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1、第六章 病毒的持续性感染,第一节 病毒感染的类型第二节 病毒持续性感染的机制第三节 病毒持续性感染的实例,第一节 病毒感染的类型,病毒在被感染的宿主体内可引起：急性感染长期的持续性感染。,急性感染后会被免疫系统清除。为了存活它们必须具有快速传播到其它敏感宿主的能力，或具备体外存活的能力。,急性感染,1）一些急性病毒，如麻疹病毒和腮腺炎病毒，靠不断感染人类种群而存活；2）在多种宿主之间循环传播.流感病毒、狂犬病毒;3）在体外苛刻的环境中存活，直到它们接触到敏感宿主。如:痘病毒(干燥环境)、脊髓灰质炎病毒（水体）。,持续性感染,在宿主个体内长期隐秘地存活下来。病毒在急性感染开始后，逐渐发展为持续性
2、感染（潜伏感染或者慢性感染），病毒可以间歇性地传染新的宿主个体。,能在人体持续感染的病毒,HIV 免疫系统 AIDS,感染类型图示,1、急性病毒感染，随后被宿主免疫系统清除；,2、急性病毒感染，随后是潜伏性感染及间歇性的再激活；传染新的个体。,3、急性病毒感染，随后是慢性感染 宿主免疫系统不能完全清除在急性感染期间产生的病毒粒子，病毒就可以建立慢性感染。,4、病毒的慢感染自始至终均为慢性感染，并无急性感染过程。,第二节 病毒持续感染的机制,病毒在宿主体内长期存在必须满足下列三个条件：1、能够感染宿主细胞但不表现出致病作用；2、保持自身的基因长期存留于宿主细胞中；3、逃避宿主免疫系统的清除作用。
3、,一、限制病毒的致细胞病变作用,保持一定数量的宿主细胞能够存活下来是病毒建立持续性感染的基本要求。因此，病毒只有在不杀死宿主细胞或者对宿主不产生严重伤害时，才能够在宿主细胞中潜伏下来。乙型肝炎病毒（HBV）能有效感染肝细胞，但在相当长的一段时间内，它们对肝细胞只有最小限度的伤害。,1、感染非容许细胞或处于非容许条件下的细胞；2、病毒通过进化形成变异株，减少其溶细胞性或者干扰野生型病毒的复制；3、病毒在某些特定的细胞中有效地关闭自身基因的表达。,当病毒感染非容许细胞或者半容许细胞时，病毒基因的表达就会受限制。单纯疱疹病毒（HSV）通常为溶细胞性的，但视神经元对HSV则为非容许的，不允许或允许极少
4、数病毒基因被表达。HSV建立潜伏感染。B淋巴细胞对Epsein-Barr病毒是非容许的，此时病毒的基因被选择性表达，随着宿主细胞的分化，病毒的DNA并不复制，因而不会引起溶细胞感染。,1、感染非容许细胞,2、在容许细胞中低量的“窒息性”感染,病毒在任何时间都只感染所有细胞中的一小部分；并只有极少数细胞释放病毒粒子并被杀死，但是子代病毒也仅只能感染周围一小部分细胞，其它绝大多数细胞保持未被感染的状态。某一特定时间内只有有限的受体细胞可被利用，或者在培养基中出现了诸如干扰素之类的可溶性抑制因子。如人类的腺病毒。,3、病毒变异株的进化,一些通常情况下能够杀死宿主细胞的病毒在感染体外培养细胞时会产生改
5、变了溶细胞特性的突变株。包括：温度敏感型突变株、小空斑型突变株以及缺陷干扰性粒子等。预示着这些病毒可能在体外建立了持续性感染。,宿主细胞也可能发生获得性突变。Hela细胞在脊髓灰质炎病毒或柯萨奇A9病毒的选择压力下，会逐步增加对这些病毒的抗性。增加了抗性的Hela细胞变异株可以阻断脊髓灰质炎病毒生活史中的多种步骤。,持续性感染状态细胞及病毒变化,病毒突变为缺陷型病毒降低了致病性病毒丧失了诱导细胞凋亡的能力细胞中某些分子发生变化，限制病毒的复制细胞提高了对病毒损伤的抗性,二、病毒基因组在宿主体内的存留的机制,病毒持续性感染的另一个条件就是病毒基因组能够在被感染细胞中长期存留。1）整合在染色体中：
