病毒的发现及概念

一、病毒的发现及概念

病毒的发现：1892年俄国的植物病理学家D.Ivanovsky研究了烟草花叶病的病原, 认为它是一种能通过细菌滤器的“细菌毒素”或极小的“细菌”。1898年荷兰学者M.W.Berijerinck 独立进行了烟草花叶病病原体的研究,首次提出其病原是一种“传染性的活性液体”或称“病毒”。从此,许多学者陆续发现了各种植物病毒、动物病毒和细菌病毒——噬菌体。

二、病毒的个体特点

形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察；

无细胞构造；

主要成分仅为核酸和蛋白质；

每一种病毒只含一种核酸，DNA或RNA；根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：DNA 病毒与RNA病毒

无产能酶系，也无蛋白质合成系统；

不存在个体的生长；

营细胞内专性寄生；

在离体条件下，以无生命的大分子存在。

三、病毒的结构

蛋白质在病毒中所占比例很大，主要构成病毒的衣壳(capsid)。

核衣壳(nucleocapsid)：由核酸(DNA或RNA)芯和蛋白质构成。

各种病毒所含的遗传信息量不同，少的只含有3个基因，多的可达300个基因。

有的病毒衣壳外面有被膜(envelope)，来源于宿主细胞的质膜，被膜中含有病毒融合蛋白。组成病毒衣壳的亚单位称壳微粒(capsomer)。

二、病毒的结构

衣壳粒(capsome)

核酸

包膜（囊膜，被膜；envelop）

刺突（ spike）

三、病毒的结构

一个成熟有感染性的病毒颗粒称“病毒体”（virion）。其装配形式有二十面体对称、螺旋对称和复合对称三种类型。

螺旋对称形

壳粒沿病毒基因螺旋对称排列，形成杆状的核衣壳，如烟草花叶病毒、狂犬病病毒、正粘和副粘病毒。

烟草花叶病毒为杆状；

狂犬病病毒为弹状；

正粘病毒（流感病毒）和副粘病毒为多形性结构，且有包膜

四、病毒的结构

病毒有五种形态：①球形(Sphericity)：大多数人类和动物病毒为球形，如脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒及腺病毒等；②丝形(Filament) ：多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒；

脊髓灰质炎球形病毒

（为二十面体对称）

烟草花叶病毒线形病毒（为螺旋对称）

流感冒病毒丝状有被膜的病毒三、病毒的结构

一个完整的病毒颗粒被称为“病毒体”（virion），是由由蛋白质组成的具有保护功能的“衣壳(Capsid，或称蛋白质外壳)”和被衣壳包被的核酸组成。形成衣壳的等同的蛋白质亚基称作次“蛋白衣”或“壳粒”（capsomere）。[58]有些病毒的核衣壳外面，还有一层由蛋白质、多糖和脂类构成的膜叫做“包膜”（envelope，又称外套膜），包膜上生有“刺突”（spike），如流感病毒。衣壳是由病毒基因组所编码的蛋白质组成的，它的形状可以作为区分病毒形态的基础。[59][60]通常只需要存在病毒基因组，衣壳蛋白就可以自组装成

为衣壳。但结构复杂的病毒还会编码一些帮助构建衣壳的蛋白质。与核酸结合的蛋白质被称为核蛋白，核蛋白与核酸结合形成核糖核蛋白，再与衣壳蛋白结合在一起就形成了“核衣壳”。病毒的形态一般可以分为以下四种：

一些病毒可以利用改造后的宿主的细胞膜（来自细胞表面的质膜或细胞内部的膜，如核膜及内质网膜）环绕在病毒体周围，形成一层脂质的包膜。包膜上既镶嵌有来自宿主的膜蛋白也有来自病毒基因组编码的膜蛋白；而脂质膜本身和其中的糖类则都来自宿主细

胞。包膜型病毒位于包膜内的病毒体可以是螺旋形或正二十面体形的。[62]

无包膜的病毒在宿主细胞内完成复制后，需要宿主细胞死亡并裂解后，才能逸出并进一步感染其他细胞。这种方法虽然简单，但常常造成大量非成熟细胞死亡，反而降低了对宿主细胞的利用率。而有了包膜之后，病毒可以通过包膜与宿主的细胞膜融合来出入细

胞，而不需要造成细胞死亡。[62]流感病毒和艾滋病毒就采用的是这种策略。大多数的

包膜型病毒的感染性都依赖于包膜。

③弹形(Bullet-shape)：形似子弹头，如狂犬病病毒等。④砖形(Brick-shape)：如痘病毒、天花病毒等；⑤蝌蚪形(Tadpole-shape)：如噬菌体。

