05.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感染的致细胞病变作用第二节病毒感染的分子机制第三节细胞对病毒感染的应答第四节病毒感染与细胞异常增殖第一节病毒感染的致细胞病变作用一、细胞死亡二、细胞融合和合胞体细胞形成三、血吸附和血球凝集四、细胞膜渗透性的变化五、包涵体的形成六、细胞转化病毒感染大致可以分为溶细胞感染和非溶细胞感染。溶细胞感染：直接造成细胞死亡，如脊髓灰质炎病毒感染后会破坏中枢神经系统的神经元细胞，小儿麻痹症正是神经元细胞死亡的严重后果。非溶细胞感染又有稳定态感染和整合感染两种形式。稳定态感染：病毒在感染细胞后似乎并不严重影响细胞的生命活动，在相当一段时间里细胞和病毒共存。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）可以整合到细胞染色体中，并随着细胞的分裂而增殖。一、细胞死亡病毒感染除了诱导细胞凋亡之外，还能影响细胞的基本代谢过程，如抑制细胞内生物大分子合成，改变细胞膜通透性，影响溶酶体及细胞器的功能等，最终引起细胞死亡。此外，表面带有病毒抗原的细胞常是宿主免疫系统清除和破坏的目标。二、细胞融合和合胞体细胞形成有些病毒的囊膜上存在着有利于病毒囊膜和细胞膜融合的蛋白质，这种蛋白质也有促进相邻细胞间细胞膜融合的能力。细胞融合有利于病毒在细胞间的传播和逃脱宿主免疫应答。由两个以上细胞融合而成的多核巨细胞称为合胞体。在慢病毒、副粘病毒、疱疹病毒等感染时，可见到合胞体细胞。这种合胞体细胞往往失去正常功能，不能长期存活。三、血吸附和血球凝集感染正粘病毒、副粘病毒和披膜病毒的细胞获得了吸附红细胞的能力，这是由于细胞膜上出现的一些病毒糖蛋白可以与红细胞表面的相应受体结合的缘故。在机体外，这些病毒能使红细胞凝集，可作为实验室诊断的依据之一。四、细胞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。五、包涵体的形成细胞感染病毒后，出现一种被称为包涵体的特殊形态结构包涵体是病毒核酸和蛋白质在细胞内集中合成及装配成病毒粒子的场所，在染色后可用光学显微镜观察到。包涵体在细胞内的出现部位、大小和染色特征与病毒种类有关，可作为病毒性疾病的诊断依据之一。痘病毒、呼肠孤病毒、副粘病毒和狂犬病病毒可在细胞浆内形成包涵体，而疱疹病毒、腺病毒和细小病毒则在细胞核内形成包涵体。六、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，细胞表面或细胞内部出现新的病毒特异性抗原。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机制一、病毒对宿主细胞的侵入二、病毒蛋白质和病毒基因组的入核机制三、病毒基因的转录和细胞基因转录的抑制四、病毒蛋白质的合成和细胞蛋白质合成的抑制五、病毒对细胞DNA复制机制的颠覆六、病毒利用宿主细胞成熟病毒必须穿过细胞膜，进入到细胞质或细胞核内开始新的生命周期。细胞表面的许多分子均可作为病毒吸附到细胞的受体。经过细胞内吞作用或病毒囊膜与细胞膜的融合，病毒得以侵入细胞。大多数RNA病毒的基因组在细胞浆复制，而大多数DNA病毒的基因组在细胞核复制。流感病毒是唯一在细胞核内复制的RNA病毒，逆转录病毒基因组的逆转录产物在细胞浆合成后也被转运到细胞核内复制。在细胞间或宿主间传播过程中，病毒颗粒的脂质囊膜和蛋白质衣壳可以防止核酸酶及一些化学因素对基因组的降解。当病毒进入新的宿主细胞后，这些保护性成分需要被去除，使得病毒基因组得以转录和复制。一、病毒对宿主细胞的侵入副粘病毒等有囊膜的病毒能在中性pH值时直接与细胞膜融合，核衣壳被释放到细胞质中。逆转录病毒也通过与副粘病毒相同的机制侵入细胞，但是病毒吸附细胞和诱导融合的作用由同一种蛋白负责。流感病毒则首先以血凝素(HA)糖蛋白结合到细胞的唾液酸受体，随后被胞吞到细胞浆内。无囊膜病毒主要采用受体介导的胞吞作用进入细胞。二、病毒蛋白质和病毒基因组的入核机制由于病毒蛋白质和基因组的分子量很大，不能直接通过核孔，常需要利用细胞运转大分子的机制进入细胞核。大分子物质被输送到核内的过程一般分为两个步骤。含有核定位信号的蛋白先与可溶性的胞质受体蛋白结合，形成的复合体随后与核孔复合体的胞质面结合，这个过程通常称为锚定；继而，受体-配体复合体通过核孔复合体移位入核。许多DNA病毒（例如腺病毒和疱疹病毒）进入细胞后，囊膜被释放到胞质中，随后锚定在核孔复合体上，将其DNA注入核内。但迄今为止，介导病毒锚定在核孔复合体上的病毒蛋白仍未得到鉴定。逆转录病毒通过其囊膜与细胞膜的融合将病毒核心释放到胞质中。与其他RNA病毒不同，流感病毒在细胞核内进行复制。三、病毒基因的转录和细胞基因转录的抑制病毒基因组的复制和子代病毒粒子的形成都离不开病毒mRNA编码的蛋白质。