的亚型，分别命名为-αl,-α2,-α3等，目前已经鉴定的IFN-α亚型至少有23种之多。由病毒、微生物及其产物诱导产生的I型IFN主要参与抗病毒、抗肿瘤活性，如诱导合成抗病毒蛋白、2’-5’腺苷酸合成酶。由淋巴细胞受有丝分裂原或特异抗原刺激产生的II型IFN主要参与诱导MHC类抗原的表达和免疫调节效应，但其抗病毒作用比I型IFN弱。IFN-α哺乳动物IFN-α和IFN-β基因位于人9号染色体和小鼠的4号染色体，并连锁在一起。IFN-α基因至少有23个，成串排列在一个区域，无内含子，同一种属IFN-α不同基因产物其氨基酸同源性﹥80%。多数人类的α干扰素家族是非糖基化蛋白质，由166～172个氨基酸组成，分子量约19kD，所有α干扰素含4个高度保守的半胱氨酸(Cys)，形成两个分子内二硫键。IFN-α的活性形式为单体。IFN-β人和小鼠IFN-β基因只有一个，无内含子，与IFN-α基因连锁在一起。IFN-β与IFN-α氨基酸组成的26-30%具同源性。人类IFN-β有166氨基酸及21个信号肽，分子量23kD，含有3个半胱氨酸。真核细胞产生的β干扰素是糖基化的，原核细胞产生的是非糖基化的，两者之间无生物学差异。天然人β干扰素是高度疏水的，但在氨基酸17位上的半胱氨酸（Cys）被Ser取代后，疏水性有所降低，而生物学活性却仍然存在。IFN-γ干扰素-γ只由活化T细胞和自然杀伤细胞（NK细胞）产生。

目前只有1种γ干扰素被鉴定，基因在6号染色体上，约有12%氨基酸序列与α干扰素同源。天然γ干扰素是糖基化的，与原核细胞重组DNA产生的非糖基化分子间无生物学活性差别，γ干扰素约146个氨基酸，其中有20个为信号肽。天然γ干扰素糖蛋白以同源二聚体存在，分子量约为40-60kD，无分子内二硫键，其生物学作用具有严格的种属特异性。干扰素理化特性干扰素是小分子量的蛋白质，4℃可保存较长时间，-20℃可长期保存活性，50℃被灭活，可被蛋白酶破坏。Ⅰ型干扰素能够耐受pH2.0的酸处理，而Ⅱ型干扰素在pH2.0的酸性条件下很快失活。干扰素一般由130～170个氨基酸组成，含17种以上的氨基酸，其中的天冬氨酸、谷氨酸和亮氨酸含量较高；不含核酸，所以不被DNA酶或RNA酶破坏，但易被胰蛋白酶、乙醚、氯仿、酮基等破坏。干扰素作用特点作为机体最重要的细胞因子之一，干扰素主要生物学功能体现为广谱的抗病毒活性和免疫调节功能，其作用特点可概括为：

(1)干扰素属诱生蛋白，正常细胞一般不自发产生干扰素，在受诱生剂(包括病毒、细菌和某些化学合成物质)激发后，干扰素基因受激活而表达。

(2)干扰素系统是目前所知的发挥作用最快的第一病毒防御体系，可在很短时间

(几分钟内)使机体处于抗病毒状态，并且机体在1-3周时间内对病毒的重复感染有抵抗作