第二节 病毒与细胞的相互作用
病毒的种类千差万别，而宿主细胞的种类也多达200多种，病毒与宿主细胞之间作用的表现形式各异。病毒的基因往往能诱导、模拟或封闭宿主细胞的功能。反之，宿主细胞具有的防御功能也能封闭病毒的功能。双方的相互作用往往达成动态的平衡，或使机体发生疾病。近年来由于器官移植等技术的发展，研究细胞与病毒的相互作用又回到动物的整体水平，并有所发现，但是，研究最多、最深入的还是以细胞培养为基础的病毒所致的细胞、亚细胞及分子水平的变化。
一、病毒与细胞相互作用的类型
病毒感染可分为杀细胞及非杀细胞两大类。并非所有的病毒感染都是生产性的（productive），也就是说，并非所有的感染都能产生和释放子代病毒颗粒。宿主细胞感染病毒发生的变化可能是细胞死亡或细胞转化，也可能是病毒非生产性（nonproductive）感染，或称顿挫感染 （abortive infection）。某些种类的细胞是允许性的（permissive），可让病毒完成复制过程；而另一些则阻断了 病毒复制过程的某个环节，此类细胞称为非允许性的（nonpermissive）。病毒感染允讦性及非允许性细胞均可产生细胞的病理变化。
最重要的非生产性的病毒与细胞的相互作用是持续性感染或隐性感染。简言之，持续感染 （persistent infection）是指持续长时间的感染。广义的持续性感染还包括潜伏感染。在上述感染过程中不形成传染性的病毒颗粒，也可能是病毒的基因组被整合到宿主细胞DNA内，或以附体（episome）形式存在。潜伏感染的细胞在某些情况并不释放病毒颗粒在被激活的情况下则可变为生产性的。隐性或持续性感染也可能表现为转化，例如携带肿瘤基因的病毒感染的细胞。
二、病毒引起的杀细胞变化
某些病毒接种培养的单层细胞后，第一轮感染产生的子代病毒将蔓延感染邻近的细胞，最终感染所有细胞。感染导致的细胞损伤称之为细胞病变（cytopathic effect，CPE）。CPE可在光学显微镜下观察，是病毒学检测及研究的常规手段之一。不少病毒产生CPE的能力与其对动物的致病力正相关，因此通常用CPE作为指标，来判定病毒的毒力，即计算病毒的半数细胞感染量 （tissue culture infectious dose 50，TCID50）。
CPE的表现因病毒与细胞的种类而异，有多种形式，如细胞圆缩、肿大、形成合胞体或空泡等，简言之，可表现为细胞膜的变化或细胞骨架的变化。
1．涉及细胞膜的CPE 细胞膜与病毒复制的许多步骤如吸附、进入、组装及释放等有关，许多病毒能改变宿主细胞膜的通透性，以完成其复制。最突出的是，有囊膜的病毒出芽过程中能将其融合蛋白直接插入宿主细胞膜，结果导致膜融合以及合胞体形成。
细胞膜融合以及合胞体形成是慢病毒、副黏病毒、麻疹病毒、肺病毒、某些疱疹病毒等感染的特性。合胞体（syncytia）是病毒感染后导致感染细胞及相邻细胞细胞膜融合的产物，表现为若干细胞的相邻细胞膜消失，成为多核的巨细胞。不仅在培养的单层细胞，在感染动物的组织中，也可见合胞体。例如亨得拉病毒（Hendravirus）可致枯否氏上皮细胞合胞体。融合形成的融合桥可允许病毒亚单位如核衣壳、核酸等通过，以逃逸宿主的防御系统。细胞膜融合由病毒融合蛋白或其他表面蛋白介导，例如流感病毒的血凝素、新城疫病毒的F蛋白等。
