第19章副粘病毒科(Paramyxoviridae)

第十九章副粘病毒科(Paramyxoviridae)一、概述二、基因组结构与功能三、病毒蛋白及其功能四、病毒的感染周期与分子感染机理主要参考文献一、概述本科病毒具有下述特性：病毒粒子呈多形性，基本上呈圆形，直径150～250nm，有时看到更大的畸形粒子和长达数微米的长丝。病毒粒子有一个比较坚硬的核衣壳，呈螺旋状对称，卷曲在脂质囊膜内。囊膜上有纤突，或称囊膜突起。病毒的基因组是单股RNA,长约16～20kb，分子量为5～7MDa。病毒RNA由聚合酶转录成互补的mRNA。副粘病毒主要在细胞浆内复制，并从细胞膜出芽成熟。国际病毒分类委员会第6次分类报告有关副粘病毒科的分类，有较大调整：将副粘病毒科分为副粘病毒亚科和肺病毒亚科；新增腮腺炎病毒属，代表种为腮腺炎病毒；原属于副粘病毒属的新城疫病毒、禽副粘病毒2～9型及猴副流感病毒等，包括在腮腺炎病毒属内。本章照顾我国分类习惯，暂不做调整，副粘病毒科仍分为三个属，各属主要特征及主要成员见表19-1。表19-1.副粘病毒科各属的主要特征及主要成员属主要特征主要成员副粘病毒属所有成员均具有神经氨酸酶新城疫病毒(Paramyxovirus)腮腺炎病毒副流感病毒1～5型Ontario火鸡副流感病毒鹦鹉副粘病毒燕雀副流感病毒Yucaipa病毒鼠Nariva病毒麻疹病毒属所有成员缺乏神经氨酸酶，可引起麻疹病毒(Morbollivirus)胞浆和核内包涵体，后者含病毒牛瘟病毒RNP。所有抗原交叉。在核衣壳犬瘟热病毒大小和结构上不同于肺病毒属。肺病毒属缺乏神经氨酸酶，核衣壳大小与人呼吸道合胞体病毒(Pneumovirus)结构不同于其它病毒属。牛呼吸道合胞体病毒小鼠肺炎病毒副粘病毒粒子中RNA占0.5%，蛋白质70%，脂质20%～25%，糖6%。RNA不分节段，其碱基组成为G24%～25%，A20%～26%，C24%～27%，U22%～31%。副粘病毒RNA不具有感染性，未发现遗传重组。副粘病毒科病毒一般具有11种蛋白质，病毒粒子中含有转录酶、多聚A转移酶、mRNA甲基转移酶、神经氨酸酶等。副粘病毒一般对热不稳定，在无蛋白质的溶液中,4℃或室温放置2～4小时，其感染力可降至10%或几乎无感染力。在酸性或碱性溶液中易破坏，在中性溶液中较稳定，对乙醚敏感。副粘病毒的复制不受放线菌素D的影响。1．形态结构病毒核衣壳就是病毒粒子的核蛋白核心，由不分节的RNA以及许多蛋白亚单位组成，呈螺旋样对称的螺卷状结构，与烟草花叶病病毒的结构相似，但两者的长度明显不同，烟草花叶病病毒长300nm，副粘病毒可达1000nm以上。副粘病毒的螺旋数目为200～220个，螺旋直径14～18nm，螺旋中孔的直径为5～12nm，螺距为5～6.5nm，螺旋方向呈左转。蛋白亚单位(单体)的分子量为60kDa，每个病毒粒子的亚单位数为1600～2000个，每转螺旋的亚单位数为9～13个。核衣壳盘绕成团，外被脂蛋白囊膜。副粘病毒的基因组为单股RNA。副粘病毒RNA的主要特征是它本身不能作为mRNA，不带译制病毒蛋白质的信息。因此必须通过病毒自己的RNA聚合酶转录一股互补链作为mRNA。根据惯例，带有病毒译制信息的RNA称为正股。这样，副粘病毒的互补链称为“正股”，病毒原来的RNA就是负股，故称为负股RNA病毒。图19-1.副粘病毒（自李成等）A.新城疫病毒；B.牛副粘病毒核衣壳2.基因组结构各种副粘病毒都有一个螺旋对称的单一核衣壳，其中的RNA含一组串连的6个或更多的基因。RNA是单分子单链RNA，16～20kb长，主要是负链，有时毒粒中也含有少量正链RNA。副粘病毒科中的鸡新城疫病毒、仙台病毒和麻疹病毒的全部核苷酸序列已明了，并绘制出基因图谱。在肺病毒属的人呼吸道合胞体病毒的基因组中，除L基因没有完成序列分析外，其它基因序列及图谱已与其它两属的基因图谱进行比较，见图19-2。由图可以看出肺病毒属的基因组成与其它两属不尽相同，推断其分子生物学特性也有很大差别。