【教学课件】第四章病毒的吸附侵入与脱壳.ppt

第四章 病毒的吸附、侵入与脱壳,病毒侵入机体的途径,病毒的复制过程,在病毒感染细胞之后的一个短时间内，病毒完全消失，直至感染数小时后子代病毒出现为止，这阶段称为隐蔽期，一般持续2-12h。病毒的感染首先依赖于病毒吸附蛋白对细胞表面受体的吸附，随后发生的病毒的侵入和脱壳也同病毒感染成功与否密切相关。,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 逆转录病毒区域：DNA病毒 核内（除痘病毒）RNA病毒 胞质（除流感病毒及 部分副粘病毒）,病毒吸附:病毒表面特异性的吸附蛋白与敏感细胞表面的病毒受体相互作用的过程，吸附是启动病毒感染的第一步，它也是决定病毒感染成功与否的关键环节。,第一节 病毒的吸附,Adsorption（几分至几十分钟）,影响病毒吸附的条件,1.病毒吸附蛋白2.病毒的细胞受体3.环境因素,一.病毒的吸附蛋白,病毒吸附蛋白（VAP）一般由衣壳蛋白或包膜上的糖蛋白突起充当。T偶数噬菌体尾部的尾丝蛋白 X174噬菌体的纤维突起即H蛋白。,1.无包膜动物病毒。腺病毒的吸附蛋白是二十面体壳体五邻体纤维，多瘤病毒的吸附蛋白是壳体蛋白VP1。2.有包膜动物病毒。如副粘病毒的HN糖蛋白，流感病毒的血凝素（HA）糖蛋白，疱疹病毒的gpB糖蛋白等。,病毒的细胞受体:是指能够与病毒吸附蛋白产生特异性结合，介导病毒侵入细胞，启动病毒感染的细胞表面位点，称为病毒的细胞受体。病毒的细胞受体也称为病毒受体。病毒受体决定了病毒的宿主谱，组织细胞的嗜亲性，并影响病毒的致病性。,二.病毒的细胞受体,病毒受体根据结构可分为细胞受体单位和细胞受体位点。1.细胞受体单位是指能够识别一个病毒吸附蛋白的细胞分子。通常一个细胞受体单位可以由几个亚基单位构成，其活性依赖于分子的空间结构。,大多数噬菌体的细胞受体单位在细菌细胞壁上。如噬菌体SP-50的细胞受体单位为磷壁酸分子;T3、T4噬菌体的细胞受体单位为缺乏0抗原的脂 多糖分子；T5噬菌体的细胞受体单位为脂多糖脂蛋白复合物。,噬菌体的受体单位,有的噬菌体的受体单位在菌毛、鞭毛和荚膜上。如噬菌体X的受体在沙门氏菌的运动鞭毛上；ssDNA噬菌体f1、M13 和ssRNA噬菌体R17、S2、等的受体在大肠杆菌F+、HFR菌株的性纤毛上。,大部分动物病毒的细胞受体单位是镶嵌在细胞膜的脂质双分子层中的糖蛋白。动物病毒的细胞受体不仅与病毒吸附和侵入有关，而且还有重要的细胞生物学功能，如狂犬病毒的受体是乙酰胆碱受体；HIV的受体是CD4抗原；呼肠孤病毒3型的受体为肾上腺素受体。,动物病毒的受体单位,2.细胞受体位点概念:是指由一个或几个受体单位组成，并能有效地结合一个病毒粒子的细胞表面结构称为细胞受体位点。由于病毒细胞受体位点往往是由几个受体单位构成，因而受体位点的结合特性是多价的，并且对病毒粒子的结合力远远大于细胞受体单位。,(1)受体位点是通过受体单位与病毒吸附蛋白分子相互作用，并由受体单位聚集形成的。这是因为病毒粒子表面有许多相同的吸附蛋白分子，它们都能够识别和结合细胞受体分子。(2)由于受体位点与吸附蛋白的结合是多价的，牢固的，因而病毒粒子在细胞受体位点上的结合是不可逆的。,病毒的细胞受体具有种系和组织特异性，一些不同种系动物的细胞可能存在不同的病毒受体，病毒受体的种系决定了病毒的宿主谱，如多瘤病毒受体存在于小鼠细胞上，故多瘤病毒只能感染小鼠。,动物的不同组织细胞上可能存在不同的病毒受体，从而决定了病毒的组织细胞嗜亲性。如HIV可感染具有CD4抗原的T辅助性淋巴细胞、单核巨噬细胞，而不能感染无CD4抗原的其他细胞。,Rossmann提出了峡谷假说，认为病毒吸附蛋白的受体结合区域是一个凹形的口袋或峡谷，而细胞受体正好与这个峡谷区相匹配，类似锁与钥匙的关系。在病毒吸附蛋白与细胞受体结合过程中存在有氢键、离子间静电引力、范德华力等的作用。,三.病毒吸附蛋白与细胞受体结合的机制,1.