艾滋病毒概述
艾滋病毒概述
喻 菡
中图分类号:R512.91 文献标识码:B 文章编号:1006-2483(2003)02-0043-02 自1981年美国正式报道艾滋病(AIDS)以后,人们就开始寻找这种给人类社会带来巨大灾难的疾病的病因。1983年5月法国巴斯顿研究所首先在5科学6杂志上报告了从一名患淋巴结肿大综合症患者的血清中分离出一种新的人类逆转录病毒,当时将这种病毒称为淋巴结病相关病毒。1984年美国科学家在Gallo.R.C5科学6杂志上发表了他们从艾滋病病人的活体组织中分离出一种称为人类T细胞白血病病毒Ó型的病毒。此后,世界各地不少学者陆续报道了从艾滋病病人的血液、精液和唾液中分离出此类病毒。人们对这些病毒核酸的一级结构进行了分析比较,结果表明这些病毒实际上是同一类病毒的不同变异体。尽管这种病毒极易发生变异,但在致病性上却是一致的。1985年4月,在美国召开的国际艾滋病专题会议上,科学家们一致认为,引起人类艾滋病的病原因子就是艾滋病毒。1986年国际病毒病命名委员会根据艾滋病毒主要感染人类免疫细胞,造成感染者免疫缺陷、免疫功能受损,将艾滋病毒统一命名为人免疫缺陷病毒(HumanImmunodeficiencyVirus),简称HIV。1 艾滋病毒的形态结构
HIV是人们新发现的一种逆转录病毒,属于慢病毒亚科。典型的病毒颗粒呈球形,直径100~120nm。病毒核心由单链RNA、逆转录酶和蛋白质组成。核心以外病毒蛋白质构成的外壳层呈圆锥形,称之为病毒衣壳,近似于球形。病毒衣壳的最外层有由脂质、蛋白质组成的外膜称为病毒包膜。在包膜上有刺状突起,像许多图钉钉在包膜上,刺突由几种糖蛋白构成,其中一种名为gp120的糖蛋白可以和CD4分子紧密结合。CD4分子存在于人体某些细胞表面,其中T4细胞表面含CD4分子最为丰富,因此T4细胞成为HIV感染的主要细胞。
目前已经发现艾滋病病毒有HIV-1、HIV-2和HIV-3三型。HIV-1型基因组全长9300个核苷酸,流行于全世界;HIV-2型基因组全长9700个核苷酸,主要在非洲流行,美国、欧洲、印度等地亦有报道;HIV-3是近年新发现的。前两者的核心蛋白有较强的交叉反应,但包膜蛋白有明显差别。HIV-1又可分为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J和O型,各型毒力有一定差异。我国目前HIV-1以B型和C型为主,最近在云南、广西发现了E型。
HIV对外界抵抗力较弱,离开人体后不易存活。对热敏感,60e以上可迅速被杀死。常用的10%漂白粉、2%戊三醛、4%福尔马林等均能很快杀死HIV病毒。
:,2 艾滋病毒基因组的结构与功能
艾滋病毒1型(HIV-1)的基因组长度为913kb左右。基因组的两侧有长末端重复序列(LTR),3个结构基因(gag、pol、env)和至少6个调控基因(tat、rev、nef、vif、vpu、vpr、vpx)。2.1 gag基因 全长约1536bp,编码分子量为55kd非糖基化的前体蛋白(P55),随后被pol基因编码的一种蛋白水解酶降解为P13、P18和P24,P24为病毒的核心蛋白,P18为内膜蛋白,P13为与病毒的RNA结合的核心相关蛋白(或核蛋白)。2.2 pol基因 长约3045bp,除有一小段与gag3.端的核苷酸序列重叠外,pol基因组结构与其它哺乳动物的逆转录病毒相似,是逆转录病毒中最为保守的基因。它分别编码5.端的肽链内切酶(蛋白水解酶)、逆转录酶和3.端的核酸内切酶/整合酶。
2.3 env基因 全长约2589bp,主要编码约826个氨基酸的包膜前体蛋白,然后裂解成3个多肽;约由33~37个氨基酸组成的信号肽;一个大分子糖基化的外膜蛋白(gp120)由481个氨基酸组成,形成外膜表面的刺突,上面镶嵌有与细胞受体结合的位点和被中和抗体识别的抗原位点;一个由343个氨基酸组成的跨膜蛋白(gp41),其作用是将外膜蛋白固定在包膜上。
2.4 LTR基因 由U3区(453bp)、R区(98bp)和U5区(83bp)组成,在U3和R区中有很多顺式作用因子与HIV病毒的基因表达有关。另外,LTR逆转录成dsDNA后,由于dsDNA末端有很长的一段重复序列,而使dsDNA环化,可整合于宿主细胞的基因组内,成为艾滋病毒的前病毒而潜伏在宿主细胞内。
2.5 tat基因(反式激活基因) 这一基因存在于两段分隔存在的基因部分,这两段基因经剪切后,拼接成一个210kb的mRNA表达,tat基因在转录及转录后的过程中均起着反式激活作用。如果缺失或其一级结构发生突变,失去tat的功能,则使艾滋病毒成为完全无感染性的病毒。
2.6 rev基因 该基因是在研究tat基因时发现的,也是由可分隔的核苷酸序列组成,是在转录时拼接而表达的调节基因。rev编码区相当一部分核酸序列与tat重叠。tat对艾滋病毒的所有基因的表达均有调节作用,而rev则仅影响病毒结构蛋白的合成,而对其它各调节蛋白(如tat、nef)并无影响。rev除在转录后调控病毒的结构蛋白外,还具有在过渡表达时的抑制作用。
2.7 nef基因 编码分子量为27kd的蛋白。重组表达的蛋白能被艾滋病患者血清所识别。nef阴性的缺失突变株可以,
负调控因子。但最近用克隆方法自艾滋病毒感染者外周血获得的nef基因都能增强艾滋病毒在原代T细胞中的增殖。在传代的T细胞中则无此增强作用,这一实验结果提示nef对艾滋病毒在活体内的复制中起重要作用。此外,在猴免疫缺陷病毒中的nef阴性突变株不能有效的增殖和致病,因此nef是否还具有其它功能有待进一步研究。
2.8 vif、vpu、vpr与vpx基因 vif可编码一个23kd的蛋白,重组表达的蛋白也可以被艾滋病毒感染者的血清所识别。
vif阴性突变株可与野毒株一样进行病毒蛋白和病毒复制,并且随靶细胞种类不同,可在与细胞共培养中引起不同程度的感染,但如果vif阴性株不是与被其感染的细胞共同进行感染(即单用无细胞的病毒突变株)则失去感染性,因此目前考虑vif基因或在完整病毒的装配中,或在病毒吸附过程中起重要作用。vpu仅存在于HIV-1型中,vpx仅存在于HIV-2型中,其功能尚不明确,可能与病毒释放有关。各种调节基因的定位、特性与功能见表1。
表1 艾滋病毒调节基因的特性与功能
基因名称
viftat
revnefvpr
vpu(人类免疫缺陷病毒1型)vpx(人类免疫缺陷病毒2型)
免疫原性++++++++
编码蛋白大小(@103)
[1**********]515
在感染的细胞内定位胞质/内膜核内/核小体核内/核小体胞质?胞质/膜胞质/膜
感染性
转录与转录后激活作用表达结构蛋白,调控转录负调控?
