临床病理生物学之病毒基本形态与结构

病毒学总论,3000BC，埃及孟非思壁画中长老患小儿麻痹症,病 毒 概 述病毒的发现1892年发现第一个病毒即烟草花叶病毒1898年发现动物口蹄疫病毒首先被证实对人类有致病性的是黄热病毒（1901年发现）,体积微小，电子显微镜观察；可通过滤菌器 结构简单：非细胞结构 基因组：只有一种核酸（RNA或DNA）严格活细胞内寄生以复制方式繁殖对抗生素不敏感，耐冷不耐热,病毒的特点,体积微小，结构简单，只含有一种类型的核酸，只能在活的、敏感细胞内以复制方式增殖的非细胞型微生物,病毒概念,病毒引起疾病的特点,涉及面广：75%由病毒引起传染性强、传播迅速：如流感病毒病死率高：如狂犬病病毒后遗症严重：如脊灰病毒持续感染：如乙肝病毒引起肿瘤：如爱滋病毒致畸性：如风疹病毒特效药少，对抗生素不敏感预防是重点,病毒的基本性状,一、病毒的大小与形态,病毒体（virion）完整的成熟病毒颗粒，具有典型的形态结构，并有感染性病毒的大小测量单位 ：纳米（nm） 50 nm 小型病毒 50 nm -150 nm 中等大小病毒（大多数） 150nm 大型病毒（最大300 nm）,微生物的大小比较,葡萄球菌(1000nm）,牛痘病毒300250nm,A,B,C,D,E,F,G,立克次体450nm,衣原体390nm,A、大肠杆菌噬菌体 ( 65 95nm ),B、腺病毒 (70nm ),C、脊髓灰质炎病毒 (30nm ),D、乙脑病毒 ( 40nm ),E、蛋白分子 (10nm ),F、流感病毒 ( 100nm ),G、烟草花叶病毒,球形病毒,天花病毒,病毒的形态多数病毒呈球形或近似球形，杆状，丝状， 少数可为子弹状、砖块状，噬菌体可呈蝌蚪状,杆状病毒,噬菌体,狂犬病毒,二、病毒的结构与功能,病毒体结构模式,包膜子粒,包膜,核心,衣壳,壳粒,核衣壳,病毒的结构,核心：核酸、酶类衣壳：由壳粒（多肽）组成包膜：由宿主细胞膜或核膜组成 镶嵌有包膜子粒（刺突）,螺旋对称型（Helical Symmetry）二十面体立体对称型（ Icosahedral Symmetry ） 复合对称型（Complex Symmetry ）,衣壳类型,螺旋对称型（helical symmetry),20面体立体对称型(icosahedral symmetry)：大多数球状病毒属之,（3）复合对称型(complex symmetry),病毒的组成成分,一、核酸 种类：DNA、RNA 存在形式：单链与双链；正链与负链，分节 作用：ORF可重叠，具有感染性二、蛋白质 种类：结构蛋白携带全部遗传信息 特点：有内含子、非结构蛋白 作用：衣壳、基质、包膜蛋白（结构蛋白） 酶、反式作用因子（非结构蛋白）,三、病毒的分类 （Classification of Viruses）,一、生物学分类二、临床分类,生物学分类DNA病毒,类型 分类特点 病毒科名DNA病毒 双链DNA、有包膜 痘病毒科 疱疹病毒科 双链DNA、无包膜 腺病毒科 乳多空病毒科 单链DNA、无包膜 细小病毒科,类型 分类特点 病毒科名RNA病毒 双链RNA、分节、无包膜 呼肠病毒科 双RNA病毒科 负单链RNA、不分节、有包膜 副粘病毒科 弹状病毒科 负单链RNA、分节、有包膜 正粘病毒科 布尼亚病毒科 沙粒病毒科 正单链RNA、不分节、无包膜 小RNA病毒科 杯状病毒科 星状病毒科 正单链RNA、不分节、有包膜 冠状病毒科 黄病毒科 披膜病毒科,生物学分类RNA病毒,类型 分类特点 病毒科名 逆转录病毒 双链DNA、不分节、有包膜 嗜肝DNA病毒科 单链RNA、不分节、有包膜 逆转录病毒科,生物学分类逆转录病毒,病毒的增殖（ Replication of