人卫第九版医学微生物病毒学总论（含噬菌体）

本思维导图是作者自己的针对人卫第九版医学微生物学病毒学总论（含噬菌体）的学习笔记，涵盖病毒学总论、病毒的基本性状、病毒感染的检查方法与防治原则、病毒的感染与免疫、大小与形态增值、缺乏增殖所需的酶系统等知识内容，赶快收藏学起来吧！

病毒学

噬菌体（bacteriophage）

感染细菌、真菌、放线菌专性胞内寄生或螺旋体等微生物，专性胞内寄生

生物学性状

基本形态

蝌蚪形（多数）、微球形、细杆形

蝌蚪形（多数）

头部：六边形立体对称，由蛋白质衣壳包绕核酸组成

尾部

尾髓：具收缩功能，可将核酸注入宿主细胞内

尾鞘

尾板：可能含有裂解宿主菌细胞壁的溶菌酶

尾刺

尾丝：吸附器官，能识别宿主菌表面特异受体

化学组成：蛋白质和核酸（DNA或RNA）

具抗原性，机体产生的特异性抗体可抑制相应噬菌体侵入宿主菌，但对已吸附或进入宿主菌的噬菌体不起作用

对理化因素的抵抗力比一般细菌繁殖体强

分类

毒性噬菌体（virulent phage）

能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌

在宿主菌内以复制方式进行增殖，增殖过程

吸附：噬菌体表面蛋白与宿主菌表面受体特异性结合

穿入

生物合成

成熟与释放

噬菌体的复制周期/溶菌周期：从噬菌体吸附开始至宿主菌裂解释放出子代噬菌体为止

液体培养基，噬菌体裂解宿主菌可使混浊菌液变澄清；固体培养基，适量噬菌体和宿主菌液混合接种后，培养基表面可出现透亮的溶菌空斑——噬斑（plaque），是由一个噬菌体复制增殖并裂解宿主菌后形成。可通过噬斑计数测知一定体积内噬菌体数量。

仅有溶菌性周期

温和噬菌体（temperate phage）/溶原性噬菌体（lysogenic phage）

前噬菌体（prophage）：整合在细菌染色体上的温和噬菌体基因组

溶原性细菌（lysogenic bacterium）：带有前噬菌体的细菌，具有抵抗同种或有亲缘关系噬菌体重复感染的能力。前噬菌体偶尔可自发或在诱导下脱离宿主菌染色体进入溶菌周期，产生成熟的子代噬菌体，导致细菌裂解。

溶原性（lysogeny）：温和噬菌体具有的产生成熟子代噬菌体颗粒和裂解宿主菌的潜在能力

三种存在状态

游离的具有感染性的噬菌体颗粒

宿主菌细胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸

前噬菌体

有溶原性周期和溶菌性周期

溶原性转换（lysogenic conversion）：某些前噬菌体导致细菌基因型和性状发生改变

病毒的基本性状

大小与形态

病毒体（virion）：一个完整成熟的的具有感染性的病毒颗粒

大小差别悬殊，最大的约为300nm，如痘病毒；最小的约为20nm，如细小RNA病毒

通过复制的方式增殖，对干扰素敏感，对抗生素不敏感，不可以在人工培养基上生长

结构和化学组成

基本结构

核衣壳（nucleocapsid）

核心（core）:主要成分为核酸，构成病毒基因组

衣壳（capsid）：蛋白质外壳，具抗原性，是病毒体主要抗原成分

保护病毒核酸免受外界环境因素（如核酸水解酶）的破坏，同时表现病毒的生物学特性，如对宿主细胞的亲嗜性、致病性、毒力和抗原性等。（能介导病毒进入宿主细胞） 根据病毒壳粒排列方式的不同，病毒结构有三种对称型：——病毒衣壳的对称性及壳粒的数目可进行病毒分类与鉴定。 20面体对称型 (icosahedral symmetry)：大多数球形病毒，最为坚固；螺旋对称型 (helical symmetry)：大多数丝状病毒和弹状病毒，相对不坚固，衣壳外需有包膜；复合对称型 (complex symmetry)：衣壳中既有20面体对称又有螺旋对称部分，如T噬菌体和痘病毒等

