脊髓灰质炎

脊髓灰质炎病毒综述任红梅赵娜张春梅摘要：脊髓灰质炎病毒（poliovirus,Polio）是对人体健康危害最大的病毒之一，也是被人们认识的最为详细的病毒之一。Polio曾经在全世界广泛流行，由其引起的脊髓灰质炎俗称小儿麻痹症，是世界卫生组织推行计划免疫进行控制的重点传染病。目前，这个病毒所引起的流行性疾病已经在全球得到了控制。但是作为一个病毒生物学研究的模型，目前仍然在很多实验室受到重视，本文从脊髓灰质炎病毒的一般特征、生命周期、分子生物学特征和发病机制、临床表现、预防和治疗、前景展望等方面对脊髓灰质炎进行了详细的介绍。关键字：脊髓灰质炎病毒发病机制临床表现预防治疗1.概述脊髓灰质炎病毒（Poliovirus，或称为脊髓灰白质炎病毒）是脊髓灰质炎（小儿麻痹）的病原，又称小儿麻痹病毒。它是一个没有外壳的病毒，由一条单股RNA组成，直径约25纳米，属于小核糖核酸病毒科肠道病毒属。除人外，猴也会受这种病毒感染。脊髓灰质炎病毒是属于小核糖核酸病毒科的肠道病毒，病毒呈球形，直径约20～30nm，核衣壳为立体对称20面体，有60个壳微粒，无包膜。根据抗原不同可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，Ⅰ型易引起瘫痪，各型间很少交叉免疫。脊髓灰质炎病毒对外界因素抵抗力较强，但加热至56℃以上、甲醛、2%碘酊、升汞和各种氧化剂如双氧水、漂白粉、高锰酸钾等，均能使其灭活。脊髓灰质炎病毒属于微小核糖核酸（RNA）病毒科（picornaviridae）的肠道病毒属（enterovirus）。此类病毒具有某些相同的理化生物特征，在电镜下呈球形颗粒相对较小，直径20～30nm，呈立体对称12面体。病毒颗粒中心为单股正链核糖核酸，外围32个衣壳微粒，形成外层衣壳，此种病毒核衣壳体裸露无囊膜。核衣壳含4种结构蛋白VP1、VP3和由VP0分裂而成的VP2和VP4。VP1为主要的外露蛋白至少含2个表位（epitope），可诱导中和抗体的产生，VP1对人体细胞膜上受体（可能位于染色体19上）有特殊亲和力，与病毒的致病性和毒性有关。VP0最终分裂为VP2与VP4，为内在蛋白与RNA密切结合，VP2与VP3半暴露具抗原性。脊髓灰质炎病毒是引起脊髓灰质炎的病毒。该疾病传播广泛，是一种急性传染病。病毒常侵犯中枢神经系统，损害脊髓前角运动神经细胞，导致肢体松弛性麻痹，多见于儿童，故又名小儿麻痹症。。按照免疫化学脊髓灰质炎病毒可以分三类：第一类是最常见的，可以造成重病。第二类的病况一般计较轻。第三类比较少见，但是大多造成重病。这三型病毒的核苷酸序列已经清楚总的核苷酸数目为7500个左右。虽然有71%左右的核苷酸为三型脊髓灰质炎病毒所共有，但不相同的核苷酸序列却都位于编码区内，因此三型病毒间中和试验无交叉反应。2.病毒的生命周期2.1吸附和穿入2.1.1吸附：病毒感染过程的第一步是病毒通过毒粒表面的蛋白质吸附在被感染细胞膜病毒特异受体上。在非灵长类细胞膜上未发现有Polio病毒的受体，在人类的鼻咽部、肠和脊髓前角细胞等细胞的表面存在有病毒的特异性受体。Polio病毒的受体属于免疫球蛋白超家族的成员，具有典型的该家族成员的结构。有实验证实，Polio病毒受体细胞外区的结构域1和2是主要涉及与病毒结合的部位，人体其他组织中的细胞表面未发现Polio病毒的受体。如果用胰酶或神经氨酸酶处理细胞，可破坏病毒特异性受体，但是随着细胞蛋白质的不断合成，其表面还会出现新的病毒受体。2.1.2脱壳：病毒与细胞表面的特异性受体结合以后，很快便丧失感染性。并在病毒特异性受体等因素的作用下，发生空间构型的改变，其结果导致病毒丢失VP4蛋白和D→C抗原，最终脱掉病毒的外壳。2.1.3穿入：目前有关病毒颗粒穿过细胞膜进入细胞质的机制尚不清楚。有人认为脱壳和穿入是一个过程，病毒吸附后首先发生穿入，然后释放病毒RNA。Mandei推测病毒与吞噬液泡结合后，借胞饮作用进入细胞，进入细胞时间约12～30min。