人类及动物病毒与宿主之间的相互作用.ppt

第六章第六章 人类及动物病毒与宿主人类及动物病毒与宿主 之间的相互作用之间的相互作用 第六章第六章 人类及动物病毒与宿主人类及动物病毒与宿主 之间的相互作用之间的相互作用 一、非特异性免疫反应 二、细胞介导的免疫反应 三、抗体介导的免疫反应 四、细胞凋亡与病毒浸染的关 系 五、病毒逃避或抑制免疫反应的 策略 一、非特异性免疫反一、非特异性免疫反 应应 （一）解剖学和化学的屏障 （二）吞噬与吞饮 （三）细胞因子 （四）天然杀伤细胞 （五）补体反应 （一）解剖学和化学的（一）解剖学和化学的 屏障屏障 1. 动物机体健康 完整的皮肤和 皮肤的黏膜， 无疑是抗病毒 感染的第一道 防线。除机械 屏障作用外， 皮肤和黏膜的 分泌物（含乳 酸的汗液和含 脂肪酸的皮脂 腺分泌物）， 也有杀灭病毒 或防止病毒接 触敏感细胞的 作用。 皮肤（覆盖于体表的细胞 层） 纤毛 细胞核 上皮 细胞 基底膜 鳞状细胞 基底细胞 基底膜 2. 正常动物血清中含有非特异的杀病毒因 子，其中最重要的是备解素，它是一种 血清蛋白，在补体3（C3）和镁离子的 辅助下，具有较强的杀病毒和杀细菌效 能。 3. 动物血液中的DNA酶和RNA酶，可以相 应分解病毒的核酸，不过这种破坏作用 不是特别明显，主要是病毒的核酸成分 包裹在包膜之内。 4. 动物机体感染病毒出现炎症反应，产生 的酸性代谢产物以及局部组织中氧化-还 原势能的降低，造成不利于病毒增殖的 环境。 5. 血脑屏障和胎盘屏障分别是血脑循环和 母体与胎儿血液之间的一种生理解剖特 殊结构，具有防止大分子或病原微生物 通过的作用。 例如，乙型脑炎病毒的自然感染，即使在 人与马等敏感肌体，大多呈隐性感染， 缺乏临床症状，只有少数人发生脑炎， 主要是血脑屏障起重要作用。幼儿因血 脑屏障不全，容易患脑炎病。 （二）吞噬与吞饮（二）吞噬与吞饮 吞噬作用是动物机体在细菌性感染中的 一种重要防御机制。 吞噬作用是多形核白细胞和单核或巨噬 细胞等少数几种细胞的独特功能。 吞噬与吞饮的特点吞噬与吞饮的特点 1. 病毒粒子越大，越容易被吞噬细胞吞噬 。 2. 吞噬细胞吞噬（饮）和破坏病毒抗体 复合物，比其吞噬（饮）和破坏单纯的 病毒粒子容易和迅速。 3. 吞噬（饮）过程具有激发溶酶体大量产 生酶类的作用。这些因素也对吞噬（饮 ）作用呈现影响。 （三）细胞因子（三）细胞因子 1. 干扰素 2. 其它细胞因子 1. 1. 干扰素干扰素（InterferonInterferon， IFNIFN） 干扰素是一类在同种细胞上具有 广谱抗病毒活性的蛋白质，其活 性的发挥又受细胞基因组的调节 和控制，涉及蛋白质和RNA的合 成。 干扰素通过膜表面受体作用于被 感染细胞，使其进入一种抗病毒 的状态。 干扰素（干扰素（IFNIFN） （1）干扰素的种类 （2）干扰素的诱生剂 （3）干扰素的生物活性 （ （1 1）干扰素的种类）干扰素的种类 干扰素分为I型和II型，前者包括 IFN-、IFN-、IFN-三种，均 具有显著抗病毒功能。 I I型型IFNIFN IFN-是一组由白细胞产生，分子量为 1628 kDa的糖蛋白，目前已经发现18 个编码IFN-的基因，其中14个为功能 基因且具有高度同源性。 IFN-只有一种，与IFN-的同源性仅为 30%，除白细胞外，许多细胞都能合成 IFN-。 编码IFN-的基因有6个，但只有一个 属有效基因，该基因与IFN-同源，主 要由白细胞表达。 