病毒学总论

病 毒 学virology,病毒的基本性状,3000BC，埃及孟非思壁画中长老患小儿麻痹症。,什么是病毒？,病毒是一类体积微小、结构简单、只含有一种类型的核酸、严格细胞内寄生的、对抗生素不敏感，而对干扰素敏感的非细胞型微生物。,病毒与其它微生物的区别,第一节 病毒的形态、结构与化学组成,病毒体(virion)：具有一定形态结构和感染性的完整病毒颗粒。,一、病毒的大小和形态大小：50250nm左右。形态：球形、杆状或丝状、砖形、子弹形、蝌蚪形等。,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,二、病毒的结构和化学组成基本结构： nucleocapsid 辅助结构：viral envelope,病毒体结构模式图,壳粒,衣壳,核心（核样物）,核衣壳,包膜,包膜病毒,包膜子粒（刺突）,化学组成病毒核酸, 分子量差别显著：3400; 多种形式存在： 或； 不同形式复制； 病毒基因组可相互重叠，转录的前体可以多种方式拼接； 与真核细胞基因结构相似，有内含子及非编码区； 具有感染性。,化学组成病毒蛋白质 结构蛋白：capsid, envelope protein 非结构蛋白：酶: 与病毒复制有关的酶； 与致病有关的酶； 调控蛋白：HIV Tat,rev etc;,病毒衣壳病毒20面体立体对称模式图,不同病毒核酸结构不同，壳粒数目和排列也不相同。根据壳粒的排列方式称为对称，病毒结构由以下几种对称型：,Icosahedral symmetry（二十面体立体对称型）,病毒衣壳螺旋对称模式图,病毒衣壳复合对称模式图,衣壳的主要功能： 保护病毒核酸 参与感染过程 具有抗原性,病毒衣壳电镜照片,病毒包膜电镜照片,包膜的主要功能： 维护病毒体结构的完整性 与病毒入侵有关 具有抗原性,第二节 病毒的增殖,一、virus replication circle:吸附(Adsorption)穿入(Penetration)脱壳(Uncoating)生物合成(Biosynthesis)装配与释放(Assembly and Release),1. 吸附 Adsorption（几分至几十分钟）,2-3. Penetration、Uncoating,融合-有包膜病毒胞饮-无包膜病毒直接穿入,在溶酶体酶作用下，脱壳。,4.生物大分子合成 Biosynthesis（隐蔽期）,6大类型：双链DNA病毒 单链DNA病毒 单正链RNA病毒 单负链RNA病毒 双链RNA病毒 逆转录病毒区域：DNA病毒 核内（除痘病毒） RNA病毒 胞质（除流感病毒及逆转录病毒）,生物合成（以dsDNA为例）,亲代DNA mRNA 早期蛋白（酶） （功能蛋白）子代DNA 子代mRNA 晚期蛋白 （结构蛋白） 子代病毒,RNA病毒的生物合成,单正链RNA =mRNA 结构和非结构蛋白中间复制体 子代核酸单负链RNA 正链 RNA 蛋白质中间复制体 子代核酸（依赖RNA的RNA多聚酶）,逆转录病毒,病毒RNA 逆转录酶 RNA:DNA中间体 双链DNA 整合入细胞染色体 子代病毒mRNA和子代核酸,5-7. assembly，maturation, and release,装配（assembly）,释放（release）,裂解（Disintegration） : naked virus cause the host cell lysis出芽（Budding）: enveloped viruses,二、病毒的生长曲线,1、隐蔽期2、对数生长期3、细胞死亡期,缺陷病毒 因病毒基因组不完整或基因发生改变，而不能进行正常增殖所 产生的子代病毒。缺陷干扰颗粒(defective interfering particle, DIP)：缺陷病毒，具有干扰同种成熟病毒体进入细胞的作用。辅助病毒 可以辅助缺陷病毒完成正常增殖的病毒。