该过程受温度的影响很大，在1℃时完全停止。2.2病毒蛋白的合成与基因组的复制病毒颗粒脱壳并进入细胞后，迅速利用宿主细胞的机器进行病毒基因组的转录和复制，同时抑制宿主细胞的RNA和蛋白质合成。2.2.1病毒蛋白质合成：由于Polio病毒的基因组为单链RNA（+），其本身可作为病毒蛋白翻译的模板，先合成一个分子量为250kd的前体蛋白质，称NCVPOO,或称多聚蛋白质。其裂解成结构蛋白NCVPla（衣壳蛋白）和酶蛋白（功能蛋白）。结构蛋白先裂解成VP3、VP1和VP0蛋白，后者进一步裂解成VP4和VP2蛋白。2.2.2病毒RNA的复制：polio病毒基因组的复制过程是在细胞浆内完成，以RNA为模版（正链）转录成互补RNA(负链)。此后，每条负链又可作为模版在细胞的内质网同时转录出多个新的正链RNA来。目前关于Polio病毒基因组复制所需引物的研究认为，病毒基因组的复制可能有两种模式：①病毒VPg蛋白首先结合于所合成的正链和负链RNA的5’端，然后以VPg-pUpU作为引物进行其互补链的合成;②宿主细胞的末端尿甘酸转移酶将多聚尿嘧啶核苷酸加到模版RNA3’末端，所形成的发卡结构能够作为自身引物合成新的互补RNA链，而VPg蛋白作为两条链的分隔物。2.3装配与释放随着大量病毒RNA在细胞浆内的堆积，病毒的繁殖过程开始进入子代病毒的装配阶段。病毒衣壳由60个NCVPla分子组成，每个分子裂解成VP0、VP3和VP1等，成为5S原体，再进一步组装成14S的五聚体，12个五聚体连接成74S的空衣壳（原衣壳），是病毒装配的基本前体。RNA进入原衣壳后形成原毒粒，为150S，但原毒粒也可由五聚体包裹RNA形成。当VP0蛋白裂解成VP2和VP4蛋白时，原毒粒最终形成完整的病毒颗粒。从病毒感染到子代病毒成熟的时间因细胞而异，一般5h，最短1h,长的有11h。关于子代病毒释放的方式，Lwoff等认为是“爆炸式”的释放，即1h之内大部分释放完毕。有人也指出病毒的释放可能有3种方式：①一定时间内陆续释放；②多次“爆炸式”释放；③一次性“爆炸式”释放。Polio病毒在被感染细胞中繁殖的过程，往往会引起细胞出现病变(CPE),而CPE的出现可能与病毒蛋白的合成有关。CPE是细胞溶酶体释放的结果。3.脊髓灰质炎的分子生物学特征和致病机制。脊髓灰质炎病毒基因组RNA长约7．5kb。基因组分为5'端非编码区、多聚蛋白编码区、3'端非编码区和3'端Poly(A)尾四部分。其中多聚蛋白编码区编码产生一个多聚蛋白前体，分为P1、P2和P3区;P1区可经蛋白酶水解产生衣壳蛋白VP1、VP2、VP3和VP4，P2和P3区则可水解产生蛋白酶、RNA复制酶及用于识别细胞、调节基因的其他蛋白。P3区水解产生的3C蛋白在多聚蛋白前体加工过程中完成绝大多数裂解功能，其前体3CD也有3C的活性。5个拷贝的VP1、VP2、VP3和VP4构成了五聚体，12个五聚体构成二十面体核壳。脊髓灰质炎病毒抗原分为两类，致密(Density，D)抗原和无核心(Coreless，C)抗原。D抗原能诱导机体产生中和抗体，因此又称为中和抗原，而C抗原则不能刺激机体产生抗体目前认为人是脊髓灰质炎病毒的唯一天然宿主，因人细胞膜表面有一种受体对病毒VPI具有特异亲和力。实验感染也只发现猩猩和猴对其易感。某些毒株可使乳鼠发病。越低级的灵长类动物越不易发生神经系统感染，而易得肠道感染。组织培养以人胚肾、人胚肺、人羊膜及猴肾细胞最为敏感，在Hela细胞中也易培养，Hela细胞膜上有对三个型Polio病毒的共同受体，病毒引起细胞圆缩、脱落等病变。脊髓灰质炎病毒按抗原性不同可分为1、2、3型，型间偶有交叉免疫。不同病毒株的性能可略有差异，如有的毒株具有对神经组织的亲和力，可引起麻痹，不同毒株之间这种亲和力可相差1000倍之巨，而同型减毒活疫苗株则几乎已无此毒性，但对热的敏感性则增加了，并可出现细微的抗原性差异，且经人肠道反复传代数月至数年后疫苗株可产生变异如使人体排病毒时间延长，对神经细胞毒性增强，使人体产生较多干扰素，故在鉴别野毒株或疫苗株时应以分子生物学技术的结果为准。