第五章病毒与宿主细胞的相互作用

第五章病毒与宿主细胞的相互作用第一节病毒与宿主细胞的相互作用1.1病毒感染及病毒性疾病１.病毒感染(viralinfection)：病毒侵入体内并在靶器官细胞中增殖，与机体发生相互作用的过程为病毒感染，有时虽发生病毒感染，但并不形成损伤或疾病。２病毒性疾病(viraldisease)：感染后常因病毒种类、宿主状态不同而发生轻重不一的具有临床表现的疾病，称为病毒性疾病３病毒的感染性：病毒能够进入敏感细胞内，并能在其中生存的一种特性。取决于病毒的致病性、毒力及病毒的量。（具有种的特异性）。４显性病毒感染：有的病毒如天花病毒、麻疹病毒等进入机体，到达靶细胞后大量增殖，使细胞和组织损伤，机体出现明显的临床症状，这样的感染称为显性病毒感染或临床感染；按症状出现早晚、持续时间的长短以及病毒在体内持续存在状态等显性感染又分为急性病毒感染和持续性病毒感染两种。５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。６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（CPE）。７细胞凋亡：多细胞生物的一种生理性细胞死亡的过程，是形态上术语。细胞程序性死亡：细胞内特定基因的程序性表达介导的死亡，是功能性术语。1.2病毒在机体内的散播局部散播:病毒只在入侵部位感染细胞局部散播。血行散播：病毒可在入侵局部增殖进入血液经血流或神经系统向全身或远离入侵部位的器官散播。神经散播：HSV单纯疱疹病毒（herpessimplexvirus）、VZV水痘-带状疱疹病毒、狂犬病病毒。1.3病毒感染的条件ａ．病毒的感染性：病毒能够进入敏感细胞内，并能在其中生存的一种特性。取决于病毒的致病性、毒力及病毒的量。（具有种的特异性）。ｂ．合适的感染途径。c．宿主的易感染性细胞：跟细胞表面的病毒受体、宿主机体的免疫状态、其他物理分子（如体温、营养及年龄、病毒的致病机制）有关。1.4病毒的致病机理病毒对细胞的致病作用包括来自病毒的直接损伤和机体免疫病理应答两个方面。敏感的宿主细胞被病毒感染后，两者相互作用下可表现为：杀细胞性感染；稳定状态感染；细胞凋亡；包涵体的形成；细胞增殖和转化；病毒基因的整合。1.病毒对细胞的直接致病作用由于病毒在细胞内增殖，干扰和破坏了宿主细胞的正常代谢，造成细胞死亡即所谓杀细胞效应(cytocidaleffect)。2.机体的免疫应答引起的免疫病理作用病毒感染细胞后，细胞表面可产生新的病毒抗原，可诱发宿主产生免疫应答，也能造成病理损伤。3.病毒感染与肿瘤1.5病毒与宿主细胞的相互关系根据病毒感染后细胞的表现：1.溶（杀）细胞感染:多见于无囊膜病毒2.稳定态感染:多见于有囊膜病毒3.整合感染:多见于肿瘤病毒根据病毒感染后细胞病变的形式或对细胞表型的影响：病毒感染的致细胞病变作用有哪些？1、细胞死亡2、细胞融合和合胞体细胞形成3、血吸附和血球凝集4、细胞膜渗透性的变化5、包涵体的形成6、细胞转化。）1.细胞形态的变化（细胞骨架的改变，破坏细胞的正常形态；2.细胞裂解（裂解细胞，释放子代病毒；3.膜融合（细胞膜功能障碍，引起病毒在细胞间的传播以及细胞的融合；4.膜渗透性的变化（增加钠离子的流入，有利于病毒mRNA的翻译5.包涵体的形成（包涵体的形成，改变了细胞正常的组分；6.细胞凋亡（急性裂解感染和持续性感染）7.细胞转化（肿瘤）1.5.1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。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（CPE）。