病原生物学-RNA病毒与人类肿瘤

RNA肿瘤病毒与肿瘤,RNA肿瘤病毒均为逆转录病毒科。以颗粒中含有逆转录酶为特点，病毒既能在宿主细胞中繁殖而不中断细胞分裂，也能使动物和人细胞转化，诱发人和动物产生肿瘤，故称为RNA肿瘤病毒或称逆转录病毒（retrovirus）。劳氏肉瘤病毒（RSV）是1911年由Rous首次发现的RNA肿瘤病毒。,逆转录病毒具有致癌能力和成瘤性，如引起动物产生白血病、淋巴瘤和其它恶性肿瘤等。在某些RNA肿瘤病毒还发现了病毒癌基因。逆转录病毒在自然界普遍分布，对动物的致瘤作用非常广泛，从爬虫类（蛇）、禽类直到哺乳类和灵长类动物,逆转录病毒的共同特点：,有包膜球状、中型病毒(直径80-120nm)；基因组有2条相同的+RNA组成；具有反转录酶和整合酶；基因复制时，可生成DNA中间体，并与细胞染色体整合，称为前病毒或原病毒DNA；具有gag基因、pol基因和env的基因细胞受体决定病毒对组织的嗜性，成熟病毒以芽生方式释放。,逆转录酶与三种功能有关：使RNA形成RNADNA杂交体；杂交体解离出RNA；再形成DNADNA双股链。,一、逆转录病毒科分类,（一）泡沫病毒亚科（spumavirinae）病毒只在分裂的细胞中增殖，常向胞质内空泡芽生，使感染细胞发生泡沫变性，可以感染许多哺乳类动物（灵长类、仓鼠、牛和兔），尚未发现与人类疾病有关。表现为：动物持续的感染；虽然感染但并不发生病理性损害；自发地形成泡沫空泡合体细胞。例如，猫合胞体病毒、牛合胞体病毒和猴泡沫病毒等，这些病毒在体外无转化作用。,（二）慢病毒亚科（lentivirinae）慢病毒亚科与神经系统和免疫抑制性疾病有关。包括HIV、Visna病毒和Maedi病毒等。Visna病毒引起的神经系统脱髓鞘疾病，潜伏期数月，疾病持续数周至数年，动物最终死亡。Maedi病毒只感染羊，引起羊肺腺瘤，肺可肿大为正常肺的2倍，潜伏期约2年，死亡率很高。,1980年法国巴斯德研究所从一例淋巴腺病综合症(LAS)病人分离到1株新的逆转录病毒，命名为淋巴腺病综合症相关病毒(LAV)。同时Gallo实验室也报道分离出类似病毒，称HTLV-。研究表明LAV/HTLV-与人类获得性免疫缺陷综合征(AIDS)有关。国际病毒命名委员会将此2种病毒定名为人类免疫缺陷病毒（HIV）,属逆转录病毒中的慢病毒亚科。只有HIV感染人类。,（三）肿瘤病毒亚科（oncovirinae）是逆转录病毒中数目最多的，与动物的白血病、肉瘤、淋巴瘤和乳腺癌的发生密切有关。1998年国际病毒分类委员会（ICTV）根据病毒基因组结构和核苷酸序列及其相关性，将RNA肿瘤病毒亚科分为5个属。,1、逆转录病毒属,代表种为：禽白血病病毒(ALV)其它主要成员有：劳氏肉瘤病毒(RSV)禽成髓细胞病毒(AMV)劳氏相关病毒(RAV)禽成红血细胞病毒(AEV),包括外源性病毒(exogenousvirus)和内源性病毒(endogenousvirus)。外源性病毒是指在动物之间或细胞之间进行水平传播的病毒。有些外源性病毒的基因组还带有病毒癌基因，如RSV含有src癌基因。,RSV病毒基因组的结构,内源性病毒是指病毒在初次感染机体或细胞后，其基因组整合到宿主细胞的DNA中，并成为宿主细胞基因组的一部分，以前病毒的形式存在，前病毒DNA可通过细胞分裂传递给子细胞。,2、逆转录病毒属,代表种：小鼠乳腺瘤病毒(MMTV)MMTV能以包括外源性病毒和内源性病毒两种形式存在，它除了含有病毒必需基因（gag,pol,env）外，还含有一个功能尚不清楚的ORF，但不携带病毒癌基因。,外源性MMTV多发现于高乳腺癌的纯种小鼠（C3H）中，在乳腺组织和乳汁中大量存在，因此很容易通过乳汁传给乳鼠，并使之发展为乳腺癌。