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上海交通大学病原生物学(基础医学院)教学讲义 第28章 逆转录病毒

上海交通大学 /2013-01-22

 

第28章 逆转录病毒
逆转录病毒科(Retroviridae) 是一组含有逆转录酶(reverse transcriptase)的RNA病毒。按其致病作用可分为3个属:RNA肿瘤病毒属、慢病毒属及泡沫病毒属,其中对人致病的主要是人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus, HIV)和人类嗜T细胞病毒(human T cell leukemia virus, HTLV)。
1.RNA肿瘤病毒属(Oncovirus) 包括引起禽类、哺乳类以及灵长类动物的白血病、肉瘤、淋巴瘤和乳腺癌等多种病毒。I型、Ⅱ型和V型人类嗜T淋巴细胞病毒(human T-cell lymphotropic virus, HTLV)亦属此亚科。
2.慢病毒属(Lentivirus) 包括人类免疫缺陷病毒及多种对动物致病的慢病毒,如马传染性贫血病毒、引起绵羊肺炎与脱鞘病的Visna病毒等。
3.泡沫病毒属(Spumavirus) 包括灵长类、牛、猪及人泡沫病毒。在组织培养中虽能引起泡沫样变性和细胞融合,但未发现与人或动物疾病相关。
此外,人及多种动物组织中可以检出逆转录病毒的基因序列,整合于细胞染色体上,称为内源性逆转录病毒(endogenous retrovirus)。它们与疾病的关系尚不清楚。
逆转录病毒具有以下共同特性:①病毒呈球形,有包膜,表面有刺突,其大小100nm左右;②病毒基因组为两条相同的单正链RNA,在5’端通过部分碱基互补配对形成二聚体;③病毒基因组组成相似,均含有序列及功能相似的 gagpolenv等3个结构基因及多个调节基因;④病毒核心中含有逆转录酶(RNA依赖的DNA聚合酶)、核酸内切酶整合酶及RNA酶H;⑤病毒复制时,能形成DNA中间体,且能整合于宿主细胞的染色体上。
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 (acquired immunodeficiency syndrome, AIDS) 即艾滋病的病原体。AIDS于1981年被首次报道,而确定HIV是AIDS的病原体是在1983年~1984年,由法国巴斯德研究所Montagnier等和美国人类病毒学研究所Gallo等分离并鉴定,曾分别被命名为淋巴腺病相关病毒(1ymphadenopathy associated virus, LAV)和人类嗜T淋巴细胞病毒Ⅲ型 (human T-cell lymphotropic virus typeⅢ, HTLV-Ⅲ)。1986年,国际病毒分类委员会将它们统一命名为人类免疫缺陷病毒。HIV主要有两型:HIV-1和HIV-2。两型病毒的核苷酸序列相差超过40%。通常所指的艾滋病病毒即HIV-1,HIV-2只在西非呈地区性流行。
一、生物学性状
(一) 形态与结构  
作为慢病毒属的成员HIV具有典型的该属病毒特征(图28-1)。①病毒体呈球形,直径约80~120nm。②电镜下病毒内部有一致密的圆锥状核心,病毒核心含病毒RNA、逆转录酶整合酶和蛋白酶。③核心颗粒外面为病毒的核衣壳,由内膜蛋白(p17)和衣壳蛋白(p24)组成;④最外层为病毒包膜,包括脂质双层膜和嵌于其上的病毒糖蛋白,包括外膜蛋白gpl20和穿膜蛋白gp41;⑤gpl20易发生抗原变异,其中五个高度变异的区域被称为可变区(veriable region, V1~V5)。

gp41

 
逆转录酶
蛋白酶
 
gp120
包膜
p17
p7
 
p24
 
RNA
整合酶

 

A
B
