病毒学基础

病毒是一类体积微小（能通过滤菌器）、结构简单、仅具有一种类型核酸（DNA或RNA），必须严格寄生在易感的活细胞内以复制方式增殖的非细胞型微生物。在自然界广泛分布，种类繁多，可寄生在人、动物、植物和细菌等体内引起感染。人类约80%的传染病由病毒所致，部分病毒还与肿瘤、自身免疫病的发生密切相关。

一、病毒的基本性状

【大小与形态】　病毒体积微小，常以纳米（nm，即1／1　000μm）作为测量单位。不同病毒大小差别很大，直径一般为50～250nm，普通光学显微镜难以分辨，需电子显微镜放大数千至数万倍才能看清。其形态多样，多呈（近）球形，也可为杆形、蝌蚪形、砖形、弹形、丝形等（图3－1）。

图3－1　主要病毒的形态大小比较模式图

【病毒的结构与化学组成】　发育成熟、具有感染性的完整病毒颗粒称病毒体，其基本结构即核心和衣壳，两者构成核衣壳。部分病毒在核衣壳外面还有一层疏松、肥厚的包膜（这类病毒称包膜病毒）（图3－2）。

图3－2　病毒的结构模式图

1．核心　位于病毒体的中心，由核酸组成，一种病毒只含一种类型的核酸（DNA或RNA），据此可将病毒分为DNA病毒和RNA病毒两大类。

2．衣壳　是包绕在核心外的一层蛋白质结构，由许多蛋白质亚单位（壳粒）按一定的排列方式组成，使衣壳呈20面体立体对称、螺旋对称或复合对称类型。

3．包膜　由蛋白质、脂类和少量糖类组成，是病毒以出芽方式通过宿主细胞膜或核膜释放时获得的，故含有宿主细胞膜的化学成分和病毒本身的特异性，表面常有钉状突起，称刺突。

病毒的主要化学组成为核酸、蛋白质、脂类。核酸是病毒生命的重要物质基础，决定其遗传、变异、增殖、感染等所有特性，病毒裸露的核酸仍具有感染性，称感染性核酸，但易被核酸酶破坏，故其感染性低于完整病毒颗粒；蛋白质主要存在于衣壳和包膜中，具有保护病毒核酸、构成酶类、参与感染过程的作用，此外还是良好的抗原，可刺激机体产生免疫应答；脂类主要存在于包膜中，具有维护病毒体结构完整的功能，并与宿主细胞易于融合，对病毒的感染起辅助作用。

【病毒的增殖】　病毒缺少完整的酶系统，且无核糖体，不能进行独立的物质代谢，这决定了其严格胞内寄生性，必须进入活的易感宿主细胞内才能增殖。病毒的增殖又叫复制，一般分吸附、穿入、脱壳、生物合成及装配释放五个阶段，称之为增殖周期或复制周期。

1．吸附　病毒通过与易感细胞膜上相应受体的特异性结合而吸附于细胞表面，是感染的起始期。

2．穿入　指病毒核酸或感染性核衣壳穿过细胞进入胞浆。不同病毒穿入方式不同，大多数包膜病毒是通过包膜和细胞膜融合的方式进入细胞；而无包膜病毒可通过胞饮作用入胞。

3．脱壳　即病毒在宿主细胞溶酶体的作用下脱去衣壳，使核酸游离的过程。

4．生物合成　即在病毒核酸遗传密码的控制下，依靠宿主细胞的酶系统、原料和能量大量复制病毒核酸，并借助宿主细胞的核糖体翻译病毒蛋白质的过程。

5．装配与释放　新合成的病毒核酸和结构蛋白在宿主细胞内组合成新的子代病毒颗粒的过程即装配或成熟。成熟病毒转移到胞外的过程为释放，无包膜病毒常可引起宿主细胞裂解，病毒一次大量释放到周围环境中；而有包膜病毒则以出芽方式释放，在通过细胞膜或核膜时获得包膜，形成完整的病毒体。

【病毒的干扰现象与干扰素】　当两种病毒感染同一细胞或机体时，常会发生一种病毒抑制另一种病毒复制的现象，此即病毒的干扰现象。可发生于大多数病毒之间，如异种病毒之间、同种异型病毒之间，甚至发生自身干扰，通常为先进入的病毒干扰后进入的病毒，死病毒干扰活病毒，缺陷病毒干扰完整病毒。干扰现象可使感染终止，阻止或中断发病，促进机体康复，是机体非特异性免疫的一部分；此外干扰现象在医学实践中有重要意义，如预防接种时，不应同时使用两种有干扰作用的疫苗，其使用时间间隔须在1个月以上。干扰现象的机制目前尚不甚清楚，一般认为与干扰素的产生有关。

