第三章病毒的增殖Word格式文档下载.docx
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病毒至少是肿瘤病因中的一个重要因素。
目前发现的脊椎动物肿瘤病毒已经超过30种,而有致肿瘤特性的病毒约有150多种。
最近证明,RNA致瘤病毒可借反录酶的作用,在细胞内复制出含有病毒信息的DNA,结合入细胞DNA,改变细胞的遗传性,干扰细胞的正常生命活动而导致细胞恶性变。
最近发现“缺损病毒”,没有完整的病毒子构造,可能只有核酸的片段残留在细胞中,与细胞染色体结合而逐代传递,成为细胞恶性变的原因。
病毒性疾病的化学预防和化学治疗,已被证明是完全可能的,实践中也已取得初步成果。
目前发现的一些不见于正常细胞而为病毒增殖所必需的核酸合成酶和其他蛋白质,为病毒病的的化学防治提供了进一步的可能性。
而对病毒生物合成各环节的深入了解,则为选择适当药物,切断病毒增殖周期,阻碍病毒增殖而达到防治目的,创建现实的基础。
第一节病毒的增殖场——细胞
病毒由于缺乏自身增殖所需的完整酶系统,增殖时必须依靠宿主细胞合成核酸和蛋白质,甚至直接利用宿主细胞的某些成分,这就决定了病毒在细胞内专性寄生的特性。
活细胞是病毒增殖的唯一场所,也是病毒生物合成所需的能量和材料的主要供应者。
一、细胞膜
细胞膜是病毒感染时,病毒粒子遇到的第一个表面。
胞膜外层表面的特性决定着病毒子能否对其发生特异性吸附。
细胞膜及其下层胞浆的运动,则对已经吸附的病毒子呈现吞饮作用。
就某些病毒来说,胞膜也是病毒感染末期病毒子脱离细胞的最后一个屏障。
但在另一些病毒,例如大多数带有囊膜的病毒,胞膜都是病毒生物合成的一个最后阶段:
病毒子在胞膜上出芽成熟,已经改变了的胞膜成分变为病毒子的组成部分。
二、胞浆
胞浆是病毒成分的重要合成部位。
病毒蛋白质的合成以及绝大多数RNA病毒核酸复制,发生于胞浆内。
于DNA病毒,痘病毒的DNA也在胞浆内合成,痘病毒甚至可在去核细胞内合成病毒DNA和病毒蛋白质。
病毒子的装配也多数在胞浆内进行。
某些病毒还在胞浆内形成包涵体。
胞浆内含有的许多细胞器,在病毒增殖过程中起着一些重要作用如下:
1.线粒体:
线粒体参与细胞的能量代谢活动和蛋白质合成。
在病毒增殖过程中,线粒体可能是一个供能机构。
2.高尔基氏体:
高尔基氏体与细胞内物质的储存、聚集和转运有关。
参与细胞分泌颗粒、初级溶酶体等的形成,并可能与糖蛋白和粘多糖的合成有关。
3.核糖体:
许多核糖体由mRNA多核苷酸链连接起来,形成聚核蛋白体,成为细胞合成蛋白质的主要场所。
病毒多肽链也可能都是在核蛋白体上合成的,即使是在细胞核内增殖的病毒,例如腺病毒和疱疹病毒等。
4.溶酶体:
在某些病毒的感染过程中,病毒子被吞(饮)入细胞,存在于吞饮泡内,由于溶酶体与吞饮泡的膜融合,酶类释出,使病毒子降解,从而有助于病毒脱壳和释出核酸。
另外,在某些病毒感染时,溶酶体膜的通透性增高,溶酶体酶渗出于胞浆内,引起细胞自溶,这可能是病毒感染中细胞死亡的一个原因。
5.胞核:
许多病毒,包括大多数DNA病毒和少数RNA病毒,在胞核内合成核酸,与胞浆糖体上形成并转运到胞核内的病毒蛋白质装配成核衣壳。
某些病毒,例如疱疹病毒,再在核膜上出芽时获得囊膜。
这些在胞核内增殖的病毒还常在感染细胞核内形成包涵体。
流感病毒的RNA和病毒蛋白质看来都在胞核内合成,并迅速结合成螺旋样病毒核蛋白。
第二节病毒的增殖过程
动物病毒的增殖过程大致为:
病毒吸附于易感细胞表面;
穿入细胞内;
脱去衣壳和暴露核酸;
转录信使RNA、转译衣壳蛋白和复制子代核酸等一系列生物合成;
子代核酸和衣壳装配在一起,有时还要加一层囊膜才能达到成熟阶段;
最后从宿主细胞释放出来。