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，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。1.5.2稳定状态感染一些不具有杀细胞效应的病毒（多为有包膜病毒）所引起的感染称稳定状态感染。病毒在感染宿主细胞的过程中，对细胞代谢、溶酶体膜影响不很大。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。1.5.3整合感染有些DNA病毒的全部或部分基因组，以及逆转录病毒基因组的互补DNA(cDNA)可以整合于细胞基因组，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。1.5.4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）1.5.5膜融合一些囊膜病毒（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。1.5.6膜渗透性的变化某些病毒感染能增加细胞膜对离子的渗透性，例如允许钠离子的流入，增加细胞内钠离子的浓度。病毒mRNA的翻译比宿主细胞更能耐受高浓度的钠离子，渗透性的增加更有利于病毒mRNA的翻译1.5.7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。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。1.5.8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大量病毒聚集物；②病毒增殖的痕迹；③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①内基小体(Negribody)，可诊断为狂犬病；②烟草花叶病毒包涵体称为X-小体(X-body)；③天花病毒包涵体称为顾氏小体(Gua-rnieri’sbodies);1.5.9细胞转化致瘤病毒有使细胞发生转化的能力。与未转化细胞相比，转化细胞的生长调控机制出现紊乱，增殖速度明显加快。转化细胞的形态异常，染色体变型等。转化细胞是形成肿瘤的基础，但转化细胞并不必然形成肿瘤。因为肿瘤的形成还取决于机体的免疫生理状态第二节病毒感染的分子生物学机制2.1与细胞膜的相互作用吸附蛋白（可逆吸附与不可逆吸附）环境因子（温度、离子、pH值）受体（碳水化合物、糖脂、蛋白质分子等）唾液酸---流感病毒硫酸类肝素---HSVCD4蛋白---HIV2.2与细胞转录的相互作用（抑制细胞转录；提高病毒转录效率：转录活化子、增强子；利用宿主酶加工病毒mRNA）抑制宿主细胞转录-ssRNA和dsRNA病毒不依赖宿主RNA聚合酶，自身编码的RNA聚合酶能更高效率地利用核苷三磷酸进行转录DNA病毒能竞争性利用宿主RNA聚合酶II，转录成病毒mRNA2.3病毒进入细胞确保高水平的转录机制病毒粒子携带自身编码的RNA聚合酶（痘病毒（在细胞质中增殖）、-ssRNA病毒及dsRNA病毒携带有转录酶）病毒粒子携带有转录激活因子（HSV携带的VP16蛋白—转录激活复合物，可激活立即早期基因表达）病毒增强子维持病毒基因高水平转录（增强子具有多个转录因子结合位点，能协同一致地促进下游早期基因转录）病毒晚期转录的激活：病毒早期基因产物为反式激活蛋白。如：腺病毒的E1A蛋白E1A蛋白能直接同细胞转录因子产生各种效应，激活转录作用(13SE1A蛋白能结合TATA结合蛋白上)E1A能结合到宿主细胞转录复合物上，释放活化的转录因子E2F；E1A可增强polII和polIII基因的表达。