高中生物病毒典例H5N1型高致病性禽流感病毒简介

高中生物病毒典例H5N1型高致病性禽流感病毒简介 【摘要】在高中生物中，病毒是一种非常特殊的非细胞结构的微生物，H5N1是一种近年来比较高发的人、禽、兽共患的新发传染病，H5N1是以RNA为遗传物质的逆转录病毒，是帮助高中阶段学生学习病毒知识、扩充中心法则的典型实例。本文详细介绍了这种就病毒的结构特点、禽流感病毒和人流感病毒的关系、致病机理和疫苗研究现状进行综述。 【关键词】H5N1高致病性禽流感病毒；结构；致病机制；疫苗研究 在高中生物的学习过程中，在必修一 “细胞的类型和结构”一节中，学生首次接触了除原核细胞和真核细胞以外，还存在着病毒这种非细胞结构的生物；在必修二“探究遗传物质的过程”一节中，学生又一次接触到了不同类型的病毒：DNA和RNA病毒；在接下来学习的“中心法则及其发展”中，又涉及到了逆转录病毒的知识。但是在高中生物的几本书中，并没有专门的章节来介绍病毒这种特殊的生物。因此本文以人流感病毒的近亲高致病性禽流感病毒为例，来介绍此种逆转录病毒的基本知识和研究现状。 1 禽流感病毒的结构 禽流感(Avian influenza，AI)是由A型流感病毒(Avianinfluenza virus，AIV)引起的从呼吸系统病变到全身败血症的一种高度接触性、急性传染病，鸡、鸭等家禽及鸟类等野禽均可感染。亚洲、美洲、欧洲的许多国家和地区都曾发生过此病，给养禽业造成了巨大的损失。禽流感不仅可以在家禽中传播，而且还可以由家禽传染给人类，直接威胁人类的健康。高致病性禽流感(Highly pathogenic avian influenza，HPAI)已被世界动物卫生组织(OIE)列为A类传染病，并被列入国际生物武器公约动物传染病名单，我国也将其列为一类动物疫病。 禽流感病毒AIV属RNA病毒的正黏病毒科，流感病毒属，是一种核糖核酸(RNA)病毒。病毒毒粒大致呈圆形，直径为80～120纳米。禽流感病毒主要由包膜和核衣壳构成。包膜由纤突，双层类脂膜和基质蛋白构成。纤突是在双层类脂膜上的密集钉状物或纤突覆盖，呈放射状排列，是糖蛋白插入并在毒粒表面形成突起，长度约为12-14 nm。在毒粒表面形成突起的糖蛋白有两种：一类是呈棒状，由血凝素分子的三聚体构成(HA)在病毒吸附和穿膜过程中以及决定病毒致病力的方面均起到关键的作用；另一种是呈蘑菇状，由具有催化活性的神经氨酸酶蛋白(NA)的四聚体构成，NA非极性跨膜区起着固定和作为信号肽的双重功能，两种纤突在囊膜上的比例为75：20。对于人的免疫系统而言，这是两种抗原。根据抗原性的不同，AIV可分为A、B、C三型。基质蛋白是病毒粒子内的主要蛋白成分，其形成的基质膜紧贴在类脂双层内面，包围着核衣壳，是维持病毒形态的结构蛋白。AIV的核衣壳呈螺旋对称，核酸为单股负链RNA，分为8个不同的片段，A型和B型AI中，1个～6个片段均编码单个蛋白，分别为PB2、PB1、PA、HA、NP和NA；第7个和第8个片段均编码2个蛋白，分别为M1、M2和NS1、NS2。这10个病毒蛋白中，有8个是病毒粒子的组成成分(HA、NA、NP、M1、M2、PB1、PB2和PA)，分子质量最小的RNA段编码2个非结构蛋白，即NS1和NS2。在核酸外面包被着螺旋排列的壳粒，主要是由核蛋白(NP)构成。  3 禽流感的致病机理 高致病性禽流感病毒主要通过空气进行传染，AIV靠近宿主细胞以后，它通过HA特异的识别和结合宿主呼吸道黏膜上皮细胞表面的相应受体，诱导病毒囊膜与细胞膜结合，使病毒粒子能够进入细胞。病毒要具有侵染性，必须经过两个过程： ①宿主蛋白酶将HA 裂解为HA1和HA2；②裂解后的HA2暴露出疏水区并与宿主细胞膜脂双层相互结合。禽流感病毒HA裂解为HA1和HA2是其致病的重要因素， 在病毒入侵细胞及决定病毒致病力方面起着关键作用。这一裂解过程主要取决于HA对蛋白酶切割的敏感性。低致病力禽流感病毒在HA裂解位点上只有一个或两个碱性氨基酸-精氨酸，这种结构只能被存在于呼吸道和消化道内的精氨酸特异蛋白酶识别并裂解，因此，低致病力禽流感病毒感染一般只在呼吸道和消化道内局部繁殖。对禽类危害极大的高致病性禽流感病毒就在HA裂解位点具有多个碱性氨基酸，能使HA对蛋白酶切割的敏感性增强，被机体大多数组织细胞内的蛋白酶识别并裂解，从而使病毒的致病力提高。所以一旦高致病力禽流感病毒进入机体就会迅速全身扩散，使全身多个组织受感染，导致宿主发病、死亡。总之，HA碱性氨基酸的多少和宿主体内蛋白裂解酶的分布是决定病毒致病能力及其在机体内扩散能力的主要因素。 H5N1亚型禽流感病毒毒毒力较强，引发的传染性变态反应(IV型变态反应)，最终导致人类感染严重的下呼吸道感染、进行性呼吸系统衰竭、急性呼吸窘迫综合证(ARDS)和严重的外呼吸道综合征等严重并发症。英国学者对18 名人禽流感(H5N1)患者和8名感染人流感的患者进行了病原学和免疫学比较，结果发现病人体内的高病毒载量及过度的免疫应答是禽流感病毒(H5N1)致病和死亡的主要原因。 