图28-1 HIV病毒颗粒(Brooks et al, 2004)
A. 病毒颗粒的模式图 B. 电镜下见HIV病毒颗粒从感染细胞内释放(×75 140, 单位长度:100nm)
(二)基因组特征 
HIV的基因组由2条相同的正链RNA在 5’ 端通过氢键互相连接一起形成二聚体。病毒基因组全长9~10kb,比其他逆转录病毒复杂,含有gagpolenv三个结构基因以及tatrevnefvifvprvpu/vpx 六个调节基因。调节基因的序列在不同慢病毒成员中同源性不高,但功能是保守的。在病毒基因组的5’端和3’端各有相同的一段核苷酸序列,称为长末端重复序列(long terminal repeat, LTR)(图28-2)。
图28-2 HIV的基因组结构
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.env基因 编码gpl20和gp41两种包膜糖蛋白。在gpl20的肽链上,有些区段(V1-V5)的氨基酸序列呈高度易变性,有些区段(C1~C4)的氨基酸序列则较恒定。其高变区的V3肽段含有病毒体与中和抗体结合的位点;亦是病毒体与宿主细胞表面的CD4分子结合的部位。gp41的疏水性氨基末端,具有介导病毒包膜与宿主胞膜融合的作用。
3.pol基因 编码逆转录酶(p66/p51)、蛋白水解酶和整合酶。逆转录酶具有聚合酶和核酸内切酶(RNase H)的功能,与病毒复制有密切关系。
4.tat基因 病毒复制早期表达,编码的产物Tat蛋白是一种反式激活的转录因子,与LTR上的应答元件(transactivation-responsive region, TAR)结合后能启动及促进病毒基因的转录合成mRNA,能促进病毒所有基因的转录。
5.rev基因 编码的产物Rev蛋白是一种转录后的反式激活因子,对结构蛋白的表达是必需的。其作用是促进未经剪切的mRNA从细胞核向胞质转运,在病毒复制晚期增加结构蛋白的翻译。
6.nef基因 编码负调节蛋白,对病毒的结构蛋白和调节蛋白的表达均有下调作用。 能诱导趋化因子产生,促进静止T细胞的活化,下调CD4和MHC I类分子表达。
在HIV感染的细胞中,tatrevnef基因产物,对HIV表达的正调节和负调节,对维持HIV在细胞中复制的平衡,控制HIV的潜伏或大量复制有重要意义。
HIV基因组还有vifvpuvpr三个调节基因。vpr基因产物能增加病毒整合前复合体入核,并能使受染细胞休止于细胞周期的G2期;vif基因产物能抑制细胞产生的抗病毒活性蛋白从而与病毒的感染性相关。vpu产物与病毒体的装配、成熟和释放有关。
7.LTR 是病毒基因组两端重复的一段核苷酸序列,含有起始子、增强子、TATA序列,以及多个与病毒及细胞调节蛋白反应的区域,它们对病毒基因组转录的调控起关键作用。
(三) 病毒的复制  
1.HIV的受体 全部慢病毒均利用CD4分子作为受体。HIV的主要靶细胞是CD4+的T淋巴细胞和单核-巨噬细胞,皮肤的Langerhans细胞、淋巴结的滤泡树突状细胞、脑小胶质细胞等也能被感染。此外,HIV还需要辅助受体介导病毒包膜与靶细胞膜发生融合。一些趋化因子受体(是一类表达于多种细胞表面、能与趋化因子结合介导化学趋化作用并具有细胞因子功能的分子,又称趋化受体)可作为HIV 的辅助受体,主要表达在淋巴细胞、巨噬细胞、胸腺细胞以及神经元和结肠及宫颈细胞表面。其中趋化受体CCR5作为嗜巨噬细胞HIV-1的辅助受体,而CXCR4则是嗜淋巴细胞HIV-1的辅助受体。有CCR5基因缺失而导致蛋白突变的个体能不被HIV-1感染;而在其基因启动子区突变的个体可能延缓疾病进展。由CCR5介导的融合过程为抗病毒治疗提供了新的靶点。