干扰素是机体多种细胞受到病毒感染或在干扰素诱生剂的作用下产生的一种糖蛋白，具有抗病毒、抗肿瘤及免疫调节等多种生物学活性。干扰素可分为两型3种：①Ⅰ型干扰素：又叫普通干扰素，包括两种，即由白细胞产生的α干扰素和成纤维细胞产生的β干扰素。②Ⅱ型干扰素：由致敏淋巴细胞产生，又称γ干扰素或免疫干扰素。

干扰素的作用特点是具有高度的宿主细胞种属特异性，但无病毒特异性。即由人细胞产生的干扰素只能对人细胞有保护作用，对动物细胞无效；但其对病毒复制的干扰作用是广谱的，一种病毒诱导细胞产生的干扰素，可抑制多种病毒的增殖。

干扰素的抗病毒机制：一般认为它不直接作用于病毒，而是由病毒感染细胞产生释放出来后，作用于邻近正常细胞使其产生一种抗病毒蛋白（AVP），AVP可阻断病毒蛋白质的翻译过程，从而抑制病毒的增殖，控制感染。

【理化因素对病毒的影响】　用理化因素使病毒失去传染性，称为灭活。绝大多数病毒对理化因素的抵抗力不强，耐冷不耐热，加热56～60℃30min即被灭活（肝炎病毒除外），室温下短时间死亡，对低温的抵抗力较强，通常在－20～－196℃仍不失去活性，但对反复冻融敏感。常用真空冷冻干燥法保存毒种，用50%甘油盐水作为病毒标本的保存液。对紫外线、各种氧化剂、醇类、醛类、酚类等物质敏感。包膜病毒对乙醚、氯仿等脂溶剂敏感。抗生素无效，中草药如大青叶、板蓝根、柴胡、大黄、贯众、七叶一枝花等对某些病毒有抑制作用。

【病毒的遗传、变异】　病毒同其他生物一样，具有遗传变异性。其变异表现为表型混合、基因突变和基因重组。表型混合即一种病毒的衣壳或包膜套在另一种病毒核酸的表面，属不稳定变异；基因突变是病毒碱基序列发生改变所致，属稳定变异；基因重组是两种有亲缘关系但性状不同的病毒感染同一细胞时，病毒之间交换核酸片段而引起的，常发生于核酸分节段的病毒（如流感病毒）。

二、病毒的感染与免疫

【病毒的感染方式与途径】　病毒的感染方式有水平传播和垂直传播两种。水平传播指病毒在人群个体之间的传播，主要经呼吸道、消化道、皮肤黏膜接触或媒介昆虫叮咬等途径侵入机体；垂直传播指通过胎盘或产道，病毒直接由亲代传给子代，常见的有风疹病毒、巨细胞病毒、乙肝病毒、单纯疱疹病毒、人类免疫缺陷病毒等，可引起死胎、早产、胎儿畸形、免疫缺陷等。

【病毒感染的类型】

1．隐性感染　机体受病毒感染后，无明显临床症状。感染后机体可获免疫力，如甲肝、脊髓灰质炎等。

2．显性感染　机体受病毒感染后，有明显的临床症状。包括急性感染和持续感染两种类型。

（1）急性感染：起病急，病程短（数日至数周），病愈后病毒即从体内消失。如流感、麻疹等。

（2）持续感染：病程较长，病毒可长期存在于宿主体内（数月至数月）或携带终生，病毒可不断排出体外。按病程不同，可分3类：

①慢性感染：急性感染后病毒长期在体内未被清除，机体处于长期带毒及排毒状态。如慢性肝炎、传染性软疣等。

②潜伏感染：病毒经原发感染后，潜伏于某组织器官中，不增殖，与机体处于相对平衡状态，若干年后受生理或病理影响（如寒冷、日晒、发热、饥饿、疾病等），平衡破坏，则潜伏的病毒可大量增殖，出现临床症状。如水痘病毒、单纯疱疹病毒等。