图19-2副粘病毒代表种的基因图谱副流感病毒3型的基因组排列次序为3'I－NP－P+C－M－F－HN－L5'。在各基因之间有一3'GAA保守序列，每一基因末端含有转录终止序列和mRNA互补的多聚(A)序列，有12个末端核苷酸是半保守的：3'UUUAUU/AUUC/UUUUU5'。在基因的起始端有10个核苷酸是半保守的：3'UCCUA/CA/GUUUC。翻译起始端距5’端的距离，在M蛋白为33～35nt，F基因为194～196nt。猿猴病毒5(SV5)、犬副流感病毒2型，在F和HN之间另有一个基因，编码SH蛋白(Smallhydrophobicprotein)，分子量为5.012kDa，共44个氨基酸，其功能尚不清楚。有些研究也间接证明新城疫病毒另有一个小基因，但无C蛋白。图19-3仙台病毒基因组的模式图表明在基因间存在(+)RNA前导序列和转录调节序列。E、I和S分别表示mRNA末端、基因间和起始序列。3.病毒蛋白组成(1)核衣壳蛋白A.核衣壳结构蛋白(NP)：副粘病毒属的核衣壳结构蛋白是核衣壳蛋白(N)的主要成分，其结构单位有两个主要区域。一是氨基端区域，约占整个结构单位的三分之二，它与RNA直接结合；另一个是羧基端区域，裸露于装配后的核衣壳表面，胰蛋白酶处理后可以由核衣壳上解离下来，表明在两区域的结合部位存在有对蛋白酶敏感的结合点。如上所述，在感染负链RNA病毒的细胞中，仅是那些没有被核衣壳蛋白包裹的病毒RNA具有病毒mRNA作用。另外，无核衣壳的RNA，在无细胞系统中是RNA合成的模板。这些结果说明，核衣壳结构单位与负链RNA病毒基因组模板活性有着密切的关系。然而副粘病毒的核衣壳蛋白中的NP和N蛋白必须与操纵RNA合成的辅助蛋白相互作用，才能完成RNA的合成。特异性抗辅助蛋白结构单位的抗体对RNA合成的抑制,也充分证明了这一点。B.辅助核衣壳蛋白：是与RNA复制和转录酶促反应过程相关的主要辅助性蛋白质，包括L蛋白和较小的P蛋白，这些辅助蛋白的作用是相互协同才能发挥作用。也就是说，当单一的某蛋白质加入到核衣壳RNA模板时，不具有催化RNA合成的能力。在RNA复制过程中辅助核衣壳蛋白的作用是在每一病毒基因的3’末端加上多聚(A)和在5’末端的转录后的修饰。研究表明，L蛋白起很重要的作用，致于P蛋白的功能尚不十分明确。(2)囊膜糖蛋白A.附着蛋白：所有的副粘病毒都具有一个表面糖蛋白，它介导病毒与细胞的附着。在副粘病毒属和麻疹病毒属，这些糖蛋白与细胞的含唾液酸的受体结合，其亲和性很高，具有血凝素和神经氨酸酶活性，因而称为HN(hemagglutinin－neuraminidase)。在没有神经氨酸酶活性的病毒属中，如麻疹病毒属，则称为H。在肺病毒属中同源的附着蛋白无血凝素和神经氨酸酶活性，因而被称为G蛋白。H和HN蛋白其氨基端具有很强的疏水性，这一区域使其固定在病毒囊膜的双层脂质膜内，虽然副粘病毒属的HN蛋白的三维结构还没有确证，但可以肯定其结构和功能是相关的。业已明确，许多副粘病毒RNA编码的附着蛋白的核苷酸序列。由序列分析推断的氨基酸序列可知，HN和H蛋白约含600个氨基酸。就HN蛋白而言，大约在距每一分子的氨基端200个氨基酸处的6个氨基酸是非常保守的，基于与流感病毒神经氨酸酶活性位点的比较，间接说明这一保守区与神经氨酸酶活性有关。另一个距氨基端约400个氨基酸的区域，与流感病毒血凝素的唾液酸结合位点具有部分同源性，表明部分HN附着位点的存在。在研究仙台病毒温度敏感变异株的条件性吸附缺陷时，在羧基端区域也发现有HN结合位点的部分序列，说明活性位点在氨基酸一级结构中分开，在折叠分子中结合才能发挥作用。人呼吸道合胞体病毒的附着蛋白G的编码基因，由298个氨基酸组成。B.融合蛋白：也称F蛋白。副粘病毒粒子附着于宿主细胞后，下一步就是核衣壳释放到胞浆内，这一过程是借助于第二种表面糖蛋白的作用，是囊膜与宿主细胞表面脂蛋白膜融合的主要因子。F蛋白的合成先以无活性的F0前体存在，由540～580个氨基酸组成，前体F0由蛋白酶水解后才发挥其融合作用。