10-人体健康与重大疾病

1、10 人体健康与重大疾病预防10.1 人体免疫与防御系统10.2 基因与人类疾病（癌症为例）10.3 HIV病毒与艾滋病10.4 禽流感流行的分子机制10.5 人类基因组计划10.1 人体免疫与防御系统 非特异性防御及特异性防御 -淋巴系统 特异性防御与抗原识别 T细胞及细胞介导的免疫应答 B细胞及体液介导的免疫应答 单克隆抗体非特异性防御及淋巴系统（特异性防御）人体对病原体侵害的防御共设置了三道防线。皮肤、口腔、鼻腔、消化道与呼吸道中的黏膜及其分泌物等构成了第一道防线。 第一道防线对病原体不具有选择性或特异性，因此称为非特异性防御。部分侵入到组织或细胞内的病原体还会受到人体内特殊防御细胞与化

2、学成分的抵御和攻击，吞噬作用、抗菌蛋白和炎症反应等构成了人体抵御病原体入侵的第二道防线。 这些特殊的免疫细胞和化学成分一般都是淋巴系统的组成部分。也属于非特异性防御。非特异性防御的细胞在人体及哺乳动物中最重要的一类非特异性防御细胞是白细胞，它们既可存在于血液中，又可分布于组织液中。巨噬细胞、中性粒细胞和 自然杀伤细胞（NK细胞） 是3种具有非特异性防御 作用的白细胞。 （巨噬细胞在特异性防御 体系中起抗原递呈的作用）巨噬细胞可以通过其伸展出的伪足捕捉细菌非特异性防御的分子人体非特异性防御系统中还有一类结构特殊的蛋白-抗菌或抗病毒蛋白,可以直接攻击细菌和病毒,阻碍其复制。例如：干扰素(抗病毒蛋白

3、)其作用机理研究09.9发表在Cell和Nature上 研究发现，这种抗菌蛋白的短期免疫作用对于抵御引起流感和普通感冒的病毒比较有效。非特异性防御-炎症反应炎症反应也是一种非特异性防御现象。任何组织受到损伤都会产生炎症反应炎症与发烧：白细胞遭遇入侵微生物反应强烈时，会释放出一种调节性化学分子白细胞介素-1(IL-1)，IL-1经过血液输送到大脑，与入侵细菌分泌的内毒素共同作用刺激下丘脑中神经元，导致体温上升到正常以上（发烧），体温升高可刺激白细胞的吞噬作用，还可以增加肝和脾中铁的浓度以降低血液中铁的浓度，就可抑制细菌的生长但发烧对机体也有伤害作用。特异性防御与抗原识别第三道防线：特异性免疫系统

4、(长期进化过程形成的防御体系）特异性免疫的发现：18世纪天花流行，英国的Jenner发现天花疫苗；19世纪后期，法国的 Pasteur了发现特异性免疫可以引起人或动物体内特异免疫应答的特殊外来物质称为抗原。(如天花、霍乱菌、狂犬病毒等，主要是蛋白质等大分子(分子量1万以上),也可为颗粒物，如花粉等任何异源性物质）人体和哺乳动物对不同的抗原具有特殊的识别能力，并能立即作出相应的反应：释放出许多直接攻击入侵抗原的白细胞，或者通过另一类细胞制造出相应的具有识别抗原功能的防御性蛋白质，我们把这些特异性的蛋白质称为抗体。人体的免疫系统具有特殊的记忆力,能记住入侵的抗原。特异性防御及淋巴系统免疫系统在解剖

5、学上是由淋巴器官、免疫细胞及免疫分子（抗体和淋巴因子)构成 ，又称淋巴系统淋巴器官分为中枢和外周两类淋巴器官中枢淋巴器官由胸腺和骨髓组成(它们是免疫细胞成熟发育场所）外周淋巴器官由脾脏、淋巴结、扁桃体及淋巴管网状系统等共同组成淋巴管内淋巴液周流全身免疫细胞包括B淋巴细胞、T淋巴细胞及巨噬细胞种牛痘或患天花、麻疹等疾病以后，人体内一种具有特异识别能力的的淋巴细胞称为B细胞，产生出游离于体液中的抗体蛋白。依靠B细胞产生抗体实现的免疫方式称为体液免疫。人体还能针对病原体产生出一种淋巴细胞称为T细胞，直接对病原体进行攻击，依靠T细胞的免疫方式称为细胞免疫。记忆性B细胞和T细胞B细胞和T细胞的来源、成熟