已知I型干扰素与其特异性受体结合后 ，导致靶细胞内大约30种基因的启动 表达或表达水平的提高。MHC-I类分 子的高表达有利于被感染的细胞呈递 病毒抗原肽。其它基因产物在细胞内 的聚集则期待起到非特异性抑制基因 表达的作用，从而干扰病毒蛋白在细 胞内的复制。 I型干扰素还能激活T淋巴细胞和NK 细胞，执行一定的免疫功能。 IFN-是分子量为18 kDa的共二聚 体糖蛋白，与I型干扰素在结构和功 能上均有明显的区别，被称为II型 干扰素。 几乎所有细胞都表达IFN-受体， 因此， IFN-的作用范围十分广泛 ，其抗病毒活性比I型干扰素弱得多 ，但有很重要的免疫调节功能，因 此又称作免疫干扰素。 II II型型IFNIFN IFN-不仅能诱导细胞表达更高水平的MHC-I 分子，还能使巨噬细胞的MHC-II的表达水平 上调，加强其抗原呈递能力。 IFN-还能诱导原本不表达MHC-II分子的细 胞（上皮和内皮细胞）开始表达这类抗原及 某些黏附分子，使处于炎症部位的组织细胞 也能执行一定的抗原呈递功能。 IFN-对巨噬细胞、中性粒细胞、NK细胞均 具有高效的活化作用，并增强巨噬细胞杀伤 病原微生物的能力，诱导其分泌各种细胞因 子。 IFN-还能加强一氧化氮的合成，促进单核巨 噬细胞的抗病毒功能。 （2 2）干扰素的诱生）干扰素的诱生 剂剂 在正常情况下，IFN基因受一种抑制的作用， 处于抑制状态，在诱生剂的诱导作用下可以 发生表达。主要分为以下几类： 病毒诱生剂。 一般情况，RNA病毒诱生IFN的能力较强， DNA病毒较弱。 双链RNA诱生剂。 作为有效的诱生剂，必须具备以下条件：具有 稳定的二级结构；对核糖核酸酶具有较强抵 抗力；分子量大，最小有效长度为100碱基 核苷酸。 代谢物诱生剂。 代谢激活物如有丝分裂原、淋巴因子能 够诱导未定型的淋巴细胞产生IFN-， 特异性抗原可以诱导定型淋巴细胞产 生IFN-。 其它IFN诱生剂。 如细菌的内毒素、布氏杆菌、支原体等 都属于IFN诱生剂，它们的共同特征是 具有细胞毒性，不同程度地抑制宿主 蛋白质的合成。 （3 3）干扰素的生物活干扰素的生物活 性性 抗病毒活性。 干扰素具有广谱的抗病毒作用，表现为 病毒增殖量减少，细胞的损伤程度降 低。但是IFN的抗病毒活性具有相对的 种属特异性；同一动物的不同类型细 胞对于IFN的抗病毒活性敏感性也不相 同；不同病毒对IFN抗性作用的敏感也 不相同（在同种机体或细胞内，RNA 病毒对IFN敏感，而DNA病毒不很敏 感）；IFN对急性病毒感染和慢病毒感 染的作用也不相同。 免疫调节作用。免疫系统细胞在受到 抗原或促有丝分裂或肿瘤细胞刺激时 或在自发情况产生IFN，从而调节多种 免疫反应。 抗肿瘤活性。如IFN能够抑制肿瘤病毒 的增殖，抑制肿瘤细胞的生长，并调 动机体的免疫系统，杀伤肿瘤细胞。 另外IFN还可以调节癌基因的表达，实 现抗肿瘤的作用。 （2 2）其它细胞因子）其它细胞因子 机体内除了干扰素外，还有大量的其它细胞因 子，在调节机体的免疫功能和抵抗病毒感染中 发挥重要作用。 白细胞介素（Interleukin，IL）：一类由淋巴 细胞、单核细胞或其它非单核细胞产生的细胞 因子，通过活化某种细胞、增强或抑制某种细 胞的某些功能、协调其它细胞因子的功能等来 调节机体的免疫反应，参与机体的造血及炎症 过程。 