6、反转录病毒基因组（RNA分子）以DNA拷贝的形式整合于宿主细胞染色体中。能够建立真潜伏性感染的病毒通常为DNA病毒。,2）游离的环状分子(质粒)：细小病毒、乳头瘤病毒和EB病毒，基因组的复制与宿主细胞的生活史紧密相关，但必须依靠病毒蛋白的作用。RNA病毒依靠自身的复制机制不断地低水平复制。,3）非分化的神经元中，单纯疱疹病毒（HSV）基因组并不需要复制，以环状游离体的形式存在。,三、逃避宿主的免疫系统监视的机制,病毒采取了多种路径与宿主细胞达到某种平衡，避免被宿主免疫系统清除。,1.限制病毒基因的表达,不仅减少了病毒的溶细胞能力，也提供了一种简单而且高效的逃避被宿主免疫系统检测的机制。HSV在
7、神经元中引起的潜伏性感染，在这一过程中除了病毒基因组上的一特定区域被转录外，病毒基因的表达几乎被完全关闭，被感染的神经元中没有任何病毒蛋白被表达。,上述情形下持续性感染的病毒对于宿主的免疫系统是完全“隐形”。免疫只是针对外源蛋白质而不能识别外源核酸，某些病毒蛋白对于病毒基因组的复制是必需的。EBV潜伏性感染B细胞时，表达EBNA-1蛋白是游离的病毒基因组依靠宿主细胞分裂而增殖所必需的。,2、感染免疫学特异性位点,感染那些免疫系统不是总能接触到的细胞或组织。一个有利于病毒建立在中央神经系统（CNS）中建立持续性感染。首先，血-脑脊液屏障的出现限制了淋巴细胞通往CNS；其次，CNS中存在神经元等特
8、殊细胞，既不表达I型主要组织相容性复合物（MHC-1），也不表达II型MHC（MHC-2），因此它们不能直接被T细胞识别。肾脏,在持续性感染期间，病毒本身也可以发生变异。病毒发生高频突变也是其逃避T细胞和B细胞免疫监视的一种手段。（1）病毒逃避抗体的识别：对于抗体识别很重要的蛋白质变异，是病毒避免被抗体中和极为有效和策略。流感病毒的抗原性变异和漂变。（血凝素和神经氨酸酶的变化）。流感病毒并不在个体水平建立持续性感染，但其抗原性的频繁变化导致了它们在人类群体中的持续存在。,（2）病毒逃避T细胞的识别：病毒多肽残基参与了病毒多肽与MHC;抗原性的变异，或者是与T细胞受体（TCR）直接接触的多肽序列
9、的改变，可使T细胞失去识别病毒的能力;与MHC-1分子和MHC-2分子相关的病毒多肽变化分别引起病毒逃避CD8+和CD4+T细胞的识别。,MHC基本概念,组织相容性抗原（histicompatibility antigen):代表个体特异性的引起排斥反应的同种异型抗原，叫，也称移植抗原;主要组织相容性抗原系统（major histocompatibility antigen):在众多的组织相容性抗原系统中，能引起强烈而迅速排斥反应的抗原系统，称为，也叫主要组织相容性系统（major histocompatibility system,MHS)。,主要组织相容性抗原复合体（major histo
10、compatibility complex,MHC):编码MHS的基因在同一染色体上呈一组紧密连锁的基因群，将这一连锁群统称为。,MHS广泛分布于脊椎动物所有有核细胞的表面，化学成分是脂蛋白或糖蛋白；MHS不仅参与移植排斥反应，而且在机体免疫应答过程中具有重要的调节作用；MHS在不同物种动物中的名称不同，其中小鼠的MHS称为H-2系统，人的MHS称为人类白细胞抗原（human leucocyte antigen,HLA)。,基本特点,MHC位于同一染色体上，具有控制同种移植排斥反应、免疫应答和免疫调节等功能。MHC在不同物种中处于的染色体位置不同，其中小鼠的MHC又称H-2复合体，位于17号染
11、色体上，而人类的HLA则位于第6号染色体上。,HLA-、类抗原的主要功能,引起移植排斥反应：HLA抗原本身就是激发机体对移植物产生强烈和快速排斥反应的主要相容性抗原系统。抗原呈递作用：外来抗原被抗原呈递细胞摄取和处理后，必须与MHC-、类分子的肽结合区结合形成抗原肽MHC分子复合体，该复合体经转运表达于抗原呈递细胞的表面，才能被相应的淋巴细胞识别，从而启动免疫应答反应。,抗原提呈：指抗原提呈细胞将抗原加工处理、降解为多肽片段，并与MHC分子结合为多肽：MHC分子复合物，而转移至细胞表面，并与T细胞表面的TCR结合，成为TCR/抗原肽：MHC分子三元体，再被提呈给T淋巴细胞的全过程。,制约免疫细