,三、与病毒增殖有关的异常现象,顿挫感染 病毒进入宿主细胞后，如细胞不能为病毒增殖提供所需要的酶、能量及必要的成分，则病毒在细胞中不能合成本身的成分，称为顿挫感染。非容纳细胞、容纳细胞。干扰现象 两种病毒感染同一种细胞，常发生一种病毒抑制另一种病毒复制的现象，称干扰现象。机制：IFN、受体、DIP。,第三节 理化因素对病毒的影响,一、物理因素的影响温度大多数病毒耐冷不耐热。在70（数月）或196（数年）条件下，病毒感染性可保持数月至数年。一般加热60经30min或100数秒钟可使大多数病毒灭活。pH值多数病毒在pH68范围内稳定。射线和UV射线使核苷酸链发生致死性断裂；UV则是在病毒的多核苷酸上形成双聚体 (如胸腺核苷与尿核苷)，抑制病毒DNA或RNA的复制。,二、化学因素的影响脂溶剂乙醚、氯仿、去氧胆酸盐等脂溶剂可使有包膜病毒的包膜脂质溶解而灭活病毒，失去吸附能力。 消毒剂过氧乙酸、甲醛等均能使大多数病毒灭活。与细菌相比，病毒对消毒剂抵抗力强，特别是无包膜的小型病毒。 中草药板蓝根、大青叶、大黄、贯仲和七叶一枝花等对某些病毒有一定的抑制作用。,第四节 病毒分类动物病毒,DNA病毒,RNA病毒,亚病毒：一类比病毒还小的、结构更简单的微生物。包括类病毒和Prion。,病毒的感染与致病机制,第一节 病毒的传播方式和感染类型,一、病毒感染,来源感染途径传播方式水平传播垂直传播,二、病毒感染的类型,机体感染病毒后 1.按有无临床症状，可分为隐性感染和显性感染。 2.依病毒感染后在机体内滞留的时间长短，分为急性感染和持续性感染。 3.持续性感染根据发展和预后又分为慢性感染、潜伏感染、慢发病毒感染和急性感染的迟发并发症。,（一）隐性病毒感染与显性病毒感染,1.隐性病毒感染 病毒进入机体后不引起临床症状的感染，对组织和细胞的损伤不明显。 相关因素：病毒毒力弱、机体防御能力强、病毒种类、病毒的性质。 病毒仍可在体内增殖并向外界播散病毒，可成为重要的传染源。隐性感染者虽不出现临床症状，但仍可获得免疫力而终止感染。 病毒携带者：有部分隐性感染者一直不产生对此种病毒的免疫力叫病毒携带者，无症状，但病毒可在体内增殖并向外界排泄播散，也是重要的传染源。,有的病毒如天花病毒、麻疹病毒等进入机体，到达靶细胞后大量增殖，使细胞和组织损伤，机体出现明显的临床症状，这样的感染称为显性病毒感染或临床感染；按症状出现早晚、持续时间的长短以及病毒在体内持续存在状态等显性感染又分为急性病毒感染和持续性病毒感染两种。,2.显性病毒感染,（二）急性(病原消灭型)病毒感染,病毒侵入机体后，在细胞内增殖，经数日以至数周的潜伏期后突然发病。 在潜伏期内：1、病毒增殖到一定水平，由靶细胞的损伤和死亡而导致组织器官的损伤和功能障碍，出现临床症状。2、宿主动员非特异性和特异性免疫因素清除病毒。 宿主一般能在症状出现一段时间内，把病毒清除掉而进入恢复期。 特点：为潜伏期短，发病急，病程数日至数周。病后常获得特异性免疫。因此，特异性抗体可作为受过感染的证据。,（三）持续性病毒感染,病毒可在机体内持续存在数月数年数十年。可出现症状，可不出现症状而长期带病毒，成为重要的传染源。 持续性病毒感染有病毒和机体两方面的因素： 机体免疫功能低下，无力完全清除病毒；病毒抗原性弱，机体难以产生免疫应答以清除； 病毒存在于受保护的部位或病毒发生突变,可以逃避宿主免疫作用； 某些病毒的抗原性弱，难以产生免疫应答； 病毒基因整合在宿主细胞的基因组中，长期与宿主细胞共存。,持续性感染有下述四种类型：,1潜伏性病毒感染( latent viral infection) 2慢性病毒感染（chronic viral infection） 3慢发病毒感染(slow virus infection)或称迟发病毒感染(delayed viral infection) 4急性病毒感染的迟发并发症（delayed complication after acute viral infection）,1. 潜伏性病毒感染,经急性或隐性感染后，病毒基因组存在于一定组织或细胞内，但并不能产生有感染性的病毒体。