细胞集落刺激因子（colony stimulating factor，CSF） 肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor， TNF） （四）（四）天然杀伤细胞天然杀伤细胞 （natural killer cellnatural killer cell，NKCNKC） 病毒感染的细胞能被大颗粒淋巴细胞的 NK细胞活性杀死，通过穿孔素、颗粒 酶和另一个Fas调节的途径，导致由 激活的Caspaase蛋白酶系列调节并 产生核DNA片段的细胞程序性死亡（ 凋亡）， 以及依赖抗体的细胞介导的 细胞毒性反应（antibody dependent cellular cytoxicity，ADCC）。 （五）补体反应（五）补体反应 补体系统是由将近20多种血清蛋白组成的多 分子体系，具有酶的活性和自我调节作用。 它至少有两种不同的活化途径。经典激活 途径。Ab与Ag特异结合后，依次激活补体各 组分，并参与反应破坏细胞膜。替代途径 。微生物胞膜的多糖或膜蛋白也能激活补体 。 被激活后的多种补体形成的复合物能与病原 菌结合，使细胞膜损伤、穿孔、细胞内含物 外溢，出现溶菌现象。 补体系统不仅是抗体分子的辅助和增强因子 ，也具有独立的生物学作用，对机体的防御 功能，免疫系统功能的调节以及免疫病理过 程都发挥重要意义。 二、细胞介导的免疫二、细胞介导的免疫 反应反应 （一）MHC-II途径 （二）辅助性T淋巴细胞的免疫 应答 （三）MHC-I途径 （四）杀伤性T淋巴细胞免疫应 答 主要组织相容性复合体主要组织相容性复合体 major major histocompatibilityhistocompatibility complex complex（ MHCMHC） 主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex，MHC ）：编码主要组织相容性抗原的一组紧 密连锁的基因群。 MHC分子：一般指的是主要组织相关 性抗原，也就是MHC编码的蛋白质。 MHC-类分子：广泛分布于体内各种 有核细胞表面。 MHC-类分子：主要表达在某些免疫 细胞表面，如B细胞、单核-巨噬细胞 、树突状细胞、T细胞等，内皮细胞和 某些组织的上皮细胞也可检出MHC- 类分子。 （一）（一）MHC-IIMHC-II途径途径 （二）辅助性（二）辅助性T T淋巴细胞的免淋巴细胞的免 疫应答疫应答 TH细胞通过其表面的数种黏附分子与抗 原呈递细胞（antigen presenting cell， APC）建立最初的结合，使得T细胞抗原 受体（T cell receptor，TCR）能够近距 离扫描APC表面的各种MHC/抗原肽复合 物，一旦TCR与某种MHC/抗原肽复合物 发生紧密结合，T细胞将获得活化的第一 信号。 T细胞表面的共刺激分子CD28与APC表 面的B7-1/B7-2分子结合为其提供必须的 第二信号。 第一信号和第二信号的协同作用使得TH 细胞开始表达IL-2。大量产生的IL-2通过 高亲合力的IL-2受体使T细胞开始增殖分 化。 伴随着抗原特异性T细胞在数量上的增加 ，细胞分化为TH1和TH2两种亚型。 TH1细胞分泌IL-2、IFN-和TNF-等细 胞因子，除了直接的抗病毒作用外，还 可以加强吞噬细胞的作用。 TH2细胞主要帮助淋巴细胞活化和分泌病 毒的特异性抗体。 此外，TH细胞具有重要的辅助细胞毒性 T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte， CTL）活化的作用。 （三）（三）MHC-IMHC-I途径途径 （四）杀伤性（四）杀伤性T T淋巴细胞免淋巴细胞免 疫应答疫应答 杀伤性T细胞 （killer T cell，TK ）/细胞毒性T淋巴细胞（ cytotoxic T lymphocyte，CTL ） 杀伤性T细胞是在骨髓中形成、在 胸腺中成熟的白细胞。 uCTL对初次病毒感染的应答可以分 为3个阶段：激活与扩增；细胞凋亡 ；稳定和记忆。 u胞浆内合成的病毒蛋白质多数裂解 为短肽，部分短肽经过转运进入内质 网，并被MHC-I分子呈递于细胞表面 ，在CD4 TH细胞的帮助下，CD8 T 淋巴细胞识别APC表面的MHC-I/抗 原肽复合物而活化。初次感染时，第 一阶段往往需要1周左右。 u病毒特异性T淋巴细胞被选择性地 激活、大量扩增并分化为效应细胞 。 u随着病毒被有效清除，体内大多数 的病毒特异性CTL因凋亡而消失。 部分病毒特异性T淋巴细胞分化为 记忆细胞，在体内长期循环，起到 重要的免疫巡视和监控作用。再次 感染12天就能测得细胞免疫应答 ，因为记忆性细胞更容易再次激活 。 CTL的胞浆颗粒中有穿孔素以及丝氨酸蛋白酶 。随着T细胞抗原受体（TCR）与靶细胞表面 的MHC-I/抗原肽复合物之间的紧密结合， CTL的胞浆颗粒向靶细胞移动，并最终将内容 物释放与靶细胞表面，穿孔素单体分子在嵌于 靶细胞膜中之后聚合成内外开放的通道，使得 水和各种离子自由出入，丝氨酸蛋白酶经此通 道进入靶细胞内进行蛋白酶解，造成细胞的死 亡。 此外，许多靶细胞表达膜表面的Fas分子，引 起靶细胞表达膜表面的Fas分子的交联，启动 其凋亡程序。 CTL释放的细胞因子TNF和IFN-与靶细胞表 面的受体结合，也有造成细胞死亡的作用。 三、抗体介导的免疫三、抗体介导的免疫 反应反应 （一）体液免疫应答 （二）体液免疫的抗病毒作 用 （一）体液免疫应答（一）体液免疫应答 初次感染时，血清中针对病毒的IgM抗 体较IgG抗体先出现，但是维持时间仅 为1周左右，而后者可能保持几个月甚 至更长。 体内最初产生抗体的浆细胞位于引流 淋巴结和脾脏的生发中心，随着病毒 被逐渐清除（24周之后），淋巴结和 脾脏内的浆细胞开始大量死亡，小部 分记忆性B淋巴细胞迁入骨髓，并在那 里维持病毒特异性抗体的长期产生。 此外，少数记忆性B淋巴细胞留在外 周淋巴组织中，当机体再次遇到病毒 感染时，它们迅速分化为新的浆细胞 和记忆性细胞，在23天产生大量抗 体，待二次感染的病毒被清除后，新 生浆细胞的一小部分又迁入骨髓，新 生的记忆性B淋巴细胞仍留守在外周 淋巴器官内。 （二）体液免疫的抗病（二）体液免疫的抗病 毒作用毒作用 受病毒感染后，机体即可产生特异性 抗体，按其作用可分为中和性抗体（ neutralizing antibodies，NTAb）、 补体结合抗体（complement fixation antibodies, CFAb）及血凝抑制抗体 （heamagglutination inhibition antibodies, HIAb）等。这些抗体主 要是IgG、IgM和IgA。 NTAb能消除病毒的感染性，是唯一具 有保护作用的抗体。 CFAb、HIAb一般没有保护作用，可用 于血清学诊断。 1. NTAb的作用机理 2. 具有抗病毒作用的免疫球蛋白 （Ig） 3. 抗体对靶细胞的作用 体液免疫的抗病毒作用体液免疫的抗病毒作用 1. 