HIV包膜糖蛋白gpl20的某些区段 (特别是V3区) 决定病毒对巨噬细胞或T细胞的亲嗜性。V3区基因的变异可以改变HIV的细胞亲嗜性。一般在艾滋病患病的早期,血液中的亲巨噬细胞 (M-tropic) 病毒株占优势。随着疾病的进展,亲T细胞(T-tropic)病毒株逐渐增多,在过渡期间可出现双亲嗜性的病毒株,至疾病的晚期,以亲T细胞的病毒株为主。其结果是大量CD4+ T细胞受病毒感染而破坏。
近年发现的DC细胞特异性的植物凝集素家族成员DC-SIGN (DC-specific intercellular- adhesion-molecule-3 grabbing nonintegrin),作为表达于T细胞上的ICAM-3 的DC-特定粘附分子,使DC和休眠T细胞相互作用,并因而加强了DC与T细胞之间的接触。而HIV-1通过其包膜糖蛋白gp120与DC-SIGN相互作用,并由此促进将HIV从DC转移至淋巴器官,从而增加HIV对T细胞的感染。
2.病毒复制过程 HIV病毒体的包膜糖蛋白首先与细胞膜上的CD4分子及CCR5(或CXCR4)相互作用,并发生结构改变,活化病毒糖蛋白gp41中的融合肽,介导病毒包膜与细胞膜发生融合。继而核衣壳进入细胞质内脱壳,并释放病毒RNA以进行复制。在病毒自身逆转录酶的作用下,以病毒RNA为模板,经逆转录形成互补的负链DNA,构成RNA:DNA中间体。中间体中的RNA被RNase H水解,再由负链DNA复制成双股DNA。此时基因组DNA的两端形成LTR序列,并由胞质移行到胞核。在病毒整合酶的协助下,病毒DNA整合入细胞染色体中。这种整合的病毒双链DNA即前病毒(provirus)。当前病毒活化而进行自身转录时,LTR有启动和增强病毒转录的作用。在宿主细胞的RNA聚合酶作用下,病毒DNA转录形成RNA。有些RNA经拼接而成为病毒mRNA;另一些RNA经加帽加尾则可作为病毒的子代RNA。mRNA在细胞核糖体上先翻译成大分子多肽,在病毒蛋白酶的作用下,多肽被裂解并适当折叠成各种结构蛋白和调节蛋白。病毒子代RNA与一些结构蛋白装配成核衣壳,并从宿主细胞膜获得包膜组成完整的有感染性的子代病毒。最后以出芽方式释放到细胞外(图28-3)。
(四) 病毒的变异 
HIV基因组可发生变异,从而使分离到的HIV株的生物学特性不同。HIV变异在基因组内的分布不均匀,以编码包膜糖蛋白的env基因和调节基因nef变异性最大。根据env基因序列的差异可将目前全球流行的HIV-1分为M、O和N三组;其中M组又分A~J、CRF等共十余个亚型和重组型;HIV-2分A~F六个亚型。各亚型在不同地区、不同流行时间及不同传播途径分布不同。基因序列的变异导致编码氨基酸及相应抗原性的改变,因而导致HIV的免疫逃逸。
(五) 培养特性 
在体外,HIV只感染CD4+的T细胞和巨噬细胞。实验室中常用新鲜分离的正常人T细胞或用病人自身分离的T细胞培养。HIV亦可在某些T细胞株(如H9、CEM)中增殖,感染后细胞出现不同程度的病变,培养液中可测到逆转录酶活性,而培养细胞中可查到病毒的抗原。
恒河猴及黑猩猩可作为HIV感染的动物模型,但其感染过程与产生的症状与人类不同。
图28-3 HIV侵入靶细胞及复制过程示意图
(六) 抵抗力 
HIV对理化因素的抵抗力较弱,56℃加热30分钟可被灭活,但病毒在室温(20~22℃)可保存活力达7天。0.2%次氯酸钠、0.1%漂白粉、50%乙醇、35% 异丙醇、50%乙醚、1% NP40、0.5%多聚甲醛、0.3%H2O2或0.5%来苏室温处理10分钟,均能灭活病毒。但是,血液应在未经稀释的漂白剂中处理30秒以灭活病毒。多聚甲醛虽能有效灭活游离病毒,但却不等同于对组织和细胞中的病毒的灭活效力。强酸和强碱(pH 1和13)均能使病毒失活。液体和血清中的HIV 56℃ 10分钟能被有效灭活,但死亡的含蛋白质的材料对病毒有保护作用。冻干血制品则须在68℃加热72小时以确保其中的病毒被彻底灭活。
二、致病性与免疫性
(一) 传染源与传播途径 