狂犬病毒子弹形病毒

（为螺旋对称）

痘病毒砖形病毒

（为复合对称）

T4噬菌体蝌蚪形病毒

（为复合对称）

三、病毒的结构

病毒只有在侵入细胞以后才表现出生命现象。病毒的生活周期可分为两个阶段：

细胞外阶段，以成熟的病毒粒子形式存在；

细胞内阶段，即感染阶段，在此阶段中进行复制和繁殖。

根据寄生的宿主不同，病毒可分为：动物病毒、植物病毒、细菌病毒(即噬菌体)

四、类病毒

没有蛋白质外壳，仅为一裸露的RNA分子。

不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去了膜屏障，它们才能在供体植株与受体植株间传染。

马铃薯锤管类病毒仅由一个含359个核苷酸单链环状RNA分子组成，链内有一些互补序列。分子长约40~50nm，不能制造衣壳蛋白。

五、朊病毒（蛋白质感染因子）

仅由感染性的蛋白质亚基构成

Prusiner 1982年发现于患羊瘙痒病（scrapie）的仓鼠，命名为prion。Prusiner因此于1997年获得诺贝尔奖。

prion (PrP)由Prnp基因编码，位于人20号染色体，小鼠2号染色体。这种蛋白质存在于神经元和神经胶质细胞表面，可能起信号转导作用。正常Prnp基因产物为PrPc蛋白，对蛋白酶很敏感，具有致病作用的是PrPSc蛋白。

五、病毒在细胞内增殖（复制）

1、病毒侵入细胞，病毒核酸的侵染

2、病毒核酸的复制、转录与蛋白质的合成

3、病毒的装配、成熟与释放

病毒与人类疾病

由病毒引起的人类疾病种类繁多。已经确定的如，伤风、流感、水痘等一般性疾病，以及天花、艾滋病、SARS和禽流感等严重疾病。还有一些疾病可能是以病毒为致病因子；例如，人疱疹病毒6型与一些神经性疾病，如多发性硬化症和慢性疲劳综合征之间可能相关。此外，原本被认为是马的神经系统疾病的致病因子的玻那病毒，现在被发现可能能够引起人类精神疾病。[93]病毒能够导致疾病的能力被称为病毒性（virulence）。

不同的病毒有着不同的致病机制，主要取决于病毒的种类。在细胞水平上，病毒主要的破坏作用是导致细胞裂解，从而引起细胞死亡。在多细胞生物中，一旦机体内有足够多的细胞死亡，就会对机体的健康产生影响。虽然病毒可以引发疾病，却也可以无害地存在于机体内。例如，能够引起冷疮的单纯疱疹病毒可以在人体内保持休眠状态；这种状

态又被称为“潜伏”（latency），[94]这也是所有疱疹病毒（包括能够导致腺热的艾伯斯坦-巴尔病毒和能够导致水痘的水痘－带状疱疹病毒）的特点。进入潜伏状态的水痘－带状疱疹病毒在“苏醒”后，能够引起带状疱疹。

一些病毒能够引起慢性感染，可以在机体内不断复制而不受宿主防御系统的影响。[95]这类病毒包括乙肝病毒和丙肝病毒。受到慢性感染的人群即是病毒携带者，因为他们相当于储存了保持感染性的病毒。[96]当人群中有较高比例的携带者时，这一疾病就可以发展为流行病。[97

预防与治疗

因为病毒使用了宿主细胞来进行复制并且寄居其内，因此很难用不破坏细胞的方法来杀灭病毒。现在最积极的对付病毒疾病的方法是疫苗接种来预防病毒感染或者使用抗病毒药物来降低病毒的活性以达到治疗的目的。

宿主防御机制

参见：免疫系统

两个轮状病毒：右侧的病毒表面结合了抗体，阻止其黏附到细胞表面，从而抑制了病毒感染。

人体抵御病毒的第一道防线是先天性免疫系统。这一免疫系统由能够抵御非特异性病毒感染的细胞和其他机制组成，即以一种通用方式来对入侵的病原体做出识别和反应，但

不同于获得性免疫系统，这一免疫系统并不产生持久的或保护性的免疫。[129]

