逆转录病毒

逆转录病毒（Retroviruses）归类于逆转录病毒科（Retroviridae），包括一大类含有逆转录酶（reversetranscriptase）的RNA病毒，分为肿瘤病毒亚科、泡沫病毒亚科和慢病毒亚科，每一亚科又有若干个属（表33-1）。

肿瘤病毒亚科（oncovirinae）大多引起禽类、猫、鼠、猴等动物肿瘤，与人类疾病相关者有人类嗜T细胞病毒（humanT-celllymphotropicvirus,HTLV）；泡沫病毒亚科（spumavirinae）的致病作用尚不清楚；慢病毒亚科（lentivirinae）中的人类免疫缺陷病毒（humanimmunodeficiencyvirus,HIV）则是艾滋病的病原体，正受到人类的广泛关注。

三个亚科病毒的生物演化和亲缘关系见图33-1。

第一节人类免疫缺陷病毒人类免疫缺陷病毒（HIV），是获得性免疫缺陷综合征（acquiredimmunodeficiencysyndrome,AIDS）的病原体。

AIDS首次报道于1981年，1984年证实其病原为HIV。

因病毒最初分离于淋巴腺综合征的同性恋患者血清，曾称之为淋巴腺病相关病毒（lymphadenopathy-associatedvirus,LAV），此后分别又有人类嗜T细胞病毒Ⅲ型（HTLV-Ⅲ）、AIDS相关病毒（AIDS-relatedvirus,ARV）之称。

1986年经国际病毒分类委员会（InternationalCommitteeonTaxonomyofViruses,ICTV）建议，将LAV、HTLV-Ⅲ和ARV统一命名为人类免疫缺陷病毒，俗称艾滋病病毒。

HIV分HIV-1型和HIV-2型，前者引起全球AIDS流行，后者主要分离自西部非洲的艾滋病患者。

HIV感染的范围在逐步扩大，我国自1985年发现首例AIDS以来，感染人数逐年快速增长，严重威胁着人类的身心健康，受到人们的广泛关注。

一、生物学性状（一）形态与结构成熟的病毒直径100~120nm、20面体对称结构、球形，电镜下可见一致密圆锥状核心，内有病毒RNA分子和酶，后者包括逆转录酶、整合酶（integrase）和蛋白酶（protease）。

HIV的最外层为脂蛋白包膜，膜上有表面蛋白（gp120）和相嵌蛋白（gp41）两种糖蛋白，gp120为刺突，gp41为跨膜蛋白。

包膜内面为P17构成的基质蛋白（matrix），其内为衣壳蛋白（P24）包裹的RNA。

HIV基因组由两个拷贝的正链单股RNA组成，在其5’端可通过氢键结合构成二聚体。

HIV的基因组成较其他逆转录病毒复杂，全长约9.7kb，含有gag、pol、env三个结构基因，以及tat、rev、nef、vif、vpr、vpu等调控基因（图33-3）。

在基因组的5’端和3’端各含长末端重复序列(longterminalrepeat,LTR)，HIV的LTR含顺式调控序列，控制着前病毒基因的表达。

在LTR区有启动子、增强子及负调控区。

核酸杂交显示，HIV-1与HIV-2的核苷酸序列，仅40%相同。

1．结构基因（1）gag基因：是编码病毒衣壳、基质等结构蛋白的基因。

其表达产物初为55kD的前体蛋白（p55），后在HIV蛋白酶作用下进一步裂解为p24、p17和p15。

P24组成包裹在HIV核酸外的衣壳蛋白(capsid,CA)，其特异性较强，除HIV-1和HIV-2之间存在轻度交叉反应外，与其他逆转录病毒无交叉抗原成分；p17构成包膜内的基质蛋白；p15则可进一步裂解为与RNA结合的蛋白（p9和p7）。