4 高致病性禽流感的疫苗研究现状 由于AIV血清亚型众多，抗原变异频繁，禽类感染AIV后，死亡率高达75% ～90%，使得A I对畜牧业的发展以及人类安全存在巨大威胁。接种禽流感疫苗可大大降低禽流感的发病率，禽流感疫苗包括：高致病性禽流感灭活疫苗、高致病性禽流感亚单位疫苗、高致病性禽流感重组活载体疫苗以及禽流感核酸疫苗等类型。 4.1 高致病性禽流感灭活疫苗　 AIV灭活全病毒疫苗一般是用甲醛灭活禽流感病毒鸡胚增殖的尿囊液，辅以佐剂制备而成的油乳剂疫苗。灭活全病毒疫苗安全性好，抗原成分齐全，免疫原性强，不会出现毒力返强和变异现象，能够经受同种亚型AIV的攻击，流感灭活疫苗便于储备，实验证明具有良好的免疫保护作用，也是目前被广泛应用的免疫疫苗。由于灭活疫苗的抗原量由注射剂量决定，为此必须注射比活疫苗高出许多倍的病毒量，此外还必须添加佐剂，这都增加了灭活疫苗的成本；灭活全病毒油佐剂疫苗的另一缺点是接种动物血清学检测呈阳性，故不能与自然感染相区分，影响疫病的检测。 4.2 禽流感病毒亚单位疫苗　 亚单位疫苗是提取A IV具有免疫原性的HA蛋白， 用重组技术生产大量HA 蛋白，并辅以佐剂而成的疫苗。由于禽流感病毒的保护性抗原主要为HA 和NA ，HA糖蛋白和NA蛋白能够产生有保护作用的抗体，NP有种的特异性，能产生有保护作用的抗体和细胞免疫反应。该产品为杆状病毒—昆虫细胞系统表达的H5N1亚型禽流感病毒HA亚单位疫苗，这种疫苗安全性好，也能刺激机体产生足够的免疫力， 能保护鸡只抵抗禽流感病毒， 同时可诱导细胞免疫反应，但免疫保护持续时间短。重组抗原表位亚单位疫苗是将具有免疫保护作用的人工合成抗原肽结合到载体上，再加上佐剂制成的制剂，大大的增加了成本，且效果不如全病毒灭活疫苗。 4.3 AIV重组活载体疫苗　 活载体基因重组疫苗是近年来十分关注的诸多新型疫苗中的一类，它是以利用基因工程方法改造的病毒或细菌作载体，按人们的要求表达特定免疫活性因子。利用对禽类无病原性或致病性很弱的痘病毒、疱疹病毒或禽病毒作载体， 将HA 等保护性抗原重组到病毒基因序列中得到的重组病毒。构建表达HA的重组病毒可在体内复制，表达HA蛋白，从而诱导机体产生针对A IV的免疫保护力。据报道，基于HA基因的活载体疫苗对相同HA亚型病毒的攻击产生近100%的保护，而对其它亚型病毒攻击的保护性较差。1998 年，重组禽痘病毒疫苗获得美国农业部的批准可在紧急情况下使用，并于同年在墨西哥的商品肉鸡群中应用，从而有效地控制了H5N2 的流行。 4.4 核酸疫苗 又称为DNA疫苗，核酸疫苗是将可表达保护性免疫原基因克隆到真核表达载体质粒上，直接导入机体细胞，抗原蛋白经过内源性表达， 并提呈给免疫系统，诱发机体产生特异性的体液免疫和细胞免疫反应。核酸免疫也称DNA免疫或基因免疫。核酸疫苗不同于传统的弱毒苗、灭活苗及蛋白亚单位苗，它是带有特异抗原基因的真核表达质粒，具有重组亚单位疫苗的安全性和减毒活疫苗诱导全方位免疫应答的能力，核酸疫苗不需要在体外表达纯化蛋白， 相对省时省力， 抗体持续时间长， 只需要一次注射就可产生良好的免疫。在防治病毒感染性疾病中有广阔的应用前景，已成为疫苗研究领域的热点之一。 参考文献 [1] 李峰，曹波，叶亦菊，等.我国高致病性禽流感流行现状及防治[J].福建畜兽医，2008，30(2):54-56. [2] 刘汉鹏.高致病性禽流感防治[J].现代农业科技，2006(1):86. [3] 谢笑娟.高致病性禽流感防治技术[J].上海农业科技，2007(3):68-69. [4] 章立存.论高致病性禽流感的防治[J].现代农业科技，2009(11):225，227. [5] Alexander， D. J. (2000).A review of avian influenza in different bird species. Vet. Microbiol. 74:3–13. [6] Webster RG. (1998). Influenza: an emerging disease. Emerg Infect Dis. 4:436-41. [7] Li KS， Guan Y， Wang J et al. (2004) .Genesis of a highly pathogenic and potentially pandemic H5N1 influenza virus in eastern Asia. Nature. 430:209-13. [8] Liu J， Xiao H， Lei F et al. (2005). Highly pathogenic H5N1 influenza virus infection in migratory birds. Science. 309:1206. Abstract.