③慢病毒感染：又叫迟发感染，病毒感染后有很长的潜伏期（数年至数十年），一旦出现症状，多表现为亚急性进行性发展，终致死亡。如麻疹感染后引起的亚急性硬化性全脑炎等。

【病毒的致病作用】

1．病毒对宿主细胞的直接作用　病毒有严格的细胞内寄生性，当病毒与宿主细胞相互作用后，可通过多方面导致损伤。①杀细胞效应：病毒在细胞内大量增殖，可使细胞内溶酶体膜破裂，影响细胞的正常代谢，致细胞溶解、死亡；②细胞融合：某些病毒可使宿主细胞膜融合，致多核巨细胞病变；③包涵体：部分病毒感染机体后可在胞质或胞核内出现形态大小数目不等、着色性不同的团块结构，即包涵体，普通光学显微镜下可见，据其着色、位置的不同可辅助诊断某些病毒性疾病，如狂犬病毒在感染的脑细胞质内可形成内基小体；④转化细胞：有些病毒DNA或其片段可整合入宿主细胞染色体中，使细胞的遗传性发生改变，引起转化，形成肿瘤。

2．病毒感染的免疫病理作用　病毒感染宿主细胞后，细胞表面可出现病毒的特异性抗原，刺激机体产生相应的抗体或致敏淋巴细胞，通过Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型变态反应使宿主细胞遭到破坏。

【机体的抗病毒免疫】

1．宿主的非特异性免疫

（1）先天不感受性：宿主细胞膜上是否存在感染病毒所需的受体，决定了细胞对病毒的易感性。

（2）单核吞噬细胞：可吞饮、杀灭入侵的病毒，防止扩散。

（3）干扰素：在感染早期即可出现，可阻止病毒扩散。

2．特异性抗病毒免疫

（1）体液免疫：病毒感染后，机体可产生特异性的中和抗体，主要是IgG、IgM、sIgA。病毒与相应抗体结合后，可失去吸附易感细胞的能力，之后被吞噬细胞杀灭；此外还可通过补体作用及ADCC效应将病毒感染的靶细胞破坏。

（2）细胞免疫：在抗病毒感染中起着重要作用。Tc细胞可直接杀伤病毒感染的靶细胞或通过产生的淋巴因子从不同方面（如活化巨噬细胞、NK细胞、产生干扰素等）发挥抗病毒作用。

在病毒感染中，体液免疫与细胞免疫常常是协同作用，前者可阻止细胞外病毒的扩散，后者可彻底清除胞内寄生的病毒。

三、病毒感染的检查方法与防治原则

【微生物学检查】

1．标本的采集与保存　根据病情可分别采取鼻咽分泌物、痰液、粪便、脑脊液、血液等，及时送检，不能及时送检的标本可置于冰壶内或500ml／L的甘油盐水中保存，有杂菌污染的标本可用抗生素（如青霉素、链霉素等）处理。

2．病毒体的检测

（1）镜检：光学显微镜可直接检测大颗粒病毒和病毒包涵体，免疫电镜法可提高检出率。

（2）分离培养与鉴定：常用细胞培养、动物接种、鸡胚接种等方法培养病毒，观察细胞的形态变化及动物的病理反应，以判断有无病毒的感染。

3．病毒抗原、抗体的检测　免疫学技术如免疫荧光、中和试验、红细胞凝集试验、放射免疫等均可用来检测病毒的抗原或抗体，尤其酶联免疫吸附试验（ELISA），具有简便、快速、灵敏、特异性高等特点，已得到广泛应用。

4．病毒核酸的检测　可采用核酸杂交及聚合酶链反应（PCR）等技术，尤其PCR技术更快速、敏感，在乙肝、AIDS等诊断中取得了较好的效果。

【防治原则】　对病毒性疾病，目前尚无特效药物，主要采用人工免疫法进行特异性预防。

1．人工免疫法　①人工自动免疫：接种疫苗，是预防病毒感染的有效方法。常用的有灭活疫苗（如狂犬疫苗、乙脑疫苗等）、减毒活疫苗（如脊髓灰质炎活疫苗、麻疹减毒活疫苗、风疹疫苗等）、亚单位疫苗（如乙肝病毒、流感病毒的亚单位疫苗等）、多肽疫苗、基因疫苗等。②人工被动免疫：常用的有胎盘球蛋白、健康人血清丙种球蛋白、转移因子等，主要用于甲肝、麻疹、脊髓灰质炎等的紧急预防。

2．抗病毒制剂　①化学制剂：目前认为毒性较小、疗效较高的有金刚烷胺、无环鸟苷、阿糖胞苷、阿糖腺苷等。②生物制剂：干扰素及干扰素诱生剂；③中草药：大青叶、板蓝根、黄柏、贯众等有一定的抗病毒作用。