艾滋病的传染源是HIV无症状携带者和艾滋病患者。从其血液、精液、阴道分泌物、乳汁、唾液、脑脊髓液、骨髓、皮肤及中枢神经组织等标本中,均可分离到病毒。主要传播方式有三种:①性传播,即通过同性或异性间的性行为;②血液传播,即通过输入带HIV的血液或血制品、器官或骨髓移植、人工受精、静脉药瘾者共用污染的注射器及针头;③母婴传播,包括经胎盘、产道或经哺乳等方式引起的传播。
(二) 所致疾病
1.疾病过程及临床表现 HIV感染的主要特点是该病毒侵入人体后,能选择性地侵犯表达CD4分子的细胞,从而引起以CD4+细胞缺损和功能障碍为中心的严重免疫缺陷。未经治疗的典型HIV感染通常经过原发感染、病毒在体内播散、无症状潜伏期、病毒持续增殖、临床综合征及死亡等阶段,大约持续10年,一般在发生典型临床症状后2年死亡(图28-4)。
(1)原发感染期(primary infection)HIV初次感染人体后,经过4~11天的潜伏期而进入病毒血症期。发生病毒血症时,病毒会由原发感染部位粘膜向机体扩散,并驻留于淋巴器官,即病毒开始在CD4+T细胞和单核-巨噬细胞群中大量增殖和扩散。此时感染者循环CD4+ T淋巴细胞数急剧下降,HIV病毒量增多。大约50%~70%的病人会在感染后3~6周发生急性单核细胞增多症样表现,可出现发热、咽炎、淋巴结肿大、皮肤斑丘疹和粘膜溃疡等症状。此即为HIV的原发感染期。此期大约持续8~12周。特异性免疫会在感染后1周至3个月间出现,因此病毒血症下降,CD4细胞数回升。然而,免疫反应并不能完全清除感染,感染的淋巴细胞会在淋巴器官内持续存在。
图28-4 未经治疗的HIV感染典型过程(Brooks et al, 2004)
(2)临床潜伏期(clinical latency):此期可持续较长时间,3~8年或10年。在此期间感染者可不表现临床症状,外周血中HIV病毒血症或病毒RNA拷贝数很低,常需用敏感的方法才能检测出来。但实际上体内淋巴样组织中的HIV仍然处于活跃增殖的状态。病毒在受染的CD4+ T细胞和巨噬细胞中继续增殖,形成慢性或持续性感染,并不断小量释放入血循环中。由于病毒高度活跃的复制,而逆转录酶的高错误率,此期会产生大量突变病毒。
HIV引起的慢性感染与病毒能逃脱宿主免疫系统的清除作用有关。例如:①病毒包膜糖蛋白一些区段的高度变异性,导致不断出现新抗原而逃避免疫系统的识别;②在原发感染的病毒血症期间,对清除病毒感染细胞最有效的CD8+杀伤性T细胞克隆经初始扩增后因过量暴露于HIV抗原而消失,使淋巴样组织中病毒潜伏感染的细胞逃脱免疫清除作用。
(3)AIDS相关综合征(AIDS-related complex, ARC):随着感染时间的延长,当机体受到各种因素的激发使慢性感染的病毒大量增加,CD4+ T细胞数不断减少,机体免疫系统进行性损伤时,慢性感染可迅速发展为艾滋病相关综合征,临床上则出现发烧、盗汗、全身倦怠、慢性腹泻及持续性淋巴肿大等AIDS的前驱症状。
关于引起HIV基因组活化,使病毒由慢性感染状态转为大量增殖的因素尚未完全清楚。已知HIV基因中的LTR序列及tatrevnef三个调节基因,在启动、加速或减缓病毒的mRNA转录中起关键作用。一些细胞因子、T细胞有丝分裂原及其他病毒(如HHV-6)的调节蛋白等因素与病毒LTR上的NF-κB等元件结合后,可以增强HIV在细胞中大量复制,进一步导致CD4+T细胞数的大量减少和血循环中的HIV载量大量增加,最终造成免疫系统的完全破坏。
(4)AIDS期:当感染者出现严重的免疫抑制、各种严重而少见的机会感染和少见肿瘤特别是Kaposi肉瘤时,即进入了AIDS病期。
1)机会感染:由于晚期HIV感染免疫功能严重低下,一些对免疫正常的机体不引起严重疾病的致病因子造成的严重机会感染是AIDS患者的首要致死原因。一般当患者CD4细胞数高于200个/ml时不发生严重机会感染。最常见的机会感染包括:①原虫感染,如刚地弓形虫、隐孢子虫等;②真菌感染,如白假丝酵母菌、卡氏肺孢菌(Pneumocystis carinii);③细菌,如鸟-胞内分枝杆菌复合群(MAC)、结核分枝杆菌等;④病毒,如巨细胞病毒、人类疱疹病毒-8型、EB病毒、HBV和HCV等。
