《医学微生物学》课件：7 病毒基本性状、感染与致病机制、检测防治

1、病毒总论,POLIOVIRUS,BC 1500-BC 1300,掌握：病毒的结构，化学组成与作用；病毒的致病机制；干扰素的定义及生物学活性。 熟悉：病毒增殖的方式；病毒复制的五个阶段；病毒对理化因素的抵抗力；病毒感染的方式与途径；病毒感染的类型；包涵体的概念及意义；抗病毒免疫（细胞免疫和体液免疫的保护作用）；病毒标本采集原则；病毒性疾病的快速诊断方法及特异性预防。 了解：病毒的大小与形态；病毒生物合成的基本步骤病毒复制的异常现象；病毒的分离培养。,教学目的,Differentiation of viruses from bacteria,1. 体积微小：测量单位为nm。 2. 非细胞结构。 3

2、. 含单一核酸：DNA或RNA。 4. 严格细胞内寄生：缺乏完整的酶系统。 5. 抵抗力：耐冷怕热、对抗生素不敏感，干扰素可抑制病毒的增殖。,病毒的基本性状,一、病毒的形态与结构,1. 大型病毒 150 nm。 2. 中型病毒 50150 nm。 3. 小型病毒 50 nm。,（一）病毒的大小与形态,金黄色葡萄球菌,立克次体,衣原体,流感病毒,乙脑病毒,痘苗病毒,脊髓灰质炎病毒,嗜菌体,腺病毒,Bullet-shaped,Rod-shaped,Brick-shaped,Tadpole-shaped,Filament,Spherical,Capsid,viral core,nucleocapsi

3、d,Envelop,Enveloped virus,naked virus,（二）病毒的结构与化学组成,（包膜）,（衣壳）,（核衣壳）,（包膜病毒）,（裸病毒）,（病毒核心）,spike（刺突）,1. 核心 (core): 主要成分为病毒核酸，含有少量病毒基因编码的酶类等非结构蛋白。 2. 衣壳 (capsid): 蛋白质外壳，由一定数量的蛋白质壳粒聚合而成。,衣壳呈三种对称型,基本结构, 衣壳的作用:,1.保护核酸 2.与致病性有关 3.具有抗原性,Complex Symmetry,辅助结构,1. 包膜 (envelope)： 病毒出芽释放时包上的一层宿主细胞膜或核膜，由脂质、蛋白质和糖类组

4、成。 2. 刺突 (spike): 某些病毒包膜表面镶嵌有糖蛋白，为放射状排列的大小不等的钉状突起，称为刺突或包膜子粒。,与致病性有关，具有抗原性。,1. 病毒核酸: 单一型核酸(DNA或RNA)，决定病毒的遗传变异与感染。 2. 病毒蛋白: 结构蛋白：构成病毒衣壳、包膜和基质的蛋白质 非结构蛋白：不参与病毒体有型结构的组成，有特定生物学功能的病毒蛋白。 3.脂类和糖类,化学组成,Viral Nucleic Acid,DNA -double stranded (ds): linear or circular -Single stranded (ss) : linear or circular

5、RNA -ss: segmented or non-segmented polarity+(sense) or polarity (non-sense) -ds: linear (only reovirus family),病毒核酸具有感染性,Viral Protein,结构蛋白（Structural protein）： 衣壳蛋白：保护核酸/决定构型/抗原性/决定 感染宿主范围 包膜蛋白： 抗原性/决定感染宿主范围 基质蛋白： 连结衣壳和包膜/跨膜和锚定,病毒基因编码的蛋白,Viral Protein,非结构蛋白（Non-structural protein） 存在于病毒体内 酶 存在于感染细

