生物科学导论生物科学导论：第第9 9章章 病毒与免疫病毒与免疫22深圳大学生命学院深圳大学生命学院彭彭勇勇病毒学基础一、一、病毒的概念病毒的概念 病毒是有生命的大分子病毒是有生命的大分子, , 它具有生命最重要的特它具有生命最重要的特征征, , 增殖、遗传和变异。增殖、遗传和变异。 作为大分子的病毒，在活组织外作为大分子的病毒，在活组织外, ,它处于非活动状它处于非活动状念，念， 一旦遇到合适的机会，就侵入到宿主胞里，利用一旦遇到合适的机会，就侵入到宿主胞里，利用宿主细胞原有的一套合成大分子物质的细胞器，来复制宿主细胞原有的一套合成大分子物质的细胞器，来复制自己。自己。二、二、病毒的形态：病毒的形态： 广泛存在，广泛存在， 1.1.植物病毒植物病毒 2.2.动物病毒动物病毒 3.3.细菌病毒细菌病毒 形态多样形态多样烟草病毒流感病毒爱滋病病毒腺腺病病毒毒电电镜镜结结构构乳头瘤病毒电镜结构疱疹病毒电镜结构肝炎病毒电镜结构病毒的形态：病毒的形态：1 1病毒的形态病毒的形态 球形球形：绝大多数病毒呈球形、电镜下呈圆形或不规则的：绝大多数病毒呈球形、电镜下呈圆形或不规则的圆形如小圆形如小RNARNA病毒、微小病毒、微小DNADNA病毒、泡疹病毒、正粘病病毒、泡疹病毒、正粘病毒、副粘病毒、冠状病毒、腺病毒、乳头痛病毒、多瘤毒、副粘病毒、冠状病毒、腺病毒、乳头痛病毒、多瘤病毒等。病毒等。丝状丝状：是某些植物病毒：是某些植物病毒( (如烟草花叶病毒如烟草花叶病毒) )的特征，的特征，但人和某些动物病毒，如流感病毒、麻疹病毒和但人和某些动物病毒，如流感病毒、麻疹病毒和水疤性口炎病毒也呈丝状。水疤性口炎病毒也呈丝状。砖形砖形：是各种痘病毒的持有形态，如天花、类天：是各种痘病毒的持有形态，如天花、类天花及痘苗病毒等。花及痘苗病毒等。弹状弹状：这类病毒呈圆筒形，一端钝圆，另一端齐：这类病毒呈圆筒形，一端钝圆，另一端齐平，如狂犬病毒等。平，如狂犬病毒等。蝌蚪形蝌蚪形：是细菌病毒即噬菌体：是细菌病毒即噬菌体(Bacteriophage)(Bacteriophage)的特征。的特征。三、三、病毒的特点：病毒的特点：1.1.非细胞形态非细胞形态，只有核酸为内核和蛋白质外壳，只有核酸为内核和蛋白质外壳2. 所有的病毒都有一个共同的结构，即病毒的所有的病毒都有一个共同的结构，即病毒的蛋白质衣壳蛋白质衣壳和和被它包装着的被它包装着的核酸核酸。 每种病毒的核酸仅有一种，每种病毒的核酸仅有一种，DNADNA或或RNARNA。阮病毒：阮病毒：朊病毒就是蛋白质病毒，是只有只有蛋白质而没有核酸的病毒。 朊病毒又称蛋白质侵染因子。朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质。人的朊病毒病已发现有4种：库鲁病（Ku-rmm）、克雅氏综合症（CJD）、格斯特曼综合症（GSS）及致死性家庭性失眠症（FFI）。 动物的疯牛病 3、体积微小体积微小，大多数病毒在光学显微镜下看不到，大多数病毒在光学显微镜下看不到，只有用电镜才能观察其全貌。病毒的颗粒很小，用只有用电镜才能观察其全貌。病毒的颗粒很小，用以测定病毒大小的单位为以测定病毒大小的单位为纳米纳米nmnm即即1 110001000微米微米(um)(um)，1 11010亿米。亿米。 4 4、超级寄生超级寄生，在无生命的情况下不能生长，在无生命的情况下不能生长, ,只有在合只有在合适的活细胞内才能繁殖。适的活细胞内才能繁殖。所有病毒都以两种生命形式而存在， 一是在宿主细胞外无代谢活力的病毒粒子、另一种是在宿主细胞内繁殖的活病毒。5、在遗传学上，所有病毒部有一个共同的在遗传学上，所有病毒部有一个共同的复制机理复制机理，即通过基因组的复制以保证遗传病息的世代相传。