2)恶性肿瘤:AIDS病人表现出免疫抑制的另一倾向-发生恶性肿瘤。AIDS相关的恶性肿瘤包括Kaposi肉瘤(Kaposi’s sarcoma)、非何杰金淋巴瘤、肛门癌、宫颈癌及何杰金淋巴瘤(Hodgkin’s lymphoma)等。其中Kaposi肉瘤与HHV-8感染相关;肛门癌及宫颈癌与HPV感染相关。
3)神经系统异常:约40%~90%的病人会出现不同程度的中枢神经系统疾病,包括HIV脑病、外周神经病变、AIDS痴呆综合征等。AIDS痴呆综合征出现于约25%-65%的病人,严重痴呆者通常于6个月内死亡。
整个感染期间病毒持续增殖并不断释放至血中,同时CD4+细胞受到进行性破坏。因此血中病毒含量(即病毒载量,viral load)能反映病毒增殖情况,因而是预测病情、预后以及抗病毒药物治疗效果的指标;而CD4+细胞计数则是预测机会感染的指标。
2.HIV损伤免疫系统的机制
(1)HIV损伤CD4+细胞的机制:HIV感染损伤CD4+细胞的机制比较复杂。以下几种机制可能参与作用:① 病毒增殖后期,由于包膜糖蛋白插人细胞膜或病毒从胞膜出芽释放,导致胞膜通透性增加而损伤细胞。② 病毒增殖时产生大量未整合的病毒DNA,对细胞的正常生物合成活性有干扰作用。③ 胞膜上有病毒糖蛋白表达的CD4+细胞可与周围未受病毒感染的CD4+细胞融合,形成多核巨细胞而导致细胞死亡。④ 受染细胞胞膜上表达的HIV糖蛋白抗原,能被特异性细胞毒性T细胞所识别,或与特异性抗体结合后,通过抗体依赖细胞介导的细胞毒作用而破坏细胞。⑤ 病毒诱导自身免疫使T淋巴细胞损伤或功能障碍。HIV的gpl20与细胞膜上的MHCⅡ类分子有一同源区,故抗gpl20的抗体能与这类T细胞起交叉反应,造成免疫病理损害。此外,有学者提出HIV感染后通过对CD4+细胞的信号激活而导致细胞凋亡,可能亦是CD4+细胞损伤机制之一。
(2)CD4+T细胞和记忆细胞感染:CD4+ T细胞损伤能导致机体多种反应,包括巨噬细胞活化,诱导细胞毒性T细胞、NK细胞和B细胞功能,诱导淋巴细胞及造血细胞生长和分化的细胞因子分泌。因此CD4+细胞的损伤会导致免疫功能全面受损。
(3)单核吞噬细胞感染:单核吞噬细胞表达CD4分子和趋化受体CCR5,因此它们是HIV的重要靶细胞。在感染后早期,体内以巨噬细胞亲嗜性HIV为主,而且,这些毒株在体内引起初始感染,即便是当传染源的病毒包含巨噬细胞亲嗜性和T细胞亲嗜性两类病毒也如此。单核吞噬细胞是HIV在体内长期保存的部位,并由这些细胞将病毒播散至其他器官,侵犯中枢神经系统、肺、肠等器官而致病。感染的巨噬细胞可持续性释放病毒。在脑组织中,单核吞噬细胞也是HIV侵袭的对象,从而是AIDS神经系统损伤的基础。而肺泡巨噬细胞的受累则是AIDS肺炎的基础。
(4)中枢神经感染:感染后期神经系统异常表现较多见,40%~90%的病人会出现不同程度的中枢神经系统疾病,包括HIV脑病、外周神经病变、AIDS痴呆综合征等。脑内最易感的细胞为单核吞噬细胞。病毒可能通过感染的单核细胞进入脑内,或释放细胞因子导致炎症性神经细胞毒性。HIV非常少见于神经细胞、少突胶质细胞和星型细胞中。
另外,在病程早期,由于B淋巴细胞的多克隆性激活,血清免疫球蛋白的水平往往增高;但随着疾病的进展,B细胞的功能亦受到影响,对抗原的抗体应答能力下降。
(三) 免疫性