6、与分化（见右图）特异性免疫：如何识别抗原性病原体和启动免疫应答？当一种病毒或细菌突破了非特异性防御由呼吸道进入人体后,巨噬细胞便会立即启动免疫应答。 吞噬、加工、递呈.细胞表面都有一类糖蛋白,称为MHC蛋白（人类MHC抗原称为白细胞抗原HLA） T淋巴细胞通过识别MHC蛋白进行自我与非我的识别，对入侵者进行防御和攻击而不会伤害自身细胞。病原体被分解后，一些抗原分子与表面MHC分子嵌合, (这种表面MHC分子嵌合了抗原的细胞称为抗原呈递细胞）,它们将加工过的抗原递交给TH细胞, TH进一步激活细胞毒性T细胞Tc, Tc最终杀死被病毒和细菌感染的细胞MHC-主要组织相容性复合物 MHC是存在于几乎

7、所有有核细胞表面的糖蛋白，它的基因种类极多，就像人的指纹一样当细菌和病毒等病原体入侵到我们的血液、淋巴或组织液中时，由B细胞介导的体液免疫起关键的作用 B细胞及体液介导的免疫应答（产生抗体）B细胞被抗原活化，克隆出更多的浆细胞(即生产抗体的终极B细胞）和记忆细胞。 B细胞与抗原结合后的分化发育还需要巨噬细胞和TH细胞的参与。细胞介导的免疫应答可以防御病毒感染,杀死并消灭被感染的体细胞，同时也消灭了其中的病毒等病原体T细胞介导的细胞免疫过程 (由助细胞TH辅助)器官移植排斥和抗肿瘤也是Tc响应的结果Tc被活化时也能产生记忆细胞免疫响应需细胞的协同作用T淋巴细胞及细胞介导的免疫应答（TH和Tc）B

8、细胞及体液介导的免疫应答在体液免疫中，抗体是攻击病原体的分子级武器，它是一种-球蛋白分子，或称为免疫球蛋白(Immu-noglobulin, Ig),免疫球蛋白的基本结构：“Y”型的四链分子，包括两条重链-H链和两条轻链-L链。两条链中按氨基酸组成变化 分成可变区V区和恒定区C区, V区决定抗体的抗原识别特性按照抗体恒定区C区的结构与功能的差别，它们被分成IgM, IgG, IgD, IgA, IgE 五类B细胞表面的抗原受体就是IgAntibody Domains3D Domain Structure of Antibody Molecules 抗体分子三维结构 染色体中编码免疫球蛋白的基因

9、只有几百个，但B细胞可以制造出106-109种不同的抗体分子。为什么？Heavy-Chain Gene Rearrangement and Expression 抗体（重链）基因重排和表达Kappa Light Chain Gene Rearrangement and Expression 轻链基因重排和表达Immunoglobulin genes免疫球蛋白的基因构成如下： H-chain gene: （重链基因） V 65 D 27 J 6 C 9 -chain gene : （型轻链基因） V 40 J 5 C 1 -chain gene : （型轻链基因） V 30 J 4 C 4Gen

10、eration of diversity基因重排导致产生的基因种类多样性为：1 . 重链VDJ基因 Combinatorial diversity: 6527611002 . Junctional diversity Somatic hypermutation（体细胞突变)4.重链基因：110099900种 轻链基因：4051200种 全抗体基因：9900 200 2106，实际可达109 抗体技术是最重要的科学技术前沿之一，被称为生命科学和生物技术产业将发生重大突破性进展的领域。2010.1北京抗体药物研发平台启动。10.2 基因与人类疾病疾病的概念 传统观点：由致病因素的作用于机体后，机体

11、的稳态被破坏； 现代分子医学观点：由细胞中的基因通过细胞受体和细胞转导途径对疾病信号作出应答，导致特定蛋白质结构或功能发生变异的结果。基因及其调控是否正常是决定人体健康或疾病的基础。引起疾病的原因（或因素）生物感染因素：致病微生物等病原体对人体的感染是最主要、常见的致病因素，包括细菌、病毒、真菌、支原体、原生动物等；遗传性因素：机体细胞遗传物质的异常改变，包括染色体畸变和基因突变免疫性因素：免疫系统出现问题，导致免疫反应低下、缺陷或异常；物理性因素：如暴力、各种事故、自然灾害、工伤、紫外线、电离辐射等化学性因素：强酸、硷、化学毒物、生物毒物、环境有害物质；营养物质精神性因素：精神、心理和社会因