Viruses）,一、病毒的增殖过程二、病毒的异常增殖形式,吸附 adsorption穿入 penetration脱壳 uncoating生物合成 biosynthesis组装与释放 assembly and release,病毒的增殖周期,吸附,病毒的增殖过程,穿入,脱壳,早期蛋白,晚期蛋白,装配,DNA复制,核酸游离,成熟,释放,吸附 病毒表面蛋白质与细胞接触结合特异性吸附 （病毒配体位点与细胞膜特异受体结合） 决定病毒的嗜组织性穿入,融合-有包膜病毒胞饮-无包膜病毒,CD21（EBV受体） CD4（HIV受体） CD46（麻疹病毒受体） CD54（鼻病毒受体）,病毒受体,胞饮方式穿入,脱壳 uncoating穿入胞质中的核衣壳脱去蛋白质，使基因组核酸裸露的过程依赖于脱壳酶,病毒核酸,病毒核酸,生物合成 Biosynthesis利用宿主细胞提供的小分子物质合成病毒核酸和蛋白质,病毒mRNA的转录复制子代病毒核酸特异性mRNA转录、翻译子代病毒 结构蛋白和功能蛋白,隐蔽期,早 期： 基因组在细胞内合成非结构蛋白（病毒复制酶及抑制细胞正常生物合成的抑制酶）,晚 期： 根据基因组的指令在细胞内复制病毒核酸，合成结构蛋白和非结构蛋白,1、DNA病毒（双链）： 细胞核内合成DNA，细胞质内合成病毒蛋白,依赖DNA的RNA多聚酶,早期mRNA,转 译,早期蛋白,药物作用的靶,晚期：,解链,正链DNA负链DNA,DNA多聚酶,子代DNA,转录,晚期mRNA,晚期蛋白,病毒衣壳蛋白及其他结构蛋白,2、RNA病毒（单链）： 多数在细胞质内合成子代RNA及病毒蛋白,（1）正单链RNA病毒（有mRNA功能）：,正单链RNA,复制,子代RNA,结构蛋白（衣壳蛋白等）,非结构蛋白（依赖RNA的RNA多聚酶）,双链RNA（复制中间型）,药物作用的靶,（2）负单链RNA病毒（有依赖RNA的RNA多聚酶）：,负单链RNA,依赖RNA的RNA多聚酶,正单链RNA（有mRNA功能）,子代RNA,结构蛋白（衣壳蛋白等）,双链RNA（复制中间型）,药物作用的靶,解链,（3）逆转录病毒（有逆转录酶，即依赖RNA的DNA多聚酶）,单链RNA,逆转录酶,进入细胞核,整合（前病毒）,子代病毒RNA,病毒mRNA,病毒蛋白质,肿瘤发生,药物作用的靶,组装与释放assembly and release,装配（assembly）,释放（release）,破胞释放： 无包膜病毒致细胞破裂死亡一次大量释放 芽生释放： 有包膜病毒病毒核衣壳出芽时套上宿主细胞的核膜或细胞膜细胞不死逐个释放,/wybb//zz//wybb/by//wh//zl//wybblx//wsx//hhx//zsx//txx//wyyybl/,病毒的异常增殖,缺损病毒（ defective virus ） 基因组不完整的病毒体，无感染性缺损干扰颗粒缺损病毒不能复制，但却能干扰同种成熟病毒体进入细胞 辅助病毒：辅助缺损病毒复制具有感染力的完整病毒天然缺损病毒腺病毒伴随病毒 顿挫感染（流产感染）：细胞条件不合适，病毒进入细胞但不能复制,非容纳细胞顿挫感染容纳细胞,四、病毒的干扰现象,干扰现象interference 当两种病毒同时或先后感染同一细胞时，可发生一种病毒的增殖抑制另一种病毒增殖的现象产生原因 干扰素interferon，IFN 竞争干扰（细胞表面受体、底物、酶） 改变细胞代谢途径 （抑制第二种病毒mRNA的转译）,干扰现象的意义1、非特异性免疫的构成部分抗病毒作用2、指导正确使用疫苗,病毒的遗传与变异,一、病毒的遗传特点二、病毒变异的类型三、病毒基因组研究的意义,病毒遗传的特点,1、遗传方式简单2、受宿主细胞影响3、易产生突变,病毒变异的类型,1、突变2、重组（recombination）3、重配（reassortment）4、表型混合,突变株mutant温度敏感突变株（temperature