12、胞间的相互作用MHC限制性 只有当表达有抗原肽MHC复合物的APC，与起识别和反应作用的T细胞表面所表达的MHC分子相同时，二者才能彼此作用而启动免疫应答过程。T细胞表面的TCR在识别抗原肽的过程中，其表面的CD4/CD8分子必须同时识别APC上的MHC-/类分子的Ig样区。CD4分子结合MHC II类分子CD8分子结合MHC I类分子,T细胞能够识别,T细胞表面的MHC单倍体型为MHC A APC细胞表面的MHC单倍体型为MHC A,3、抑制T细胞识别所必须的细胞表面分子,病毒逃避T细胞的识别不仅可以通过突变编码抗体位的序列，也可以通过负向调控那些对于T细胞有效识别被感染细胞所必需的宿主分子
13、来表达实现。病毒采取了多种策略通过抑制这些重要的宿主细胞分子的表达，来干扰病毒与宿主之间的多重相互作用。,腺病毒。2型腺病毒的一种早期蛋白-E3/19K，它可以与MHC抗原结合并形成一种复合物。这种复合物可抑制MHC抗原的末端糖蛋白而阻碍了它们的正确合成，导致I组抗原在细胞表面的表达量减少。,4、干扰胞质分裂功能,胞质分裂是抗病毒免疫的重要部分。研究发现几种病毒蛋白通过干扰胞质分裂的功能起着“防御分子”的作用。三种腺病毒早期蛋白E-147K,E3-10.4/14.5K和E1B-19K，能够保护被病毒感染的细胞不被肿瘤坏死因子（TNF）溶解。痘病毒也编码一种T2蛋白，它能够抑制TNF的作用。T2
14、蛋白是一种由被感染细胞释放的TNF细胞受体的同源物，它与TNF结合并阻止了TNF与真正的细胞受体结合，因而防止了被病毒感染的细胞的破坏。,5、免疫耐受性,最有效的建立和维持慢性感染的手段就是病毒选择性地抑制宿主免疫协同的清除作用。免疫耐受性对HBV建立慢性感染也起着重要作用。当母亲是感染者时，大多数新生儿会成为HBV的携带者。这些被感染的新生儿无论在胸腺还是在外周细胞中一些病毒特异性T细胞也可能被高剂量的病毒抗原的过量刺激所消除。,病毒逃避免疫系统的策略,第三节 病毒持续性感染的实例单纯性疱疹病毒,一、疱疹病毒,疱疹病毒（Herpesviruses）是一群中等大小的双股DNA病毒。有100个以
15、上成员，根据其理化性质分为、三个亚科。疱疹病毒增殖速度快，引起细胞病变。疱疹病毒，生长周期长，感染细胞形成巨细胞。疱疹病毒，感染的靶细胞是淋巴样细胞，可引起淋巴增生。疱疹病毒感染的宿主范围广泛，可感染人类和其他脊椎动物。疱疹病毒主要侵犯外胚层来源的组织，包括皮肤、粘膜和神经组织。,二、单纯疱疹病毒（HSV）,1、形态结构由核心、衣壳、被膜(Tegument)及囊膜组成；核心含双股DNA，缠绕成纤丝卷轴；衣壳呈二十面体对称，由162个壳微粒组成，直径为100nm；衣壳外一层被膜复盖，厚薄不匀；最外层为典型的脂质双层囊膜，上有突起。,囊膜表面含gB、gC、gD、gE、gG、gH糖蛋白；病毒对细胞吸
16、附/穿入（gB gC gD gE）控制病毒从细胞核膜出芽释放（gH）诱导细胞融合（gb gC gD gH）有关；诱生中和抗体(gD最强)和细胞毒作用（已知的HSV糖蛋白均可）。,2、基因结构,HSV基因组为一线性DNA分子，由共价连接的长片段（L）和短片段（S）组成。每片段均含有单一序列和反转重复序列。,基因组中有72个基因，共编码70多种蛋白质18种编码蛋白组成病毒DNA结合蛋白及各种酶类，参予病毒DNA合成，包装及核苷酸的代谢等；30多种不同蛋白组成病毒结构蛋白（如衣壳蛋白、囊膜蛋白），在保护HSV的DNA，以及HSV的致病作用和诱导机体免疫应答中起重要作用；24种蛋白的特性还不清楚。,3
17、、致病性,HSV经口腔、呼吸道、生殖道粘膜和破损皮肤等多种途径侵入机体；人感染非常普遍，感染率达8090%；常见的临床表现是粘膜或皮肤局部集聚的疱疹，偶而也可发生严重的全身性疾病，累及内脏。,1）先天性感染,HSV通过胎盘感染，影响胚胎细胞有丝分裂，易发生流产、造成胎儿畸形、智力低下等先天性疾病；约4060%的新生儿在通过HSV2感染的产道时可被感染，出现高热、呼吸困难和中枢神经系统病变，其中6070%受染新生儿可因此而死亡，幸存者中后遗症可达95%。,2）原发感染,6个月以内婴儿多从母体通过胎盘获得抗体，初次感染约90%无临床症状，多为隐性感染。HSV1原发感染常发生于115岁，常见的有龈口