6、胞内 抑制细胞生物合成的蛋白 抑制病毒抗原经MHC递呈的蛋白,二、病毒的增殖,（一）增殖的条件,合适的宿主细胞-容纳细胞/非容纳细胞 病毒侵入细胞的能力 宿主细胞状态,（二）病毒的增殖,复制周期 (replication cycle)： 从病毒吸附和侵入宿主细胞开始，经过基因组复制、转录、翻译和装配，到子代病毒释放的全过程。 三个阶段： 吸附及侵入宿主细胞、细胞内生物合成与装配、成熟与释放 六个步骤： 吸附、穿入、脱壳、生物合成、装配、成熟和释放,1. 吸附 (adsorption) : 病毒表面的互补结构与细胞表面的受体结合 2. 穿入 (penetration) : 病毒基因进入细胞内,3

7、. 脱壳 (uncoating)： 衣壳被酶降解，核酸游离 4. 生物合成 (biosynthesis)： 脱壳后，核酸进入细胞内，依赖宿主细胞开始一系列生物合成反应，复制出子代病毒核酸，合成病毒蛋白质,隐蔽期：用血清学方法和电镜检查在宿主细胞内找不到完整的病毒 体的阶段，包括病毒穿入细胞后的脱壳和生物合成阶段。,除痘病毒，均在核内合成和转录mRNA，在胞质内合成病毒蛋白,早期转录和翻译 dsDNA复制 晚期转录和翻译,除流感病毒和部分副粘病毒，均在胞质内进行,ss(-)RNA有包膜病毒，本身含RNAP,5. 装配与释放 (assembly and release)： 新复制合成的核酸和蛋白质

8、在宿主细胞内合成感染性病毒颗粒称为装配，又称成熟。 裸病毒核酸+衣壳 包膜病毒核衣壳+包膜 DNA病毒在核内，RNA病毒在胞浆内组装。 成熟病毒从宿主细胞游离出来称为释放。,裸病毒破胞（裂解）释放 包膜病毒出芽释放,病毒的复制过程,（三）病毒的异常增殖和干扰现象,顿挫感染 (abortive infection)： 病毒进入的宿主细胞缺乏病毒复制所需的酶、能量和原料，则不能复制出有感染性的病毒颗粒。 缺陷病毒 (defective virus )： 病毒基因不完整或基因突变，使病毒复制出不完整、无感染性的病毒颗粒。,病毒的异常增殖,病毒的干扰现象,两种病毒同时或先后感染同一细胞时，可发生一种病

9、毒抑制另一种病毒增殖的现象,机理 （1）破坏细胞受体 （2）消耗原料、酶系统 （3）诱导细胞产生干扰素,有利于制定正确的免疫方案 非特异性免疫的重要组成部分,意义,三、病毒的变异,变异类型： 毒力变异 耐药性变异 抗原性变异 温度敏感性变异,变异机制： 基因突变 自发突变和诱导突变 基因重组 分子内重组、拷贝选择和基因重配,突变 (mutation) 自发突变: 没有任何已知诱变剂的条件下，病毒子代产生高比例的突变体，最后导致表型变异。 诱导突变: 利用不同的物理或化学诱变剂处理病毒，提高病毒群体突变率，诱导病毒子代出现特定的突变类型。,突变株 (mutant) 温度敏感突变株(tempera

10、ture sensitivs, ts) 28-35 可以复制， 37-40 不能复制 脊髓灰质炎减毒活疫苗 宿主范围突变株，抗原性突变株等 变异株(variant) 能稳定地存在，可在相应的宿主或细胞中传代与存活。,重组与重配（基因间相互作用）,重组 recombination,重配 reassortment,基因复活,交叉复活 一种病毒与另一种与其基因组有联系又有区别的灭活病毒间 多重复活 两个或多个灭活病毒间，多为经紫外线照射灭活,表型混合（基因产物间相互作用）,两株病毒混合感染时，装配过程发生错误形成 主要表现为耐药性，抗原性等改变，基因并未改变，改变的生物学性状不能遗传,四、理化因素对