sensitive，ts） 2835可以复制， 3740不能复制 脊髓灰质炎减毒活疫苗突变株能稳定地存在，可在相应的宿主或细胞中传代与存活,病毒的抵抗力,一、耐冷怕热二、紫外线敏感三、氧化剂敏感四、包膜病毒对脂溶剂敏感五、耐甘油,病毒感染抗病毒免疫,病毒感染与免疫,病毒的感染： 病毒侵入机体并在易感细胞内复制增殖，与机体发生相互作用的过程,病毒的感染方式,一、水平传播,病毒在人群不同个体间的传播,第一课件网网站,一、水平传播,1、通过黏膜表面传播2、通过皮肤传播 昆虫叮咬乙脑病毒 动物咬伤狂犬病毒3、医源性传播 注射、输血、拔牙乙肝、丙肝,呼吸道流感病毒,消化道甲肝病毒,泌尿生殖道爱滋病毒,二、垂直传播,通过胎盘或产道，病毒由母亲传给胎儿的方式,胎盘：风疹病毒、CMV、HIV、HBV,产道:HIV、HSV-II,病毒 母体 新生儿 胎盘 显 隐 胎 受 先 流性 性 儿 染 天 产感 感 正 胎 畸 死染 染 常 儿 形 胎,病毒的致病机理,一、病毒对宿主细胞的直接作用, 细胞水平上致病机理,二、病毒感染的免疫病理损害, 机体水平上致病机理,1、溶细胞效应2、改变细胞膜结构3、包涵体形成4、细胞增生与转化5、细胞凋亡,一、病毒对宿主细胞的直接作用,病毒在细胞内增殖引起细胞裂解死亡多见于无包膜病毒：脊灰病毒、鼻病毒、腺病毒,1、影响细胞的生命活力,（1）溶细胞效应（杀细胞性感染）：,CPE,溶细胞感染,（ 2）改变细胞膜结构：（稳定状态感染）多见于有包膜病毒：正粘病毒、副粘病毒,稳定状态感染,为特异性抗体或CTL细胞识别,新抗原,3、包涵体形成概念有些病毒感染细胞，在普通显微镜下可见胞浆或胞核内出现嗜酸性或嗜碱性、圆形或不规则的斑快结构意义病毒感染的鉴别,狂犬病毒包涵体（Negri body）,细胞核,原因：病毒基因的整合,细胞核,1、逆转录病毒复制时以DNA整合入细胞染色体中；,2、失常式整合，DNA病毒多见，病毒的DNA偶而以片段整合入细胞的染色体DNA中。,4、细胞增生与转化,/wtrl//zy//yc//yl//shqh//gwy//hospital/182269_lab.html /hospital/182268_lab.html,结果：细胞增生或恶性转化,（1）细胞增生：,病毒,细胞,细胞内DNA合成加快,细胞增生,可能与肿瘤的发生有关,（2）细胞转化,病毒,培养细胞,细胞转化,细胞形态变化繁殖加快成堆生长,细胞癌基因：调节细胞生长、分化病毒癌基因： 以前病毒的方式从细胞中获取细胞癌基因致癌因素活化癌基因细胞转化（转化细胞不一定发生癌变）,与人类肿瘤相关的病毒,5、细胞凋亡：,诱导因子（如病毒等）,细胞,凋亡基因激活,细胞膜鼓泡细胞核浓缩染色体DNA降解,电泳时有阶梯式条带,形成凋亡小体增加基因突变的机会,二、病毒感染的免疫病理损害, 机体水平上致病机理,1、体液免疫的病理作用2、细胞免疫的病理作用3、免疫系统的功能被抑制4、自身免疫损伤,病毒感染的类型,病毒感染,隐性感染,显性感染,持续性感染,慢性感染,潜伏感染,慢发病毒感染（迟发感染）,急性感染,持续性感染,病毒感染的类型,病毒数量少，毒力弱，机体免疫力强隐性感染病毒数量多，毒力强，机体免疫力弱显性感染,病毒感染的类型,不发病，但机体可获得特异性免疫 向外播散病毒，成为重要传染源,急性感染 持续性感染,隐性感染,显性感染,慢性感染：,病程长，病毒可检出 如HBV,潜伏感染：,可反复激活，急性发作病毒只有在急性发作时才被检出如 