第二篇 医学病毒学 刘 畅 Email：tiantianlc@sjtu.edu.cn Tel：63846590-778017 第二篇 医学病毒学 刘 畅 Email：tiantianlc@sjtu.edu.cn Tel：63846590-778017 西院5号楼510室 上海交通大学医学院病原生物学教研室

梦魇伊始 3000年前,古埃及的壁画中首次记录了人类罹患与病毒感染相关疾病的景象，标志着人类与病毒斗争的开始。

埃及法老木乃伊，死于1196 BC。

病毒是人类历史强有力的催化剂！ 西班牙殖民者带到美洲大陆的天花病毒，杀死了95%的印第安人，白人由此建立了美国的雏形。 公元17世纪，满洲兴起，但，满洲的皇帝认为，比起大明王朝的军队，天花是其定鼎中原的最大障碍 英国科学家琴纳发明了“牛痘”，从此开创了人类与疾病抗争的新纪元。

1796, Edward used cowpox-infected material obtained from the hand of Sarah Nemes, a milkmaid from his home village of Berkley in Gloucestershire to successfully vaccinate 8 year old James Phipps. Edward Jenner

Pasteur worked extensively on rabies, which he identified as being caused by a 'virus' (from the Latin for 'poison') Louis Pasteur

1892, presented a paper to the St 1892, presented a paper to the St. Petersburg Academy of Science which showed that extracts from diseased tobacco plants could transmit disease to other plants after passage through ceramic filters fine enough to retain the smallest known bacteria. This is generally recognized as the beginning of Virology. Dmitri Iwanowski

近年来发现的一些重要病原微生物 时间 病原微生物 所致疾病 1973 轮状病毒(Rotavirus) 婴儿腹泻 1977 埃博拉病毒(Ebolavirus) 出血热 1982 大肠埃希菌0157( E. coli O157 ) 肠出血性综合征 1980 嗜人T淋巴细胞白血病毒型( HTLV-1) 成人T淋巴细胞白血病 1983 人免疫缺陷病毒( HIV ) 艾滋病 幽门螺杆菌( Helicobacterpylori ) 胃炎 1986 牛海绵状脑病朊粒( Prion ) 疯牛病 1988 戊型肝炎病毒( hepatitis E virus ) 戊型肝炎 1989 丙型肝炎病毒( hepatitis C virus ) 丙型肝炎 1995 庚型肝炎病毒( hepatitis G virus ) 庚型肝炎 2003 SARS冠状病毒( SARS coronavirus ) 严重急性呼吸综合征 ( SARS )  

4 million-2006

病毒的重要性 80%的传染病由病毒引起 传染性强、流行广泛，无特效药 与肿瘤和自身免疫病相关 作为分子生物学研究工具

病毒（Virus）的定义 体积小，结构简单， 只有一种类型的核酸， 只能在活的、敏感的细胞内 以复制的方式增殖的 非细胞型微生物

第23章 病毒的基本性状

第一节 病毒的形态与结构 一、病毒大小与形态 病毒的大小 测量单位： nm（纳米） = 1/1000 m（微米） 50 nm -150 nm 中等大小病毒（大多数） > 150nm 大型病毒（最大300 nm） 病毒的大小

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 ) 衣原体 390nm 立克次体 450nm C、脊髓灰质炎病毒 (30nm ) G A 葡萄球菌 (1000nm） D、乙脑病毒 ( 40nm ) F 牛痘病毒 300×250nm E、蛋白分子 (10nm ) B E C F、流感病毒 ( 100nm ) D G、烟草花叶病毒

病毒的形态 球状 : 多见动物病毒

杆状或丝状 : 多见植物病毒

砖块状 : 痘病毒等

蝌蚪状 : 噬菌体

子弹状 : 狂犬病毒

电子显微镜

X线晶体衍射法

二、病毒的结构 病毒体：完整的有感染性的病毒颗粒 病毒体的基本结构： 核心+衣壳 核衣壳（裸露病毒） 核心+衣壳+包膜   包膜病毒

病毒体结构模式图 包膜 包膜病毒 壳粒 衣壳 核衣壳 核心（核样物）

核心(core)---病毒基因组，由核酸组成 核酸种类:一个病毒只含一种核酸 DNA 单链DNA 双链DNA 或 RNA 单链RNA 双链RNA 分节段RNA 核酸特点：多样性、有内含子、能克隆与表达 核酸功能：决定病毒的感染性、复制、遗传性

衣壳(capsid) ---包于核酸外面 成 分：蛋白质，有许多壳粒组成， 壳粒有多肽亚单位组成 成 分：蛋白质，有许多壳粒组成， 壳粒有多肽亚单位组成 排列方式：螺旋对称型(helical symmetry) 20面体立体对称型(icosahedral symmtry) 复合对称型(complex symmtry) 功 能：保护核酸、 介导病毒进入细胞、 有抗原性

螺旋对称

20面体立体对称型

五邻体 六邻体

二 十 面 体 立 对 称 螺 旋 对 称 复合对称

包膜(Envelope)--- 来自宿主细胞膜或细胞核膜 成分：脂质和糖类和蛋白复合物 包膜子粒（刺突）：包膜表面不同形状的突起 有特定的功能 包膜功能： 1、维护 病毒的结构完整性 2、与病毒吸附有关，辅助病毒感染 3、具有抗原性