11、病毒的影响,病毒的灭活： 病毒受理化因素作用后失去感染性。 灭活的病毒仍保留抗原性、红细胞吸附等活性。,（一）物理因素,1. 耐冷不耐热，56 30 min可使其灭活。 贮藏在70 以下保存数月或数年。 2. 对电离辐射和紫外线敏感。 3. pH,(二) 化学因素,1.对氧化剂、卤素、醇类敏感。 2.有包膜病毒对脂溶剂敏感。 3.对甘油抵抗力强,用于送检材料的保存。,根据宿主不同分类 动物病毒、植物病毒、昆虫病毒、细菌病毒 根据核酸类型分类： DNA病毒、RNA病毒 根据有无包膜分类： 有包膜病毒、无包膜病毒 临床分类 呼吸道病毒、消化道病毒、肝炎病毒、虫媒病毒、出血热病毒、肿瘤病毒,五、病毒

12、的分类,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DN

13、A、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,亚病毒,类病毒： 只有单股RNA，无蛋白质衣壳 主要引起植物疾病 朊粒： 只含具有感染性的蛋白质（分子量3.0104 ） 与老年性痴呆、多发性硬化症、脑组织海绵状淀粉样变（疯牛病）等有关,病毒的感染与免疫,一、病毒的感染,病毒侵入机体，在易感细胞内增殖，与机体发生相互作用的过程。,病毒感染（viral infection）,病毒性疾病（viral disease）,一、病毒的传播途径,水平传播 (horizontal transmission)： 病毒在人群个体之间的传播 通过黏膜表面：呼吸道

14、、消化道、泌尿生殖道 通过皮肤传播：媒介昆虫叮咬皮肤 医源性传播：经输血、注射、拔牙、手术等 垂直传播 (vertical transmission): 病毒由亲代传播给子代 胎盘/产道/哺乳,二、病毒感染的临床类型,隐性感染 (inapparent viral infection)-病毒携带者 可有传染性及免疫力 显性感染 (apparent infection or infectious disease) 急性感染 (acute viral infection) 持续性感染 (persistent viral infection) 慢性感染 (chronic infection) 潜伏感染

15、 (latent infection) 慢发病毒感染 (slow virus infection) 急性病毒感染的迟发并发症 (delayed complication after acute viral infection),1、隐性感染 病毒进入机体后不引起临床症状，对组织和细胞的损伤不明显。 病毒仍可在体内增殖并向外播散 机体可获得免疫力而终止感染。 相关因素： 病毒毒力弱、机体防御能力强、病毒的种类、病毒的性质。,2、显性感染 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。,1）急性病毒感染 (acute viral infec

16、tion),病毒侵入机体后，在靶细胞内繁殖，经数日至数周的时间后突然发病。 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. 宿主启动特异性和非特异性免疫因素清除病毒，经过一定的时间进入恢复期。,1）急性病毒感染,特点： 潜伏期短，发病急 病程数日至数周 恢复后体内不再有病毒并常获得特异性免疫-特异性抗体可作为受过感染的证据 HAV、腮腺炎病毒,2）持续性病毒感染 (persistent viral infection),病毒可在机体内持续存在数月数年数十年。 可出现症状，也可不出现症状而长期带病毒，成为重要的传染源。,慢性感染（c

17、hronic infection） 潜伏感染(latent infection) 慢发病毒感染(slow virus infection)或称迟发病毒感染(delayed viral infection),2）持续性病毒感染,病毒和机体两方面的因素： 1.机体免疫功能低下，无力完全清除病毒 2.病毒存在于受保护的部位或发生突变 3.某些病毒的抗原性弱，难以产生免疫应答 4.某些病毒在感染过程中形成缺陷干扰病毒颗粒，干扰病毒的增殖而改变病毒的感染过程 5.病毒基因整合到宿主基因组中，长期共存,a.慢性感染,显性或隐性感染后，病毒未完全清除 病毒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

18、数十年 症状轻微或无症状 乙型肝炎病毒（HBV） 巨细胞病毒（CMV） EB病毒（EBV）,b.潜伏性感染,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，常规方法不能分离出病毒。 水痘带状疱疹病毒（VZV） 单纯疱疹病毒I型（HSV-1）,c.慢发病毒感染,潜伏期 发作期 死亡 潜伏期长，可达数月、数年甚至数十年；无症状；分离不出病毒。 一旦发病病情进行性加重，最终患者死亡。 HIV,急性感染后的1年至数年，发生致死性的病毒病。 麻疹致亚急性硬化性脑炎-麻疹病毒 （Sub