可逆性吸附病毒粒子对细胞受体的最初吸附是可逆性的，这种吸附主要是由病毒粒子与细胞表面的静电引力引起的，并未产生病毒吸附蛋白和细胞受体之间的化学键结合，因此这种吸附易受环境中的PH影响，是不稳定的、可逆的。,特点：是一种非特异性的吸附与细胞和病毒的浓度成正比与溶液中的Ca2+、Mg2+和Na+等离子有关单纯的稀释或冲洗以及应用抗病毒血清或高浓度的盐类和一定的pH环境都可使病毒重新解脱。解脱的病毒具备感染性。,2.不可逆性吸附病毒吸附的第二阶段属于不可逆性吸附，其实质是病毒的吸附蛋白和细胞表面受体之间发生了牢固的化学键反应，同时伴随有病毒粒子结构上的显著变化。因此病毒粒子一旦形成不可逆性吸附，就不能从细胞的表面洗脱下来，这一阶段具有特异性、不可逆性。,特点:是特异性的吸附通过外力作用使病毒解吸，病毒不再具备感染性细胞表面的特定受体决定了细胞对病毒的易感性不同病毒完成吸附所需时间不一样，但大多数病毒可以在1h之内完成吸附过程并非所有的病毒都有这2个阶段,病毒对细胞的吸附一般可在几分钟至几十分钟内完成，如西方型马脑炎病毒感染鸡胚成纤维细胞，其30分钟的吸附率达到了85%；狂犬病毒感染BHK-21细胞，也可在30分钟内完成吸附。因此在病毒感染实验中，通常病毒只作用于细胞30-60 分钟，便可以达到吸附的目的。,3.影响病毒吸附的环境因素病毒吸附过程除了受病毒的吸附蛋白和特异性的细胞受体带电荷状态和分子结构影响外，还受许多环境因素影响：,1）温度：一般在0-37范围内温度越高，病毒吸附效率也越高，主要是由两个方面的因素引起：A.温度越高，病毒吸附蛋白与细胞受体之间的碰撞次数愈多，病毒粒子在细胞表面吸附的机会也越大；,B.温度越高，细胞膜中脂质分子的运动越快，其中蛋白质分子的迁移也更加频繁，结果是整个膜的流动性大大增加，这样受体分子更容易向一个区域聚集形成所谓的受体区或受体位点，从而与病毒粒子产生多价结合。,2）离子:细胞受体蛋白和病毒吸附蛋白均趋于带负电荷，因此它们通常是互折的，只有一定的阳离子环境下，病毒粒子才能形成对细胞的吸附，例如一价阳离子Na+、K+、可使脊髓灰质炎病毒、腺病毒、流感病毒产生最大量的吸附，二价阳离子Ca2+、Mg2+则能促进噬菌体吸附。,3）PH值：PH值的高低也会影响病毒的吸附，是由于PH的高低能够病毒粒子和细胞表面基团电荷的改变。,4）其他因素：某些糖基分子可以与细胞受体相互作用，从而对病毒产生竞争性结合抑制；脂质分子与病毒粒子相互作用可以遮蔽病毒吸附蛋白与细胞受体结合，因而使病毒感染难以发生。,第二节病毒的侵入,侵入是感染的第二阶段。所谓病毒侵入是指病毒通过不同方式进入宿主细胞的过程。有4种不同的方式：注射式、细胞内吞、膜融合以及其他特殊的侵入方式。,一.注射式侵入一般为有尾噬菌体的侵入方式。当有尾噬菌体侵入时，它往往通过其尾部收缩将衣壳内的DNA基因注入宿主细胞内，T偶数噬菌体如T2、T4就是以这种方式进入细胞的。,二.细胞内吞细胞内吞:是一种较为常见的动物病毒的侵入方式，是细胞膜先将病毒粒子包裹，再经膜内陷形成吞噬泡，从而使病毒粒子进入细胞质中，又称为病毒入胞。流感病毒、痘病毒、腺病毒等病毒，都能以这种方式侵入细胞。,许多有包膜病毒和无包膜动物病毒都可以借助此方式侵入宿主细胞。病毒经细胞内吞作用进入细胞后，其含有病毒粒子的吞噬泡可以移向合适的细胞器，并与细胞器如溶酶体的膜相融合而释放出病毒粒子，再进一步脱壳释放出病毒核酸基因组。,形成的吞噬泡有几种不同的命运：（1）吞噬泡依然存在细胞质中，不与溶酶体结合，这样病毒的侵染活性就被吞噬泡所遮蔽；（2）吞噬泡与溶酶体结合，病毒粒子进入溶酶体和被彻底酶解；,（3）病毒粒子在吞噬泡与溶酶体结合前，以某种机制逸出吞噬泡；（4）病毒粒子由于吞噬泡与溶酶体结合，其衣壳被消化释放出病毒基因组进入细胞质中；,（5）吞噬泡移到病毒脱壳的部位（胞质或胞核），然后病毒粒子从中逸出再行脱壳；（6）吞噬泡移到细胞膜附近，经与细胞膜融合而将病毒粒子重新释放到细胞外。通常病毒粒子的具体命运可能是由病毒本身的特性和受体的特性决定的。