第三节病毒的基本特性

病毒是一类个体微小，结构简单，仅具有一种类型的核酸（DNA或RNA），严格的活细胞内寄生的非细胞型的微生物。病毒性疾病发病率高，传染性强，危害严重。病毒在医学微生物中占有十分重要的地位。在微生物引起的疾病中，由病毒引起的约占75%。常见的病毒性疾病有肝炎、流行性感冒、腹泻、艾滋病等，不仅传染性强、流行广泛，而且很少有特效药物。除急性传染病外，病毒还可引起持续性感染，有的病毒还与肿瘤及自身免疫病的发生密切相关，因此病毒已成为多学科关注的热点。

一、病毒的形态与结构

 1．病毒的大小与形态

病毒个体微小，测量病毒大小的单位是纳米（nm）。大型病毒约200nm～300nm，如痘类病毒,在光学显微镜下勉强可见；中型病毒约80nm～150nm，如流感病毒；小型病毒仅20nm～30nm，如脊髓灰质炎病毒。绝大多数病毒小于150nm，必须用电子显微镜放大数千倍或数万倍才能看到。

具有完整形态结构和成熟有感染性的病毒颗粒称病毒体。病毒体形态大致分五类：球状（如脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒及腺病毒等）、丝状（如烟草花叶病病毒、新分离的流感病毒）、弹状(如狂犬病病毒)、砖状(如痘病毒)和蝌蚪状（如噬菌体）（图7-31）。大多数病毒呈球形或近球形。（图7-32）

 

  图7- 31常见病毒形态、大小、结构模式图

 

 

图7-32 细菌与病毒大小的比较

 

 

 2．病毒的结构与化学组成

病毒的基本结构包括核心和衣壳，二者共同构成核衣壳。有些病毒在衣壳外尚有包膜或衣壳外镶有突出物等（图7-33）。

 

图7-33 病毒体结构示意图

 

（1）核心  位于病毒体的中心，由单一类型的核酸（DNA或RNA）构成，少数病毒还含有少量病毒非结构蛋白。含DNA的称为DNA病毒，含RNA的称为RNA病毒。

病毒核酸基因组小，最大的痘病毒含有数百个基因，最小的微小病毒仅有3～4个基因。根据核酸构型及极性可分为双股、单股、环状、线状、分节段以及正链、负链等不同类型，对进一步阐明病毒的复制机理和病毒分类有重要意义

病毒核酸是病毒的遗传物质，是病毒的感染、增殖、遗传、变异等生命活动的物质基础。

（2）衣壳  是紧密包绕在核酸的外面的一层蛋白质外衣。衣壳是由一定数量的壳粒按一定规律集结而成，壳粒是由一至数条多肽组成。

 蛋白质衣壳的功能是：1）保护内部核酸免遭外界因素的破坏；2）具抗原性，可刺激机体产生免疫应答；3）参与感染过程 病毒衣壳表面蛋白与细胞表面相应受体结合，介导病毒核酸进入宿主细胞，引起感染。

（3）包膜 某些病毒在核衣壳外包绕着一层含脂蛋白的外膜，称为包膜。包膜含有双层脂质、多糖和蛋白质，其中蛋白质具有病毒特异性，常与多糖构成糖蛋白亚单位，嵌合在脂质层，表面呈棘状突起，称为刺突，常能选择性地与宿主细胞受体结合，促使病毒包膜与宿主细胞膜融合，感染性核衣壳进入胞内而导致感染。有包膜病毒对脂溶剂和其他有机溶剂敏感，失去包膜后便丧失了感染性。包膜中的脂类物质还与病毒感染导致机体中毒症状有关。

二、病毒的遗传与变异

对病毒遗传与变异的研究经历了两个阶段，即传统的遗传学和分子遗传学阶段。由于病毒基因组较简单，其基因数在3～10个之间，每种病毒只有一种DNA或RNA，增殖速度极快，因此最早即用病毒作为研究分子遗传学的工具。

1.  传统的遗传

病毒传统遗传学的研究主要是用不同表型的病毒变异株之间遗传物质的交换来分析各种病毒基因所编码的生物学功能。常用的病毒为腺病毒、流感病毒和辛德毕斯病毒等。采用的突变株是从自然界分离，或是用紫外线、亚硝酸等理化因子诱发而获得的变异株。