12、素引起的抑郁症、神经衰弱等。细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传特征的变化，这种核酸序列的变化称为基因突变(mutation) 。基因突变可以是DNA序列中单个核苷酸或碱基发生改变，也可以是一段核酸序列的改变。 基因突变和DNA损伤与修复DNA突变是进化所必需的。但DNA也必须有相对的稳定性，否则物种就不能保持相对稳定性了在自然界，各物种的突变率都很低，据估计，在细胞的每一世代中，每109个碱基对中只有一个碱基对发生突变，说明DNA的复制是高度准确的，这是由于复制过程中存在着“校对”、修复损伤的机制。DNA序列中涉及单个核苷酸或碱基的变化称为点突变。在一个基因内发生的点突变通常有

13、两种情况：点突变-替换,指一种碱基或核苷酸被另一种碱基或核苷酸替换同义突变错义突变 点突变替换 点突变插入或缺失会造成翻译过程中其下游的三联密码子都被错读，产生完全错误的肽链或肽链合成提前终止。基因突变的结果： 改变了蛋白质(酶)的结构与功能，可能使生物体的形态,结构,代谢过程和生理功能等特征发生改变，严重的突变则影响生物体的生活力或导致生物个体的死亡。错义突变的例子镰状细胞贫血症编码血红蛋白b肽链上一个决定谷氨酸的密码子GAA变成了GUA，使得b肽链上的谷氨酸变成了缬氨酸，引起了血红蛋白的结构和功能发生了根本的改变镰刀形红细胞人体肤色的差异起因于单个密码子的错义突变人类早衰突变05年香港科大

14、发现早老基因nature老鼠的行为突变a) 野生型母鼠在生下幼鼠之后会表现出自动照看并喂食幼鼠的行为。b) 一种fosB基因突变的纯合子母鼠在生下幼鼠之后任凭幼崽自己行动, 不闻不问,十分冷漠. 幼鼠由于缺少照看与哺养很快死亡。 癌症又称恶性肿瘤发达国家1/5的人死于肿瘤，是人类健康的“杀手” 20世纪80年代以来全球癌症发病人数一直呈上升趋势，99年后出生1/3威胁癌症发生的原因和机理很复杂，根源是控制、调节细胞生长与分裂的基因异常引起细胞癌变。由于环境因素（包括病原体等因素），或遗传因素，或环境与遗传因素的相互作用等，都可能导致基因突变的发生，也可能导致基因表达调控的失常使细胞生长与分裂失

15、控，从而引发癌症。 是医学界面临的重大课题。从分子水平来解释某些与基因表达相关的人类重大疾病如肿瘤就可为基因诊断和治疗提供依据。化学致癌物质-引发的癌症占人类癌症病因的80以上 大多数为有机化合物，主要包括多环芳香烃类、亚硝基化合物、烷化剂类、芳香胺类、偶氮染料、生物毒素等。它们直接或间接地作用于细胞内DNA、RNA和蛋白质，最终改变细胞遗传物质的特性。除了化学致癌物质，还发现一些肿瘤的发生与病毒感染有关。石棉、无机砷等逆转录病毒与肿瘤 1911年，美国科学家P.Rous发现， 患肉瘤鸡体液中存在致癌病毒sarcoma virus，感染鸡引起成纤维细胞癌变,产生肉瘤。 以后研究证明该病毒是RN

16、A病毒，称Rous肉瘤病毒RSV 逆转录病毒的发现揭示了RNA到DNA的遗传信息流向，这是对中心法则的扩展和补充。1966年获诺贝尔奖，Rous已是87岁！ 到70年代发现，致癌的是逆转录病毒RSV中的一个基因，它能使正常的鸡细胞转化成恶性癌细胞，命名为src，这是科学家发现的第一个癌基因，称为 v-src。 1977年Varmus和Bishop用DNA重组技术意外发现正常鸡细胞核DNA中原来就有可使鸡细胞癌变的src基因。他们通过RAV-O病毒感染鸡细胞和逆转录过程，从宿主细胞中获得了src基因（命名为c-src)，从而形成了能诱发肿瘤的逆转录病毒RSV。 Varmus和Bishop因对癌基

17、因研究的发现于1987年获得诺贝尔奖。 c-src来源于正常鸡酪氨酸激酶基因，但已经发生了许多突变。The structure of the Rous sarcoma virus (RSV，又称劳氏病毒). 研究发现，在鸡细胞中原来就存在一种src基因，宿主细胞中正常src基因与RSC病毒的src基因序列比较研究发现，后者已经发生了许多突变。viral src gene (v- src)normal cellular c- src (or just src).癌基因 oncogene ，如v-src、v-ras原癌基因 pro-oncogene, 如c-src、c-ras癌基因是控制细胞生长分