即通过基因组的复制以保证遗传病息的世代相传。 四、四、病毒的结构：病毒的结构：1 1 基本结构基本结构 由核酸和蛋白质衣壳组成，由核酸和蛋白质衣壳组成，核酸核酸+ +衣壳衣壳构成构成核衣壳核衣壳，即病毒体或称病毒颗粒，系病毒的感染单位。即病毒体或称病毒颗粒，系病毒的感染单位。 蛋白质衣壳是由许多蛋白质亚单位即蛋白质衣壳是由许多蛋白质亚单位即壳微粒壳微粒所组成，所组成，每个壳微粒又由一个或每个壳微粒又由一个或多个肽链多个肽链组成，在电镜下可见到，组成，在电镜下可见到，这是病毒的形态学单位，上述结构是每种病毒都具有的。这是病毒的形态学单位，上述结构是每种病毒都具有的。 22辅助结构辅助结构 在病毒体的外面包有一层含有脂质成分的在病毒体的外面包有一层含有脂质成分的包膜包膜(Envelope)(Envelope) 包膜上有亚单位结构，称为包膜上有亚单位结构，称为刺突刺突(spike)(spike)，如流感病毒的神，如流感病毒的神经氨酸酶和血凝素，此种结构仅部分病毒具有。经氨酸酶和血凝素，此种结构仅部分病毒具有。 有包膜的病毒，往往具有多形性。有包膜的病毒，往往具有多形性。人类免疫缺陷病毒的三维结构 据病毒形态亚单位排列方式，可将病毒结构分为三个类型立体对据病毒形态亚单位排列方式，可将病毒结构分为三个类型立体对称型。称型。 二十面体立体对称型二十面体立体对称型：是大多数球形病毒所共有，这类病毒核衣壳上的壳微粒呈规是大多数球形病毒所共有，这类病毒核衣壳上的壳微粒呈规则性排列，并组成对称性多面体，形成一定的密冈结构，以则性排列，并组成对称性多面体，形成一定的密冈结构，以保护核酸免受核酸酶的破坏，并可促使病毒吸附列宿主细胞保护核酸免受核酸酶的破坏，并可促使病毒吸附列宿主细胞上，完成基因传递任务。在立体对称型中，上，完成基因传递任务。在立体对称型中，大多致病毒为大多致病毒为2020面体对称结构，面体对称结构，即病毒核衣壳是由即病毒核衣壳是由2020个等边三个等边三角形组成。角形组成。螺旋对称型螺旋对称型：这些病毒的核衣壳呈另一种对称类型、其衣壳包被在核酸分子上，这些病毒的核衣壳呈另一种对称类型、其衣壳包被在核酸分子上，两者呈对称的螺旋形外貌。两者呈对称的螺旋形外貌。 复合对称型复合对称型： 此类病毒的核衣壳兼有以上两者的对称型此类病毒的核衣壳兼有以上两者的对称型五、病毒的化学组成及其生物学功能病毒的化学成分是：核酸、蛋白质、脂类和糖类1.核酸核酸及其功能 核酸位于病毒体的中心，一种病毒只含有只含有种类型的核酸种类型的核酸一DNA或RNA。核酸含有病毒复制所必须的遗传信息，它决定着病毒的遗传、变异、增殖和感染性。2.2.蛋白质蛋白质及其功能及其功能 蛋白质是组成病毒的重要成分，主要存在于蛋白质是组成病毒的重要成分，主要存在于衣壳衣壳和和包膜包膜上，上，核核心心也有，如核蛋白及多聚酶反转录酶等。也有，如核蛋白及多聚酶反转录酶等。 功能功能：为病毒基因组提供一层保护性外壳，免受核酸酶和其它理化因素为病毒基因组提供一层保护性外壳，免受核酸酶和其它理化因素的破坏。的破坏。参于感染过程，病毒体表面上的蛋白质常可决定一种病毒感染宿参于感染过程，病毒体表面上的蛋白质常可决定一种病毒感染宿主的特异性，它对于易感细胞表面的特异受体有特殊的亲和力，主的特异性，它对于易感细胞表面的特异受体有特殊的亲和力，易于附着便于感染。易于附着便于感染。病毒蛋白质具有免疫原性，如脂蛋白、核蛋白，持别是糖蛋白能引起机体的免疫反应。构成病毒组成中的酶类。在功能上可将其分为两大类：一类是破坏细胞膜的酶，如流感病毒的神经氨酸酶。另一类是催化核酸合成的酶3.脂类脂类及其功能及其功能 有包膜的病毒都含有一定量的脂类主要成分是磷脂，它在许多病毒中具有结构上的功能。除此还有糖脂、中性脂、脂肪酸等，它们是病毒增殖过程中从宿主细胞核膜或质膜获得的包膜成分。