2．涉及细胞骨架的CPE 细胞骨架由微丝（如actin）、中介丝（如vimentin）及微管（如tubulin）组成，与细胞结构的完整性、物质运输及运动性等有关。犬瘟热病毒、水泡性口炎病毒、痘苗病毒及疱疹病毒等能引致含actin的微丝解聚；而肠病毒则能损坏微管，从而造成严重的细胞损伤，导致细胞崩解。
3．病毒引致的细胞凋亡与坏死 长期以来，以为病毒引致的细胞死亡就是坏死（necrosis），其实并非如此。近年来发现，更多的细胞死亡则是因病毒感染引起了细胞“自杀”的机制所致，亦即程序性死亡，或称凋亡（apoptosis）。凋亡与坏死的细胞有不同的形态变化，凋亡细胞的染色质浓缩、边缘化，内源性核酸内切酶被激活，将细胞DNA降解成180-200bp的片段，在琼脂糖凝胶电泳时可见特征性的电泳条带，称之为“梯带”（1ader）。坏死的细胞没有内切酶激活所致的变化。
病毒引致细胞凋亡的机制有两种，一是病毒产生的特异的蛋白（凋亡蛋白）直接作用于细胞，例如腺病毒、甲病毒、圆环病毒科的鸡贫血病毒。另一种情况则是通过病毒对细胞的间接作用所致。除引致凋亡之外，另一方面，某些病毒具有抗凋亡功能，拥有一个或多个抗凋亡基因或其产物，以延长细胞的生命，直至完成其子代病毒的复制周期。
凋亡是宿主细胞的重要防御机制。细胞坏死总是在病毒复制完成之后发生，像微RNA病毒，通过坏死使细胞崩解以释放其子代病毒。但是细胞如在子代病毒产出之前通过凋亡自行死亡，则可及早清除感染病毒的细胞，至少能延缓病毒在体内的蔓延。
三、空 斑 形 成
Dubbecco于1952年建立了空斑试验（plaque assay），其方法是将10倍梯度稀释的病毒样本接种吸附于单层细胞，而后在细胞上覆盖一层含营养液的琼脂，以防止游离的病毒通过营养液扩散，但病毒可在细胞间传递。经过一段时间培养，进行染色，原先感染病毒的细胞及病毒扩散的周围细胞会形成一个近似圆形的斑点，类似固体培养基上的菌落形态，称为空斑或蚀斑 （plaque）。空斑是细胞病变的一种特殊表现形式。一个空斑可能由一个以上病毒颗粒感染所致，因此可将获得的单个空斑制作悬液，梯度稀释后再作空斑，最终可获得只含一个病毒颗粒及其子代的空斑，这就是病毒克隆。借助空斑技术不仅可纯化病毒，还可对病毒定量，定量单位称为空斑形成单位（plaque-forming unit，PFU）。通过PFU的计数及PFU减数试验，可滴定血清的效价、测定干扰素的活性等。许多动物病毒如疱疹病毒、披膜病毒、微RNA病毒及水泡性口炎病毒均可通过此法作定量分析。
四、包 涵 体
包涵体（inclusion body或inclusion）是某些病毒感染细胞产生的特征性的形态变化，可通过固定染色而后在光学显微镜下检测。包涵体可在细胞核内或胞浆内，可单个或多个，有的较大有的较小，或圆形或无规律形态，可嗜酸（伊红染成粉红色）或嗜碱（苏木精染成蓝色），因病毒的种类而异。
痘病毒、呼肠病毒、副黏病毒及狂犬病毒产生胞浆内包涵体，疱疹病毒、腺病毒及细小病毒产生核内包涵体。但是犬瘟热病毒、猪细胞巨化病毒等在同一细胞可产生核内及胞浆内两种包涵体。
包涵体的性质并不相同。有的是病毒成分的蓄积，如狂犬病毒产生的Negri氏体，是堆积的核衣壳。有的则是病毒合成的场所，如痘病毒的病毒胞浆（viroplasm），或称病毒工厂（viral factory）。有的包涵体由大量晶格样排列的病毒颗粒组成，如腺病毒、呼肠病毒的包涵体。有一些包涵体则是细胞退行性变化的产物，例如疱疹病毒感染所产生的“猫头鹰眼（owleyes）”，是感染细胞，经固定后位于中心的染色质浓缩形成一个圈，清晰可辨。