18、炎，系在口颊粘膜和齿龈处发生成群疱疹。生殖器疱疹多见于14岁以后由HSV2引起，比较严重，局部剧痛，伴有发热全身不适及淋巴结炎。,免疫性,HSV原发感染后1周左右血中可出现中和抗体，3-4周达高峰，可持续多年；中和抗体在细胞外灭活病毒，对阻止病毒经血流播散和限制病程有一定作用，但不能消灭潜伏感染的病毒和阻止复发；机体抗HSV感染的免疫中，细胞免疫起更重要作用；,3）潜伏感染和复发,在宿主体内持续性感染是庖疹病毒科成员的共同特点；HSV原发感染产生免疫力后，将大部分病毒清除；部分病毒可沿神经髓鞘到达三叉神经节（HSV-1），该病毒进入视神经末端则可以在三叉视神经元建立潜伏性感染；HSV-2在脊神
19、经节细胞中或周围星形神经胶质细胞内，以潜伏状态持续存在。,受内在或外在刺激后，潜伏的病毒激活增殖，沿神经纤维索下行至感觉神经末梢，至附近表皮细胞内继续增殖，引起复发性局部疱疹。其特点是每次复发病变往往发生于同一部位。最常见口腔泡疹或面部泡疹。HSV-1在初级感染以及再激活阶段可以沿神经元游走而达中央神经系统，引起严重的脑炎。,HSV-2感染生殖黏膜后可以扩散到神经系统，并可以传播到骶骨神经节，建立潜伏性感染；HSV-2再激活引起引起生殖器疱疹等再发性疾病；HSV-2可引起母婴传播，并造成传染性脑炎。,4）致癌关系,HSV1和HSV2可能分别与唇癌、外阴癌及子宫颈癌有关；特别HSV1作为宫颈癌的
20、病因。,5）、HSV感染宿主细胞的进程,1）、接种上皮细胞的有效感染；2）、病毒粒子从这些细胞中释放，并扩散到周围细胞，最终结合并进入视神经轴突末端；,3）、病毒经反向轴突通道转运到神经元细胞，在神经元细胞中病毒有两种感染方式：1、有效感染，释放出病毒粒子并可能通过神经系统扩散；2、建立潜伏性感染，只极少数极有限病毒基因表达，这些组织中检测不到感染性病毒粒子的存在。,4）、如果潜伏性感染的神经元受到适当刺激时，病毒能够被激活，发生限制性的有效感染，并可经轴突传播到视神经元分布的位点。释放出的病毒在上皮组织中建立有效感染，导致在初始感染位置附近的再发生性病变。,4、潜伏感染,1）、潜伏性感染的建
21、立病毒的基因组以一种静止的形态稳定地存在于视神经元中。病毒基因的表达受限制，视神经元中病毒极早期基因的转录被抑制与否是决定这些细胞是否为非容许状态的主要因素。,病毒极早期基因的转录被抑制机制（假说）：,1、在神经元中缺乏病毒基因表达所必需的细胞转录因子，或水平太低不足以支持有效感染；2、在神经元中出现了极早期基因转录的细胞抑制因子；,3、病毒晚期基因表达的反式调控作用限制了极早期基因的表达；4、病毒基因产物对极早期基因在神经元中的转录起负调控作用；5、正向调控极早期基因转录的蛋白质在神经元中起不到促进转录的作用。,2）、潜伏感染的维持,神经元是非分裂的后减数分裂细胞，在潜伏性感染的维持期病毒D
22、NA无须被复制，DNA复制所必需的病毒基因产物也不需要被表达。神经元很少或者根本不表达MHC分子，T细胞不能够稳定地接触被感染的神经元。,3）、潜伏性感染的再激活,人类宿主体内病毒再激活所需的刺激包括免疫抑制、荷尔蒙的改变、精神紧张、神经切除等引起神经元生理状态的改变导致了神经元信号通道的激活引起病毒转录因子或蛋白激酶的激活反过来激活病毒或细胞基因产物的表达，正向调控病毒极早期基因的表达。,潜伏性的HSV在神经元受到刺激后被再激活的机制目前不清楚。假设模型：合适的神经元刺激诱导了ICP0的表达，ICP0是一种病毒基因表达的非特异性反式作用因子，它的表达激活了诸如ICP4和ICP27等其它极早期基因的表达。,思考题,1、病毒建立持续性感染的主要类型；2、病毒建立持续性感染的主要策略；3、以HSV为例描述其持续性感染的过程。,