迄今为止,对HIV感染介导的免疫应答机制仍不完全清楚。HIV感染后,机体可产生抗HIV多种蛋白的抗体,其中针对病毒包膜的一些抗体具有保护作用(中和抗体),但是中和抗体滴度通常较低,而且大多数抗包膜抗体为非中和抗体。中和抗体能在急性感染期降低血清中的病毒量,但不能完全清除体内病毒。由于包膜糖蛋白的高度糖基化,糖侧链能够阻碍中和抗体与包膜抗原的结合;同时,由于病毒包膜抗原的高度变异性,变异的病毒不能被已经存在的中和抗体所清除,由此产生了HIV的“中和逃逸”。HIV感染也刺激机体产生细胞免疫应答,包括针对envgagpol基因产物的CTL反应以及NK细胞反应、抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用(ADCC)等。CTL对杀伤HIV感染的细胞和阻止病毒经细胞接触而扩散有重要作用,但CTL也不能彻底清除体内潜伏感染的细胞。因此,尽管机体产生对HIV的细胞和体液免疫应答,HIV仍能不断在体内活跃复制,构成持续感染状态。
三、微生物学检查法
HIV感染的实验室诊断方法有两大类:一类是测定抗体,是目前最常应用的方法;另一类是测定病毒及其组分。目前,对于HIV感染的诊断采用抗体检测包括初筛和确认实验;而监测病情的进展及评价抗HIV药物治疗效果采用外周血CD4+细胞计数和病毒RNA含量测定。
(一)检测抗体 
主要的方法有ELISA、IFA、RIA、免疫印迹(Western blot)。ELISA和RIA是用去垢剂裂解的HIV或HIV感染细胞的抽提物作抗原;IFA是用感染细胞涂片作抗原,进行检测抗体。这三种方法的敏感性虽高,但由于HIV的全病毒抗原与其他逆转录病毒(HTLV)有交叉反应,HIV感染的淋巴细胞抗原与一些人血清中的抗HLA抗体亦有交叉反应,故有一定的假阳性反应。因此,这类试验适用于HIV抗体的初筛,阳性者必须再用免疫印迹试验检测针对HIV不同结构蛋白的抗体做确证试验。目前认为至少同时检测出两种HIV抗原的抗体,方可肯定诊断。例如血清中同时检出P24及gpl20抗体阳性时,可判断为受HIV感染。
(二) 检测病毒及其组分
1.病毒分离及鉴定 大约需4~6周。取新鲜分离的正常人淋巴细胞或脐血淋巴细胞,用有丝分裂原刺激并培养3~4天后,用以接种病人的血液单核细胞、骨髓细胞、血浆或脑脊液等标本。培养过程中需定期换液和补加PHA处理的新鲜正常人淋巴细胞。经培养2~4周后,如有病毒生长,可能出现不同程度的细胞病变,最明显的是有融合的多核巨细胞。细胞病变出现后,可用间接免疫荧光法检测培养细胞中的病毒抗原,或用生化方法检测培养液中的逆转录酶活性,以确定HIV的存在。但有时并无明显细胞病变,可采用免疫学方法测定培养液中的HIV特异性p24抗原。病毒分离因耗时而不经济,且需要特殊生物安全实验室,故不用于进行临床诊断。
2.测定病毒抗原 常用ELISA法检测HIV的核心蛋白p24。这种抗原通常出现于病毒的急性感染期。在潜伏期中常为阴性;待感染发展,艾滋病症状出现时,p24抗原含量又可重新上升。
3.测定病毒核酸 应用多种方法包括逆转录-多聚酶链反应(RT-PCR)和支链
DNA扩增反应(bDNA)定量检测血浆中的HIV RNA,其敏感度可达到每毫升 20~50拷贝。这种定量检测方法常用于监测HIV慢性感染者病情的发展,以及作为评价抗HIV药物治疗效果的指标。另外,应用核酸杂交法或应用PCR法检测HIV的前病毒DNA可确定细胞中HIV潜伏感染情况。
四、防治原则
(一) 综合措施
由于艾滋病的高度致死性与惊人的蔓延速度,没有疫苗预防,药物不能完全控制,因此许多国家都采取预防HIV感染的综合措施。根据我国HIV/AIDS的流行和发病现状,“中国遏制与防治艾滋病行动计划(2006~2010年)”规定:①广泛深入开展艾滋病防治和无偿献血知识宣传教育,营造关爱艾滋病病毒感染者及艾滋病病人和支持艾滋病防治的社会环境;②大力推广和实施有效干预措施;③加强采供血机构和血液的管理;④提高艾滋病医疗服务质量,全面落实艾滋病治疗措施,开展对艾滋病病毒感染者、艾滋病病人及其家庭的关怀救助;⑤健全艾滋病检测监测体系,完善艾滋病检测监测网络(引自中国CDC性病艾滋病预防控制中心)。