4、糖类糖类及其功能及其功能 病毒除含有核糖或脱氧核糖外，尚含有非核糖类如所有带包膜的动物病毒表面结构中，均含有糖蛋白成分，其化学成分是含甘露糖与N一乙酰氨基葡萄糖的高级甘露糖，以及含半乳糖、岩藻糖、唾液酸的复合型寡聚糖。 这些病毒糖蛋白可诱导宿主产生细胞免疫和体液免疫反应细胞免疫和体液免疫反应，同时产生致病作用如形成免疫复合物所引起的免疫病理反应等。病毒的糖蛋白在病毒感染细胞时起重要作用，它与病毒吸附、穿入有关。 六、病毒的增殖 病毒的繁殖方式不是分裂繁殖，而是复制。 病毒没有核糖体、线粒体或其它细胞器，病毒只能在宿主活细胞内生长增殖，以宿主细胞作为其核酸、蛋白质合成的原料和能量的来源，因为，病毒是一种无细胞形态的微生物。 病毒具有高度的寄生性，在侵入易感细胞前，在代谢上它们是不活动的。侵入宿主细胞后，病毒的复制是借助于病毒mRNAmRNA来完成的。病毒的mRNA的产生，是病毒最重要的生理功能，也是指导宿主细胞复制病毒蛋白的基本机制。 在病毒基因的调控下合成在病毒基因的调控下合成病毒的核酸与蛋白质成分病毒的核酸与蛋白质成分，然后在，然后在细胞核或胞浆中装配成有传染性的病毒颗粒，再以不同的方式释细胞核或胞浆中装配成有传染性的病毒颗粒，再以不同的方式释放出细胞外，感染其它细胞开始了另一个感染周期，这种方式叫放出细胞外，感染其它细胞开始了另一个感染周期，这种方式叫复制复制，整个过程叫复制周期。，整个过程叫复制周期。 复制周期大体上分为连续的五个阶段：复制周期大体上分为连续的五个阶段： 吸附、穿入脱壳、生物合成、装配与释放。吸附、穿入脱壳、生物合成、装配与释放。 每个阶段产生的结果和周期的长短、依各种病毒的种类、核每个阶段产生的结果和周期的长短、依各种病毒的种类、核酸类型、培养温度、营养条件，以及宿主细胞种类之不同酸类型、培养温度、营养条件，以及宿主细胞种类之不同 病毒感染，复制，释放电镜下人类免疫缺陷病毒从细胞表面出芽新的人类免疫缺陷病毒从细胞表面离开 病毒的致病作用病毒的致病作用1、感染对细胞的影响感染对细胞的影响11病毒感染细胞，引起细胞发生病理改变称作细胞病变，病变的病毒感染细胞，引起细胞发生病理改变称作细胞病变，病变的结果细胞死亡；结果细胞死亡；22有些病毒虽能感染细胞，进行增殖，但不引起细胞病变；有些病毒虽能感染细胞，进行增殖，但不引起细胞病变；33另有另有些病毒对某些细胞不敏感，所以不能感染这些细胞。些病毒对某些细胞不敏感，所以不能感染这些细胞。 感染了病毒感染了病毒 兰色颗粒兰色颗粒 的淋巴细胞的淋巴细胞病毒在细胞内急速复制导致细胞爆裂病毒在细胞内急速复制导致细胞爆裂细胞病变有下列几种表现：细胞病变有下列几种表现：1 细胞的细胞的折光性增强折光性增强。细胞由光滑透亮央变得粗糙发暗，。细胞由光滑透亮央变得粗糙发暗，这往往是病变的早期表现这往往是病变的早期表现2 细胞变圆细胞变圆，细胞由原来的多边形、梭形、柳叶形等形，细胞由原来的多边形、梭形、柳叶形等形状变成圆形；状变成圆形；3 细胞间隙加宽细胞间隙加宽，病毒感染细胞后细胞间出现裂隙或比，病毒感染细胞后细胞间出现裂隙或比原来的增宽原来的增宽44细胞体积发生改变细胞体积发生改变。病毒感染细胞不但形状发生改变，体。病毒感染细胞不但形状发生改变，体积也可以增大或缩小，且往往大小不匀积也可以增大或缩小，且往往大小不匀55细胞发生堆积细胞发生堆积。出现病变的细胞往往有聚集的现象，但不。出现病变的细胞往往有聚集的现象，但不发生细胞融合；发生细胞融合；66细胞融合细胞融合。某些病毒使细胞发生融合现象，形成多核巨细。某些病毒使细胞发生融合现象，形成多核巨细胞；胞；77包涵体形成包涵体形成。很多病奇感染细胞后，在细胞浆或细胞核内。