病毒进入宿主细胞的方式

第二节　病毒的增殖

一、病毒的增殖方式

病毒缺乏增殖所需要的酶系统和细胞器，只能在易感的活细胞内，借助宿主细胞提供的原料、能量和场所，以复制的方式增殖。

二、病毒的复制周期

从病毒进入易感活细胞开始，经过基因组复制，形成子代病毒并释放到细胞外的过程，称为一个复制周期。可人为地将其分为吸附、穿入、脱壳、生物合成、组装、成熟与释放等步骤，各个阶段发生的改变及周期的长短随病毒种类而异（图10-4）。

图10-4　病毒复制周期示意图

1.吸附

吸附是病毒感染的第一步，一般在几分钟至几十分钟内完成。病毒需先吸附在宿主细胞上才能进入宿主细胞进行增殖。吸附具有组织特异性，决定了病毒侵入的细胞类型。例如：脊髓灰质炎病毒主要侵犯神经细胞，是因为脊髓灰质炎病毒的衣壳蛋白与神经细胞表面的蛋白受体结合；HIV选择性地侵犯CD4＋T淋巴细胞，是因为细胞表面的CD4分子是HIV的蛋白成分gp120的主要受体。

2.穿入

病毒吸附在易感宿主细胞表面后，病毒的基因组可以不同方式进入细胞内，这个过程称为穿入。病毒穿入细胞膜的方式有如下三种。①吞饮：裸露病毒多以此种方式进入易感细胞内，即细胞膜内陷将病毒包裹其中，形成类似吞噬泡的结构使病毒原封不动地进入细胞质。②融合：包膜病毒多以此种方式进入易感细胞内，即病毒包膜与宿主细胞膜融合，将病毒的核衣壳释放至细胞内。③转位：有的病毒体表面位点与细胞受体结合后，由细胞表面的酶类协助病毒脱去衣壳，使病毒核酸直接进入胞质，这种方式很少见，如噬菌体。

3.脱壳

病毒脱去蛋白质衣壳的过程称为脱壳。进入胞质内的核衣壳脱去衣壳后，病毒核酸暴露出来才能发挥作用。无包膜病毒衣壳并不进入细胞内。包膜病毒核衣壳进入胞浆后，在宿主细胞溶酶体酶的作用下，裂解衣壳释放出核酸。

4.生物合成

生物合成是指病毒基因组从衣壳中释放后，利用宿主细胞提供的低分子物质大量合成病毒核酸和蛋白质的过程。用血清学方法和电镜检查在细胞内找不到病毒颗粒，故称其为隐蔽期。各种病毒该期的时间长短不一，如脊髓灰质炎病毒为3～4h，腺病毒为16～17h。

在生物合成阶段，根据病毒基因组转录mRNA及转译蛋白质的不同，病毒生物合成过程可归纳为六大类型，即双链DNA病毒、单链DNA病毒、单正链RNA病毒、单负链RNA病毒、双链RNA病毒和逆转录病毒。指导病毒成分合成的程序包括三个重复的过程：①病毒mRNA的转录；②病毒复制子代病毒核酸；③特异性mRNA转译子代病毒结构蛋白和功能蛋白。详细过程在各有关章节中叙述。

5.组装、成熟与释放

子代病毒核酸和蛋白质合成后，在宿主细胞中组装形成新的成熟病毒体，并转移至胞外的过程，称为组装、成熟与释放。有包膜病毒还需在核衣壳外加一层包膜。包膜中的蛋白质是由病毒基因编码合成的，脂质及糖类都来自宿主细胞的细胞质膜。个别病毒（如疱疹病毒）则来自细胞核膜。

成熟病毒从宿主细胞游离出来的过程称为释放。病毒的释放方式主要有如下几种。①破胞释放：裸露病毒和RNA病毒都以这种方式释放，即病毒装配完成后，宿主细胞破裂而把病毒全部释放到周围环境中。②芽生释放：有包膜的病毒，在装配完成后，以出芽方式释放到细胞外。宿主细胞通常不死亡，仍可分裂增殖。③其他方式：有些病毒（如巨细胞病毒）很少释放到细胞外，而是通过细胞间桥或细胞融合，在细胞之间传播；另有些致癌病毒的基因组与宿主细胞染色体整合，随细胞分裂而出现在子代细胞中。

病毒感染细胞后可表现出不同的过程和结局：①病毒在细胞内增殖形成完整的传染性颗粒；②病毒进入细胞后，其部分基因整合入细胞染色体内，不产生子代病毒颗粒；③病毒进入细胞后不增殖，形成有缺陷的病毒颗粒，即缺陷病毒。

三、病毒的异常增殖与干扰现象

（一）病毒的异常增殖

1.顿挫感染（abortive infection）

当病毒感染的宿主细胞缺乏病毒复制所需的酶、能量及必要的成分时，病毒不能合成自身成分，或虽能合成部分或全部成分，却不能组装和释放出有感染性的病毒体，称为顿挫感染。构成顿挫感染的细胞称为非容纳细胞。例如，人腺病毒感染人胚肾细胞能正常增殖，若感染猴肾细胞则发生顿挫感染。猴肾细胞对人腺病毒而言，被称为非容纳细胞，在非容纳细胞内，病毒可以存在，但不能完成正常的增殖周期。如果条件改变，病毒可以经非容纳细胞介导而进入容纳细胞出现完整病毒的增殖。