在某些条件下病毒被激活而急性发作，病毒仅在临床出现间歇性急性发作时才被检出。在非发作期，用一般常规法不能分离出病毒。 例如，单纯疱疹病毒型（HSV-1）感染 水痘带状疱疹病毒（VZV）感染,2. 慢性病毒感染,经显性或隐性感染后，病毒并未完全清除，可持续存在于血液或组织中并不断排出体外，病程长达数月至数十年。患者可表现轻微或无临床症状。如乙型肝炎病毒（HBV）、巨细胞病毒（CMV）及EB病毒（EBV）等常形成慢性感染。,3.慢发病毒感染,病毒感染后潜伏期很长可达数月、数年甚至数十年之久。此时机体无症状，也分离不出病毒。一旦发病出现慢性进行性疾病，最终常为致死性感染。 如：AIDS、羊瘙痒病（scrapie）、人克雅病（CJD） 、库鲁病（Kuru）等。库鲁病是朊病毒感染机体后，经过长达数十年的潜伏期后，引起的一种进行性小脑退行性疾病。,4.急性病毒感染的迟发并发症,急性感染后1年或数年，发生致死性的病毒病。 如亚急性硬化性全脑炎（SSPE）。该病是在儿童期感染麻疹病毒后，有些到青春期才表现为中枢神经系统疾病，用电镜在脑组织中可查到类似麻疹病毒样颗粒。有人认为这是麻疹病毒的缺陷病毒。,第二节 病毒的致病机制,病毒能否感染机体引起疾病取决于病毒的致病性 病毒在宿主细胞内增殖，导致宿主细胞结构和功能改变，并扩延到多数细胞，便可形成组织器官的损伤及功能障碍。宿主免疫力 在病毒和机体细胞相互作用过程中，机体的免疫应答有时也可对机体造成某些免疫病理性损伤，介导疾病的发生与发展。,一、病毒感染引起宿主细胞的变化,病毒对细胞的致病作用包括来自病毒的直接损伤和机体免疫病理应答两个方面。敏感的宿主细胞被病毒感染后，两者相互作用下可表现为： 溶细胞作用 稳定状态感染 细胞凋亡 包涵体的形成 细胞增生和转化 病毒基因的整合,（一）溶细胞作用,病毒在宿主易感细胞内增殖成熟后，短时间释放大量子代病毒造成细胞破坏与死亡，这种作用称杀细胞效应，或称为溶细胞作用。主要见于无包膜，杀伤性强的病毒。 病毒在细胞内增殖引起细胞变性、死亡裂解的作用称病毒的细胞病变效应（cytopathic effect, CPE）。,病毒培养时出现的CPE,(二)稳定状态感染,一些不具有杀细胞效应的病毒（多为有包膜病毒）所引起的感染称稳定状态感染(steadystate infection)。 病毒在感染宿主细胞的过程中，对细胞代谢、溶酶体膜影响不很大。成熟的病毒多以出芽方式释放出来，其过程缓慢、病变轻微，细胞暂时还不会出现裂解和死亡，但可发生宿主细胞膜受体被破坏、细胞膜成分发生变化，出现细胞融合及细胞表面产生新的抗原等。,1.细胞融合：感染与未感染的细胞融合，可以使病毒从感染的细胞直接进入相邻的正常细胞，有利于病毒在细胞间的扩散。 2.细胞膜出现新抗原：病毒在细胞内增殖过程中，将病毒基因编码的蛋白质插入细胞膜表面，导致细胞膜表面抗原的改变。 有利于进行病毒感染的诊断。,（三）细胞凋亡,细胞凋亡（cell apoptosis）是由细胞基因自身指令发生的一种生物学过程。实验研究证实有些病毒（腺病毒、人免疫缺陷病毒等）增殖可直接诱导细胞凋亡，也可通过病毒基因组编码的蛋白质间接作用下诱发细胞凋亡。,（四）包涵体的形成,某些受病毒感染的细胞内，用普通光学显微镜可看到有与正常细胞结构和着色不同的圆形或椭圆形斑块，称为包涵体（inclusion body or ibclusion）。因病毒种类不同，包涵体有位于胞浆内的(痘病毒)，也有在细胞核内的(疱疹病毒)；或者两者都有(麻疹病毒)；有嗜酸性的或嗜碱性的。包涵体的本质：有些病毒的包涵体就是病毒颗粒的聚集体；有些是病毒增殖留下的痕迹；病毒感染引起的细胞反应物。可作为诊断依据和鉴定病毒的参考。如从可疑为狂犬病的脑组织切片或涂片中发现细胞内有嗜酸性包涵体，即内基小体(Negri body)，可诊断为狂犬病。