这些过程有些是同时进行的,有些是交叉进行的,不能截然分开。
据此,病毒增殖过程可分为吸附、侵入与脱壳、病毒成分的合成及装配与释放4个主要阶段,也有人分为6个阶段。
病毒的吸附、侵入和脱壳是病毒感染宿主细胞的开始阶段,即早期感染阶段。
吸附是对所有病毒均适合的术语,表示细胞和病毒的最初接触,而侵入和脱壳,则因各类动物病毒进入细胞时所发生的现象不同,是个不恰当的术语,有一种从未能证明过的积极主动的过程。
相反,病毒吸附后没有更多的活动,侵入是病毒表面和细胞表面受体间的物理—化学互补作用的结果。
病毒的侵入,意味着开始了病毒感染的细胞内阶段,在细胞膜的胞质侧面出现了病毒核酸或功能性病毒核蛋白。
虽然,有些病毒几乎整个病毒体必需穿过胞质膜而引起感染,但绝大多数病毒只需要一个病毒组成部分或单独的核酸进入。
例如有的病毒其完整的病毒子进入细胞质,可能并不导致有效的感染,反而使自身被消化。
多数情况下,病毒侵入与脱壳同时进行,而释放出核酸或功能性核蛋白。
在病毒脱壳后,再不能从感染细胞检出具有传染性的病毒,在电镜下也不能看到病毒子,直到新的子代病毒出现。
故将从脱壳开始直到子代病毒出现,这一阶段称为隐蔽期,这一期内主要进行着病毒成分的合成和装配。
一、病毒的吸附
(一)吸附过程
一般认为病毒对宿主细胞的吸附可分为二个阶段。
1.第一阶段:
病毒最初的吸附呈可逆性结合状态,这种结合可发生在0~37℃的温度范围内,而且似乎没有严格的特异性,是细胞和病毒子之间靠静电吸引而结合,故又称静电结合。
实验证明,动物病毒可与带电荷的表面,例如硅酸凝胶、磷酸钙凝胶和处理的纤维素结合,甚至还可与玻璃或金属器皿的表面相结合。
被抗体中和的病毒,也同样能够非特异地吸附细胞。
这种结合不仅取决于当时细胞和病毒子的浓度及其相互比率,而且也受周围物质的种类以及阳离子的离子强度和pH等条件的影响。
细胞和病毒在相当宽的pH范围内带负电荷,出现相互排斥现象,因此必须依靠阳离子以降低负电荷,促进吸引作用。
通常钙镁离子的效果最好,有的则单价阳离子促使其最高限度的吸附,如脊髓灰质炎病毒、新城疫病毒、流感病毒、腺病毒等。
病毒与细胞间的相互作用最适宜的pH幅度,可能相当窄,有的则较宽。
例如B4型柯萨基病毒在pH3.0~3.5与Hela细胞吸附最好,腺病毒7型在pH5.5~8.5时最能吸附在红细胞上。
但从许多病毒和细胞配对来看,其相互作用的pH范围颇不一致,有的要求不严,有时却很苛刻。
这种静电结合结合的最有效例子是,霍乱弧菌的神经氨酸酶即受体破坏酶,可从细胞表面排除带负电的N-乙酰神经氨酸,以降低对流感病毒的亲和力。
静电结合,固然静电键是重要的。
然而,离子是否起盐桥的作用,还是在病毒与细胞间起着协助病毒或细胞糖蛋白上的蛋白或糖获得校正的互补作用,尚不清楚。
2.第二阶段:
呈不可逆结合状态。
这种结合具有温依性,结合程度与温度高低在一定范围内成正比,是病毒与细胞间的特异性结合,实质上就是病毒子与细胞膜上的特异的病毒受体,即病毒子的蛋白质与细胞受体蛋白质的互补性结合,又称特异性结合。
应用抗细胞血清处理细胞,常可阻止细胞发生病毒感染,可能是封闭了细胞表面的结合部位而使病毒不能吸附的缘故。
相反,抗病毒抗体也可阻抑病毒对细胞的特异性吸附。
必须指出,可逆与不可逆的两阶段吸附过程,可能并非所有病毒的共同规律,某些病毒一旦吸附于敏感细胞,就再不能解脱,似乎没有可逆吸附阶段的存在。
(二)病毒的吸附频率
各种病毒和其宿主细胞间相互作用的速度,差别很大。
例如有囊膜的披盖病毒实际上一接触时就完全被吸附到宿主的单层细胞上。
西方型马脑炎病毒在鸡胚成纤维细胞上,30分钟内的吸附率达85%。
无囊膜的二十面体病毒,如脊髓灰质炎病毒和腺病毒,在低温中吸附,其吸附比率较低,而许多有囊膜的病毒在低温中吸附似乎还是良好的。