19、acute Sclerosiny panencephalitis，SSPE）,d. 急性病毒感染的迟发并发症,3、病毒携带者部分隐性感染者一直不产生对该病毒的免疫力，无症状，带病毒可在体内繁殖并向外播散,三、病毒的致病机制,病毒能否引起感染取决于病毒致病性和宿主免疫力两个方面。 从细胞和机体两个水平上来探讨病毒的致病机制。,（一）病毒感染对宿主细胞的直接作用,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： - 杀细胞性效应：致细胞病变作用（CPE） - 稳定状态感染：细胞膜表面出现新抗原、细胞融合 - 整合感染 -

20、细胞凋亡 - 包涵体的形成,病毒在宿主易感细胞内增殖造成细胞破坏与死亡的感染。 体外培养细胞感染杀细胞病毒，光镜下可见细胞形态的改变称病毒的细胞病变效应（CPE） 脊髓灰质炎病毒运动神经细胞,1、杀细胞效应 (cytocidal effect ),机制： 病毒的早期蛋白影响宿主细胞代谢 病毒蛋白的毒性作用 引起细胞溶酶体膜破裂 损伤细胞器,2、稳定状态感染 (steady state infection),一些不具有杀细胞效应的包膜病毒所引起的感染。 病毒以出芽方式释放，其过程缓慢、病变轻微，细胞暂时还不会出现裂解和死亡，但宿主细胞可发生变化，出现细胞融合及细胞表面产生新的抗原等。,感染细胞与

21、未感染细胞融合，形成多核巨细胞, 有利于病毒在细胞间扩散。,病毒在细胞内增殖，细胞膜出现由病毒基因编码的新抗原，导致细胞膜表面抗原的改变。 HBV-HBcAg,3、整合感染 (integration infection),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。,4、细胞凋亡（cell apoptosis）,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

22、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,鼓泡、核浓缩、染色体降解等,5、形成包涵体 (inclusion body),某些受病毒感染的细胞，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、椭圆形或不规则团块结构，称为包涵体（inclusion body）。 包涵体的本质： 有些是病毒颗粒的聚集体（腺病毒） 有些是病毒增殖留下的痕迹 病毒感染引起的细胞反应物,内基氏小体（negribody） 狂犬病毒在感染细胞内形成的包涵体,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

23、损伤和炎症。,（二）病毒感染的免疫病理作用,1、体液免疫的病理作用（II、III型超敏反应） 2、细胞免疫的病理作用（IV型超敏反应） 3、免疫抑制 4、炎性细胞因子的病理作用（代谢紊乱、休克等）,体液免疫病理作用 有包膜病毒侵入细胞后，诱发细胞表面出现新抗原，这种抗原与特异性抗体（抗病毒抗体）结合后，在补体参与下引起细胞的破坏。 结局：病毒感染细胞死亡 狂犬病毒、流感病毒、HSV,体液免疫病理作用 1)型超敏反应 细胞表面的病毒抗原与特异性抗体结合，在补体参与下引起细胞的破坏。 2) 型超敏反应 病毒抗原与抗体复合物在血液中循环,在一定部位沉积,激活补体,吸引中性粒细胞,引起局部组织损伤。,

24、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。,细胞免疫病理作用,病毒通过变异或编码抑制免疫应答的蛋白质实现免疫逃逸,HBV抑制IFN转录 麻疹病毒诱生的IFN-抑制树突状细胞,病毒的免疫逃逸,非特异性免疫(non-specific immunity)特异性免疫(specific immunity),（三）抗病毒免疫,非特异性免疫,先天不感受性 取决于细胞膜上有无受体 屏障作用 解剖学、生物化学、血脑、胎盘 细胞作用 吞噬细胞、NK细胞、中性粒细胞 干扰素