特殊结构

包膜

包绕在病毒核衣壳外面的双层膜，由脂质和糖蛋白组成

（1）脂质（lipid）： 来源：病毒出芽成熟过程中从宿主细胞的核膜或细胞膜获得。 作用：包膜中脂质对宿主细胞的亲嗜性，决定病毒特定的侵害部位。 （2）糖蛋白（glycoprotein）： 来源：糖获自宿主细胞，蛋白质由病毒自身基因编码。 包膜表面常有不同形状的突起，称为包膜子粒 (peplomere) 或刺突 (spike)，其化学成分为糖蛋白。 功能：识别受体、膜融合。 包膜病毒/裸露病毒； 有包膜病毒可被脂溶剂（乙醚、氯仿、去氧胆酸钠）灭活。乙醚灭活试验可鉴别有包膜病毒和无包膜病毒。 灭活（inactivation）：病毒受理化因素作用后，失去感染性；但仍可保留其抗原性、红细胞吸附、血凝及细胞融合等生物学功能；

其他辅助结构

如触须

常见于腺病毒（无包膜），20面体核衣壳的各个顶角上有触须样纤维，像大头针（顶端膨大呈球状）。功能：凝集某些动物红细胞并损伤宿主细胞。

增殖

缺乏增殖所需的酶系统，只能在易感的活细胞内增殖

自我复制（self replication）

以病毒基因组为模板，借助DNA聚合酶或RNA聚合酶等，复制出病毒的基因组并经过转录、翻译过程产生大量病毒蛋白质，再经过装配，最终释放出子代病毒的过程。

病毒的复制周期（replication cycle）

从病毒进入宿主细胞开始，经过基因组复制和病毒蛋白合成，至释放出子代病毒的过程，称为一个病毒复制周期。 人和动物病毒的复制周期依次包括吸附、穿入、脱壳、生物合成及装配与释放五个阶段。 吸附 adsorption 病毒表面的吸附蛋白与易感细胞表面特异性受体结合。（组织亲嗜性） 如CD4+ T细胞表面的CD4分子是HIV的受体；呼吸道上皮细胞和红细胞表面的糖蛋白是流感病毒的受体；肠道上皮细胞的脂蛋白是脊髓灰质炎病毒的受体。 穿入 penetration 有包膜病毒：融合（fusion） 无包膜病毒：吞饮（endocytosis）/ 脱壳后核酸直接穿入（如噬菌体）。 脱壳 uncoating 脱壳是指病毒基因组从衣壳内释放出来的过程。多数在细胞溶酶体酶的作用下完成。 生物合成 biosynthesis 以病毒基因组为模板，利用宿主细胞提供的低分子物质，完成核酸的复制与蛋白质的合成。 合成区域： DNA病毒 核内（DNA） 胞质（蛋白质） RNA病毒 胞质（除流感病毒及部分副黏病毒） *不同类型核酸的核酸复制方式： dsDNA、ssDNA、+ssRNA、-ssRNA、dsRNA、逆转录病毒、嗜肝DNA病毒（HBV基因组为不完全闭合dsDNA）。 *不同类型病毒的蛋白质合成模板 dsDNA、+ssRNA、-ssRNA 进入隐蔽期（eclipse period），此期无完整病毒可见，也不能用血清学检测出病毒。 装配与释放 assembly maturation and release 装配部位：大多数DNA病毒——细胞核内（痘病毒除外）；大多数RNA病毒——细胞质内（正黏病毒除外） 成熟时机：无包膜病毒→装配成核衣壳后；有包膜病毒→获得包膜后 释放方式：无包膜病毒→溶解细胞；有包膜病毒→出芽（budding）

病毒的异常增殖

顿抑感染（abortive infection）

即流产性感染 原因：病毒进入的宿主细胞不能为病毒增殖提供所需要的酶、能量及必要的成分； 结果：病毒不能合成本身的成分，或者虽能合成但不能装配和释放出有感染性的病毒颗粒。 非容纳细胞（nonpermissive cell）：不能为病毒复制提供必要条件的细胞。一种病毒的非容纳细胞对另一种病毒可能为容纳细胞（permissive cell）。

缺陷病毒（defective virus）

原因：病毒体基因组有缺陷（不完整或某一基因位点改变）； 结果：单独感染宿主细胞不能进行正常增殖，复制不出完整的有感染性的病毒颗粒； 辅助病毒（helper virus）：当与缺陷病毒共同培养时可以为缺陷病毒提供所缺乏的物质，使缺陷病毒能完成正常增殖的具有辅助作用的病毒。 两者共同感染同一细胞时，可生成有传染性的病毒体，如HDV和HBV,腺病毒伴随病毒和腺病毒。