18、裂的正常基因的突变形式，能引起细胞癌变。 （ras-另一个癌基因。它编码的p21蛋白在细胞膜上，可被化学致癌物质激活，结果只改变基因中一个核苷酸，导致一个氨基酸的变化，就能引起癌变）原癌基因（proto-oncogene）的结构变化或失控就会演变成癌基因。目前已分离鉴定的癌基因有70多个，它们大多是一些编码生长因子、生长因子受体、信号转导蛋白、蛋白激酶如src或转录激活物的基因。癌基因起源于原癌基因原癌基因是一些与调节和控制细胞生长、分裂和细胞周期相关的基因。原癌基因的结构变化或者失控就会演变成癌基因。4种类型的突变 （见右图 ） Virus Associated Tumors Areas o

19、f High IncidenceViruses Associated with Human CancersDNA virusesPapovavirus family 乳头状瘤Papillomavirus (many distinct strains) 疣warts (benign) worldwide carcinoma of uterine cervix子宫颈瘤 worldwideHepadnavirus family Hepatitis-B virusliver cancer (hepatocellular carcinoma)Southeast Asia, tropical Africa

20、Herpesvirus family 大约 15%的人肿瘤与病毒有关Epstein-Barr virusBurkitts lymphoma (cancer of B lymphocytes) West Africa, Papua New Guinea nasopharyngeal carcinoma 鼻咽癌Southern China, Greenland (Inuit)RNA virusesRetrovirus family Human T-cell leukemia virus type I (HTLV-I)adult T-cell leukemia/lymphomaJapan (Kyus

21、hu), West IndiesHuman immunodeficiency virus (HIV-1, the AIDS virus)Kaposis sarcoma cancer of endothelial cells of blood vessels or lymphatics (?)Central DNA 肿瘤病毒 DNA 肿瘤病毒使肿瘤抑制基因不能正常发挥作用，导致细胞大量增殖肿瘤抑制基因与肿瘤肿瘤抑制基因抑制细胞过度生长的基因 人体有两类重要的基因与肿瘤（癌症）的发生、发展密切相关，一类称为原癌基因，一类称为抑癌基因。 原癌基因和抑癌基因（肿瘤抑制基因）在正常细胞中通常都具有重要的

22、生物学功能，但一旦它们的功能发生异常，就可能带来肿瘤危险。已发现了10多种肿瘤抑癌基因。p53 1979年第一个发现的抑癌基因。 p53基因是目前发现的最为重要的抑癌基因之一，一半以上的人类肿瘤与p53基因的突变和失活直接相关。p53是一种核磷蛋白，当细胞受紫外线、化学致癌物作用损伤时，p53表达增高，阻止受损细胞进入细胞周期，待DNA修复后才启动细胞周期，如不能修复，就启动细胞促凋亡基因转录。 p53的活性调控异常复杂，强烈依赖于刺激种类、细胞类型和表达于不同组织器官的调控蛋白。p53可以诱导细胞周期阻滞、凋亡、衰老、DNA修复，而且在生殖发育、细胞代谢、炎症发生等过程中也具有重要功能，但是

23、人们并不清楚它是如何在不同的时空条件下参与不同效应调控的。 RB 另一个重要的抑癌基因The p53 ：pathway of cell cycle control或促进修复，或诱导凋亡 (p53的作用示意图)任何使抑癌基因失活或减少表达的突变都可导致癌的发生11.3Nature-Cell Biology在线发表我校生科院吴缅教授与美滨州大学医学院的合作成果,发现P53的工作机制是通过直接抑制葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活性，调控细胞的生物合成。 RB （ Retinoblastoma 基因）: 视网膜纤维瘤 1:20,000 live birthsRb mutations have been fo

24、und in various tumors with penetrance 100%e.g. OsteosarcomaBreast cancer Lung carcinomaBladder carcinoma Renal cell carcinomaProstate carcinoma LeukemiaCervical carcinomaInactivation of RB gene is an important step toward tumorigenesisImplication:通过培养的细胞生长状态鉴定RB突变是否为纯合子大多数肿瘤来自一个异常细胞 （肿瘤干细胞）The growt

25、h of a typical human tumor such as a tumor of the breast. Evidence from X-inactivation mosaics demonstrates the monoclonal origin of cancers癌的发生是一个多次突变积累的复杂过程 （通常认为，单个突变不足以引起肿瘤 ） 癌变的多步模型-结肠癌 细胞癌变的分子机制1) 细胞癌变的关键是正常细胞生长与分裂的失控.细胞癌变形成肿瘤细胞，肿瘤细胞分裂产生的子代细胞也是肿瘤细胞，肿瘤细胞还能转移、扩散到其他部位形成新的肿瘤；癌变通常发生在必需不断更新的组织细胞, 由于

