新城疫病毒讲解

NDV的分子生物学新城疫病毒致病机理的分子基础及研究进展（文献综述）报告人：强喆Page2新城疫病毒致病机理的分子基础及研究进展NDV概述及致病性的分子基础NDV的结构，基组因结构及复制主要由F蛋白和HN蛋白决定以反向遗传为主要的研究手段内容提要Page3一、引言——新城疫概述概念：新城疫（newcastledisease,ND）：是由新城疫病毒引起禽的一历史与分布：本病于1926年首次发现与印度尼西亚。同年发现于英国新城。Doyle（1927）首次证实该病由病毒引起，病原与鸡瘟病原（禽流感病毒）不同，为了有别于鸡瘟，故以地名而命名为鸡新城疫，此后本病迅速向世界各地传播。急性、热性、败血性和高度接触性传染病。以高热、呼吸困难、下痢、神经紊乱、黏膜和浆膜出血为特征。具有很高的发病率和病死率，是危害养禽业的一种主要传染病。【1】●我国新城疫的报道最早见于1935年河南。梁英，马闻天等（1946）经病原分离证实为新城疫。50年代末于全国范围内流行。虽然已经广泛接种疫苗预防，但该病仍不时在养禽业中造成巨大的损失，是最主要和最危险的禽病之一[2]。Page4一、引言——新城疫概述流行病学：本病不受季节的影响，一年四季均可发生，但以冬春两季多发。临床症状：潜伏期短，2—5天，可分为四型。●最急性：突然发病，急性死亡，无明显症状，多见于流行初期。●急性型：最常见，发病数量最多，有典型症状和发病过程。死亡率90%以上。●慢性型：一神经症状为主，多见于流行后期。死亡率低。慢性消瘦、生产力下降●发病急，传播快。非免疫鸡群发病率和死亡率均极高，达90%。●免疫力不强的鸡群常呈温和型（非典型，亚临床型）ND。●非典型新城疫：症状及病变不典型。主要原因为：母源抗体的干扰。Page5分子流行病学：曹殿军等人将68株NDV分为九个基因型，根据NDV毒株F基因的序列、特定的酶切图谱和F蛋白可变区氨基酸残基变的化，其中Ⅰ～Ⅵ老基因型,Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ为新发现的基因型,特别是Ⅸ为我国特有的基因型【4】。●基因IV型最早分离自欧洲，造成了NDV第一次世界性大流行;十九世纪六十年代第二次大流行出现了基因V型和Ⅵ型。随后，基因Vl型NDV表现出对鸽的致病力，造成了第三次大流行。90年代在欧、亚流行的新城疫，分子流行病学上发生了很大变化，呈现以基因Ⅶ型为主的新趋势。被认为是第四次大流行。一、引言——致病性的分子基础概述病原分类：新城疫病毒，也称禽副黏病毒I型，国际病毒分类学委员会ICTV2002年发布的报告，将新城疫病毒正式列为单股负链病毒目、副黏病毒科、副黏病毒亚科、新城疫样病毒属中的成员。NDV为其模式种。[3]禽副黏病毒(APMV)有9个血清型，即APMV-1至APMV9。NDV是APMV-1。Page6一、引言——致病性的分子基础概述红细胞凝集特性：新城疫病毒表面具有血凝素，所有毒株都能凝集多种禽抗原性与毒力：NDV只有一个血清型，其HN和F蛋白是重要的保护性抗原。【5】世界各地的NDV分离株的分析结果表明，HN和F基因序列的某些位点发生了变化，致使毒株间的毒力有了较大的差异，抗原性也有差异，但其主要的抗原表位并没有发生变化。尚未发现有重大抗原性差异，所有的新城疫病毒仍属于同一血清型。类和哺乳类动物的红细胞。在病毒的血凝试验中，鸡的红细胞最为常用。马和猪的红细胞则不被凝集。●病毒和红细胞的结合不是永久性的，一段时间后，在病毒表面神经氨酸酶的作用下，病毒与红细胞分离后又重新悬于液体。●这种凝集能力可被抗新城疫血清所抑制，且这种抑制具有特异性，可进行病毒鉴定和诊断。还可以测定疫苗的免疫效果，进行流行病学报告。【2】Page7二、病原及基因组详述病毒粒子的形态与结构NDV基因组的结构NDV基因组的复制机制Page8二、详述——病毒粒子的形态与结构病毒粒子的形态与结构●新城疫病毒颗粒具多形性，有圆形、椭圆形和长杆状等。