第34章 逆转录病毒

第34章逆转录病毒揣侠病原生物学教研室本章重点与难点1.逆转录病毒的种类及主要特性2.HIV的形态结构特点及抗原变异3.HIV的细胞受体及复制过程4.HIV的传染源、传播途径及致病机制5.HIV感染的微生物学检查6.HIV感染的药物治疗原则3一组含有逆转录酶的RNA病毒，可分为3个亚科:肿瘤病毒亚科：HTLV慢病毒亚科：HIV泡沫病毒亚科对人致病的反转录病毒主要有：1.人类嗜T细胞病毒（HTLV），为成人T淋巴细胞白血病的病原体。2.人类免疫缺陷病毒（HIV），是人类艾滋病的病原体。逆转录病毒①球形，直径约为100nm；有包膜，表面有刺突。②基因组有两条相同的+ssRNA，具有gag、pol和env3个结构基因和多个调节基因③病毒体含反转录酶和整合酶。④复制有独特的反转录过程，病毒DNA整合到细胞DNA中，构成前病毒。共同特性人类免疫缺陷病毒（Humanimmunodeficiencyvirus,HIV）1981年美国疾病控制中心科学家发现获得性免疫缺陷综合征。1983年法国巴斯德研究所Montagnier等首次从一例慢性淋巴腺病的男性同性恋患者血液中分离到的一株新逆转录病毒，称为淋巴腺病相关病毒(LAV)。1984年，美国Gallo等亦从艾滋病患者中分离到相似的逆转录病毒，称之为人类嗜T淋巴细胞病毒Ⅲ型(HTLV-Ⅲ)。1986年，国际病毒分类委员会将LAV、HTLV-Ⅲ统一命名为人类免疫缺陷病毒（humanimmunodeficiencyvirus,HIV）。HIV的发现与命名7FrançoiseBarré-SinoussiLucMontagnierRobertGallo8Attheendof2015975millionpeoplehavebeeninfected36millionpeoplehavediedofHIVGlobally,36.7millionpeoplewerelivingwithHIVSub-SaharanAfricaremainsmostseverelyaffectedThereisnocureforHIVinfection.CompanyLogo我国HIV／AIDS感染特点*疫情依然呈上升趋势，但增速减缓；*注射毒品传播和血液传播的比例逐年下降，性传播成为主要传播途径；*自高危人群向普通人群扩散；*地域分布差异大，局部地区疫情严重。分型（type）人类免疫缺陷病毒（HIV）是获得性免疫缺陷综合征（AIDS）的病原体，俗称艾滋病。HIV主要有两型：HIV-1型：世界上的AIDS多由HIV-1所致；M（A-D,F-H,J,K）、N、O3组HIV-2型：西非呈地区性流行，6个亚型。一、生物学性状14形态与结构电镜下HIV病毒体呈球形，直径约100～120nm。成熟的HIV-1呈现一致密的圆锥状核心和病毒包膜。形态与结构球形，直径约100-120nm。脂质双层包膜糖蛋白gp120中和抗原gp41跨膜蛋白，具有膜融合活性基质蛋白P17核衣壳呈圆柱形，有双层衣壳核心：单正股RNA二聚体，有逆转录酶、蛋白酶和整合酶。包膜P7P9核衣壳蛋白P24衣壳蛋白，特异性最高HIV模式图脂双层膜gp120gp41包膜糖蛋白p24衣壳蛋白p17内膜蛋白P7、P9核衣壳蛋白逆转录酶蛋白酶整合酶RNAHIV的结构模式图1819HIV的基因组为单正链的RNA在5′端通过氢键相互连接形成的二聚体，全长约9.7kb，含有三个结构基因及六个调控基因。在病毒基因组的5′端和3′端各有相同的一段核苷酸序列，称长末端重复序列(longterminalrepeat，LTR)，含有启动子、增强子及负调控区，调控病毒基因的表达。基因组的结构与功能3个结构基因：gag、pol、env6个调控基因：tat、rev、vif、nef、vpr、vpu(在HIV-2为vpx)21gag基因gag基因是编码病毒衣壳、基质等结构蛋白的基因，先编码一个55KD的前体蛋白（ｐ55），再在蛋白酶作用下裂解形成ｐ24、ｐ17和ｐ15。