病毒释放??
功 能
阴性突变株复制功能
?--+++++
3 艾滋病毒的致病机制3.1 艾滋病毒的感染与复制
在体外,艾滋病毒只感染含
CD+4
T分子的细胞,病毒在
其中增殖并引起细胞病变(表2),对含CD-8T分子的细胞和其他组织细胞并不感染,因此认为含CD+4分子细胞是此病毒感染的主要细胞;能被感染的细胞种类已扩展到正常B细胞,外周血、肺、脑、骨髓来源的单核-巨噬细胞,一些经EB病毒转化的B类淋巴母细胞系,以及单核细胞来源的细胞系等。此外,在淋巴网状组织中的滤泡树突细胞、脑组织中的小胶质细胞亦可找到病毒特异性抗原或病毒体(表2)。艾滋病毒这种感染细胞范围的扩大,可以更好地解释病毒感染所致的含CD+淋巴腺病、脑损害以及4分子的淋巴细胞缺陷、B细胞来源的淋巴瘤。
表2 艾滋病毒对不同细胞的亲嗜性
细胞种类
人:T细胞:CD-4
- CD8
B细胞
破坏淋巴细胞;»艾滋病毒感染的细胞可与感染细胞或未感染细胞结合而融合,从而更大量地破坏细胞;¼特异性的含CD8分子能识别感染细胞膜上的gp120,游离的gp120可以与艾滋病毒感染的含CD4分子细胞及未感染的含CD4分子细胞结合,成为含CD8分子攻击的靶细胞,从而破坏含CD4分子细胞;½依赖抗体的细胞毒性反应也可以破坏含CD4分子细胞,由此引起细胞免疫的缺陷;¾最近有学者提出了艾滋病毒感染后出现细胞/凋亡0。凋亡是为维持自身稳定,细胞的一种生理性自杀功能。凋亡在很多生理过程中均十分重要,如免疫系统的成熟过程中胸腺内T细胞的死亡,以及自身耐受过程中一些免疫细胞的死亡。在艾滋病发病时,可激活细胞的凋亡,例如艾滋病毒的gp120可与CD+4分子结合,直接激活受感染细胞凋亡;此外,体内对gp120的抗体可使正常的人含CD+4分子细胞也聚集在上述细胞周围成团而致含CD-4T分子细胞凋亡。甚至感染的T细胞表达的包膜抗原也可启动正常的T细胞,通过细胞表面的CD4分子交联间接地引起凋亡。
由于艾滋病毒的感染,造成了大量免疫细胞(特别是T细胞)的大量死亡或凋亡,使机体的免疫系统被破坏,对疾病的防御能力完全丧失。机体的免疫力急剧下降和丧失,不仅一些常见的致病细菌、病毒、真菌等病原微生物易被感染致病,就连那些侵袭力较低、致病力不强、在人体免疫功能正常时不能致病的病原体,也有了感染致病的机会。使艾滋病毒感染者经常发生一些难以治愈的感染和肿瘤。这些疾病不是先天性的,而是感染了艾滋病毒后而获得的,因此,把由艾滋病毒感染所引起的各种症候群统称为/获得性免疫缺陷综合症0(AcquiredImmuneDeficiencySyndrome,缩写为AIDS)。
(收稿日期:2002-11-08)(本文编辑:宋晓东)
检出病病毒复制
毒颗粒
或抗原正常细胞转化细胞
+
+-+++++---+--+-++----++????-+--
单核-巨噬细胞滤泡树突细胞脑小胶质细胞
动物:猩猩、狒狒或猕猴淋巴细胞其他灵长类淋巴细胞
啮齿类动物淋巴细胞或成纤维细胞CD4转染的细胞:人细胞 鼠细胞CD4鼠/人T细胞杂交细胞
3.2 病毒感染对机体免疫系统的破坏
艾滋病毒通过多种途径破坏含CD+4分子的淋巴细胞:
+¹艾滋病毒感染含CD4T分子细胞,在淋巴细胞内大量增
值、产生和释放病毒,从而破坏细胞;º艾滋病毒的8p120和含CD4,,+