26、频繁复制可积累突变. 08年的科学十大突破之一是：发现更多的致癌基因。 通过对来自不同癌症细胞（包括胰腺癌和胶质母细胞瘤这两种最致命的癌症）的基因进行测序，研究人员找到了数十种去除了细胞分裂制动闸的基因突变，这些突变导致细胞发生癌变。10.3 HIV病毒与艾滋病1) 艾滋病(AIDS)的全称为获得性免疫缺陷综合症 (acquired immunedeficiency syndrome)。其症状主要是人体免疫系统瘫痪，因此既使轻微的细菌感染也会导致生命危险.2) 艾滋病的病因起因于一种病毒， 即人类免疫缺陷病毒(human immune-deficiency virus, HIV).目前发现的H

27、IV病毒有10多种，分为两大类: I型和II型。 感染者大多为I型, II型人数较少。4) I型HIV可能起源于西非的一种猴子. II型HIV的起源尚无定论, 有可能以黑猩猩为中间寄主然后传染给人类。AIDS病情进展报告1981年 卡波济肉瘤病例报告首例艾滋病1982年 正式提出AIDS概念1986年 正式命名HIV1985年 中国发现第一例艾滋病患者2003年 全球感染者5800万 其中死亡2000万， 中国84万2005年 中国已经超过100万感染者新艾滋病感染患者人数仍大大高于接受治疗的人数，2007年全球大约有250万新增艾滋病患者，其中包括近50万儿童。同年有超过200万人死于艾滋病

28、。88年WHO确定每年的12月1号为“世界艾滋病日” 2009年12月1号 中国卫生部公布艾滋病疫情，为319877例感染病人。与WHO评估, 疫情上升速度已减慢联合国艾滋病规划署预计： 到2010年，中国将有1000万艾滋病毒感染者！艾滋病的致病机制及其控制1) 艾滋病病毒的结构和生活史艾滋病病毒破坏免疫系统TH细胞，随着患者体内HIV浓度的增加，身体内的 T细胞数量逐渐减少，最终导致人体免疫能力的全部丧失。3) 艾滋病病毒是逆转录病毒，RNA病毒，目前还无特效药物4) 为什么艾滋病很难防治与控制艾滋病病毒的结构HIV病毒生活史：感染、整合、活化与扩增 1、感染-病毒RNA进入宿主细胞逆转录

29、成ssDNA复制成dsDNA2、整合 病毒dsDNA整合到宿主细胞染色体上,进入潜伏期3、活化 与宿主染色体一起转录,潜伏期结束: Back to RNA4、扩增 病毒RNA利用宿主细胞翻译,装配新病毒,释放再侵染HIV病毒攻击淋巴系统的TH细胞上的CD4受体HIV生活周期及抗病毒策略艾滋病的鸡尾酒疗法 鸡尾酒疗法又称混合疗法, 包括: (1) 将核苷酸类似物渗入细胞，干扰病毒 基因组的复制. (2) 采用逆转录酶抑制剂阻止HIV病毒 RNA逆转录为cDNA. (3) 利用化合物抑制HIV蛋白酶的功能, 使其不能将翻译的多蛋白多肽酶切 加工成功能蛋白质.HIV鸡尾酒疗法的分子机制1) 原HIV

30、病毒活化后从基因组 DNA拷贝转录HIV RNA.2) 全长HIV RNA有两种翻译方 式: 1.部分翻译为Gag蛋白质 多肽,经酶切加工生成3种蛋 白质MA, CA和NC. 2.全长RNA翻译为多蛋白 多肽, 然后经蛋白酶加工成 数种蛋白质.3) HIV RNA转录后经剪接加 工产生较短的mRNA,翻译后 加工生成SU和TM.4) 鸡尾酒疗法针对RT和PR及 病毒复制过程.HIV gp120 core complexed with CD4. Nature. 2005 Feb 24 unliganded SIV gp120 core,Structure of an unliganded sim

31、ian immunodeficiency virus gp120 core 艾滋病的传染途径1) 艾滋病的感染源是HIV携带者和艾滋病患者。传染途径主要为: 体液（性传播占7585）, 血液（35）, 吸毒(510)，唾液， 乳汁(母婴传播)。2) HIV病毒在离体条件下很难生存, 因此 不会通过游泳池水源传播。蚊子不会作为中间寄主传播HIV。全世界每天艾滋病新感染者约16 000人。 大多数5-10年内发病，确诊3年内死亡。艾滋病防治进程艾滋病防止可分为三个阶段：198319941995200720082020 世界卫生组织和联合国艾滋病规划署2009年9月24日发表联合声明表示，由美国和泰