2.缺陷病毒（defective virus）

一些病毒的基因组不完整或者某一基因位点改变，不能进行正常增殖，复制不出完整的有感染性病毒颗粒，此病毒即为缺陷病毒。缺陷病毒本身不能复制，但当与另一种病毒共同培养时，若后者能为前者提供所缺乏的物质，则能使缺陷病毒完成正常的增殖，这种具有辅助作用的病毒称为辅助病毒（helper virus）。如丁型肝炎病毒必须在乙型肝炎病毒或其他嗜肝DNA病毒的辅助下才能进行增殖。

（二）干扰现象（interference）

两种病毒同时或先后感染同一宿主细胞时，可发生一种病毒抑制另一种病毒增殖的现象，称为病毒的干扰现象。干扰现象不仅在活病毒间发生，灭活病毒也能干扰活病毒。常常是先进入的干扰后进入的，死的干扰活的，缺陷病毒干扰完整病毒。病毒间发生干扰的原因可能是：①与病毒诱导宿主细胞产生的干扰素（IFN）有关；②病毒的吸附受到干扰或改变了宿主细胞代谢途径；③缺陷病毒所引起的干扰。

病毒之间的干扰现象能够阻止、中断发病，也可以使感染终止，导致宿主康复。构成机体非特异性免疫的一部分。对疫苗的应用方面有重要意义，用干扰现象可指导疫苗的合理使用，避免由于干扰而影响疫苗的免疫效果。

四、病毒的变异

（一）病毒的变异

大多数病毒具有明显的遗传稳定性，但一些病毒在自然条件或人工条件下，也可发生诸如抗原性变异、毒力变异、耐药性变异、温度敏感性变异等方面的变异。病毒遗传与变异机制的明晰对于阐明某些病毒性疾病的发病机制、病毒疫苗的制备和病毒性疾病的防治具有重要意义。

1.抗原性变异

病毒抗原免疫原性的改变可帮助病毒逃避免疫系统的监视，造成病毒在人群间的流行。此外，抗原性变异也可影响抗原或抗体的检出，影响病毒性疾病的诊断。

2.毒力变异

某些病毒在传代过程中其致病性可由弱变强，也可能由强毒株变为弱毒株或无毒株，如从自然感染动物新分离出的狂犬病病毒（野毒株），对人和犬致病力强，但若将此毒株连续在家兔内传代50代后，其致病力减弱，可用于狂犬病疫苗的制备。

（二）病毒变异的机制

1.基因突变

基因突变是由病毒基因组中核苷酸发生碱基置换、缺失或插入引起的。病毒在增殖过程中常发生自发突变，当用理化因素（如温度、紫外线、亚硝基胍、氟尿嘧啶等）处理病毒时，可诱发病毒的基因突变。

2.基因重组

两种或两种以上的病毒感染同一宿主细胞时，有时会发生基因的交换，产生具有两个亲代病毒特征的子代病毒，并能继续增殖，称为基因重组（gene recombination）。其子代病毒称为重组体。基因分节段的病毒（如流感病毒、轮状病毒等）发生基因重组的频率明显高于不分节段的病毒。

五、理化因素对病毒的影响

病毒受理化因素作用后失去传染性，称为灭活（inactivation）。灭活的病毒仍可保留某些活性，如免疫原性、红细胞吸附、血凝及细胞融合等。了解理化因素对病毒的影响，对消毒、防治病毒感染、制备疫苗等均有指导意义。

（一）物理因素的影响

1.温度

大多数病毒耐寒不耐热，0℃以下存活良好，在干冰温度（-70℃）和液氮中（-196℃）可保存数月至数年。多数病毒加热56℃30min或100℃数秒钟即可被灭活。但乙型肝炎病毒则需要100℃10min才能灭活。

2.pH值

多数病毒在pH值为5.0～9.0的范围内比较稳定，在pH值为5.0以下或pH值为9.0以上迅速灭活，但也因病毒种类而异。在pH值为3.0～5.0时肠道病毒稳定，而鼻病毒则很快被灭活。因此，耐酸试验可鉴别这两种病毒。

3.射线和紫外线

X射线、γ射线或紫外线均可使病毒灭活。但有些病毒（如脊髓灰质炎病毒）经紫外线灭活后，若再用可见光照射可发生光复活，故不宜使用紫外线消毒法来制备灭活疫苗。

（二）化学因素的影响

1.脂溶剂

病毒的包膜含有丰富的脂类，对脂溶剂敏感，易被乙醚、氯仿、丙酮、阴离子去垢剂等溶解。但脂溶剂对无包膜病毒几乎无作用。在脂溶剂中，乙醚对病毒包膜破坏作用最大，所以乙醚灭活试验可鉴别有包膜病毒和无包膜病毒。

2.醛类及酚类

甲醛可灭活病毒并保留其免疫原性，故常用于制备病毒灭活疫苗。酚及其衍生物可使病毒的蛋白质发生变性而灭活病毒，如1%～5%苯酚可灭活多种病毒。

3.氧化剂、卤素及其化合物

70%乙醇能灭活大多数病毒；次氯酸盐、过氧乙酸等对肝炎病毒等有较好的消毒作用。

4.抗生素与中草药

现有抗生素对病毒无抑制作用，但可抑制某些待检标本中的细菌，有利于分离病毒。某些中草药（如大青叶、板蓝根、大黄及七叶一枝花等）对某些病毒有一定的抑制作用。病毒对丙三醇（甘油）的抵抗力较强，常用50%的甘油盐水保存和运送病毒标本。