正链RNA病毒的基因组可以直接作为mRNA，而负链RNA病毒和DNA病毒则需要合成病毒mRNA。如果病毒粒子本身含有RNA聚合酶，则病毒mRNA的合成对细胞的依赖较少。如果病毒利用细胞的聚合酶合成mRNA，则需要通过一些特殊的方法来促进病毒基因的转录，同时抑制细胞mRNA的合成。四、病毒蛋白质的合成和细胞蛋白质合成的抑制病毒在复制过程中，需要利用宿主细胞的翻译系统尽可能多地合成病毒蛋白质，同时抑制细胞的蛋白质合成。在病毒感染细胞里，蛋白质合成的生化过程发生了改变。病毒能在几个关键点调控宿主细胞的翻译过程。五、病毒对细胞DNA复制机制的颠覆抑制宿主细胞DNA的复制确保病毒DNA复制的有效性六、病毒利用宿主细胞成熟在受感染细胞中，病毒的子代基因组和结构蛋白被转运到装配位点，按照特定机制聚集、装配成病毒粒子。有些病毒装配后的颗粒不具感染性，经特定蛋白酶水解成为具有感染性的病毒颗粒。第三节细胞对病毒感染的应答一、干扰素的产生及其抗病毒作用二、细胞凋亡机体在长期进化过程中形成了对病毒感染的应答能力，用来中止病毒的复制和传播。这种应答的基础建立在细胞水平上，而且最早由细胞产生。一、干扰素的产生及其抗病毒作用干扰素(interferon，IFN)是一类在同种细胞上具有广谱抗病毒活性的蛋白质，宿主对病毒感染应答的一个主要方式是产生干扰素。干扰素除具有抗病毒活性外，还具有抗肿瘤、控制细胞生长和分化以及免疫调节等重要功能。干扰素的种类：可以分为Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型IFN又称为病毒IFN，包括由白细胞产生的IFN-α和由成纤维细胞产生的IFN-β，它们都通过细胞的IFN-α/β受体起作用。近年又新发现Ｉ型干扰素IFNτ和IFNω。IFNτ是由反刍动物营养细胞分泌的，不同的宿主有不同的多肽序列。IFNω由病毒感染的白细胞分泌，是人类白细胞IFN的主要成分。IFNω与IFNα高度同源，与IFNβ有较疏远的关系，而与IFNγ无关。Ⅱ型IFN又称为免疫IFN或IFN-γ，由淋巴细胞和NK细胞合成，通过细胞IFN-γ受体起作用。IFN的产生是宿主早期的抗病毒反应，发生在免疫应答之前。IFN受体被敲除的小鼠虽然有免疫系统的存在，仍然对病毒感染高度易感。IFN-γ还具有免疫调节作用，尤其对于建立长期的抗病毒感染机制更为重要。IFN的诱生机制：凡能在脊椎动物各种类型细胞中增殖的病毒，尤其是RNA病毒，均可诱生IFN-α及IFN-β；IFN-γ仅由T淋巴细胞及NK细胞在受特异抗原及促有丝分裂因子的刺激后才能产生。RNA病毒诱生IFN的能力一般远远高于DNA病毒。含有类脂的病毒诱生IFN的能力强。目前，由病毒感染诱生IFN的分子机制尚不清楚。有证据表明，病毒复制过程中形成的双链RNA中间体是IFN的主要诱生剂。单链DNA和RNA，以及双链DNA都不是IFN诱生剂或是非常弱的诱生剂。但是，并非所有病毒诱生IFN都归因于双链RNA。在某些情况下，灭活的病毒也是强诱生剂，可见病毒的复制不是IFN诱生的必要条件。IFN的抗病毒机制：IFN的抗病毒作用并不是直接灭活病毒，而是通过IFN同细胞表面受体结合而产生一组蛋白质，作用于病毒生命周期的一个或多个环节。病毒的入侵、脱衣壳、mRNA的转录、蛋白质的翻译、基因组的复制、新生病毒粒子的装配和释放都能被IFN所抑制。二、细胞凋亡细胞凋亡又叫程序性细胞死亡，是指在一定生理或病理条件下机体为维护内环境的稳定，通过有序的基因调控而诱导的细胞自杀。凋亡是一个耗能的主动过程，凋亡的细胞表现出特征性的形态改变，如细胞变圆、贴壁不牢、细胞膜起泡、胞浆及染色质浓缩、DNA降解及核仁解体等。最终，凋亡的细胞裂解成凋亡小体并被吞噬细胞清除，但不会引发炎症反应。细胞凋亡既可以自发产生，也可由各种外界因素在一定条件下诱导产生。凋亡在维持组织、器官的正常功能和稳定上起着非常重要的作用。第四节病毒感染与细胞异常增殖一、病毒感染的致瘤作用二、病毒致细胞异常增殖的机制一、病毒感染的致瘤作用目前已发现的RNA致瘤病毒都属于逆转录病毒科；而DNA致瘤病毒至少分属于6个科，分别是腺病毒科、疱疹病毒科、多瘤病毒科、乳头瘤病毒科、痘病毒科和嗜肝病毒科。不同致瘤病毒诱生肿瘤有能力差别很大。致瘤病毒在体外能使正常细胞转化，转化细胞的特性与体内的肿瘤细胞相似。病毒诱发的肿瘤具有由病毒基因决定的特异性抗原。二、病毒致细胞异常增殖的机制病毒对原癌基因的激活：.病毒整合基因顺式激活细胞原癌基因；病毒蛋白反式激活细胞原癌基因；病毒通过信号传导激活细胞原癌基因。病毒感染影响细胞周期：病毒蛋白与细胞抑癌基因产物结合；病毒蛋白与细胞周期蛋白作用；病毒感染与细胞增殖核抗原表达；病毒感染与细胞钙调素增高。思考题1.病毒感染的致细胞病变作用有哪些？2.病毒如何在基因转录水平上利用细胞机制的？3.病毒如何进行蛋白质的合成？4.干扰素的抗病毒机制有哪些？5.阐述病毒感染与细胞凋亡的关系。