RNA干扰是对抗病毒的一种重要的先天性防御机制。[130]许多病毒需要合成双链RNA 来进行复制。当这些病毒感染细胞时，它们会释放出其RNA分子，这些RNA分子立即与一种被称为dicer的蛋白质复合物结合，随后这些RNA被dicer酶切为多个小的片断。一种被称为RISC复合物的生化途径被激活，开始降解病毒mRNA，使得细胞能够从病毒感染中存活下来。轮状病毒可以逃过这层防御，一方面它进入细胞后并不完全脱壳，另一方面它可以通过病毒颗粒内衣壳上的孔洞来释放新合成的mRNA，这样其病毒基因组（为双链RNA）依然被病毒体保护在内部而不会受到破坏。[131][132]

当人体的获得性免疫系统探测到病毒时，会产生特异性的抗体来与病毒结合并使其失去感染性，这种作用被称为体液免疫。其中，有两类抗体非常重要。第一类被称为IgM（免疫球蛋白M），它能高效地使病毒去活，但免疫系统的细胞产生IgM的时间只有几个星期。第二类被称为IgG（免疫球蛋白G），它能够被免疫系统不停地制造出来。IgM存

在于宿主的血液中是用于急性感染的情况，而IgG的存在则表明过去曾经受到某种感染（用于防御以后的同类感染）。[133]进行免疫性测试时，通常是对体内的IgG型抗体进行测量。[134]

人体对抗病毒的第二道防线是细胞免疫（cell-mediated immunity），包括了被称为T 细胞的免疫细胞。人体中的细胞不断地将其内部蛋白质的片断展示在细胞表面（抗原呈

递）供T细胞来进行检查，一旦T细胞识别出可能的病毒片断，那么对应的细胞就会被T杀手细胞和病毒特异性T细胞扩增所消灭。诸如巨噬细胞在内的一些细胞专门负责抗原呈递。[135]制造干扰素是一种重要的宿主防御机制。干扰素是病毒感染之后由机体所产生的一种激素，它在免疫中的作用较为复杂，可以确定的是它能够通过杀死受感染细

胞及其邻近细胞来逐步阻止病毒的复制。[136]

并非所有的病毒感染都会引起保护性免疫反应。例如，艾滋病毒可以通过不断地变换其病毒体表面蛋白的氨基酸序列来逃避免疫系统的打击。这些顽固的病毒采用多种方式来逃脱免疫系统的控制，如隔离、阻断抗原呈递、产生细胞因子抗性、逃避自然杀伤细胞

的作用、逃脱细胞凋亡以及抗原转移。[137]其他一些病毒，如向神经病毒，可以通过神经来传播，而在神经系统中免疫系统可能无法接触到它们。

生命科学与医学

病毒对于分子生物学和细胞生物学的研究具有重要意义，因为它们提供了能够被用于改造和研究细胞功能的简单系统。[171]研究和利用病毒为细胞生物学的各方面研究提供了大量有价值的信息。[172]例如，病毒被用在遗传学研究中来帮助我们了解分子遗传学的基本机制，包括DNA复制、转录、RNA加工、翻译、蛋白质转运以及免疫学等。

遗传学家常常用病毒作为载体将需要研究的特定基因引入细胞。这一方法对于细胞生产外源蛋白质，或是研究引入的新基因对于细胞的影响，都是非常有用的。病毒治疗法

（virotherapy）也采用类似的策略，即利用病毒作为载体引入基因来治疗各种遗传性疾病，好处是可以定靶于特定的细胞和DNA。这一方法在癌症治疗和基因治疗中的应用前景广阔。一些科学家已经利用噬菌体来作为抗生素的替代品，由于一些病菌的抗生

素抗性的加强，人们对于这一替代方法的兴趣也不断增长。[173]

七、病毒与细胞在起源与进化中的关系

病毒是非细胞形态的生命体，它的主要生命活动必须要在细胞内实现。病毒与细胞在起源上的关系，目前存在3种主要观点：

生物大分子→病毒→细胞

病毒

生物大分子

细胞

生物大分子→细胞→病毒

What Is SARS?

◆Severe Acute Respiratory

Syndrome

◆重型急性呼吸综合征

◆经诊断是由冠形病毒引起的病毒病

冠状病毒粒子的形态与结构

冠状病毒粒子呈球状，形似冠状

而得名。其直径为60～220nm，

有包膜。包膜上有2～3种糖蛋白

冠状病毒粒子呈球状，形似冠状

而得名。其直径为60～220nm，

有包膜。包膜上有2～3种糖蛋白

冠状病毒: SARS的起因

SARS临床症状

SARS:我国称为非典型肺炎, 国际

称为严重急性呼吸综合征（Severe

Acute Respiratory Syndrome）

潜伏期

2-7天:

※患者通常有高于38 度的发热并

会伴有寒颤，或者其他如：头痛、

倦怠和肌痛。

※典型的病例通常不会有皮疹、神

经系统症状和肠胃系统的症状。

※少数病例报道有腹泻。

下呼吸道期

2-7天以后，病程进入此期:

●发热、干咳无痰、呼吸困难、甚至低氧

血症（呼吸困难，紫绀，缺氧早期心动

过速，血压升高，严重时出现心动过缓，血压下降，甚至休克）等综合征.