5 BASIC TYPES OF VIRAL STRUCTURE nucleocapsid icosahedral nucleocapsid lipid bilayer ICOSAHEDRAL ENVELOPED ICOSAHEDRAL helical nucleocapsid COMPLEX nucleocapsid lipid bilayer glycoprotein spikes = peplomers HELICAL ENVELOPED HELICAL

第二节 病毒的复制（Replication） 特点： 自我复制的繁殖方法 以其基因为模板，复制出子代病毒 复制周期： 以其基因为模板，借DNA多聚酶以及其它必要因素，指令细胞停止合成细胞的蛋白质与核酸，转为复制病毒的基因组，转录、转译出相应的病毒蛋白，最终释放出子代病毒

复制周期： 病毒颗粒 吸附和穿入 脱壳 生物合成 生物合成 释放 装配 一些病毒由于不带有DNA聚合酶，必须进入宿主细胞核进行基因复制。 宿主细胞膜 宿主细胞核膜 吸附和穿入 脱壳 病毒颗粒 生物合成 生物合成 释放 装配

Adsorption and Penetration 吸附与穿入 Adsorption and Penetration 吸附 特异性吸附（受体结合） （敏感细胞==有受体的细胞） 穿入 无包膜病毒（胞饮方式，吞入） 有包膜病毒（融合，与细胞膜融合） 噬菌体 （注入）

Virupexis 胞饮

herpesviruses, paramyxoviruses, HIV Fusion herpesviruses, paramyxoviruses, HIV

Fusing 融合

H+

Injection 注入

uncoating 脱壳 多数病毒在穿入时已在细胞的溶酶体酶作用下脱壳 少数需自身编码脱壳酶基因（痘病毒） 噬菌体由细胞表面酶协助脱壳

biosynthese 生物合成 隐蔽期： 此阶段无完整病毒可见，也测不出抗原 6大类型： 双链DNA病毒 单链DNA病毒 单正链RNA病毒 隐蔽期： 此阶段无完整病毒可见，也测不出抗原 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 合成区域：DNA病毒 核内（DNA）胞质（蛋白质） RNA病毒 胞质（除流感病毒及 部分副粘病毒）

病毒的生物合成步骤 1、从病毒核酸转录mRNA 2、由mRNA翻译出早期蛋白 3、复制核酸 4、合成晚期蛋白

早期蛋白：为功能蛋白， DNA多聚酶等酶类 蛋白质合成 DNA mRNA 蛋白质 转录 转译 早期蛋白：为功能蛋白， DNA多聚酶等酶类 晚期蛋白：为结构蛋白，如衣壳蛋白 核酸合成 半保留复制的形式

先合成互补链（复制中间型），再解链进行复制 单链RNA病毒的生物合成 蛋白质合成 负单链RNA 正链RNA 蛋 白 质 转译 转录 正单链RNA—具有mRNA功能 早期蛋白和晚期蛋白的合成 核酸合成 先合成互补链（复制中间型），再解链进行复制 复制中间体

+ssRNA病毒的生物合成 Viral genome and viral structural protein are both important production for virion

RNA RNA:DNA DNA mRNA 蛋白质 逆转录病毒的生物合成 特点：自身带有逆转录酶，逆向转录 过程： RNA RNA:DNA DNA mRNA 蛋白质 RNA:DNA中间体 前病毒体 子代RNA

装配与释放 assembly and release 装配：不同病毒，不同部位 DNA病毒（多数核内组装） RNA病毒（多数胞浆内组装） 释放：有包膜与无包膜病毒不同 有包膜病毒：出芽方式，同时得到包膜 无包膜病毒：细胞裂解释出

HIV budding and maturation Hsiung, GD et al., Diagnostic Virology 1994 p204 (D. Medina)

两种病毒同时感染同一细胞， 一种病毒抑制另一病毒增殖的现象 病毒增殖的细胞效应 细胞损伤 复制过程中干扰细胞代谢 释放过程中引起细胞裂解 细胞死亡 干扰现象 interference 两种病毒同时感染同一细胞， 一种病毒抑制另一病毒增殖的现象 原因 干扰素产生 破坏细胞表面受体

病毒的异常增殖 病毒感染细胞后，不能完成复制周期和产生感染性子代 原因： 病毒原因：缺陷病毒(defective virus )： 基因组不完整的病毒体，不能在宿主体内独立完成增殖，但与辅助病毒共同感染同一细胞时，可完成增殖 缺陷干扰颗粒（defective interfering particles, DIP): 天然缺陷病毒:腺病毒伴随病毒 细胞原因：非容许细胞------顿挫感染 abortive infection

第三节 理化因素对病毒的影响 物理因素 化学因素 温 度 脂溶剂 射 线 干 燥 酸碱度 醛 类 氧化剂、卤素及其化合物 抗生素与中药

理化因素对病毒的影响 物理因素 化学因素 温度：大多病毒耐冷不耐热，但有例外，如HBV。 PH：病毒在pH5.0以下或pH9.0以上迅速灭。 射线： γ射线，χ射线，紫外线多能使病毒灭。 化学因素 脂溶剂、醛类、氧化剂、卤素、抗生素和中草药