干扰现象（interference）

1. 定义：两种病毒感染同一细胞时，可发生一种病毒抑制另一种病毒增殖的现象。可发生在同型、同种和异种病毒之间。 2. 产生原因：病毒诱导宿主细胞产生了干扰素（interferon, IFN），或者是第一种病毒改变了宿主细胞表面受体结构或细胞代谢途径，阻止了另一种病毒吸附和穿入等过程。 3. 类型： 自身干扰：高滴度的同一株病毒连续传代培养，生成一部分无传染性的病毒，如流感病毒接种鸡胚； 同种干扰：同种病毒不同型间，如流感病毒A1型和A2型之间； 异种干扰：不同种病毒之间，如甲型和乙型流感病毒。 缺陷干扰颗粒（defective interfering particle,DIP）：在同一病毒株中混有缺陷病毒，当与完整病毒同时感染同一细胞时，完整病毒的增殖会受到抑制（自身干扰现象），其中发挥干扰作用的缺陷病毒称为缺陷干扰颗粒。 干扰现象不仅在活病毒间发生，灭活病毒也能干扰活病毒。 病毒之间的干扰现象能阻止发病，也可以使感染终止，使宿主康复。也可以指导疫苗接种，避免干扰现象影响疫苗免疫效果。

遗传与变异

基因突变

病毒基因组碱基序列发生改变（置换、缺失、插入），自发突变率为10^-8至10^-6。 1）毒力改变突变株：脊髓灰质炎病毒和麻疹病毒经过适当的传代，其毒力减弱，变成减毒株，可制成疫苗； 2）条件致死突变株：如温度敏感突变株 (temperature sensitive, ts)，在28～35℃可以复制， 37～40℃即发热体温下不能复制而被灭活； 3）宿主范围突变株（host-range mutant）：指病毒基因组突变而影响了对宿主细胞的感染范围，能感染野生型病毒所不能感染的细胞。？例：狂犬病毒在兔脑内连续增殖，由“街毒”变为“固定毒”，从而制成狂犬疫苗。 4）缺陷型干扰突变株（DIM） 5）耐药突变株（drug-resistant mutant）

基因重组与重配

基因重组（genetic recombination）：两种病毒感染同一宿主细胞发生基因的交换，产生具有两个亲代特征的子代病毒，并能继续增殖，该变化称为基因重组。可发生在两活，一活一灭活，两灭活病毒之间。 重配（reassortment）：对于基因分节段的RNA病毒，如流感病毒、轮状病毒等，通过交换RNA节段而进行基因重组的被称为重配。 重配的概率可高于不分节段的病毒。 交叉复活（crossing reactivation）：已灭活的病毒在基因重组中可成为具有感染性的病毒。 多重复活（multiplicity reactivation）：两种或两种以上的近缘的灭活病毒（病毒基因组的不同部位受损）感染同一细胞时，经过基因重组而出现感染性的子代病毒。

基因整合

病毒基因组与细胞基因组的重组过程

病毒基因产物的相互作用

互补作用 (complementation)：两种病毒感染同一细胞时，其中一种病毒的基因产物【如结构蛋白（衣壳、包膜）和代谢酶等】促使另一病毒增殖。辅助病毒与缺损病毒间、两缺损病毒间、活病毒与死病毒间都可发生互补，互补后产生两种感染性子代病毒。 表型混合 (phenotypic mixing)：两种病毒共同感染同一细胞时，装配过程发生错误，子代病毒可含有对方甚至双方的衣壳或包膜；主要表现为耐药性，抗原性、细胞嗜性等改变，基因并未改变，改变的生物学性状不能遗传。 核壳转移（transcapsidation）：无包膜病毒间发生的表型混合。 因此获得新表型病毒株时，应通过传代来确定病毒新性状的稳定性，以区分是基因重组体还是表型混合。