32、国联合开发试验的新型艾滋病疫苗获得的结果“令人鼓舞”，但人类战胜艾滋病的道路还很漫长。Nature， 2009.3.15,458:636-40 报导发现了HIV的天然抗体。 HIV自然感染诱导广谱中和抗体为什么艾滋病很难预防?1) 艾滋病病毒在感染细胞的初期并不表现明显 的症状, 此时RNA基因组的主要功能是反转 录整合到宿主染色体进入潜伏期, 不易检测；2 ) 逆转录酶没有校读功能, 将RNA反转录为 cDNA时增加了基因组突变的机率(达1% )，使 RNA基因组在复制过程中积累大量突变；3) 由于复制过程的高突变率使外壳蛋白不断发生变异, 制备的抗体很快即失去识别的功能。 这些是艾滋病很难

33、采用免疫预防的根本原因！因此，切断传播途径，切实做好预防工作是关键!美国科学家首次影像记录艾滋病毒扩散过程http:/news/w/v/2009-03-28 戴维斯生医光电科技中心首次利用 高速3D扫描显微摄影机技术记录了 艾滋病病毒的传播过程，使艾滋病 防治技术产生质的飞跃。用一种荧光的水母蛋白标志艾滋病病毒，影像显示带有荧光标志的艾滋病毒在入侵临近的健康细胞时，几分钟之内入侵临近健康细胞，两个细胞之间形成一种桥梁，叫做滤过性微生物突触 。T细胞之间通过滤过性微生物突触感染艾滋病毒是细胞间高效传播这种病毒的主要途径 。这一发现解释了为何多年来研制抗艾滋病毒的工作不成功的原因 ，“可能研制出阻

34、止艾滋病毒扩散的办法 ”。10.4 禽流感流行的分子机制世界范围内流行性感冒(季节性流感) 每年导致三百万至五百万人出现严重的呼吸道疾病，其中引起510人死亡。而一次大规模流感爆发引起的死亡人数多得多因此受到重视！ 二十世纪的四次流感大流行(又称大流行流感) ：（1）19181919年源于西班牙的大规模流感爆发引起四千万人死亡，属于H1N1亚型。（2）1957年源于亚洲的流感爆发，二百万人死亡，属于H2N2亚型。（3）1968年源于香港的流感爆发，一百万人死亡，属于H3N2亚型。 （ 一般在大流行结束后至少还需要1-2年才能确定真正的死亡人数）（4）1977年源于俄罗斯的流感爆发，属于H1N1

35、亚型。（5）2009年源于墨西哥的流感爆发,属于H1N1亚型按世卫组织（WHO） 6级预警系统，最终在2009年6月11日报道第一例死亡病例后，宣布流感已经进入大流行。 当时全球有214个国家和地区报告了确诊病例，确认 死亡人数为：18500例2010年8月10日，世界卫生组织宣布，甲型H1N1流感大流行已经基本接近尾声。2011年元月1号，英国卫生部重启2009年甲型H1N1流感大流行期间的大型防御宣传。因10年12月月初新一波流感疫情重现，包括09年流行的甲型H1N1流感、甲型H3N2流感和乙型流感。到12月30日公布的数据，已有39名流感者死亡，36人为甲型H1N1流感患者。就诊率为10

36、年来最高，达到每10万人中约124人就诊。（达到200人就认为是地区性流行程度），因此提出“不让流感飞出去”的口号，努力控制冬季流感的扩散。流行性感冒（简称流感）和禽流感 流感病毒是引起流感的病原体，是一种传染性疾病 流感病毒颗粒的结构 （structure of Influenza A virus virion) 基因组为单股负链RNA-antisenseT. Horimoto, Nat. Rev. Microbiol. 2005. 流感病毒的分类Virology of Influenza A virusesInfluenza viruses (negative-sense ssRNA) b

37、elong to the Orthomyxo-viridae family（正粘科）,80-120纳米大小。其RNA分7-8个节段Three types: A, B or C classed by antigenic differences in NP （核蛋白）and M1（基质蛋白）,它们相对较稳定. B和C型只在人类有For type A viruses, 16种 HA（血凝素） (H1H16) subtypes （亚型） 和 9种 NA（神经氨酸酶 ）(N1N9) subtypes（亚型）: based on the antigenicity of the HA and NA。HA和N

38、A对病毒侵入和吸附于宿主细胞、再释放等具重要作用Influenza viruses A have been isolated from various animals, including humans, pigs, horses, sea mammals and birds.Avian Influenza A: all 16 HA and 9 NA subtypes.Human Influenza A: H1, H2, H3, N1, N2; Type B and C.Porcine Influenza A: H1,H3,N1,N2.Caballine Influenza A: H3,H7,