第四节 病毒遗传学 传统遗传学 突变 变异 重组和重配 互补和表型混合 分子遗传学

基因突变 病毒基因组碱基序列发生改变，导致其表型性状发生改变的病毒株称为突变株，当突变株稳定地在相应的宿主或细胞中传代和存活，称为变异株 突变株：自发突变，人工诱发 温度敏感突变株（temperature sensitive，ts） 28～35℃可以复制， 37～40℃不能复制 Ts，病毒基因中单个核苷酸的改变导致病毒蛋白（酶）结构和功能的变化。这种蛋白在允许温度内发挥正常功能，当温度升高时功能受阻。

重组与重配（基因间相互作用） 重组recombination：两种病毒感染同一细胞，遗传物质交换，子代具有两个亲代的特征，并可遗传。 重配reassortment：交换的为RNA节段，发生几率高

RECOMBINATION ‘classic’ recombination common in DNA viruses

RECOMBINATION +ve strand 1 template switch +ve strand 2

RECOMBINATION +ve strand 1 -ve strand +ve strand 2 continues copying -ve strand +ve strand 2 recombinant -ve strand recombinant +ve strand

RECOMBINATION + strand - strand + strand - strand

RECOMBINATION - SOME USES marker rescue TK - mt TK mutant HSV TK - wt TK - wt TK wt HSV

RECOMBINATION - SOME USES TK vaccinia virus T K rabies G rabies G vaccinia virus for use as rabies vaccine

REASSORTMENT

INFLUENZA VIRUS adapted from Treanor JJ Infect. Med. 15:714

互补与表型混合（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

互补作用

virus A virus B Phenotype mixing

表型混合 no changes in genome possibly altered host range possibly resistant to antibody neutralization

表型交换 PSEUDOTYPE

分子遗传学 病毒基因组分析 病毒保护性表位的确定 病毒抗原高变区分析 毒力相关基因编码区分析 耐药性变异分析 作用于病毒蛋白质的某些细胞蛋白的研究

第五节 病毒的分类 分类原则 1、核酸类型和结构 （RNA、DNA、双链、单链、线状、环状、分节） 2、病毒体形状和大小 3、病毒体形态结构（衣壳的对称型、有无包膜） 4、对脂溶剂敏感性 分类 DNA病毒类 RNA病毒类 DNA和RNA逆转录病毒类 三大类

DNA病毒 双链DNA，有包膜 痘病毒科（Poxviridae） 疱疹病毒科（Herpesviridae） 病毒类型 分类的主要特点 病毒科名 DNA病毒 双链DNA，有包膜 痘病毒科（Poxviridae） 疱疹病毒科（Herpesviridae） 双链DNA，无包膜 腺病毒科（Adenoviridae） 乳多空病毒科（Paproavairidae） 单链DNA，无包膜 细小病毒科（Paraoviridae） DNA和RNA 双链DNA，复制过程中 嗜肝DNA病毒科（Headnasviridae） 病毒 有逆转录，不分节 逆转录病毒单链RNA， 逆转录病毒科（Retroviridae） 复制过程中有逆转录， 不分节，有包膜 RNA病毒 双链RNA，分节，无包膜 呼肠病毒科（Reoviridae） 双RNA病毒科（Birnaviridae） 单负链RNA,不分节,有包膜 副粘病毒科（Paramyxoviridae） 弹状病毒科（Rhabdoviridae） 单负链RNA，分节，有包膜 正粘病毒科（Orthomyxoviridae） 布尼病毒科（Bunyaviridae） 沙粒病毒科（Arenaviridae） 单正链RNA,不分节,无包膜 小RNA病毒科（Picornaviridae） 嵌杯病毒科（Caliciviridae） 星状病毒科（Astroviridae） 单正链RNA,不分节,有包膜 冠状病毒科（Coronaviridae） 黄病毒科（Flaviviridae） 披膜病毒科（Togaviridae）

其他类型（亚病毒） 卫 星 病 毒 为500-2000个核苷酸的单链RNA 多数与植物病毒有关，少数与动物病毒有关 有两类： 一类可编码自身衣壳蛋白 一类为卫星病毒RNA分子，利用辅助 病毒的衣壳蛋白，也称拟病毒 类 病 毒 很小 (200-400),杆状 RNA 分子，有二级结构 无衣壳或包膜 在核内增殖，严格细胞内寄生,植物病毒有关 朊 粒 一种具有感染性的蛋白粒子

卫星病毒与类病毒的区别 卫星病毒 类病毒 复制需要辅助病毒 ＋ － 编码蛋白 ＋ － 复制所需的酶 辅助病毒酶 宿主酶 卫星病毒 类病毒 复制需要辅助病毒 ＋ － 编码蛋白 ＋ － 复制所需的酶 辅助病毒酶 宿主酶 部位 与辅助病毒同 核 大小 500－2000nt 200-400nt