,（五）细胞转化增生和病毒基因组的整合,某些DNA病毒的全部或部分核酸，或RNA病毒基因组经逆转录后产生的DNA，结合至细胞染色体中，称为整合。整合作用可使细胞遗传性状发生改变，即转化（transformation）。转化的细胞生长、分裂失控，细胞可发生恶性变。,病毒的致肿瘤作用,DNA病毒： （1）乙型肝炎病毒（HBV）与原发性肝癌有关； （2）EB病毒（EBV）与鼻咽癌、非洲儿童恶性淋巴瘤有关； （3）人乳头瘤病毒（HPV）与子宫颈癌有关。RNA病毒： 只有逆转录病毒科与癌症有关。 人类T细胞白血病病毒(HTLV-I型)。,二、病毒感染引起的机体变化,(一)组织器官的损伤及组织器官的亲嗜性 病毒对细胞的杀伤作用，在大多数情况下，必然导致组织和器官的损伤和功能障碍。病毒对人体组织的致病作用是有选择性的。例如，流感病毒和鼻病毒对呼吸道粘膜有亲嗜性；天花病毒和疱疹病毒对皮肤粘膜细胞有亲嗜性；而脑炎病毒和脊髓灰质炎病毒则对神经组织具有亲嗜性。,（二)免疫病理损伤,1体液免疫病理作用 许多病毒如狂犬病病毒、HSV、流感病毒等有包膜病毒侵入细胞后，能诱发细胞表面出现新抗原。这种抗原与特异性抗体结合后，在补体参与下引起细胞的破坏。2细胞免疫病理作用 细胞免疫在某些病毒感染的恢复上起着重要作用。但特异性细胞毒性T细胞(CTL)可以同时损伤受病毒感染而出现膜新抗原的靶细胞。病毒蛋白亦可因与宿主细胞的某些蛋白间存在共同抗原性而导致自身免疫应答。 由于某些病毒可引起免疫病理性损伤，因此，一般在临床上不宜应用免疫功能增强剂治疗这类疾病。 综上，病毒感染早期所致细胞损伤主要是病毒引起， 感染后期由免疫复合物、补体活化、ADCC作用、CD4+T细胞介导的复杂反应引起机体局部组织器官的严重损伤和炎症。,(三)病毒感染对免疫系统的影响,1病毒感染引起的免疫抑制 许多病毒感染可引起暂时性免疫抑制。如麻疹病毒、风疹病毒、CMV等感染，急性期和恢复期患者外周血淋巴细胞对特异性抗原和促有丝分裂原(PHA、ConA）的反应减弱。同时，对结核菌素皮肤试验也出现转阴的情况。2病毒感染对免疫活性细胞的杀伤 已发现引起AIDS的人类免疫缺陷病毒(HIV）对辅助性T细胞(CD4)具有强亲和性和杀伤性。因而在感染者出现CD4细胞减少，CD8+细胞数相对增多，两种细胞比值倒置的现象。3病毒感染引起自身免疫性疾病 隐蔽在细胞内的一些抗原暴露或释放出来；病毒抗原也可能与机体细胞结合，改变细胞表面结构成为“非已物质”，这些细胞可成为靶细胞而受到免疫细胞和免疫因子的作用，从而发生自身免疫性疾病。,第三节 抗病毒免疫Antiviral Immunity,干扰素,定 义：,由病毒或其他干扰素诱生剂刺激人或动物细胞所产生的一类分泌性蛋白具有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等多种生物学活性。,种 类：,种类产生细胞 抗病毒 免疫调节 抗肿瘤 人白细胞 强 弱 弱 人成纤维细胞 强 弱 弱 T细胞 弱 强 强,抗病毒意义：,抗病毒特点,种的特异性、间接性、广谱性,早期中断病毒复制，阻止病毒扩散,Lysis of virus-infected cells by cytotoxic effector cells,体液免疫,病毒中和抗体：针对病毒某些表面抗原血凝抑制抗体：血凝素补体结合抗体：病毒内部抗原或表面非中 和抗原,Humoral Immunity,Mechanisms of virus neutralization by antibody at the cellular level,Extracellular neutralization of virus by antibody,Antibody dependent cellular cytotoxicity or ADCC,细胞免疫,细胞毒性T淋巴细胞直接杀伤靶细胞（细胞裂解、细胞凋亡）分泌多种细胞因子（IFNgamma、TNF）等发挥抗病毒作用。