每型病毒含有二种特异抗原：一为存在于成熟病毒体内的D（dense）抗原，另一种为与缺乏RNA的空壳病毒颗粒有关的C（coreless）抗原，存在于前衣壳（procapsid）中，病毒在机体中和抗体作用下D抗原性可转变为C抗原性，并失去使易感细胞发生感染的能力。脊髓灰质炎病毒自口、咽或肠道粘膜侵入人体后，一天内即可到达局部淋巴组织，如扁桃体、咽壁淋巴组织、肠壁集合淋巴组织等处生长繁殖，并向局部排出病毒。若此时人体产生多量特异抗体，可将病毒控制在局部，形成隐性感染；否则病毒进一步侵入血流（第一次病毒血症），在第3天到达各处非神经组织，如呼吸道、肠道、皮肤粘膜、心、肾、肝、胰、肾上腺等处繁殖，在全身淋巴组织中尤多，并于第4日至第7日再次大量进入血循环（第二次病毒血症），如果此时血循环中的特异抗体已足够将病毒中和，则疾病发展至此为止，形成顿挫型脊髓灰质炎，仅有上呼吸道及肠道症状，而不出现神经系统病变。少部分患者可因病毒毒力强或血中抗体不足以将其中和，病毒可随血流经血脑屏障侵犯中枢神经系统，病变严重者可发生瘫痪。偶尔病毒也可沿外周神经传播到中枢神经系统。特异中和抗体不易到达中枢神经系统和肠道，故脑脊液和粪便内病毒存留时间较长。因此，人体血循环中是否有特异抗体，其出现的时间早晚和数量是决定病毒能否侵犯中枢神经系统的重要因素。多种因素可影响疾病的转归，如受凉、劳累、局部刺激、损伤、手术（如预防注射、扁桃体截除术、拨牙等），以及免疫力低下等，均有可能促使瘫痪的发生，孕妇如得病易发生瘫痪，年长儿和成人患者病情较重，发生瘫痪者多。儿童中男孩较女孩易患重症，多见瘫痪。4．脊髓灰质炎感染的临床表现人是脊髓灰质炎病毒的唯一天然宿主，这是因为在人细胞膜表面有一种受体，与病毒衣壳上的结构蛋白VP1具有特异的亲和力，使病毒得以吸附到细胞上。在临床表现上，潜伏期一般5～14天（3～35天）。临床症状轻重不等，以轻者较多；多数可毫无症状，倮可从鼻咽分泌物及大便中排出病毒，并可产生特异抗体9称无症状型或隐匿型，或隐性感染）。少数病人可出现弛缓性瘫痪，按瘫痪病人的病情发展过程，临床分期如下：4.1前驱期起病缓急不一，大多有低热或中等热度，乏力不适，伴有咽痛、咳嗽等上呼吸道症状，或有纳呆，恶心、呕吐、便秘、腹泻、腹痛等消化道症状。神经系统尚无明显异常。上述症状持续数小时至3～4天，患者体温迅速下降而痊愈（称顿挫型），一部分患者进入瘫痪前期。4.2瘫痪前期可在发病时即出现本期症状，或紧接前驱期后出现，或二期之间有短暂间歇（约1～6天），体温再次上升（称双峰热见于10%～30%患者以小儿为多），出现神经系统症状如头痛、颈、背、四肢肌痛，感觉过敏。病儿拒抚抱，动之即哭，坐起时因颈背强直不能前俯，不能屈曲，以上肢向后支撑，呈特殊三角架体态。亦不能以下颏抵膝（吻膝征）。患儿面颊潮红，多汗，显示交感神经机能障碍，大多精神兴奋，易哭闹或焦虑不安，偶尔由兴奋转入萎靡、嗜睡。可因颈背肌痛而出现颈部阻力及阳性克氏征、布氏征，肌腱反向及浅反射后期减弱至消失，但无瘫痪。此时脑脊液大多已有改变。一般患者经3～4天热下降，症状消失而愈（无瘫痪型）。本期有时长达十余天。少数患者在本期末出现瘫痪而进入瘫痪期。4.3瘫痪期一般于起病后3～4天（2～10天）出现肢体瘫痪，瘫痪可突然发生或先有短暂肌力减弱而后发生，腱反射常首先减弱或消失。在5～10天内可相继出现不同部位的瘫痪，并逐渐加重；轻症则在1～2天后就不再进展。瘫痪早期可伴发热和肌痛，大多患者体温下降后瘫痪就不再发展。临床上分以下几类。4.3.1.脊髓型麻痹呈弛缓性瘫痪，肌张力低下，腱反射消失，分布不规则，亦不对称，可累及任何肌肉或肌群，因病变大多在颈、腰部脊髓，故常出现四肢瘫痪，尤以下肢为多。近端大肌群如三角肌、前胫肌等较远端手足小肌群受累为重，且出现早。躯干肌群瘫痪时头不能竖直，颈背乏力，不能坐起和翻身等。瘫痪程度可分为6级：0级（全瘫痪）：肌肉刺激时无任