39、N7,N8K.G. Nicholson, Lancet, 2003Host range and circulation of influenza A viruses Y. Suzuki, Biol. Pharm. Bull., 2005Data from 候鸟可能发挥了“传播器”或“载体”的作用（Science，2007年10月）H5N1病毒通过多遗传基因重排快速进化1、抗原性变异：为了逃脱宿主已获得的免疫，病毒不断地改变其抗原性。根据抗原性变异的程度可分为两种：抗原漂移（antigenic shift）和抗原转变（antigenic drift ）。 （1） 抗原漂移是由编码HA或NA蛋白的

40、基因发生点突变，片段删除或者插入。 （2） 抗原转变是由于抗原的突变幅度较大，导致新亚型产生，这种变异称为抗原转变。2、病毒在基因组级别的变异： 包括基因重组（genetic recombination）和基因组重排（genetic reassortments）。 例如：1957年的亚洲H2N2流感大流行，就是人的H1N1病毒株与禽流感病毒株重排的结果，获得了禽流感病毒株的H2，HA，N2，NA，PB1基因。 类似的，1988年香港的H3N2禽流感大流行是由于人H2N2病毒株与禽流感病毒株重排，获得了禽流感病毒株的H3，HA，PB1。 T. Horimoto, Nat. Rev. Microb

41、iol. 2005; WTO, N. Engl. J. Med, 2005Antigenic variation of envelope glycoproteins:antigenic drift and antigenic shiftK.G. Nicholson, Lancet, 2003H5N1禽流感可能获得从人到人的直接传染能力吗？ 实际上，H5N1病毒一直在进行基因突变，基因重组和基因重排，并且以多种方式来突破病毒在人类中感染和传播的宿主障碍（species barrier）。以前的流感大流行表明，病毒需要不断改变其受体识别特性，复制能力，以及其他的遗传特性，才能获得从人到人传染能力。

42、因此，H5N1病毒通过对宿主不断的适应性突变，将逐渐提高其在人类中的直接传染的能力。近年来，禽流感病毒向人类传播的危险性越来越大。 一旦H5N1与人流感病毒重配，获得了从人到人的直接传染性。病毒可能为了适应在人体中生存而丢失了它的毒性，也可能导致又一次流感的大爆发！Molecular determinants of human infection of H5N1: point mutation, recombination, and reassortment神经氨酸酶NA作用以及抗药性病毒株的分离Oseltamivir (罗氏制药，达菲) and Zanamivir (葛兰氏公司)是目前治疗H

43、5N1型禽流感最有效的两种药物，都属于神经氨酸酶抑制剂。但是，2005年从一个14岁的越南H5N1型病毒感染者分离到了对达菲具有高效抵抗能力的病毒株。随后测序发现，N1蛋白的His274Tyr突变，导致了病毒株的抗药性大大增强（IC50763nM）。M.R. Hillerman, Vaccine, 2002目前的疫苗研究和生产存在几个主要问题 WHO在全球设有多个参考实验室，负责收集整理当年在南北半球流行的流感病毒的毒株，在流感季节到来之前，发布当年的毒株信息。然后可据此研制当年的流感疫苗，再派发给疫苗生产商进行大规模生产。（1）疫苗研究速度较慢，从宣布流感大规模流行到第一支疫苗生产出来，需要

44、3个月左右的时间。实现大规模接种需要年左右时间。这给及时预防和控制流感带来了困（2）反相遗传学虽然为疫苗快速研究和生产提供了条件，但是需考虑：有效性、安全性和合法性的问题。（3）目前全世界的抗病毒及疫苗生产能力还远远不能应付流感大规模爆发时疫苗的需要。 流感大规模流行之前，疫苗接种是不必要的！ 因为病毒在不断突变过程中，流感流行时的病毒和现在的病毒很多遗传特征都不一样了。 目前的常用疫苗主要为灭活疫苗。美欧也用减毒疫苗。主要针对病毒的表面蛋白HA。 2010年中科院上海药物所快速完成了抗禽流感药物扎那米韦的合成和制剂研究，通过国家新药评审中心的评审，进入临床研究阶段。扎那米韦通过抑制流感病毒的

45、神经氨酸酶NA，用以治疗因甲型A型流感病毒引起的流行性感冒。从全球来说，扎那米韦是目前除达菲外的第二个有效抗禽流感药物关于“万能”流感疫苗 通常的流感疫苗以覆盖在病毒表面的刺状蛋白为基础生产，接种疫苗后，一旦病毒侵入肌体，抗体能够识别刺状蛋白，从而阻止病毒增殖。然而，流感病毒存在表面刺状蛋白形状不同的多种亚型，且刺状蛋白频繁出现变异，因此每年进入流感季节前有关部门都要预测当年流行哪几种亚型，并重新制作疫苗。如果预测不准确，疫苗效果就会不理想。 读卖新闻090129报导，日本国立传染病研究所、北海道大学以及公司组成的研究小组改变思路，人工合成了与表面蛋白相比较难变异的病毒内部蛋白，并给这种蛋白附