p24形成锥体核，其特异性较强。p17附着脂质双层膜的内层，起稳定作用。p15可进一步裂解为与RNA结合的蛋白（p9和p7）。22pol基因pol基因编码HIV复制所需的酶类，基因一部分与gag重叠，表达融合蛋白gp160，然后水解成3个片段。p10是蛋白酶：抗病毒位点p66/p51是具有逆转录酶、RNaseH、DNA多聚酶活性p32是整合酶。23env基因env基因编码包膜糖蛋白，先编码一个88KD的蛋白，经糖基化后分子量增至160KD，即包膜糖蛋白的前体gp160，在蛋白酶作用下裂解为gp120和gp41。gp120：是病毒与易感细胞结合的部位；亦是与中和抗体结合的位点。gp41:具有介导病毒包膜与宿主细胞膜融合的作用。HIV基因及其编码蛋白基因编码蛋白蛋白质的功能结构基因gagp24和p7p17衣壳蛋白和核衣壳蛋白内膜蛋白pol逆转录酶RNA酶H蛋白酶整合酶逆转录酶活性和DNA聚合酶活性水解RNA：DNA中间体中的RNA链切割前体蛋白使病毒DNA与细胞DNA整合envgp120gp41使病毒吸附于靶细胞表面CD4分子介导病毒包膜与宿主细胞膜融合调节基因tatTat反式激活蛋白，激活HIV基因的转录revRev促进病毒mRNA转运至细胞质NefNef提高HIV的复制能力和感染性病毒的复制细胞受体：•主要受体：CD4分子（主要表达于CD4+T淋巴细胞，在单核-巨噬细胞等也有表达）。•辅助受体：CXCR4、CCR5.HIV借助于gp120与靶细胞表面的CD4分子结合，然后再与辅助受体结合，gp41融合肽暴露，介导膜融合，使病毒侵入细胞。病毒的复制27(+)ssRNA逆转录酶RNA:DNARNaseHdsDNAssDNA整合于宿主染色体（前病毒）随宿主细胞分裂传代子代病毒RNAmRNA病毒蛋白HIV生物合成282930313233分型*HIV-1：分M组（A～K11个亚型）、O组、（O亚型)、N组（N亚型)*HIV-2：分7个亚型（A～G）HIV-1M组在全球流行，不同地区流行的亚型不同。HIV-2和HIV-1的O组/N组主要局限于西非等地流行。35变异性HIV的一个显著特点是具有高度变异性：•HIV在免疫和药物选择压力下赖以生存的基础•HIV形成慢性和持续性病毒感染的主要原因•HIV难以清除的主要原因和疫苗研制的主要障碍•同一个个体可以分离到生物学性状不完全相同的HIV毒株36HIV的逆转录酶无校正功能、错配性高是导致HIV基因频繁变异的重要因素。变异在基因组内的分布是不均匀的，较多集中于包膜糖蛋白env基因，特别是其导致的gp120的变异。nef基因的变异也较常见原因37培养特性•在体外，HIV只感染CD4+T细胞和巨噬细胞实验室常用新鲜分离的正常人T细胞病人自身分离的T细胞培养H9或CEM等T细胞株•感染后细胞出现不同程度的病变，培养液中可测到逆转录酶活性，而培养细胞中可查到病毒的抗原。•动物接种：黑猩猩病毒血症和抗体SIV亚洲猕猴CompanyLogoHIV对理化因素的抵抗力较弱。•对热敏感，56℃处理30min可将HIV灭活。但病毒在室温下可保存活力达7d。被HIV污染的物品至少3d内有传染性。•对常用的消毒剂敏感：0.2%次氯酸钠、0.1%漂白粉、70%乙醇、50%乙醚、0.3%H2O2或0.5%来苏处理10min，对病毒均有灭活作用。•WHO标准121℃20min煮沸100℃20min抵抗力39致病性与免疫性40传染源与传播途径HIV无症状携带者和艾滋病患者。——血液/精液/阴道分泌物/唾液/乳汁均可分离到病毒。脑脊髓液、骨髓、皮肤及中枢神经组织等标本中也可分离到病毒。