当脊髓灰质炎病毒-Hela细胞的复合物被加温时,常出现最初联结的随机离解。
所有这些结果——速度、病毒结合的不同牢固度和温度的影响——都说明病毒和细胞开始的静电结合,其稳定性需要病毒体对细胞多价吸附。
病毒与细胞的结全,可能是在大约103~104次相互碰撞中,有一次在培养液中离子作用的协助下,使病毒子上某一点和细胞表面一点引起物理上的互补结合。
(三)病毒与细胞吸附的机构
1.病毒的吸附机构:
病毒的吸附机构,可能是特殊性病毒蛋白的伸展。
大多数有囊膜的病毒其囊膜上的糖蛋白纤突是吸附机构,如正粘和副粘病毒、弹状病毒、披膜病毒、冠状病毒以及嵌沙病毒含有这样的纤突;
而有些有囊膜的病毒,如痘病毒和疱疹病毒,缺乏可见的纤突,可能由于太短,在电镜下难以辨别。
对于无囊膜的病毒子其吸附机构可能是病毒伸展的蛋白纤维,或病毒结合点可能是病毒子表面个别的结构蛋白,或几个镶嵌的衣壳蛋白,如腺病毒二十面体颗粒的每个顶角壳粒伸出末端呈小球状的纤维,是由二或三种相同的线状聚合多肽加上一个可能是不同多肽的球状蛋白末端组成,这种病毒子对细胞的牢固结合,推测需要同一病毒子上的几个纤维协同结合于细胞膜的受体上。
而没有突起的病毒,对细胞的吸附,是一个推测中的问题。
如小RNA病毒,吸附机构可能是衣壳上的某种多肽,从疏松结合的颗粒转变到紧密结合,可能是包含在膜内移动,导致多于一个的结合点接触于适当的表面结构。
Crowell对小RNA病毒研究认为,衣壳是由分子量不同的VP1、VP2、VP3和VP4四种多肽组成,前三者主要形成衣壳的外层,VP4界于外层与核酸之间。
前三者各自形成片层结构,并在顶角形成25Å
深度的“峡谷”(Canyan),与相应受体互补,称之为病毒吸附部位(VirionAttachmentSite,VAS),参与该部位组成的病毒多肽(Virinpolypeptide,VP)即病毒吸附蛋白(VirionAttachmentProtein,VAP),又由于组成“峡谷”的三种多肽位置的不同,而VP2常以五聚体形式位于顶角,故认为VP2与该病毒的VAP有关。
VAS不仅与吸附有关,还与病毒核酸的释放有关。
用3mol/L尿素(pH9)于37℃处理CVB3(柯萨基病毒3型),最先丢失VP4使病毒子变成“A”颗粒,而“A”颗粒丢失VP2后则变成“B”颗粒并释放RNA。
这与受体作用下的隐蔽期内病毒颗粒发生的改变是一致的。
由此可见,VAS与病毒子的解聚密切相关。
2.病毒受体:
病毒受体是指细胞膜上能识别VAS,并与VAS结合的结构。
(1)病毒受体的形成从进化论的观点来看,由于病毒长期适应于细胞内寄生,使其逐渐具备了对细胞膜上某些固有成分的相应结合机构。
这样,细胞的这些成分就成了病毒吸附的对象——受体。
(2)病毒受体的结构近年来,由于对VAS研究的深入,Rossman假设了这样一种病毒受体,它具有五重对称,突出于细胞膜,能与VAS的“峡谷”形成紧密结合。
这种假设已从分离到的病毒受体得到了证实。
如CVB的受体为50KD的糖蛋白,人类鼻病毒(HRV)的受体为90KD的糖蛋白,二者均为聚合形成具有五重对称的五聚体。
受体在细胞表面的分布是多拷贝的,多数病毒在每个易感染细胞上大约有104-5个受体,这也说明病毒与细胞的接合是多价的。
(3)病毒受体的化学性质病毒受体的化学本质大多数是糖蛋白,偶尔也有的是糖脂,还有些是单纯蛋白。
例如鼠肝炎病毒、鼻病毒、腺病毒的受体是糖蛋白,仙台病毒的受体是一种神经节苷酯,水泡性口炎病毒的受体是一种糖脂,多瘤病毒的受体是单纯的蛋白质。
另外有些病毒的受体是与细胞功能密切
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