25、及其作用,非特异性免疫,细胞作用 巨噬细胞(M)： 对阻止病毒感染和促使病毒感染的恢复具有重要作用。 含有大量M的器官、如肝、脾、骨髓及淋巴组织在阻止病毒在体内扩散方面具有重要作用。,非特异性免疫,细胞作用 NK细胞： 1）杀伤过程不受MHC限制，也不依赖抗体 2）对靶细胞无特异性 3）杀伤作用出现早；4 h 4）部分细胞因子可激活 中性粒细胞：能吞噬病毒，但不能将其杀灭，病毒在其中还能增殖，反而将病毒带至全身引起扩散。,非特异性免疫,干扰素（interferon，IFN） 由病毒或其他IFN诱生剂诱使人或动物细胞产生的一类具有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节作用的糖蛋白。,(1)IFN的性质: 干扰

26、素分子量小 4 可保存较长时间，-20 可长期保存活性，56 可灭活 可被蛋白酶破坏,(2) 种类：抗原性,(3) 抗病毒作用的特点： a 广谱抗病毒 b 抑制病毒而不是杀病毒 c 抗病毒作用具有种属特异性 d 间接抗病毒,(4) IFN诱生剂 (inducer):,病毒、细菌内毒素、原虫、poly I:C,IFN的作用机理,IFN不能直接灭活病毒 ，而是通过诱导细胞合成抗病毒蛋白(antiviral protein, AVP)发挥抗病毒效应（抑制病毒复制）。 干扰素与敏感细胞表面的干扰素受体结合触发信号传递等一系列的生物化学过程激活细胞内基因合成多种抗病毒蛋白（AVP）抑制病毒蛋白的合成。,

27、早期蛋白,病毒核酸,干扰素的抗病毒作用机制,晚期蛋白,宿主细胞核酸,干扰素,特异性抗病毒免疫,体液免疫 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抗体、补体结合抗体及血凝抑制抗体等。 中和抗体主要是IgG、IgM和IgA。 中和抗体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。,中和抗体 (neutralizing antibody),作用机理 中和抗体是针对病毒表面抗原的抗体。 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。 中和抗体的抗病毒作用，主要是预防

28、感染的发生及蔓延。,抗体的中和作用,特异性抗病毒免疫,细胞免疫 病毒是细胞内寄生，应依赖细胞免疫清除 细胞毒性T细胞（CTL）、CD4 +Th1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,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,适应性抗病毒免疫,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反应,抗病毒免疫应答的形成和持续时间,抗病毒免疫持续时间的长短在各种病毒之

29、间差异很大。 能引起持久免疫的病毒有：水痘、天花、乙型脑炎、腮腺炎、麻疹、脊髓灰质炎病毒等。,抗病毒免疫应答的形成和持续时间,仅引起短暂免疫的病毒有：流感病毒、鼻病毒等。 流感病毒感染不产生牢固免疫的另一原因是易发生变异，而鼻病毒则因血清型别多(已有100多个血清型)，通过感染所建立起的免疫，对其他型病毒无免疫作用。,病毒感染的检查方法 与防治原则,一、 病毒感染的检查方法 1、标本采集与送检： 用于分离培养的标本： 采集急性期标本、防止病毒灭活、 不同病毒感染-不同部位、可加抗菌素 血清学诊断的标本： 双份血清（早期、恢复期）、注意冷藏（-20 oC）,2、常规分离与鉴定,动物接种,鸡胚接种,组织培养,三大培养方法,动物接种动物发病 鸡胚接种鸡胚死亡或出现病变 细胞培养细胞病变 CPE (cytopathic effect)（团缩、裂解、肿大等） 包涵体 红细胞吸附,病毒感染的指标,病毒在细胞内增殖的指标,1、CPE,2、红细胞吸附,正常细胞,病变细胞,病毒数量和感染性测定,1、蚀斑试验,2、ID50 或 TCID50,感染鸡胚动物或细胞后，引起 5