（2）pol基因：编码HIV复制所需的酶类，诸如逆转录酶（p66/p51）、整合酶（p32）和蛋白酶。

Pol基因有万分之一的突变率，对抗叠氮胸苷（具有抗病毒作用的核苷类似物）的HIV突变株的形成，即与pol上HIV逆转录酶基因的突变相关。

（3）env基因：编码env蛋白，分子量为88kD。

糖基化后形成包膜刺突糖蛋白前体，因分子量增至160kD，故称gp160。

Gp160再在蛋白酶的作用下裂解为gp120和gp41，分别构成包膜表面的糖蛋白（刺突）和跨膜蛋白。

Gp120是病毒与易感细胞结合的物质基础，借此，HIV可与靶细胞的CD4膜分子结合而感染细胞。

Gp120与CD4结合后则导致其构象改变而与gp41分离，使gp41插入受染细胞膜，介导病毒包膜与靶细胞膜的融合和病毒核酸的穿入。

2．LTR 系HIV基因组两端分别具有的一段相同的核苷酸序列，由增强子、启动子、TATA序列和负调控区等组成，控制HIV基因组的转录。

3．调节基因（1）tat基因：编码TAT蛋白，其与LTR上的反应成分结合后，启动和促进HIV基因组转录mRNA。

Tat基因由两个外显子构成。

（2）rev基因：编码REV蛋白，即病毒体蛋白表达调节因子（regulatorofexpressionofvirionprotein）。

Rev蛋白是重要的调节HIV基因复制的反式激活因子，其可正向调节病毒体蛋白，促进HIV基因表达由最初调节蛋白mRNA的转录，转向转录结构蛋白mRNA。

此外，rev蛋白尚有转运结构蛋白mRNA进入宿主细胞质的作用。

因此，缺乏rev基因的HIV则不能表达晚期蛋白。

（3）nef基因：编码NEF蛋白，一种负性调节因子（negativeregulationfactor），分子量为27kD，对HIV的结构蛋白和调节蛋白的表达均有下调作用。

NEF蛋白还可与宿主的细胞膜结合。

（4）vif基因：编码一种分子量为23kD的蛋白质，称之VIF蛋白。

有研究表明，尽管缺乏vif基因的HIV仍可正常复制和形成病毒颗粒，但其感染性远低于有此基因的HIV，据此VIF蛋白又有病毒体感染性因子（virioninfectivefactor，vif）之称。

（5）vpu基因：为HIV-1特有基因，其表达产物是一种由81个氨基酸组成的蛋白质，称为病毒U蛋白（viralproteinU,vpu），可存在于细胞膜上。

Vpu 基因虽非病毒复制所必需，但若缺乏此基因，可能会影响感染性病毒颗粒的装配和从宿主细胞膜的出芽释放。

此基因的功能仍待进一步研究。

（6）vpr基因：编码病毒蛋白r（viralproteinr，vpr），此种病毒蛋白由96个氨基酸组成，具有逆转录激活因子作用，可促进HIV在易感细胞内的增殖和增强细胞病变作用。

此外，VPR蛋白尚可作用于LTR，上调受其控制的病毒复制。

（二）HIV复制与培养特性HIV首先借助其包膜糖蛋白刺突gp120，与易感细胞表面的CD4结合并进一步介导包膜与宿主细胞膜的融合，核衣壳进入细胞，于胞浆内脱壳释放出RNA。

在病毒逆转录酶、病毒体相关的DNA多聚酶的作用下，病毒RNA先反转录成cDNA （负链DNA），构成RNA-DNA中间体。

中间体中的RNA再经RNA酶H水解，而以剩下的负链DNA拷贝成双股DNA（前病毒DNA）。

逆转录过程导致线性DNA分子进入胞核并在病毒插入酶的催化下插入宿主DNA，成为细胞染色体的一部分。

宿主染色体上的病毒基因，称作前病毒（provirus），与受染细胞基因组一道复制。

当前病毒活化而自身转录时，LTR起着启动和增强其转录的作用。

在宿主RNA聚合酶的作用下，病毒的DNA转录为RNA并分别经拼接、加帽或加尾形成HIV 的mRNA或子代病毒RNA。

mRNA在宿主细胞核糖体上翻译蛋白质，经进一步酶解、修饰等形成病毒结构蛋白或调节蛋白；子代RNA则与病毒结构蛋白装配成核衣壳，在从宿主细胞释出时获得包膜，成为具有传染性的子代病毒（图33-4）。