分类

现在一般分为三类：  DNA病毒：痘病毒科、疱疹病毒科、腺病毒科、乳多空病毒科、细小病毒科；  RNA病毒：呼肠病毒科、双RNA病毒科、副粘病毒科、弹状病毒科、正粘病毒科、布尼亚病毒科、沙粒病毒科、小RNA病毒科、杯状病毒科、星状病毒科、冠状病毒科、黄病毒科、披膜病毒科；  DNA和RNA逆转录病毒：嗜肝DNA病毒科、逆转录病毒科

病毒的感染与免疫

病毒感染的传播方式

水平传播（horizontal transmission）

病毒在人群中不同个体间的传播,包括人-人和动物-人之间（包括通过媒介）的传播，为大多数病毒的传播方式。 侵入机体的重要门户：皮肤、呼吸道、消化道、泌尿生殖道、血液途径等

垂直传播（vertical transmission）

病毒由亲代宿主传给子代的传播方式，人类主要通过胎盘、产道、围产期哺乳和密切接触感染等方式。（由母亲传给胎儿的方式） 例：HBV、HIV-1、巨细胞病毒和风疹病毒等，可引起胎儿先天性畸形、早产、流产或死胎。 围产期感染（perinatal infection）：围产期（孕28周-产后4周）病毒通过胎盘屏障、产道或产后哺乳及密切接触等形式由母亲传给胎儿或新生儿导致其感染或致病。

局部感染/表面感染

全身感染：病毒血症

毒血症（toxemia）

病原菌侵入机体局限组织中生长繁殖后，只有其产生的外毒素进入血液，菌本身不侵入血流，外毒素作用于组织和细胞，引起特殊的临床症状，如白喉和破伤风菌等。

败血症（septicemia）

病原菌侵入血流，并在血中大量生长繁殖，产生大量毒性产物，引起全身中毒症状，如鼠疫、炭疽。

菌血症（bacteremia）

病原菌由局部侵入血液，但未在其中生长繁殖，只是一过性或间断性入血，到达其他部位继续繁殖，如伤寒、波浪热。

脓毒血症（pyemia）

化脓性细菌侵入血流，在其中大量繁殖，并可通过血流到达机机体其他器官或组织，产生新的化脓灶所引起的症状。如金黄色葡萄球菌的脓毒血症，可导致多发性肝脓肿、皮下脓肿等。

内毒素血症（endotoxemia）

革兰阴性菌死亡崩解后释放大量内毒素入血而引起的全身中毒症状，严重时可出现DIC、休克甚至死亡。如小儿急性中毒性细菌性痢疾。

病毒感染的致病机制

杀细胞效应（cytocidal effect）

杀细胞性感染（cytocidal infection）：病毒在宿主细胞内复制成熟后，在很短的时间内一次释放大量子代病毒，细胞被裂解而死亡。主要见于无包膜、杀伤性强的病毒（如脊髓灰质炎病毒、腺病毒和鼻病毒等）。 致细胞病变作用（cytopathic effect,CPE）：体外实验中，通过细胞培养和接种杀细胞病毒，经一定时间后，可用显微镜观察到受感染细胞变圆、出现空斑、融合、坏死，从瓶壁脱落等现象。

稳定状态感染（steady state infection）

某些细胞进入细胞后能复制，却不引起细胞立即裂解死亡，多见于包膜病毒感染（如流感和副流感病毒等）。这些病毒以出芽方式释放子代，过程相对缓慢，细胞在短时间内并不立即被溶解与死亡。这些不具有杀细胞效应的病毒所引起的感染称为稳定性感染。 结果： 1.感染细胞与邻近细胞融合，形成多核巨细胞或合胞体。 2.病毒感染的细胞表面出现病毒基因编码的新抗原，成为被细胞免疫攻击的靶细胞。

包涵体（inclusion body）形成

某些被病毒感染的细胞中，在光镜下，可见细胞浆或细胞核内出现有与正常细胞结构差异的、嗜酸或嗜碱性、圆形或不规则的斑块状结构，称为包涵体 (inclusion body)。

细胞凋亡（apoptosis）

导致凋亡/抑制早期凋亡

基因整合与细胞转化

整合感染（integrated infection）：某些DNA病毒和逆转录病毒以双链DNA整合入宿主细胞染色体中，或以质粒形式存在于细胞质中，随着细胞的分裂病毒基因能传给子代并长期存在于细胞中，如HIV-1。 多见于肿瘤病毒，人类肿瘤中有15%-20%由病毒感染而诱发。