HSV、VZV,慢发病毒感染：,潜伏期长，发病后为亚急性进行性直至死亡,寻常病毒,非寻常病毒,prion,麻疹病毒,持续性感染,急性和持续性病毒感染类型比较,抗病毒免疫,一、非特异性免疫,二、特异性免疫,非特异性抗病毒免疫,1、干扰素2、NK细胞3、补体,干扰素,定 义：,由病毒或其他干扰素诱生剂 刺激机体细胞所产生的 一种具有抗病毒等作用的糖蛋白,种 类：,种类产生细胞 抗病毒 抗肿瘤 免疫调节 人白细胞 强 弱 弱 人成纤维细胞 强 弱 弱 T细胞 弱 弱 强,I型,I I型,干扰素性质,糖蛋白、抗原性弱、对蛋白酶、 胰酶敏感具有相对稳定性，56C30分钟 不被灭活抗病毒谱广、无特异性、无毒性干扰素的产生早于特异性抗体在体内作用时间短,抗病毒意义：,抗病毒特点,种的特异性、间接性、广谱性,抗病毒机理：,细胞受干扰素作用后，合成抗病毒蛋白,（蛋白激酶、2，-5，合成酶、磷酸二酯酶）,早期中断病毒复制，阻止病毒扩散,干扰素产生机理,操纵基因,结构基因,A:DNA,转录,转录,mRNA,mRNA,翻译,翻译,A阻遏物,干扰素,病毒,A阻遏物与病毒结合失去活性,干扰素作用机理,B:DNA,操纵基因,结构基因,转录,转录,mRNA,mRNA,翻译,翻译,B阻遏物,翻译抑制蛋白TIP,抑制病毒蛋白质合成,B阻遏物与干扰素结合失去活性,干扰素,特异性抗病毒免疫,1、体液免疫：中和作用 细胞毒作用 促进作用2、细胞免疫：细胞毒作用 DTH炎症反应,体液免疫的保护作用,中和抗体可中和病毒的感染具有保护作用的抗体，主要是IgG、IgM、IgA （1）改变病毒表面结构或与病毒表位结合以阻止病毒的吸附； （2）与病毒形成免疫复合物有利于巨噬细胞的吞噬和清除； （3）有包膜病毒与抗体结合后，激活补体而使病毒裂解。,抗体的中和作用,激活补体,病毒裂解,有包膜病毒,细胞免疫的保护作用,病毒性感染主要靠细胞免疫致敏T细胞CTL、TDTHCTL：直接杀伤或破坏表面带有特异性抗原的靶细胞TDTH ：再次接触病毒感染的细胞时，释放多种细胞因子,TDTH,病毒抗原肽,靶组织,细胞因子（IL-2、TNF、IFN-）,CD4+T细胞的效应作用机制,活化巨噬细胞,未活化ICE,活化ICE,ICE底物,P34cdc2（凋亡）,FasL基因,FasL,Fas,TCR,CD8+T细胞的细胞毒作用机制,穿孔素,粒酶,CTL,靶细胞,病毒感染的检查方法和防治原则,一、病毒感染的检查方法1、标本采集与送检2、病毒的分离培养与鉴定3、病毒感染的快速诊断,1、标本采集与送检标本采集： 早期；不同病变取不同标本标本处理： 无菌操作；杂菌标本+抗生素冷藏速送： 快速送检；冷藏（-70 0C）血清学标本： 取双份血清，效价升高4倍有诊断价值,2、病毒的分离培养与鉴定,病毒的分离培养 动物接种（Animals） 鸡胚培养（Embryonated eggs）,组织细胞培养（Organ and tissue culture）,病毒的鸡胚接种示意图,/jrsy/ /jrsy/by//jrsy/wh//jrsy/yf//jrsy/zd//jrsy/zl//jrsy/zz//kfal//kydt//lylx//qt//qt/azb//qt/fl//qt/lb//qt/md//qt/rtr//qt/rxg//rdxw/szqpz//szqpz/by//szqpz/wh//szqpz/yf//szqpz/zd//szqpz/zl//szqpz/zz//yydt//zjfc//zljs/,尿囊腔接种,羊膜腔接种,流感病毒,流感病毒,尿液,羊水,血凝及血凝抑制试验 鉴定病毒,流感病毒+红细胞 血凝,流感病毒+特异抗体 血凝被抑制,初次,再次,鸡胚接种,常用的细胞培养,病毒增殖指标细胞病变效应(Cytopathic