（1）传染源HIVinBodyFluidsSemen11,000VaginalFluid7,000Blood18,000AmnioticFluid4,000Saliva1AveragenumberofHIVparticlesin1mlofthesebodyfluids性传播异性性行为、同性性行为及双性性行为血液传播输入带HIV的血液或血制品、器官或骨髓移植、人工授精、静脉药瘾者共用污染的注射器及针头母婴传播通过胎盘、分娩、哺乳（二）传播途径日常生活和工作接触不会感染艾滋病一般生活接触共同进餐、拥抱、握手、礼节性接吻，游泳；共用马桶、浴盆、衣服、被褥、钞票等共同工作、劳动共用办公用品、学习用具、农具等蚊虫叮咬、咳嗽、打喷嚏44临床表现•急性期•无症状期/潜伏期•AIDS相关综合征期•典型AlDS期45原发感染急性期•HIV初次进入机体开始大量复制和扩散。表现类似于急性单核细胞增多症或流感，表现为突发的非特异性病毒感染症状如发热、皮疹、淋巴结肿大、关节痛、肌肉痛、斑丘疹、腹痛、腹泻。症状持续２～３周，自行缓解。•抗体检测阴性，可检测到HIV抗原P24•大多数病毒以前病毒形式整合于宿主细胞染色体上长期潜伏下来4647无症状潜伏期•持续6个月至10年或更长，病人一般无临床症状或症状轻微。•血清中HIV抗原消失或处于极低水平，抗HIV阳性。•此期不是静止期，更不是安全期，病毒与免疫系统相对峙的阶段，免疫系统渐进性衰退。48AlDS相关综合征期已具备AIDS基本特征：细胞免疫缺陷，但症状较轻。表现为：⑴持续性全身淋巴结肿大；⑵全身症状：发热盗汗、全身倦怠、1/3患者体重减轻10%以上、周期性低热、皮疹及慢性腹泻等胃肠道症状；⑶各种感染：特殊性或复发性的非致命感染。4950典型AlDS期•严重细胞免疫缺陷：CD4+TH200/μL；•各种致死性机会感染：卡氏肺囊虫肺炎、白色念珠菌感染、巨细胞病毒感染等；•恶性肿瘤：kaposi肉瘤、淋巴瘤。•神经系统异常：记忆力衰退、偏瘫、痴呆等症状AIDS5年死亡率约为90%，死亡多发生在临床症状出现后的2年内。51卡波济肉瘤5253致病机制细胞受体：主要受体CD4分子辅助受体CCR5与CXCR4主要感染细胞：CD4＋T细胞、单核-巨噬细胞（树突状细胞、神经胶质细胞、朗罕细胞、肺泡巨噬细胞、肝脏库普弗细胞）致病机制HIV借助于gp120与上述细胞受体结合，gp41融合肽暴露，介导膜融合，使病毒侵入细胞HIV对CD4+T细胞的损害：直接杀伤作用和免疫病理损伤，使CD4+T细胞数量减少和功能降低，使CD4+/CD8+倒置，从而导致免疫功能障碍。HIV对单核/巨噬细胞的损害：HIV对其他细胞及神经细胞的损害：（CD4T细胞表达大量CD4分子和CXCR4）①导致CD4T细胞融合，最终导致细胞的溶解；②CTL对CD4T细胞的直接杀伤作用，抗体介导的ADCC作用，NK细胞的杀伤作用；③诱导CD4T细胞细胞凋亡；④HIV复制产生大量未整合的病毒DNA，抑制细胞正常的生物合成；⑤HIV可作为超抗原激活大量CD4T细胞。HIV对CD4+细胞的破坏*单核-巨噬细胞：表达少量CD4分子，其辅助受体为CCR5单核-巨噬细胞感染后不被溶解，长期携带HIV，使病毒向其他组织播散。HIV潜伏的重要场所：CD4+记忆T细胞单核-巨噬细胞60HIV感染的免疫应答抗gp120是主要中和抗体，能降低急性感染期血液中病毒抗原量。CTL和NK细胞，在杀伤病毒感染细胞和阻止病毒经细胞接触而扩散等方面起重要作用。感染早期产生的特异性免疫不能完全清除体内的病毒，一经感染便终生携带病毒，最终因致死性感染或发生恶性肿瘤而死亡。病毒抗原频繁变异逃避了免疫清除作用61微生物学检查法：检测抗体初筛：主要的方法有ELISA、IFA、RIA，有一定的假阳性。确证试验：免疫印迹(western-blot,WB)，可检测出针对HIV不同结构蛋白的抗体，至少有对两种HIV抗原同时测定其抗体，方可肯定诊断。如血清中同时检出P24，gp120抗体时阳性时，可判断为受HIV感染。62检测病毒及其组分(1)病毒分离：当出现CPE后，可用间接免疫荧光检测培养细胞中的病毒抗原，以确定HIV的存在。(2)测定病毒抗原：用ELISA检测HIV的核心蛋白