埃博拉病毒的研究进展

埃博拉病毒研究进展（******）摘要：埃博拉病毒（Ebolavirus，EBOV）是一种致命性的病原体，能引起包括人类在内的灵长类动物的发生埃博拉出血热（Ebolahemorrhagicfever，EBHF）。本文综述了埃博拉病毒近年来的研究，重点介绍了埃博拉病毒的分子结构，装配机制以及最新研究发现的治疗进展。关键词：埃博拉病毒；分子结构；装配机制；治疗展望RecentadvancesinEbolavirusdevelopment(******)Abstract:TheEbolavirusisahighlyinfectiouspathogenwhichcancauseEbolahemorrhagicfeverofprimatesincludinghumans.TheprogressontheEbolavirusinrecentyearsisreviewedinthispaper,focusingonthemolecularstructureandanewstudyhasfoundoftheassemblymechanism，aswellastreatmentperspective.Keywords:Ebolavirus,molecularstructure,assemblymechanism,treatmentperspective一、埃博拉病毒的发现、分类与埃博出血热1976年，在非洲中部发现了埃博拉病毒（Ebolavirus，EBOV），由它引起的出血热称为埃博拉出血热（Ebolahemorrhagicfever，EBHF）。埃博拉病毒与沙拉热病毒、马尔堡病毒、西尼罗河病毒、革登热病毒和马秋波病毒一并成为世界上最神秘的六种病毒。埃博拉病毒根据发现地和抗原特性将其分为以下五个亚型：埃博拉-扎伊尔型（ZaireEBOV）、埃博拉-苏丹型（SudanEBOV）、埃博拉-科特迪瓦型（IvoryCotedEBOV）、埃博拉-莱斯顿型（RestonEBOV）、埃博拉-本迪布焦型（BundibugyoEBOV）。不同亚型对人的致病能力各不相同，依次为ZEBOVSEBOVBEBOVCEBOVREBOV，其中REBOV仅感染除人以外的灵长类动物，但人类有可能称为该种病毒的无症状携带者。各亚型病毒之间存在血清交叉反应，通过定量血清学、胰酶消化多肽图谱分析以及寡核苷酸图谱分析等方法可以对不同亚型进行鉴定。人类一旦感染该病毒，死亡率高达90%。患者的主要表现为急性发热、肌肉酸痛、头痛、呕吐、腹泻并伴随着出血趋势和偶尔的休克症状，皮肤出现丘疹、器官出血、肾和肝功能受损。患者感染后，目前还无法治疗。2014年3、4月，西非的几内亚地区首次爆发埃博拉病毒，造成多人死亡，此事在国际上引起了高度关注。二、埃博拉病毒的形态、结构埃博拉病毒属于丝状病毒科丝状病毒属，形态多样，电子显微镜下似中国古代“如意”，多为长丝状或杆状，外具包膜，病毒粒子长为300~1500nm，直径约为80nm，长度差异较大，其中970nm长的病毒粒子感染能力最强。毒粒表面有8~10nm长的纤突，呈刷状样整齐排列，相互间隔10nm。（如图1所示）埃博拉病毒基因组为单股负链RNA，全长18.9kb，编码七种蛋白质，包括包膜糖蛋白（Glycoprotein，GP）、核衣壳蛋白（Nucleoprotein，NP）、基质蛋白（Matrixprotein）VP24和VP40，两种非结构蛋白VP30和VP35，以及RNA依赖的RNA聚合酶L（Polymerase）。其基因排列顺序为：3’先导区—NP—VP35—VP40—GP—VP30—VP24—L—5’末端区。GP作为埃博拉病毒唯一的表面蛋白，由GP1和GP2两个亚基构成，GP1、GP2二聚体是I型跨膜蛋白，构成了病毒粒子的刺突蛋白，GP1与细表面受体结合后，GP2协助病毒衣壳跟细胞膜融合。