基于HIV的传播方式,从行为上进行感染的预防主要包括:①任何与单一固定的HIV阴性伴侣以外的性行为都应该使用安全套保护;②不共用未经灭菌处理的针头或注射器;③妇女一旦暴露,应在怀孕前进行抗体检查,阳性者应避免怀孕;④HIV阳性的母亲应尽量避免母乳喂养以防止将病毒传染给婴儿。
(二) 疫苗研究 
自HIV被首次报道至今,其感染正以前所未有的速度蔓延,预防性疫苗是最有前景的控制HIV感染的策略,同时为增强感染者抗HIV的特异性免疫并能够延缓艾滋病进程的治疗性疫苗也是人们研制疫苗所考虑的一个方面。过去20余年的疫苗研究取得了相当大的进展,但是迄今还没有一种疫苗可以比较理想地控制HIV感染,疫苗的研究面临着诸多科学的挑战。
1.由于难以保证疫苗的安全性,HIV的减毒活疫苗或灭活疫苗均受到怀疑。
2.HIV持续的潜伏感染特点。
3.众多研究结果已经表明,HIV的弱免疫原性是限制重组疫苗效果的瓶颈因素。而且,对与HIV免疫保护相关的背景知识还缺乏完全了解。
4.HIV基因的快速变异及由此导致的病毒抗原性的变异产生新的突变毒株。
5.缺乏合适的动物模型来测定和评价疫苗的效果是HIV疫苗研究进展缓慢的原因之一。目前还缺乏能如实反映人类AIDS的动物模型。HIV只能感染黑猩猩,且只产生病毒血症和抗体却无免疫缺陷表现;因此,由于某些SIV毒株感染亚洲猕猴(Ruses macaque)产生体内持续性的高水平病毒复制,并诱发类艾滋病样症状,该模型被用于进行HIV疫苗的相关研究。
根据国际艾滋病疫苗行动组织( International AIDS Vaccine Initiative, IAVI)的资料,已经有一些候选疫苗经临床试验证实无显著性保护效果。到2006年9月,全球近20个国家就22种HIV疫苗进行不同规模的临床试验(包括III期1个,II期4个,I期17个)。这些疫苗使用的靶基因/抗原包括了HIV的结构基因envgagpol等。其中,HIV的主要中和表位分布于包膜蛋白,能够诱生大量中和抗体;Gag和Pol蛋白均比较保守且能诱导良好的细胞免疫,在控制病毒复制中是必需的。使用的策略包括利用基因工程手段制备亚单位疫苗、DNA疫苗或重组活病毒载体疫苗;通过改进和修饰包膜提高疫苗免疫原性、通过探明更多的保守性中和表位和CTL表位制备表位疫苗等。这些候选疫苗在临床前的实验研究阶段均不同程度地获得了较好的免疫效果。
(三)抗病毒治疗  
目前,临床上用于治疗艾滋病的药物分为四类:①核苷类逆转录酶抑制剂,如叠氮胸苷(Zidovudine, AZT)、双脱氧胸苷(ddC)、双脱氧肌苷(ddI)和拉米夫定(3TC);②非核苷类逆转录酶抑制剂,如delavirdine和nevirapine;③蛋白酶抑制剂,如saquinavir、ritonavir、indinavir和nelfinavir;④病毒包膜融合抑制剂,如T-20,为以病毒包膜糖蛋白gp41的N-HR作为药物靶点的C-HR来源药物,能抑制病毒进入靶细胞。第一和第二类药物的作用是干扰HIV的DNA合成;第三类药物的作用是抑制HIV的蛋白水解酶,使病毒的大分子多肽不能被切割裂解而影响病毒的成熟与装配。1996年,将核苷类和(或)非核苷类逆转录酶抑制剂与蛋白酶抑制剂组合成二联或三联疗法的高效抗逆转录病毒治疗(highly active anti-retroviral therapy, HAART)开始被采用(俗称鸡尾酒疗法)。HAART针对HIV复制周期的两个关键环节,能有效抑制HIV复制,使血中病毒水平快速下降至难以检出的水平;也能降低淋巴器官中病毒含量;使机体针对机会致病病原体的免疫反应得以恢复并且延长了病人的存活期。然而,HAART却不能将病人体内的HIV彻底清除,病毒在感染细胞中持续存在,一旦中断治疗或治疗失效,潜伏的病毒又会大量增殖起来。