2.  分子遗传学

20世纪70年代末开始了用分子遗传学及克隆技术研究病毒的基因，从而将病毒遗传学推进到分子遗传学阶段。随后开展了对病毒基因组的全面研究，即对病毒的全长基因组分别作克隆与核苷酸测序。我国学者已完成对天坛株痘苗病毒 (约0.2Mb) 的全基因测序，结果发现与国外痘苗毒株有明显的差异。此外，还完成了我国甲、乙、丙、戊、庚型肝炎病毒株的全基因测序。核苷酸序列分析仅从结构上了解了病毒基因组，因此还需从病毒基因组的开放读框推导其中编码蛋白的基因，并分别将基因克隆入表达载体，获纯化蛋白后进行功能研究。由此，可更直接、快速地研究表达基因的结构与功能。应用基因点突变、基因片段缺失、基因片段互换等技术，可更精确地了解基因片段，甚至是单一核苷酸的改变的意义。此外，通过对自然界分离的各种病毒科、属、株的一些基因片段的分析和比较，可以了解基因变异的生物学意义。对病毒基因结构与功能的分子生物学研究，已从理论及应用上促进了病毒学的发展。

三、病毒的感染与免疫

1.  病毒的感染方式

（1）水平传播 大多数病毒是经呼吸道、消化道、泌尿生殖道等途径进入人体，这种病毒在不同个体间传播方式称为水平传播。水平传播也包括以媒介动物为中间环节的传播方式，如经昆虫叮咬或动物咬伤途径。

（2）垂直传播 指病毒从母亲经胎盘、产道感染胎儿或新生儿。垂直传播是病毒感染的特点之一，往往导致胎儿发育异常，造成严重后果。

2．病毒的致病机制

病毒在易感细胞中增殖，可以通过干扰细胞的正常代谢、病毒蛋白对宿主细胞的毒性损伤、破坏细胞正常结构、通过病毒基因表达或改变细胞基因的表达的方式导致细胞转化或细胞凋亡等途径直接损伤细胞，还可以通过病毒抗原或病毒感染导致机体自身抗原的表达诱发免疫病理反应，有些病毒（如人类免疫缺陷病毒）还可直接侵犯免疫细胞或免疫器官，使机体产生免疫功能紊乱和病理损伤。

3．病毒感染的类型

病毒感染因病毒种类、毒力和机体免疫力等不同而呈现多种类型：

（1）隐性感染  机体感染后不出现临床症状，但可刺激机体产生免疫反应，获得免疫力。

（2）急性感染  绝大多数病毒感染后临床症状明显，但病程短，病愈后病原体被清除。如流感、甲型肝炎、麻疹等。

（3）持续性感染  病程较长，病毒持续存在于体内。包括三种类型：1）慢性感染 病毒处于持续的增殖状态，机体长期排毒，病程长，症状长期迁延。如慢性乙型肝炎；2）潜伏感染 病毒潜伏于于细胞中，无症状期查不到完整病毒，当机体免疫功能低下时病毒基因活化并复制完整病毒，发生一次或多次复发感染。如单纯疱疹病毒感染导致的唇疱疹等；3）慢发病毒感染 其特点是潜伏期很长，通常在数月或数年，而后出现慢性进行性加重临床症状，直至死亡。如麻疹病毒急性感染后，经若干年后出现亚急性硬化性全脑炎(SSPE)。

4．机体抗病毒免疫

病毒是严格细胞内寄生的微生物，机体抗病毒免疫除具有抗菌免疫的共性外，也具有其特殊性。病毒感染后，机体可产生获得性非特异性免疫和特异性免疫。

（1）干扰素（interferon, IFN） IFN是病毒或其它干扰素诱生剂刺激人或动物细胞所产生的一组蛋白质，具有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等多种生物学活性。

干扰素与细胞表面的受体结合，诱导细胞合成抗病毒蛋白, 通过降解病毒mRNA和抑制病毒蛋白质合成等途径使病毒复制终止（图7-34）。干扰素抗病毒作用具有广谱性，一种病毒诱生的干扰素对其它病毒也有效，并且干扰素发挥作用迅速，合成后很快就释放到细胞外，扩散至邻近细胞而发挥抗病毒作用。在感染的初试阶段体液免疫和细胞免疫发生作用之前，干扰素发挥重要作用。

 

 

图7-34干扰素抗病毒作用

 

                        

（2） 体液免疫  病毒外表的衣壳或包膜蛋白抗原可刺激机体产生中和抗体，主要是血液中的IgM、IgG和粘膜表面sIgA。中和抗体与活病毒结合，可中和病毒的感染性，同时还能调理巨噬细胞对病毒的吞噬作用。病毒颗粒内部抗原和病毒表面非中和抗原所诱生的抗体，不能中和病毒的感染性，但也可通过调理作用增强巨噬细胞对病毒的吞噬作用。检测中和抗体和非中和抗体均可协助诊断某些病毒性疾病。

（3） 细胞免疫  感染细胞内病毒的清除，主要依赖于细胞免疫。特异性细胞免疫效应方式主要包括两方面：1）特异性T细胞（CTL）识别病毒感染的靶细胞，通过细胞裂解和细胞凋亡两种机制，直接杀伤靶细胞；2）活化的Th1细胞释放IFN-γ、TFN等细胞因子，激活巨噬细胞和NK细胞，诱发炎症反应等途径发挥抗病毒作用。