sGP是GP早期大量表达的产物，对免疫细胞杀伤病毒具有干扰作用。NP是埃博拉病毒主要的核蛋白，与次要核蛋白VP30（转录活化因子，与DNA双螺旋结合，激活转录）聚合，然后与聚合酶辅因子VP35和L聚合酶形成复合物，这个复合物与RNA基因组结合形成核衣壳。病毒基因组的转录和复制由VP35（抗干扰素，负调转录启动子）和L完成。VP40作为病毒含量最多的蛋白质，对其装配至关重要，寡聚体VP40（I型干扰素抑制剂）与RNA相结合并与VP24共同构成基质蛋白。三、埃博拉病毒的增殖过程同其他病毒一样，埃博拉病毒增殖过程同样包括吸附、侵入、脱壳、生物大分子的合成、图1：埃博拉病毒结构示意图装配与释放等步骤。目前，对于EBOV侵染细胞的整个机制尚不明确，但其中一些具体步骤已逐渐揭示。病毒进入细胞是病毒感染的第一步，能否进入细胞是致病的一个先决条件。而宿主细胞摄取毒粒可能是通过多种不同的细胞依赖的内吞方式。真核生物内吞作用有网格蛋白介导的内吞，巨胞饮作用和吞噬作用等。而埃博拉病毒可能通过以下两种方式进入宿主体内多种组织和细胞进行复制。Empig等研究发现，有被小凹抑制剂如：胆固醇螯合药物、佛波醇酯等，可抑制丝状病毒进入细胞内。Bhattacharyya等发现，氯丙嗪抑制剂，能够使网格蛋白在内体膜附近集聚，从而阻止网格蛋白的回收，抑制了含有埃博拉病毒包膜蛋白的HIV假病毒对细胞的感染；该研究小组同时发现利用RNAi敲除网格蛋白重链基因同样对假病毒的入侵具有抑制作用。由此推测：埃博拉病毒可能是通过网格蛋白介导的内吞作用来感染细胞的。上述传统内吞方式的内吞泡直径通常小于200nm，而像病毒这样较大的粒子还可能是通过巨胞饮作用进入细胞的。Aleksandrowicz等发现巨胞饮作用抑制剂，如：拉春库林、钠/氢交换阻滞体和渥曼青霉素也可以抑制埃博拉病毒样颗粒进入细胞内部。由此推断病毒可能通过巨胞饮作用进入细胞。病毒的转录是以-ssRNA为模板，在自身携带的的转录酶的作用下，从先导序列依次进行转录，最终转译为七种蛋白质，与-ssRNA装配成完整的病毒颗粒。2013年8月，Cell报道Bornholdt等人发现的埃博拉病毒装配机制：组装和释放新病毒粒子的同一分子能将自身重新组装成不同的形状，而且每个形状控制着病毒生长周期的不同阶段。VP40以二聚体的形式存在，并非之前认为的单体形式，这种二聚体结构可以发生重排，组装构建病毒的外壳或“阵列”，从而释放无数新病毒。这一研究表明蛋白也能进行重新排列，形成环（如图2所示），以便绑定到RNA上，控制病毒的内部组件。VP40这种“变形金刚”行为也可能解释了埃博拉病毒凭借少数有限的基因完成了多步骤的生命周期。这一发现同时也修订了中心法则——一种蛋白质只有一个形状，只行使一种生物学功能。四、埃博拉病毒的致病机制目前认为包膜糖蛋白（GP）是埃博拉病毒致病性的重要决定因素。GP与受体结合介导图2：埃博拉病毒VP40结构重排病毒进入细胞，并可通过与内皮细胞结合破坏微血管的完整性，引起血管渗漏（如图3所示）。在感染后期，GP的瞬时表达可以下调细胞表面蛋白质水平，导致细胞形态学发生变化，包括细胞变圆、脱落。这被认为是埃博拉病毒在致病过程中发挥着核心作用。Lopez等发现，GP是一种天然的反干扰素诱导蛋白因子，它可克服一系列干扰素诱导蛋白对感染细胞释放病毒的限制，但GP并非通过将干扰素诱导蛋白从细胞表面进行消除，具体的机制仍在探索中。五、埃博拉病毒的传播途径目前埃博拉病毒主要通过直接解除病人、空气传播和医源性感染两种方式。当直接接触感染者的血液、分泌物、器官或者精液，处理发病和死亡的黑猩猩以及医务人员因为经常看病人或者参加葬礼而感染病毒。