但内源性MMTV不论在低乳腺癌发生率，还是在高乳腺癌发生率的小鼠品系中均可以检测到，其MMTV前病毒DNA整合在宿主细胞的DNA中。,3、逆转录病毒属,代表种:小鼠白血病病毒(MLV)其它主要成员：Moloney小鼠白血病病毒(Mo-MLV)Harvey小鼠肉瘤病毒(Ha-MSV)Abelson小鼠白血病病毒(A-MuLV)猴肉瘤病毒（SSV),该病毒属包括大多数从啮齿动物、食肉动物和灵长类动物中分离的外源性病毒和内源性病毒，以及从鸟类中获得的部分外源性病毒，如网状内皮细胞增生病毒（REV）。在人类基因组中含有这一属的内源性缺陷前病毒DNA，但未见到病毒的复制颗粒。,4、逆转录病毒属,代表种：牛白血病病毒（BLV)还包括人T细胞白血病病毒(HTLV)均为外源性病毒，BLV可引起牛产生B细胞淋巴瘤；HTLV能导致人发生T细胞淋巴瘤和某些神经系统疾病。,5、逆转录病毒属,代表种：大眼梭鲈皮肤肉瘤病毒,二、人类免疫缺陷病毒（HIV）,艾滋病获得性免疫缺陷综合症(AIDS)通过性、血液和母婴3种接触方式传播，是一种严重危害健康的传染性疾病。,背景,艾滋病起源于非洲，后由移民带入美国。1981年6月5日，美国亚特兰大疾控中心在发病率与死亡率周刊上简要介绍了5例艾滋病病人的病史，这是世界上第一次有关艾滋病的正式记载。1982年，这种疾病被命名为“艾滋病”。不久以后，艾滋病迅速蔓延到各大洲。1985年，一位到中国旅游的外籍青年患病入住北京协和医院后很快死亡，后被证实死于艾滋病。这是我国第一次发现。,HIV模型图,脂双层膜,gp120,gp41,包膜糖蛋白,p24衣壳蛋白,p14内膜蛋白,p7核衣壳蛋白,逆转录酶,蛋白酶,整合酶,HIV的基因功能小结,1env基因编码并糖基化成gp160，再裂解成gp120和gp41。gp120含有抗原决定簇，是Th细胞表面CD4分子的配体，与病毒对T细胞的吸附有关。gp120与跨膜蛋白gp41以非共价键相连。gp41与靶细胞融合，促使病毒进入细胞内。,调节基因编码蛋白的功能,2Pol基因编码聚合酶前体蛋白（P34），经切割形成蛋白酶、整合酶、逆转录酶、核糖核酸酶H，均为病毒增殖所必需。3gag基因编码前体蛋白（P55），经蛋白酶水解成P17、P24、P7核蛋白，使RNA不受外界核酸酶破坏。,4TaT基因编码P14蛋白，可与LTR结合，以增加病毒所有基因的转录率，也能在转录后促进病毒mRNA的翻译。5Rev基因产物是一种顺式激活因子，增强gag和env基因的表达，以合成相应的病毒结构蛋白。6Nef基因编码蛋白P27，对HIV基因的表达有负调控作用，蛋白作用于HIVcDNA的LTR，抑制整合的病毒转录。,HIV的复制,艾滋病严重地威胁着人类的生存，已引起WHO及各国政府的高度重视，人员及经费投入惊人。据统计，目前全球有近4000万人感染了艾滋病病毒，成千上万人命丧于此。HIV感染者从感染初期算起，要经过数年、甚至长达10年或更长的潜伏期后才会发展成艾滋病病人。,艾滋病病人因抵抗能力极度下降会出现多种感染，如带状疱疹感染、口腔霉菌感染、肺结核，特殊病原微生物引起的肠炎、肺炎、脑炎等，后期常常发生恶性肿瘤，直至因长期消耗，全身衰竭而死亡。虽然全世界众多医学研究人员付出了巨大的努力，但至今尚未研制出根治艾滋病的特效药物，也无有效预防的疫苗。,四、人类嗜T细胞病毒（HTLV）,1、传播途径（1）水平传播：性接触、输血、注射；（2）垂直传播：胎盘、产道和母乳。2、所致疾病HTLV-1引起：成人T细胞白血病（ATL）和B细胞淋巴瘤；HTLV-2引起：毛细胞白血病，慢性CD4细胞淋巴瘤；3、HTLV感染特点:无症状感染，潜伏期长，约1/20的感染者出现临床表现。,人类白血病（ATL）病因学研究经历了曲折的过程，直至20世纪80年代，美国(1980）和日本学者（1981）从人类T淋巴细胞白血病细胞分离出一种新的病毒，且在体外可连续传代，并证实与人类T细胞白血病有病因学上的联系。