水解位点位于距F0蛋白氨基端大约100个氨基酸处，且有两个特点：位点的氨基端存在一个由赖氨酸和精氨酸组成的短序列；在羧基端存在有约为30个氨基酸的疏水性长序列。不同种属的副粘病毒，甚至同种内的不同毒株，在F0蛋白水解位点的氨基端的精、赖氨酸的数量和距离都各不相同，两氨基酸成对则标志着易于水解，致病性增强。水解后，形成一个较大的疏水亚单位F1，具有嵌入宿主细胞膜的融合机能。水解后较小的约100个氨基酸的产物称为F2。两个亚单位均在N位点糖基化，进一步增加其稳定性。C.非糖基化囊膜蛋白:副粘病毒一般都具有一种相对较小的非糖基化蛋白，即膜蛋白或M蛋白，它存在于病毒囊膜的内层，被认为在病毒粒子装配过程中参与囊膜形成，介导核衣壳与囊膜之间的识别，以维持病毒粒子结构的完整性。D.其它囊膜蛋白：呼吸道合胞体病毒22K基因编码一个小的蛋白质，参与囊膜形成，但其具体功能尚不清楚。犬副流感病毒2型和腮腺炎病毒，在F和HN基因之间有一小基因，编码一小疏水性蛋白质，称为SH蛋白(smallhydrophobicprotein)，尽管其功能不详，但由于其具有疏水性，表明对双层脂膜有亲和性。(3)非结构蛋白质：有一个或多个功能尚不清楚的小蛋白质，编码于副粘病毒属病毒基因组中，一般以文字数字命名，这些小蛋白质在不同病毒中其编码方式不尽相同。4.复制(1)吸附与进入副粘病毒的HN或H和G蛋白参与病毒与细胞的吸附。如上所述，感染性的核衣壳，在具有转录活性的辅助性蛋白组份参与下，由F蛋白介导的细胞表面与病毒囊膜之间发生融合，而使其进入到细胞质中。(2)转录和翻译在研究鸡新城疫病毒(NDV)感染细胞后的RNA合成时，发现了病毒复制的负股RNA的复制机制。相继的研究证明，其它副粘病毒也遵循这一机制。在感染过程中，副粘病毒的每一基因均有其相对应的不同的mRNA，这些分开的mRNA是由整个基因组的多考贝转录后加工获得，还是各基因分别转录后的产物，仍未完全清楚。下一个重要步聚就是病毒负股RNA复制成正股RNA，参与转录过程，与此同时，由正股RNA复制大量完整的病毒基因组，参与病毒的装配。换句话说，负链RNA一方面转录成mRNA，合成相应的病毒蛋白成份，另一方面转录成其互补链，再合成病毒RNA链，参与病毒包装。图19-4副粘病毒基因组复制的主要步骤(3)病毒粒子的包装与释放副粘病毒核衣壳的装配发生在胞浆内，其过程分两步进行：首先是NP和N蛋白结构单位与病毒基因组结合。病毒粒子囊膜的形成是在细胞表面。病毒糖蛋白在运输过程中，经过内质网和高尔基体而被糖基化，替代脂质层中许多内源的细胞蛋白质，而存在于宿主细胞膜表面，当核衣壳到达细胞膜表面，以尚不明了的形式，从细胞表面芽生，形成病毒粒子。在病毒粒子芽生的同时，细胞膜表面也具有病毒糖蛋白纤突，如果有类似胰蛋白酶的蛋白酶存在时，在细胞膜表面的F0蛋白将被激活，致使细胞与细胞之间接触融合，这样病毒介导的融合被称之为内融合(fusionfromwithin)。这一过程提供了病毒基因组直接从一个细胞进入另一个细胞的机会，最大限度地逃避宿主体液中循环抗体的监视作用。这种细胞内融合涉及到几个或多个的细胞，形成多核体(polykaryon)，既可以在培养细胞单层中见到，又可在感染病毒的组织内形成。二、副粘病毒属(Paramyxovirus)本病毒属的代表种为新城疫病毒，另外包括人的腮腺炎病毒、禽副粘病毒2型等以及人和动物的副流感1～4型病毒与其它副流感病毒。其中禽副粘病毒(PVM)各血清型代表种见表19-(一)新城疫病毒(Newcastlediseasevirus)同义名：新城鸡瘟病毒，禽肺脑炎病毒，亚洲鸡瘟病毒，伪鸡瘟病毒，禽副粘病毒1型。新城疫(ND)是极易传染的毁灭性疾病，最常侵袭家鸡和珠鸡，也能感染许多其它家禽和野鸟。火鸡和孔雀的易感性较低，但常从雉、鸽和野生鹦鹉体内分离到毒力强大的病毒。水禽和海鸟通常抵抗力甚强，但可作为带毒者。人有易感性，常因接触病