,三.膜融合是指病毒包膜与细胞膜的融合过程。主要出现在有包膜病毒的侵入过程中，借助病毒包膜和细胞膜脂质分子的相互作用，以及某些蛋白因子的参与，使得病毒包膜和细胞膜发生融合，形成融合泡，继而病毒侵入细胞。,在膜融合过程中，病毒包膜和细胞膜都会发生一定的变化，如细胞膜的流动性改变；在病毒包膜糖蛋白的影响下，细胞膜上一些蛋白分子产生聚集，主要是病毒受体迁移形成受体位点或受体区；细胞膜上的脂质分子重排以及病毒包膜和细胞膜脂质分子发生交换。,四.直接侵入病毒直接侵入的方式大致可分为三种类型：（1）部分病毒粒子可直接侵入宿主细胞，如脊髓灰质炎病毒、腺病毒，并不采取细胞内吞或膜融合的方式侵入，而是直接进入宿主细胞，其机理仍不明了。,（2）许多无包膜病毒通过吸附蛋白与细胞受体结合后，其宿主细胞膜的流动性可引起病毒衣壳蛋白的重排和构型变化，加之细胞膜上可能存在的水解酶的作用，从而导致病毒粒子释放核酸进入细胞质中，结果病毒衣壳仍然留在细胞膜外。这一过程实际上是将病毒侵入和脱壳融为一体。,（3）其他特殊方式。植物病毒迄今未发现有特异性细胞受体，它们通过存在于植物细胞壁上的小伤口或天然存在的外壁孔侵入细胞，也可通过植物细胞之间的胞间连丝而侵入细胞，或者通过昆虫的口器侵入细胞。许多病毒并非仅有一种侵入方式，而是几种可能的侵入方式并存，如流感病毒和痘病毒，即能以细胞内吞的方式，也能以膜融合的方式侵入细胞。,第三节 病毒的脱壳,病毒脱壳是指病毒感染性核酸从衣壳内释放出来的过程。有包膜病毒脱壳和无包膜病脱壳的方式随不同病毒而异。病毒脱壳后，其裸露的核酸通常对核酸酶是敏感的。,腺病毒、乳头瘤病毒、多瘤病毒、逆转录病毒脱壳后，其核酸并不完全裸露，而是与一些特异的病毒蛋白或细胞蛋白连接在一起，以抵抗核酸酶的降解作用，如小RNA病毒脱壳后，其RNA基因组5端共价连接有病毒蛋白VPg。,(1)有些无包膜病毒如小RNA病毒、有尾噬菌体等可以直接在细胞膜或细胞壁表面进行脱壳。例如小RNA病毒的吸附蛋白与细胞受体结合后，随即引起其病毒粒子发生结构改变和衣壳膨胀，病毒衣壳与细胞膜相互作用构成膜通道，并由这一通道释放病毒RNA到细胞质中，因此小RNA病毒的脱壳与侵入是同步进行的。,(2)也有一些无包膜病毒的脱壳不是一步完成的，如呼肠孤病毒粒子具有双层衣壳，当病毒经细胞内吞作用进入细胞后，首先被溶酶体中的酶水解脱掉外衣壳，形成中间次病毒颗粒（ISVP），然后ISVP进一步脱壳生成病毒核心。,(3)腺病毒的侵入和脱壳过程也不是一次完成的，其病毒粒子通过细胞内吞方式进入内吞泡或内体后，起初腺病毒粒子在内吞泡或内体性溶酶体中脱去五邻体纤维蛋白、五邻体周围蛋白和五邻体基底蛋白，,一旦这些病毒蛋白从腺病毒粒子上脱去后，病毒粒子的结构便会发生改变，即由二十面体变为球形颗粒，接着病毒粒子由内吞泡或内体性溶酶体进入细胞质中，并且在细胞质中进一步脱去六邻体相关蛋白，最后六邻体相关蛋白与病毒核心分离。,(4)有包膜病毒以膜融合方式侵入细胞质后，只剩下核衣壳。核衣壳被移至脱壳部位，并在细胞蛋白酶的作用下进一步脱去衣壳。若有包膜病毒以细胞内吞方式侵入细胞，其吞噬泡内的病毒粒子首先可以经过吞噬泡与溶酶体融合而进入溶酶体内，然后在溶酶体酶的消化作用下脱去核衣壳。,(5)一些在细胞核内复制的有包膜DNA病毒如疱疹病毒的核衣壳需要先进入细胞核内，再进一步在细胞酶的作用下脱去衣壳。在有包膜病毒中，痘病毒的脱壳过程较为复杂，整个脱壳过程包括两个阶段：,第一阶段:是痘病毒包膜首先经过膜融合脱掉包膜和某些蛋白质，使其核心裸露，然后病毒核心通过吞噬泡转运到细胞质，再由吞噬泡破裂，释放病毒核心进入细胞质内，这一过程受细胞控制；,第二阶段:是病毒核心在病毒特异的DNA依赖性RNA聚合酶的作用下，从痘病毒基因组DNA上转录约25%的病毒早期基因，并由其早期MRNA在细胞质中进一步翻译合成脱壳酶在内的早期蛋白，然后在脱壳酶的作用下，引起病毒核心进一步脱壳，最终病毒DNA释放到细胞质中。,