2.4病毒同宿主RNA加工过程间的相互作用病毒mRNA的成熟mRNA的5’末端加“帽子”，在3’端加上多聚腺苷酸（polyA）尾巴，mRNA剪接抑制细胞mRNA的加工成熟病毒不仅抑制与其竞争的细胞mRNA的合成，而且抑制细胞mRNA的成熟流感病毒的NS1蛋白既抑制细胞mRNA的多聚腺苷酸化，又抑制细胞mRNA前体的剪接。HSV的ICP27抑制细胞mRNA前体的剪接2.5与翻译系统的相互作用（抑制宿主翻译；降解宿主mRNA；竞争宿主翻译系统；改变宿主翻译系统的特异性全部抑制或部分抑制宿主翻译宿主mRNA降解HSV、流感病毒、痘病毒感染后，细胞中宿主mRNA合成量减少、蛋白质翻译受阻。（病毒粒子组份诱导的）病毒mRNA同宿主mRNA之间竞争有限的核糖体大量合成病毒mRNA与宿主竞争有限的核糖体病毒mRNA具有更高的亲和性病毒对宿主翻译起始因子的影响真核生物翻译起始因子eIF-4E能识别真核生物和病毒mRNA5’端帽结构、eIF-4F可促进有帽mRNA与核糖体40S亚基结合。痘病毒感染使宿主细胞翻译成分帽结合蛋白复合物CBP或eIF-4F失活，使不带帽的病毒mRNA更有效地翻译。2.6与细胞DNA复制的相互作用（降解细胞ＤＮＡ、改变正常复制位点、抑制细胞ＤＮＡ合成并为病毒ＤＮＡ提供原料）RNA和DNA病毒感染后往往引起宿主细胞DNA合成率下降。宿主细胞DNA的抑制可为病毒复制提供条件。促使细胞ssDNA降解（病毒DNase）病毒DNA能取代在正常位点复制的细胞DNA抑制细胞蛋白质合成的间接效应2.7DNA病毒确保DNA复制装置有效性的机制病毒能编码一种新的复制装置痘病毒可编码病毒DNA复制所需的酶反转录病毒含有反转录酶HSV编码7种蛋白直接参与病毒DNA复制病毒能诱导细胞DNA的合成（G0→S）乳头瘤病毒编码的蛋白质大T抗原能插入到宿主细胞复制复合物上，指导它们复制病毒DNA。SV40大T抗原可结合到其复制起点上,与细胞DNA聚合酶相互作用；起解旋酶的作用。第三节宿主对病毒感染的免疫反应3.1免疫系统简介免疫系统的组成1.淋巴器官（胸腺、骨髓、淋巴结、脾、扁桃体）2.淋巴组织及免疫细胞（淋巴细胞、浆细胞、巨噬细胞）免疫系统的功能（防御功能）1．清除入侵的抗原，如微生物及其产物，异体细胞等。2．监视和清除机体自身改变了的细胞，如病毒感染的细胞或癌变细胞以及衰老和损伤的细胞及其碎片。免疫反应的方式非特异性免疫：是机体在长期的进化过程中逐渐建立的，具有相对稳定性，能遗传给下一代的防御能力（先天免疫）。屏障结构、吞噬细胞、抗微生物物质特异性免疫：是在抗原刺激下产生的，指专门对某一种病菌有识别和杀灭作用的免疫。特点：①有特异性；②是后天获得的---获得性免疫按其作用机理不同，可分为体液免疫和细胞免疫。3.2病毒感染对免疫系统的影响1、病毒感染引起的免疫抑制近年来，观察到许多病毒感染可引起暂时性免疫抑制。如麻疹病毒、风疹病毒、CMV等感染，急性期和恢复期患者外周血淋巴细胞对特异性抗原的反应减弱。病毒感染所致的免疫抑制，可能成为某些病毒性疾病持续和加重的部分原因。免疫抑制也可能激活体内潜伏的病毒或促进某些肿瘤的生长，使疾病进程复杂化。2、病毒感染对免疫活性细胞的杀伤已发现引起AIDS的HIV对辅助性T细胞(CD4+)具有强亲和性和杀伤性。因而在感染者出现CD4+细胞减少，CD8+细胞数相对增多，两种细胞比值倒置的现象。由于辅助性T细胞数量减少，细胞免疫功能低下，极易合并条件致病性微生物(真菌、病毒、细菌)或寄生虫(卡氏肺囊虫)感染，或并发肿瘤(如Kaposi肉瘤)，成为AIDS死亡率极高的原因。3、病毒感染引起自身免疫性疾病病毒感染可能使正常情况下隐蔽在细胞内的一些抗原暴露或释放出来；病毒抗原也可能与机体细胞结合，改变细胞表面结构成为“非已物质”，这些细胞可成为靶细胞而受到免疫细胞和免疫因子的