,目前从世界不同的实验室分离出的HTLV已达100多株，由于其RNA和主要核心抗原（P24、P19）的性质相似，归为HTLV-1型，并认为是引起成人T淋巴细胞白血病（ATL）的病原。,1982年Kalyanaraman等报道，从美国西雅图1例毛细胞白血病的病人脾建立的细胞系，其性质为的成熟CD4T细胞，从中也分离出一种类型病毒，但是其P24与HTLV型在放射免疫检测呈轻度的竞争，分子杂交技术分析两者的基因组只有一定的同源性，将此病毒归为HTLV-型病毒。,成人T细胞白血病由日本高月清（1977年）首先报道，是由HTLV-1感染所致的一种特殊类型白血病。均见于成人起病，自2782岁。发生地区有集中高发性，如日本西南部。典型病例呈急性或亚急性，表浅淋巴结肿大（72），肝大（47），脾大（26），但胸腺不受侵犯。,贫血、偶有血小板减少，白细胞增多。外周血原始淋巴细胞（10）呈多形性改变。核扭曲畸形及凹陷很深，具有独特核型，也可见巨大细胞（比小淋巴细胞大四倍）。骨髓白血病细胞百分比较一般白血病为低。,HTLV结构两种HTLV病毒均呈球形，直径约100纳米，中心为病毒的RNA和逆转录酶，最外层系病毒包膜。HTLV核衣壳为螺旋对称，外被20面体对称的衣壳蛋白。,病毒基因组为含有两条相同的ssRNA。两端均有短重复序列，中间有gag、pol、env、tax和rex基因。基因组从53端次序排列为gag-pol-env三个结构基因和tax、rex两个调节基因，两端为LTR(长末端重复序列：RU5，U3)。HTLV-I和HTL-总序列中有65%核苷酸同源性，但在LTR序列中同源性最低(30%)，而在3tax/rex调节基因中是最高(75%80%)。,gag基因编码产生p19、p24、p15抗原；pol基因编码产生反转录酶(p95)、RnaseH和整合酶；env基因编码产物为糖蛋白(GP61、GP69)可与CD4分子结合，并进一步裂解分别为GP46和GP21，前者分布在细胞表面，后者为跨膜蛋白；在基因3末端有独特部位称为pX，包括有四个小可读框即X-、X-、X-和X-其中X-和X-分别在HTLV-和HTLV-中编码调节基因rex(p27rex,p26rex)和tax(p40tax,p37tax),HTLV对培养细胞的感染和转化作用,HTLV-可感染体外培养的猴和家兔的淋巴细胞并使细胞转化。此外，人类的脐血或骨髓中的正常T淋巴细胞感染HTLV-型后，能导致不依赖转化细胞生长因子（TCGF）的永久生长的细胞。这种细胞的形态类似成人T细胞白血病细胞，细胞的表面标志也类似于成人T细胞白血病细胞。,HTLV-型和型病毒基因组结构和致白血病的机理1、HTLV-型病毒基因组结构1983年Seiki等分析了HTLV-型病毒基因组的全核苷酸序列，结果表明是由9032个核苷酸组成，其中末端重复序列（LTR）为754个核苷酸；基因组的排列次序为gag-pol-env，未发现有onc基因，表明为非缺失性病毒。,但是在HTLV-型病毒核苷酸序列的env基因与3末端LTR之间有含约1600个核苷酸的特殊段，称为PX区域。Seiki等认为该区域及其编码的357个氨基酸产物与HTLV-型病毒的转化作用有关。,近年来认为与tax基因相应编码的P40和P37，具有反式作用的激活蛋白。P40作为一种反式作用因子(trans-actingfactor)可活化长末端重复序列(LTR)中的启动子和增强子及远隔的某些细胞基因等诱导细胞产生IL-2和IL-2R，刺激感染细胞CD4+T细胞不断增生和分裂达到不可控制的程度进而发生白血病,2、HTLV-型病毒基因组结构1984年Haseltine等研究表明HTLV-型的PX区域由1557个核苷酸组成，分为2个亚区：其长