46、着特殊的脂质膜，制成了疫苗。 在实验中，研究人员分析了型高致病性禽流感病毒、苏联型（亚型）流感病毒和香港型（亚型）流感病毒三者共有的内部蛋白，并以此为基础研制了疫苗。然后，他们给通过基因操作拥有与免疫相关的人类基因的实验鼠接种疫苗，并让实验鼠感染上述种病毒。结果，实验鼠并未表现出症状，体内病毒的增殖也得到了抑制。 但是现在还不能判断给人类使用后会不会带来严重的副作用。因此，这种疫苗投入实际应用还需要数年的研究。11年新闻联播报道，牛津大学科学家宣布，成功研发一种“万能”流感疫苗。将一株甲型流感病毒株的内部蛋白-NP和MI的病毒基因克隆入MVA，刺激人体产生可识别这两种蛋白的T细胞，杀死被流感病

47、毒感染的细胞。相对表面蛋白，内部蛋白比较“老实”，变化少，因此预测这种疫苗对其他亚型流感病毒也有效。然而，除了T细胞免疫，中和性抗体对阻止病毒感染更加重要，这种只针对内部蛋白的疫苗不能诱导中和性抗体的的产生，因此其效果还有待考证。上海巴斯德研究所所长孙兵认为， “万能”流感疫苗还在路上。A war between humans and virusesPhotographed by Lennart Nilsson, 2005, Sweden 9.5 人类基因组计划简介1)第一阶段: 酝酿 1986年Dulbecoo提出： 定出人类基因组序列癌症研究的转折点2)第二阶段: 论证 多次会议研讨3)第

48、三阶段: 实施 1988年正式立项，由NIH和美国能源部资助，计划30亿美元，15年时间完成30亿个碱基的序列测定，后已成为以美、英、法、日、中多国参加的国际合作计划基因组概念和人类基因组计划基因组生物体内遗传信息的集合;人类基因组主要是指核基因组，包括了24条染色体（22XY）上的全部基因;从整体上看，人类个体的基因是相同的，即人类只有一个基因组;不同的人可能拥有不同的等位基因，从而产生个体的差异（SNP单核苷酸多态性）;另外，还有线粒体基因组（为环状DNA分子,仅16569bp, 线粒体DNA只通过母系遗传，即只来源于卵细胞，与精子无关）人类基因组计划负责人 基因组的测序策略1、从染色体开

49、始的由上至下策略(重叠群法,conting）人类染色体上遗传病基因位置(遗传图） 人类基因组测序的三项利器1) 大分子克隆载体（1Mb以上100Kb）2) 毛细管电泳自动测序仪， 大型超级计算机2000年6月 完成人类基因组草图-“工作框架图”2002年2月 完成 “精细图”2003年 正式完成人类基因组的测序工作2 、从一段碱基序列开始的由下至上的策略- 鸟枪法（用超声技术随机打断基因组DNA成约2.0Kb片段） 随机化分析，然后整合，不需遗传图和物理图 染色体步移法（以已知核苷酸序列的DNA片段作为序列标签位点，即STS标签）人类基因组测序样品DNA总长：31.647亿个bp，原估计基因数

50、目：3.4-3.5万个 后来显示，人类的基因数目：小于2.5万个其他生物基因组测序1) 目前已报道的测序生物, 包括原核生物和真核生物已近802) 高等植物中已测序的物种为拟南芥(十子花科), 中国水稻 (禾本科2002年11月21日 Nature封面) 哺乳动物: 人类、老鼠、狗、 (05年高级灵长类黑猩猩有98与人类相同; 07年恒河猴 93与人类相同;10年青蛙与人90%相似，有1700种与人遗传疾病相关基因）4) 低等真核生物: 酵母、 线虫、果蝇、斑马鱼、血吸虫(中国)新完成测序的生物: 蜜蜂、 鸡、小鼠等。08年4月Science报道，发现黑猩猩的基因变化荣获冠军.09.1，美国完成玉米全基因测序后基因组时代和生物信息学cDNA计划（基因转录图） 人体基因表达的时空图基因组多样性计划 HapMap计划 05年10月第一代人类基因组单体型草图（SNP）绘制完成，是由加拿大、中国、日本、尼日