●严重患者通常都需要气管插管或者呼吸

机维持。

血像

绝对白细胞计数减少，血小板

减少。

●病程早期有肌酸磷酸激酶水平

升高，肝转氨酶水平升高。

●若发展到肺泡损伤、呼吸衰竭

将导致死亡。

SARS病源(原)

SARS最先是2003年1月由广东省报道, 后在20多个国家和地区发生。

◆研究发现,SARS是由一种新型的冠状病毒引起;

◆2003年4月16日，WHO正式确认SARS病毒是SARS的病因。

新冠状病毒

及SARS的一些新特性

能够在Vero 细胞(一种成纤维细胞)中培养;

在病毒感染的细胞中,产生细胞病变,通过内质网＊出芽产生类似冠状病毒的粒子。

WHO估计SARS的死亡率在4%,并且死亡的病人具有其他病症, 包括糖尿病、心脏病以及免疫功能下降;

96%感染SARS病毒的人能够自愈。病毒在从SARS自愈的人的血清中生长缓慢，说明人体可以针对病毒产生抗体;

得病人群:

青年居多, 16岁以下儿童极少, 死亡更少;

传染:

SARS病毒主要是通过飞沫传染, 也包括接触传染。

检测、治疗与预防措施

检测SARS病毒的方法

现有诊断手段有3种，样品处理须在3级生物安全的条件下进行:

抗体检测：

分子检测方法：

细胞培养方法：

目前尚无特别有效的药物,

主要注射激素、干扰素等,

增强免疫力。

精神治疗:

抗击SARS的攻坚战

寻找病源与病原

快速诊断

研制疫苗

甲型H1N1型流感(或称H1N1型猪流感)

2009年3月底至4月中旬,墨西哥、美国等多国接连暴发甲型H1N1型流感(或称H1N1型猪流感)疫情,一百余人疑似因该型流感而导致死亡。

墨西哥卫生部5月12日宣布,墨全国确诊甲型H1N1流感患者人数达到2224,死亡人数上升至58人。58人2224人美国约740 美国疾病控制和预防中心12日公布的最新数据显示,美国甲型H1N1流感的确诊患者数量已经上升至3009人,其中包括3名死亡病例。

什么是甲型H1N1流感？

甲型H1N1流感，是猪的一种急性、传染性呼吸器官疾病。其特征为突发，咳嗽，呼吸困难，发热及迅速转归。猪流感是猪体内因病毒引起的呼吸系统疾病。猪流感由甲型流感病毒(A型流感病毒)引发，通常爆发于猪之间，传染性很高但通常不会引发死亡。秋冬季属高发期，但全年可传播。猪流感多被辨识为丙型流感病毒(C型流感病毒)，或者是甲型流感病毒的亚种之一。该病毒可在猪群中造成流感暴发。通常情况下人类很少感染猪流感病毒。

病毒结构

----甲型H1N1流感病毒属于正粘病毒科，甲型流感病毒属。典型病毒颗粒呈球状，直径为80nm~120nm，有囊膜。囊膜上有许多放射状排列的突起糖蛋白，分别是血凝素HA、神经氨酸酶NA和M2蛋白...

?传染源

----甲型H1N1流感病人为主要传染源。虽然猪体内已发现甲型H1N1流感病毒，但目前尚无证据表明动物为传染源。

?症状

----人感染后会出现高烧、精神不振、厌食、咳嗽等症状。对青壮年攻击性强，目前确诊甲型H1N1流感死者中大多数年龄都在25岁到45岁之间。

易感人群

----此次病毒对青壮年攻击性强。墨西哥确诊甲型H1N1流感死者中大多数在25岁至45岁

之间。

?潜伏期

----本次暴发的甲型H1N1流感病毒可能在人体的潜伏期长达7天。

?防治疫苗

----按照科学的生产过程，4-6个月才能完成生产。首批国产流感疫苗预计3到4个月上市。我国已做好甲型H1N1流感疫苗研发和生产准备。