HIV仅感染具有表面分子CD4的T细胞、巨噬细胞，因此实验室常用新鲜正常人或患者自身T细胞培养病毒，H9、CEM等T细胞株也可用于HIV的培养。

病毒感染细胞后可形成不同程度的细胞病变。

二、致病性与免疫性HIV，主要通过性接触、输血或血制品的应用、以及母-婴垂直传播等途径导致AIDS。

HIV主要有HIV1、HIV2两型，世界上大部分地区流行的是HIV1，HIV2只在西非区域性流行。

临床上，AIDS以机会感染、恶性肿瘤和神经系统症状为特点，是一种引起免疫功能低下的致死性传染病。

为了早期发现感染者和控制AIDS流行，有必要对AIDS高危人群和临床上不明原因感染、皮肤肿瘤患者及时定期检查。

HIV抗体的存在表明有HIV感染，而检出HIV则是病毒存在的确凿证据。

（一）致病机制1．损伤CD4+细胞HIV感染和损伤细胞的先决条件是被感染细胞与病毒的亲嗜性。

CD4分子系HIV的主要受体，当病毒与细胞接触时，病毒包膜的表面糖蛋白gp120即与细胞表面的CD4分子V1区结合，致使与其紧密相连的包膜跨膜蛋白gp41发生构变，其疏水端深入靶细胞膜内，促进病毒包膜与宿主细胞膜的融合和核衣壳的侵入。

基因敲除研究表明，CCR5和CXCR4为HIV的辅助受体，分别有助于HIV对巨噬细胞和T细胞的感染。

已发现，无症状的AIDS患者其CD4+细胞仅少数显示HIV复制，这可能与细胞表面无辅助受体有关。

（1）T细胞损伤：HIV感染CD4+T细胞后，在其中以较快的速度增殖，导致此类细胞的病变和死亡，使CD4+的T细胞数量减少和功能降低，从而造成以CD4+细胞为中心的免疫功能全面障碍。

由于CD4+T细胞数量的减少，CD8+T细胞比例则相对增高，出现CD4+/CD8+倒置。

CD4+T细胞与抗原提呈细胞、B细胞、CTL以及NK细胞的功能密切相关，CD4+细胞的异常必然导致患者机体免疫功能的紊乱。

（2）其他细胞损伤：CD4分子也存在于其他细胞表面，如单核-巨噬细胞、小神经胶质细胞、郎格罕细胞和其他骨髓分化细胞等，这些细胞也是HIV的敏感细胞。

HIV包膜的氨基酸序列测定已表明，淋巴细胞和巨噬细胞均可被该病毒感染。

（3）细胞损伤机制：HIV感染CD4+细胞是AIDS患者免疫缺陷的前奏。

HIV 导致CD4+靶细胞损伤的可能机制为：①病毒的出芽释放和其包膜糖蛋白插入细胞膜，都有可能导致宿主细胞膜通透性的改变。

②宿主细胞可通过膜上的病毒gp120与细胞自身表达的CD分子结合，融合形成多核巨细胞。

③大量病毒增殖产生的未整合的cDNA，干扰宿主细胞代；而当HIV核酸以整合于宿主染色体的形式潜伏时，受染细胞虽未遭破坏，但细胞增殖和细胞因子分泌功能均发生障碍。

④机体对病毒感染的细胞产生特异性的CTL细胞毒性或ADCC效应。

CTL对靶细胞的杀伤作用还可波及邻近未被感染的CD4阳性细胞，导致CD4阳性细胞大量减少。

⑤gp120与Ⅱ类MHC分子有交叉成分，病毒感染后机体产生的抗gp120可介导自身免疫性损伤，破坏表达Ⅱ类MHC分子的CD4阳性细胞。

⑥病毒与易感细胞结合后，直接诱导细胞凋亡，特异性识别HIV抗原肽的CTL也可启动靶细胞凋亡过程。