Th1细胞,Lysis of virus-infected cells by cytotoxic effector cells,Cell-mediated events in viral infections,抗病毒免疫持续时间,牢固持久免疫力有病毒血症的全身性病毒感染：水痘、天花单一血清型的病毒感染：乙型脑炎病毒短暂免疫力局部或粘膜表面感染：流感病毒、鼻病毒多血清型病毒感染：鼻病毒易发生抗原变异的病毒感染：流感病毒,病毒感染的诊断与防治,常用的病毒学诊断方法包括：病毒的分离鉴定病毒的血清学检查病毒蛋白和核酸的检测,一、病毒感染的诊断,（一）标本的采取与送检,应注意下列原则：1.对本身带有杂菌 (如咽拭子、粪便) 或易受污染的标本，要进行病毒分离培养时，应使用抗生素。 2.因病毒在室温中易失去活性，标本应低温保存并尽快送检。 3.血清学诊断标本的采取应在发病初期和病后23w内各取1份血清，以便对比双份血清抗体效价的动态变化。,（二）病毒的分离与鉴定,病毒的分离 1.动物接种 是最原始的病毒培养方法，根据病毒种类不同，选择敏感动物及适宜接种部位，如嗜 神经性病毒（狂犬病毒）可接种于小鼠脑内，痘病毒可接种于家兔角膜或皮内。,2.鸡胚培养 鸡胚对多种病毒敏感。一般采用孵化914天的鸡胚，根据病毒种类不同，将病毒标本 接种于鸡胚的不同部位，最常用的鸡胚接种部位有：羊膜腔、尿囊腔、绒毛尿囊膜和卵黄囊等。,3.组织培养法 (tissueculture) 或细胞培养 (cellculture)法 是将离体活组织块或分散的组织细胞加以培养的技术总称，为病毒分离鉴定中的最常用的基本方法。,细胞的变化有些病毒在细胞内增殖时可引起特有的细胞病变，称为细胞病变效应 (cytopathic effect，CPE)。常见的变化有细胞变圆、聚集、坏死、溶解或脱落等。有些病毒如麻疹病毒、CMV、RSV等 作用于细胞膜，可使邻近的细胞相互融合，形成多核巨细胞或称融合细胞。 有些病毒 (如狂犬病病毒、麻疹病毒等) 可在培养细胞中形成胞浆或核内的包涵体。,病毒在培养细胞中增殖的指标,病毒培养时出现的CPE,2.红细胞吸附 (hemadsorption,HAd) 流感或副流感病毒等感染细胞后，由于细胞膜上出现了血凝素(haemagglutinin,HA)，具有吸附脊椎动物 (豚鼠、鸡、猴等) 红细胞的能力，这一现象称红细胞吸附，常用来测定具有HA的粘病毒与副粘病毒的增殖。若有相应的抗血清，则能中和细胞膜上的HA，HAd不再发生，称红细胞吸附抑制试验。,3.干扰现象(interference) 某些病毒感染细胞时不出现CPE或其他易于测出的变化(如HAd)，但能干扰在其后感染的另一病毒的增殖。如风疹病毒感染Vero细胞时CPE不明显，但它能干扰后感染的埃可病毒 (ECHOV) 的增殖，从而阻抑后者所特有的CPE。,4.细胞代谢的改变 病毒感染细胞的结果可使培养液的pH值改变，说明细胞的代谢在病毒感染后发生了变化。这种培养环境的生化改变也可作为判断病毒增殖的指标。,病毒的数量与感染性测定,空斑形成单位（Plaque Forming Unit，PFU）限于用在有产生空斑能力的病毒。测定单层细胞培养中病毒裂解空斑的形成。50%组织细胞感染量（50% tissue culture infectious dose，TCID50）引起50%鸡胚、动物死亡或50%的培养细胞发生CPE的最小病毒量。,（三）病毒感染的血清学诊断,原理是用已知病毒抗原来检测病人血清中有无相应抗体，故须待病人感染后体内产生抗体时才能检出。 另外，在采取临床标本及病人血清应注意病程，必须采取患者急性期血清与恢复期血清 (双份血清) 进行血清学试验。若第2次血清抗体滴度比第1次高出4倍以上时，才有诊断意义。,（四）病毒感染的快速诊断,快速诊断主要是指从含有病毒标本及感染机体的血清中检测病毒颗粒、蛋白抗原、IgM抗体和核酸等，往往在数小时内即可得出结果。,形态学检查,1.电镜和免疫电镜检查 2.普通光学显微镜