effect, CPE)包涵体（Inclusion Bodies）多核巨细胞,病毒的鉴定,正常细胞,CPE,狂犬病毒包涵体（Negri body）,巨细胞病毒包涵体,三、病毒感染的快速诊断,1、形态学检查2、检查病毒性抗原3、检查病毒抗体4、病毒核酸的检测,光镜大病毒、包涵体 电镜直接电镜、免疫电镜,免疫标记技术荧光素、放射性核素、酶,ELISAIgM,核酸杂交技术 Southern、Nouthern PCR,光镜检查法 用光学显微镜直接检查某些细胞包涵体巨细胞病毒包涵体麻疹病毒感染形成多核巨细胞 狂犬病脑组织神经细胞胞质中包涵体（egri 氏小体）等,形态学检查,电镜检查法 用电子显微镜观察病毒颗粒的形态，适于检查含高浓度病毒的标本用于甲型肝炎病毒、轮状病毒等的检测近年来利用特异性免疫血清与标本混合孵育后，用免疫电镜法检测，提高阳性率用于轮状病毒、鼻病毒、甲型和戊型肝炎病毒、疱疹病毒等的检测,形态学检查,免疫荧光法（IFT）可快速、早期检测难以培养的病毒，如流行性出血热的汉坦病毒上呼吸道上皮细胞内的流感病毒、腺病毒和呼吸道融合病毒（），疱疹水疱液中单纯疱疹病毒抗原婴幼儿腹泻中的轮状病毒抗原等,检查病毒性抗原,免疫荧光法示意图,酶联免疫吸附检测法（ELISA） 可用分光光度比色计或肉眼观察结果，无需特殊设备用于HBV、流行性出血热、单纯疱疹、轮状病毒和EB病毒等抗原检测,检查病毒性抗原,SPRIA示意图,ELISA示意图,/fkzl//fkzl/lc//fkzl/wy//fkzl/yd//fkzl/zgjl//fuke//fuke/fujianyan//fuke/gjy//fuke/ndy//fuke/pqy//fuke/ydy//fuke/zigongneimoyan//gongjing//gongjing/feida//gongjing/gongjingai//gongjing/milan//gongjing/xirou//gongjing/yanzheng//jbzs//jhsy//jhsy/gwy//jhsy/jiancha//jhsy/shanghuanquhuan//jhsy/wtrl//jhsy/wutongyinchan//jhsy/yaoliu//jryuyue//weichuangfuke//yyhj//zhengxing/cnmxf//zhengxing/xyczx//zhengxing/ydjss//zhengxing/ydzx/,血凝抑制试验 用于流感、副流感和流行性乙型脑炎 因这些病毒可凝集动物红细胞，加入相应抗体后可抑制血细胞凝集现象补体结合试验用于流感、流行性乙型脑炎 用含已知病毒抗原，检查病人血清中未知抗体中和试验 用于人群免疫水平的调查酶联免疫吸附试验已知抗原来测定抗体,检查病毒抗体,原 位 杂 交 检 测DNA病 毒 感 染 细 胞,病毒核酸的检测,/fkyz//byby//fkzl//gjjb//jhsy//fkzx//gjjb/gjml//fkyz/ydy//fkzl/zgjl//byby/byjc//fkzx/cvmxf//jhsy/rljs//fkyz/bdyc//byby/nxby//fkzx/yczx//jhsy/wtrl//jhsy/yaoliu//gjjb/gjxr//fkyz/fjy//fkzl/lcnz//byby/byzl//jhsy/gwy//byby/lcxby//fkzx/ydjs//jhsy/jyzs//gjjb/gjfd//fkyz/pqy//fkzl/ydnz//byby/byyy//fkzx/yjbt//gjjb/gjy//fkyz/ndy//fkzx/ydzx//byby/gjxby//fkzx/ydzz/h