包埋体（occlusion body）：专指含有病毒颗粒的蛋白质结晶结构，是包涵体的一种特殊形式，见于病毒感染的昆虫、螨及甲壳动物的细胞，大小0.5-24mn。由病毒颗粒、结晶基质蛋白及可能含糖的外膜组成。以核多角体、质多角体、颗粒体及昆虫痘病毒等不同形式出现。包埋体对病毒有保护作用，当无脊椎宿主动物采食时，病毒从包埋体内释放。用pH>10的溶液处理包埋体，能在体外使病毒释放。
五、病毒引致的非杀细胞变化
非杀细胞病毒的感染通常引致持续感染，对细胞的新陈代谢并无大碍，但同时还生产并释放子代病毒颗粒。持续感染的细胞大多能继续生长并分裂。这种情况见于某些RNA病毒的感染，如瘟病毒、砂粒病毒、反录病毒，特别是某些副黏病毒。除少数例外，大多持续感染的细胞发生慢性渐进性变化，最终死亡。就宿主动物而言，由于机体迅速的新谢代谢，持续感染往往并不影响器官的功能，但像神经元这样的细胞例外，不能迅速替补修复，一旦因持续感染受损，就将影响正常功能。
六、病毒干扰现象与干扰素
一种病毒感染动物机体（或细胞）后能产生抑制他种病毒再感染的作用，这种现象称为病毒的干扰现象。干扰现象可发生于同一株病毒内缺损病毒对正常病毒的干扰，称为自身干扰；也可发生于同种病毒不同株之间，称为同种干扰；也发生于同属病毒不同种之间，称为同属干扰。同属干扰现象较常见。
干扰现象发生的原因，可能是干扰病毒先占据或损坏了易感细胞上能为被干扰病毒吸附的受体；或者在细胞内复制时，先占用了有关的细胞组成和代谢功能或复制部位，使被干扰病毒得不到利用。缺损病毒的干扰，是指复制不完整、无感染性的病毒，随着继代愈来愈多，妨碍完整病毒的复制，使正常病毒愈来愈少。
上述的几种干扰现象，都是病毒与病毒之间由病毒本身直接引起的。而最常见的干扰现象，则是在机体细胞感染病毒之后，由感染细胞产生干扰素 （interferon，IFN）的间接作用引起的。
几乎所有的细胞受病毒感染后都可被诱导合成分泌一种小分子的糖蛋白，这种蛋白具有干扰病毒复制的作用，称为干扰素。按产生细胞及性质不同，干扰素分为3型，由白细胞等产生的称为α干扰素（IFN-α）;由成纤维细胞等产生的称为 β干扰素（IFN-β；由T细胞、NK细胞产生的为γ干扰素（IFN-γ）。干扰素产生后可扩散到附近细胞，也可进入血流带至全身。当干扰素被吸收进入细胞后能诱导细胞产生另一种具有抑制病毒复制作用的蛋白质，称为抗病毒蛋白，阻止病毒mRNA的翻译，从而可抑制多种病毒（无论是DNA病毒或RNA病毒）在细胞内的复制。因此，干扰素对病毒的干扰具有广谱作用。但实验表明干扰素具有动物种属特异性，即一个动物细胞产生的于扰素在该种动物中才起广谱抗病毒作用。
干扰素对蛋白分解酶敏感，能为乙醚、氯仿等所灭活，在常温或在pH2-11环境下不变性。对机体或细胞无毒性，也无抗原性，故人们研制干扰素用于预防或治疗病毒性传染病，有一定的效果，但由于动物种属特异性强，故应用受到限制。
除病毒外，还有许多其他刺激物，如细菌、立克次体和原虫等的抽提物、真菌产物、植物血凝素以及人工合成的化学诱导剂，如多聚肌苷酸、多聚胞苷酸、梯洛龙等，也可刺激机体细胞产生干扰素。这些物质共称为干扰素诱导剂。