而在1976年扎伊尔的疫情中，病人因共用一个污染的注射器而感染。埃博拉病毒的自然宿主被认为似乎存在于非洲和亚洲的热带雨林中，但仍未发现。虽然宿主仍未确定，但到目前为止，已有多方证据表明猴子及黑猩猩等野生非灵长类动物及其他动物有感染埃博拉病毒的迹象。六、埃博拉病毒的治疗展望传统的灭活疫苗无法激活机体的保护性免疫；而当给肌肉注射含有埃博拉病毒基因的质粒这样的核酸疫苗时，质粒表达的抗原可以引发免疫反应。单独表达VP40或与GP联合表达产生EBOV病毒样颗粒，这种病毒颗粒缺失了EBOVRNA基因组和NP、VP30、VP24、L蛋白，以及免疫抑制蛋白VP35，不存在返祖和载体免疫的问题，这种病毒样颗粒疫苗被认为是最安全，最有潜力的候选疫苗。2013年8月，美国科学家揭示了埃博拉病毒VP40的“变形”行为，这一突破性成就有助图3：埃博拉病毒侵蚀人体的过程于研发以病毒个组装阶段VP40的构型为靶点的疫苗药物，为治疗带来了新的希望。2013年10月，华人科学家邱香果团队开发出了埃博拉出血热的新疗法。联合使用三联单克隆抗体和干扰素时，受病毒感染的4只蟹猴有3只存活而4只恒河猴全部存活，它们的治愈率分别达到了75%、100%。三联单克隆抗体就像三个“小个头但威力强大的导弹”，“轰击”病毒外膜的3个不同区域，从而干扰它的生命周期，降低了在机体中的增殖能力。这一惊人的发现将人类战胜埃博拉病毒向又前推进了一大步！随着对埃博拉病毒传播、感染、复制机制的深入了解，抗病毒的药物和疫苗在现有研究基础之上将会有突破性的进展。病毒颗粒样疫苗、VSV等新型疫苗的在治疗方面取得的重大进展大大鼓舞病毒疫苗的研发，这对预防埃博拉出血热和病毒的大规模爆发等具有重要意义。参考文献1.XiangguoQiu,GaryWong,LisaFernando,JonathanAudet,AlexanderBello,JimStrong,JudieB.Alimonti,2andGaryP.Kobinger.mAbsandAd-VectoredIFN-αTherapyRescueEbola-InfectedNonhumanPrimatesWhenAdministeredAftertheDetectionofViremiaandSymptoms.SciTranslMed16October2013.2.BornholdtZA,NodaT,AbelsonDM,etal.StructuralrearrangementofebolavirusVP40begetsmultiplefunctionsintheviruslifecycle[J].Cell,2013,154(4):763-774.3.ShixinLiu,GheorgheChistol,CraigL.Hetherington,SaraTafoya,K.Aathavan,JoergSchnitzbauer,ShelleyGrimes,PaulJ.Jardine,CarlosBustamante.AViralPackagingMotorVariesItsDNARotationandStepSizetoPreserveSubunitCoordinationastheCapsidFills.Cell,24April2014.4.石明,沈宇清.埃博拉病毒侵染细胞机制的研究进展[J].病毒学报,2013,01:71-75.5.丁国永,王志玉,高璐,姜宝法.埃博拉病毒包膜糖蛋白研究进展[J].病毒学报,2013,02:233-23.6.JeremyCherfas,王浩鑫,马建华.研究前沿:埃博拉病毒感染机理[J].科学观察,2013,02:62-63.7.聂福平,范泉水,王灵强,郄翠仙,郭松辉,龙贵伟,李丽红,张念祖.埃博拉病毒的研究进展[J].中国畜牧兽医,2006,10:65-67.