HAART的出现使艾滋病成为可治疗的慢性疾病。然而,由于该方法的复杂性,而且昂贵,单一用药又会快速导致耐药性出现,加之较大的副作用,因此世界上的多数病人尚不可能受到治疗,而有相当多的病人则难以耐受长期治疗。
第二节 人类嗜T细胞病毒I型、Ⅱ型
人类嗜T细胞病毒I型 (HTLV-I) 和Ⅱ型 (HTLV-Ⅱ) 是20世纪80年代初期分别从T淋巴细胞白血病和毛细胞白血病患者的外周血淋巴细胞培养分离出的人类逆转录病毒,分类上属于RNA肿瘤病毒属。
一、生物学特性
HTLV-I和HTLV-Ⅱ在电镜下呈圆形,大小约100nm。病毒包膜表面的刺突嵌有病毒特异的糖蛋白(gpl20),能与细胞表面的CD4受体结合,与病毒的感染、侵入细胞有关。内层衣壳含P18、P24两种结构蛋白。中心含病毒RNA及逆转录酶。
病毒基因组的5’端至3’端由依次排列的gagpolenv 3个结构基因和taxrex2个调节基因组成。其两端均为LTR,参与病毒基因的调控。gagpolenv 3个基因的功能与HIV基本一致。tax基因编码蛋白是一种反式激活因子,除有激活LTR、增加病毒基因的转录外,尚能激活细胞的IL-2基因和IL-2受体基因,使它们异常表达而促进细胞大量增长。rex基因编码的两种蛋白对病毒的结构蛋白和调节蛋白的表达有调节作用。
HTLV-I与HTLV-Ⅱ基因组的同源性几近50%。
二、致病性
HTLV-I和HTLV-Ⅱ仅感染CD4+ T淋巴细胞并在其中生长,使受染的T细胞转化,最后发展成为T淋巴细胞白血病。
关于HTLV-I和HTLV-Ⅱ以何种方式引起细胞恶变的机制还未完全清楚。这两种病毒与Rous鸡肉瘤病毒等急性RNA肿瘤病毒不同,它们的基因组均不含有已知的v-oncc-onc。两种病毒与禽类白血病毒或鼠白血病毒等亚急性或慢性RNA肿瘤病毒不同,病毒基因组插入细胞基因组后,并不能激活与其相邻近的C-onc。目前认为,两种病毒所致的T淋巴细胞白血病,可能是一个多阶段的演变过程。病毒侵入CD4+T淋巴细胞后,其基因组经逆向转录并以前病毒形式整合于细胞DNA中。在病毒复制过程中,通过tax基因产物的反式激活作用,CD4+ T细胞的lL-2基因与IL-2受体基因即异常表达,使感染病毒的CD4+ T细胞大量增长,但并不引起细胞破坏。由于HTLV前病毒DNA在T细胞染色体上的整合并无特定细胞基因的限制,它们可以整合于不同的细胞染色体上,并使细胞转化成不同的克隆。当这些细胞继续增殖时,某一克隆中个别细胞的染色体如果发生突变,这个细胞就会演变成白血病细胞,随后由其不断增殖成T细胞白血病的细胞克隆。从HTLV感染CD4+ T细胞到形成白血病细胞克隆,一般约需3~6周时间。
受HTLV感染的T淋巴细胞除引起细胞增生、转化及癌变外,其正常免疫功能亦受影响,主要引起免疫缺陷和多克隆性B细胞激活。
由HTLV-I引起的成人T细胞白血病在日本西南部、加勒比海地区、南美洲东北部和非洲一些地区呈地方性流行。最近我国亦发现福建省的沿海县市有少数成人T细胞白血病病例。当地人群血清HTLV-I抗体阳性率约为2%,表明福建省东部沿海县市是我国HTLV-I的流行区。
HTLV-I可通过输血、共用注射器或性交等方式传播,亦可经胎盘、产道或哺乳等途径将病毒传给婴儿。该病毒除引起成人T细胞白血病外,尚能引起热带下肢痉挛性瘫痪和B细胞淋巴瘤。HTLV-Ⅱ则引起毛细胞白血病和慢性CD4+细胞淋巴瘤。
三、微生物学检查法与防治原则
检查HTLV-I或HTLV-Ⅱ感染所用的病毒分离和抗体测定方法与检查HIV相似。应用免疫印迹法检测抗体可将HTLV-I、HTLV-Ⅱ和HIV三种病毒的抗体相区别。目前尚没有研制出有效的HTLV疫苗。抗病毒药中,只有AZT有一定的治疗效果。

 

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