1. NTAbNTAb的作用机理的作用机理 NTAb是针对病毒表面抗原的抗体。 它与病毒表面的抗原决定簇结合， 使病毒失去吸附和穿入的能力，但 不能直接灭活病毒。更不能对已进 入细胞内的病毒发挥作用。NTAb的 抗病毒作用主要是预防感染的发生 及蔓延。 2. 2. 具有抗病毒作用的免疫球蛋白具有抗病毒作用的免疫球蛋白 ( (IgIg) ) IgG:约占Ig的 35，是主要 的NTAb，又 是唯一可通过 胎盘的Ig。一 般出生后6个 月以内的婴儿 ，因体内保留 有健康母亲通 过胎盘传给的 各种IgG，这 一期间很少患 病毒性传染病 。 IgM：分子量大 ，是多聚体Ig， 出现于病毒感染 或疫苗接种后的 早期，有中和作 用但不如IgG强 。因其出现于机 体感染早期，并 且消失较快，故 检出特异性IgM ，可做为在近期 已发生感染的标 志。 IgA：呼吸道和消化道粘膜产生的分泌型 IgA（sIgA），可在局部发挥抗病毒作用 。 3. 3. 抗体对靶细胞的作抗体对靶细胞的作 用用 （1）对靶细胞的伤害 抗体除可中和游离状态的病毒外， 对于表面有病毒编码抗原的靶细 胞也具有促进被溶解（有补体参 加）和促进被吞噬（调理）的作 用。 （2）ADCC机制 NK细胞也可依赖抗体协助而发挥杀 伤靶细胞的作用，称为抗体依赖性 细胞介导的细胞毒性作用（ADCC ）。这一免疫机制只需少量特异性 抗体。 四、细胞凋亡与病毒浸染四、细胞凋亡与病毒浸染 的关系的关系 细胞凋亡又称程序性细胞死亡，是一个 主动的、信号依赖的过程，并与多个基 因参与有关。 细胞凋亡是指机体正常细胞在受到生理 性或病理性刺激后启动的死亡过程，凋 亡细胞表现为胞浆内钙离子浓度和 cAMP升高，RNA和蛋白质合成增加， 随后染色质凝聚，细胞质浓缩，导致染 色体在核小体处被切断降解，形成185 碱基或整数倍长度的DNA片段。降解后 的胞浆和胞核最终包裹于膜性成分中， 形成凋亡小体，并被吞噬细胞吞噬。 细胞凋亡属于单个细胞的自杀行为 ，不引起局部的炎症。因此，在机 体防止病毒的散播和抗病毒感染中 具有重要意义 。 细胞凋亡不利于病毒的增殖与扩散 。一些病毒在感染靶细胞后，对宿 主细胞的凋亡呈抑制作用，从而有 利于其在宿主细胞内的生存和复制 。 五、病毒逃避或抑制免疫反应五、病毒逃避或抑制免疫反应 的策略的策略 （一）病毒基因的限制性表达 （二）利用宿主体内的免疫豁免 部位 （三）病毒抗原的变异 （四）干扰宿主细胞的抗原呈递 （五）干扰细胞因子的功能 （六）干扰免疫应答的效应 （一）病毒基因的限制（一）病毒基因的限制 性表达性表达 几乎所有的病毒都不同程度地利 用这一方式来躲避宿主免疫系统 的监视。疱疹病毒和一些反转录 病毒表现尤为突出。 例如，一旦单纯疱疹病毒在神经 元内潜伏下来，病毒基因组的所 有基因除一种以外全部停止转录 ，使得被感染神经元内几乎没有 任何病毒痕迹。 （二）利用宿主体内的免疫豁（二）利用宿主体内的免疫豁 免部位免部位 人体中存在少数的组织和器官是免疫细 胞不能介入的部位，享有免疫豁免的特 权，所以，进入免疫豁免部位的病毒在 不引起局部炎症的情况下可以暂时避开 免疫系统的监视。 例如，中枢神经系统（CNS）的血-脑 脊液屏障限制了淋巴细胞进入CNS，因 此不易被T淋巴细胞识别。所以，CNS 是多种病毒长期慢性感染和潜伏的器官 。 （三）病毒抗原的变异（三）病毒抗原的变异 RNA病毒以及反转录