很多病奇感染细胞后，在细胞浆或细胞核内形成包涵体，形成包涵体， ( (二二) )细胞病变的发生机理细胞病变的发生机理1.1.细胞细胞生物大分子合成受到影响生物大分子合成受到影响 许多毒力强的病毒的复许多毒力强的病毒的复制早期就能细胞制早期就能细胞RNARNA与蛋白质的合成。生物大分子合成与蛋白质的合成。生物大分子合成受到影响，细胞分裂繁殖就不能正常进行。受到影响，细胞分裂繁殖就不能正常进行。2.2.溶酶体改变溶酶体改变 某些病毒感染细胞以后能引起溶酶体发生某些病毒感染细胞以后能引起溶酶体发生改变，轻者仅使溶酶休膜的渗透性增加，无酶的漏出。改变，轻者仅使溶酶休膜的渗透性增加，无酶的漏出。重者可使溶酶体发生不可逆的损伤，溶晦体破裂、水解重者可使溶酶体发生不可逆的损伤，溶晦体破裂、水解酶进入细胞浆、细胞结构遭到破坏；甚至发生自溶。病酶进入细胞浆、细胞结构遭到破坏；甚至发生自溶。病毒的这毒的这作用，可能来自于病毒增殖晚期的蛋白质，很作用，可能来自于病毒增殖晚期的蛋白质，很可能是衣壳蛋白质。可能是衣壳蛋白质。3.3.包涵体形成包涵体形成 感染病毒的细胞内，由于大量的病毒颗粒或未装配的病感染病毒的细胞内，由于大量的病毒颗粒或未装配的病毒成分的聚集，形成新的团块，并使这一区域染色特性发生毒成分的聚集，形成新的团块，并使这一区域染色特性发生改变改变* *称之为称之为包涵体包涵体。 包涵体可以见于包涵体可以见于细胞核内细胞核内( (如腺病毒、如腺病毒、HSV)HSV)，细胞浆内细胞浆内( (狂犬病毒、肠病毒狂犬病毒、肠病毒)*)*或或核内和细胞浆内都有核内和细胞浆内都有( (如麻疹病毒等如麻疹病毒等) )。这些包涵体的占位破坏了细胞的结构与功能，严重时引起细这些包涵体的占位破坏了细胞的结构与功能，严重时引起细胞死亡。胞死亡。4 4病毒蛋白质的病毒蛋白质的毒性作用毒性作用 高浓度的病毒颗粒或衣壳蛋高浓度的病毒颗粒或衣壳蛋白虽无病毒增殖，但能使细胞发生病变。白虽无病毒增殖，但能使细胞发生病变。5 5细胞膜发生改变，细胞膜发生改变，细胞融合细胞融合。6 6染色体畸变染色体畸变。巨细胞病毒鹰眼样包含体 (480X) 爱滋病毒感染单核细胞肝细胞中肝炎病毒蛋白的表达病毒蛋白在感染细胞内的表达病毒蛋白在感染细胞内的表达Colocalization of an unspecified nonstructural viral protein (red) with a structural viral protein (green) in limited areas of the cytoplasm of Huh 7 cells. 九、九、病毒感染途径病毒感染途径1 1 深部穿刺如深部穿刺如注射、针灸、穿耳环、纹身、动物啮咬注射、针灸、穿耳环、纹身、动物啮咬也能使病毒也能使病毒侵入体内。乙肝病毒侵入体内。乙肝病毒(HEV)(HEV)、人类免疫缺陷病毒、人类免疫缺陷病毒(HIV)(HIV)是常见的纹是常见的纹皮肤针刺传染的。狂犬病毒皮肤针刺传染的。狂犬病毒 2 2 呼吸道呼吸道。3 3 胃肠道胃肠道。4 4 泌尿生殖道泌尿生殖道 泌尿生殖道是某些病毒感染人体的途径之一腺病毒被认为与泌尿生殖道是某些病毒感染人体的途径之一腺病毒被认为与青少年的急性出血性膀胱炎有关。青少年的急性出血性膀胱炎有关。 性活动性活动可能造成阴道上皮细胞损伤或尿道创伤，使某些可能造成阴道上皮细胞损伤或尿道创伤，使某些病毒容易侵入机体，在人类通过性传播的病毒包括病毒容易侵入机体，在人类通过性传播的病毒包括爱滋爱滋病毒病毒HIVHIV、宫颈癌病毒、宫颈癌病毒HSVHSV、人乳头瘤病毒、人乳头瘤病毒(HPV)(HPV)、乙、乙肝病毒肝病毒HBVHBV等。等。55眼结膜眼结膜：泳池游泳常受到腺病毒感染形成：泳池游泳常受到腺病毒感染形成“游泳池游泳池结膜炎”