包膜为双层结构膜，由宿主细胞外膜的脂类与病毒糖蛋白结合衍生而来。●完整的新城疫病毒为有囊膜的近似球形的颗粒，直径一般为100～400nm。●病毒囊膜表面覆盖有8nm长的纤突，病毒粒子内部为一直径约17nm的卷曲的核衣壳。●所有的NDV都含有6种病毒特异性结构蛋白(L、NP、P、HN、F、M)和2种非结构蛋白V和W蛋白●L蛋白(大蛋白)，是RNA依赖性RNA聚合酶，与核衣壳相连。●NP(核蛋白)Mr为5．6X10，是构成核衣壳的主要成分。Page9二、详述——病毒粒子的形态与结构病毒粒子的形态与结构●P蛋白(磷蛋白)Mr为3．9X10。●M蛋白(基质蛋白)Mr为3．9X10，位于囊膜的内层，在RNA的合成和病毒的自身装配上起重要的作用。●HN(血凝素—神经氨酸酶蛋白)Mr为6．3X10，它使病毒体吸附于细胞表面的唾液酸脂质受体(即神经节苷脂)，并通过血凝素和神经氨酸酶两种生物活性破坏这种受体的功能，使释放的病毒不能再吸附到细胞上。●F蛋白则参与病毒的穿入、细胞融合、溶血等过程。●蛋白V和W蛋白由P蛋白基因经RNA编辑，从移码了的阅读框翻译出。●前者主要抑制宿主细胞干扰素的产生，有利于病毒复制；后者的功能目前还不是很清楚。（具体文献来源不详）Page10病毒粒子结构电镜图二、详述——病毒粒子的形态与结构Page11病毒粒子整体示意图二、详述——病毒粒子的形态与结构Page12病毒粒子蛋白位置示意图二、详述——病毒粒子的形态与结构Page13二、详述——病毒基因组结构病毒基因组结构●新城疫病毒基因组是大小为15kb的单链负股RNA。●现在已测序的十几个毒株的全基因组大小均为15156个、15186个或15192个核苷酸，都是6核苷酸的倍数，符合某些副黏病毒的“6倍律”。●即仅当基因组核苷酸长度为6的倍数时，RNA才能有效复制，这可能与NP蛋白正好能覆盖6个核苷酸有关。（具体文献来源不详）●病毒基因组的顺序为：3’—Leader—NP-P-M-F-HN-L—trailer-5’。基因组RNA两端还有顺反子外片段。3’端为前导序列(1eader，47～57个nt)，5’端为尾随序列(trailer)。这些区域是病毒复制所必需的。Page14二、详述——病毒的复制●一般而言，某种病毒采取何种复制和表达策略，主要取决于其遗传物质的性质和病毒基因组转化为病毒mRNA的途径。据此，Baltimore【6】首次将病毒的复制方式分为六组，后来又增添了以嗜肝DNA病毒和花椰菜叶病毒为代表的Ⅶ组。●特点：单股负链RNA进入寄主细胞内后不能直接作为mRNA,而是先以负链RNA为模板由转录酶（何种转录酶不详）转录出与负链RNA互补的RNA,再以这个互补的RNA作为mRNA翻译出遗传密码所决定的蛋白质。●这是其与正链RNA病毒所不同之处●NDV病毒在单股负链RNA病毒里属于不分节段的RNA病毒。其复制机制与负链分节段RNA病毒有不同。●NDV的基因组非常高效，约95%用来编码病毒结构蛋白。基因和基因间有1个～47个核苷酸不等的基因间片段。Page15二、详述——病毒的复制螺旋状的核衣壳是RNA复制的模板，核衣壳蛋白(NP)与基因组RNA共同组成了核心结构，磷蛋白(P)和大蛋白(L)附着在核心结构上，共同组成了RNP或转录复制复合物HN蛋白参与宿主细胞的吸附，融合F蛋白通过与细胞膜的融合侵入宿主细胞。再与吞噬小体膜融合，进而将核衣壳释放到细胞质。转录从3’端的启动子开始。当RNA聚合酶无法识别末端型号，转录过程转为复制过程，复制出全长正链RNA，再以之为模板复制出完整负链病毒RNA分子。【7】依次转录出先导RNA序列和相应编码的蛋白。由于只有一个启动子，每个基因结合处有暂停的弱化效应。（原因不详）合成量按照转录顺序递减。Page16二、详述——病毒的复制复制的关键因素(RNP)●就负链RNA病毒而言，能否形成RNPs结构是NDV复制增殖的关键所在，其具有功能活性的最小单位为RNP复合结构。该结构由病毒的基因组RNA与核衣壳蛋白(NP)、磷蛋白(P)和聚合酶蛋白(L)共同组成。●在NDV的复制过程，首先进行的是各种基因的转录。病毒RNA聚合酶以核衣壳化的RNA(RNPs）为模板，先与基因组RNA的3′端Leader序列中的单一进入位点结合，转录出一个短的LeaderRNA；然后利用病毒基因组各基因两端存在的各种转录起始及终止信号转录出各种病毒mRNA。●该转录过程是在线性的基因组上，通过转录复合体的移动，并与位于基因组上的NP蛋白相互作用，按每一个基因的起始及终止位置不断转录。然后(-)ssRNA与各种翻译出的病毒蛋白装配生成子代病毒粒子。(此对于建立负链RNA病毒的拯救具有理论指导意义，即共转染）[8]Page17三、NDV致病性的分子基础详述概述F蛋白的功能HN蛋白的功能F与HN的相互作用Page18三、NDV致病性的分子基础——概述合成的病毒蛋白被转运到细胞膜，将细胞膜修饰，在修饰区附近组装成核衣壳，进一步出芽使病毒释出。病毒血症使病毒传遍家禽各种脏器，通过溶血、合胞体形成和细胞破坏，引起严重的组织损伤，甚至发生普遍的出血性病变，导致家禽死亡。F蛋白具有使病毒囊膜与宿主细胞膜融合，进而使病毒核衣壳释入胞浆中的作用。F蛋白基因编码一个553个氨基酸的多肽。F蛋白首先以非活性前体FO的形式存在，经裂解形成Fl和F2后，使病毒具有感染性。HN蛋白识别细胞上的受体位点并与之结合，使自身构象发生变化，进而触发F蛋白构象发生变化，F蛋白构象改变后，其内部的融合多肽释放出来，发挥穿膜作用，引起病毒囊膜与细胞膜的融合；Page19三、NDV致病性的分子基础——F蛋白的功能F蛋白●核苷酸序列分析表明，F蛋白基因编码一个553个氨基酸的多肽。F蛋白首先以非活性前体F0的形式存在，此时无融合活性，当其运输至高尔基体经裂解形成由二硫键连接的Fl和F2后，才能使病毒具有感染性。这种翻译后的裂解过程是由宿主细胞的蛋白酶完成的。如果F0不能被裂解，包装成的病毒颗粒就是非感染性病毒颗粒。●胰蛋白酶能裂解所有的NDV毒株，非感染性病毒经胰蛋白酶体外处理后可恢复感染性。所有病毒在鸡胚体内都能复制并产生感染性后代；在体外，无论是否添加胰蛋白酶，强毒株都可在多种细胞类型中复制，而低毒力毒株则仅在添加胰蛋白酶时才能在细胞中有效复制。而胰岛素可以裂解所有新城疫病毒F0。（此部分未见详细文献）●由此可见，强毒F0分子能被多种细胞或组织中存在的一种或多种蛋白酶所裂解；而弱毒F0分子，仅能在某些特殊宿主细胞类型中生长，其敏感性受限。Page20三、NDV致病性的分子基础——F蛋白的功能F蛋白●Reitter等为了研究F1的HR区的变异对Ｆ蛋白生物活性的影响,把481、488、495处的亮氨酸依次被丙氨酸代替．结果发现单个氨基酸的改变对细胞融合影响较小，而２到３个亮氨酸的改变就取消了F蛋白融合特性，但不影响细胞的跨细胞转运用及蛋白的低糖基化。保守亮氨酸在细胞融合中是必要的，但不是形成糖基化分子所必要的。●用丙氨酸代替F1下游丝氨酸（473），丙氨(482)，天门冬氨酸（489），改变F1螺旋体非保守区，变异F1蛋白的融合能力没有较大改变。这说明HR保守区具有与细胞膜相接触和促进细胞融合的作用。[9]●但是，SV、HPV3以及麻疹病毒的Ｆ蛋白单独作用也可以诱发细胞融合。（详细文献尚未查到）Page21疏水亚单位F2疏水亚单位F1对鸡有致病力的绝大多数新城疫病毒F1蛋白N－端117残基有F（苯基丙氨酸），具有嵌入宿主细胞的融合机能。对鸡有致病力的绝大多数新城疫病毒在F2蛋白C－端有112R/K-R-Q-K/R-R116序列。三、NDV致病性的分子基础——F蛋白的功能F0蛋白无活性，宿主细胞蛋白酶裂解成F1和F2后方能发挥。F0蛋白中F1、F2片段的排列顺序为NH2—F2—Ph~F1—COOH，这是副黏病毒的共同特征。F0的裂解特性由第112～217位氨基酸的性质决定。裂解酶切位点距离氨基端100个氨基酸。（如何确定的未见具体文献）Page22三、NDV致病性的分子基础——HN蛋白的功能HN蛋白●HN纤突可分为根部（胞质区）、跨膜