病毒感染的类型

根据有无临床症状

隐性病毒感染（inapparent viral infection）

/subclinical infection: 病毒进入体内不引起临床症状的感染称隐性感染或亚临床感染。 病毒携带者（viral carrier）:部分病毒隐性感染者不能产生有效的免疫力，病毒可在体内增殖不被清除，并可长期向外界播散,是重要的传染源。

显性病毒感染（apparent viral infection）

/clinical infection：病毒感染后出现临床症状和体征，称为显性感染或临床感染。

根据感染过程及滞留时间

急性病毒感染（acute viral infection）

病毒在宿主细胞内大量增殖，引起靶细胞破坏、组织损伤和功能障碍。 特点为潜伏期短，发病急，病程数日至数周，病后常获得特异性免疫。

持续性病毒感染（persistent viral inection）

病毒在机体内可持续存在数月、数年甚至数十年。

潜伏感染（latent infection）

经显性或隐性感染后，病毒基因存在一定的组织或细胞中而不复制，不产生有感染性的病毒体，在某些条件（一般是使机体免疫力低下的因素）下可被激活而急性发作，如单纯疱疹病毒 (HSV)、水痘-带状疱疹病毒 (VZV)

慢性感染（chronic infection）

病毒感染后未完全清除，血中可持续检测出病毒，因而可经输血、注射而传播。可出现症状，也可无症状，病程可长达数年或数十年之久，反复发作，迁延不愈，如HBV、HCV。

慢发病毒感染（slow virus infection）

病毒感染后出现很长时间潜伏期，可达数月、数年甚至数十年，在症状出现后成进行性加重，最终导致死亡。为慢性进行性加重的病毒感染，较为少见但后果严重。如麻疹病毒引起的亚急性硬化性全脑炎（SSPE）、HIV引起的艾滋病及朊粒感染引起的疾病等。

抗病毒免疫

固有免疫

干扰素（interferon,IFN）

1.定义：由病毒或其他干扰素诱生剂刺激机体细胞所产生的一种具有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等作用的糖蛋白。具广谱抗病毒作用；但抗病毒作用具种属特异性，一般同一种细胞产生的干扰素在同种活体内应用活性最佳，而对不同种属细胞则无活性。 2.干扰素抗病毒的分子机理  干扰素抗病毒作用是间接的，它不能直接灭活病毒，而是诱导细胞产生抗病毒蛋白，抗病毒蛋白只作用于病毒，对宿主蛋白质合成没有影响，因此干扰素是无毒、安全的。  涉及的抗病毒蛋白 1）2’-5’腺嘌呤核苷合成酶： 可使病毒的mRNA降解。 2）蛋白激酶 (PKR)：可使多种与核糖体相连的蛋白质发 生磷酸化，使病毒蛋白合成受阻。 3）磷酸二酯酶：该酶为外切酶，能够水解tRNA 3’端的CCA，从而抑制病毒肽链的延长和蛋白质翻译。 4）ISG15：15 kDa的干扰素刺激蛋白，免疫调节。 5）MX粘蛋白抗性蛋白A：与病毒RNA多聚酶结合，阻断基因转录

先天不感受性：细胞膜上无病毒受体

屏障作用：血脑屏障、胎盘屏障

细胞作用：巨噬细胞、NK细胞

NK细胞 (natural killer)：  存在于人外周血和淋巴组织中的一类淋巴细胞；  杀伤病毒感染的靶细胞和肿瘤细胞；  在感染早期杀伤病毒感染的细胞；  不受MHC限制，不需抗体参与。

适应性免疫

体液免疫

清除游离病毒，有效抑制病毒通过病毒血症向靶组织扩散。  血清和体液中IgG、IgM能中和病毒；  黏膜IgA可起局部免疫作用。  中和抗体对潜伏感染病毒和细胞与细胞间直接传播的病毒无效（巨细胞病毒很少释放到细胞外）。

中和抗体（neutrailzing antibodies）

指针对病毒某些表面抗原的抗体。此类抗体能与细胞外游离的病毒结合从而消除病毒的感染能力。其作用机制主要是直接封闭与细胞受体结合的病毒抗原表位,或改变病毒表面构型，阻止病毒吸附、侵入易感细胞。中和抗体不能直接灭活病毒。病毒与中和抗体形成的免疫复合物，可被巨噬细胞吞噬清除。有包膜的病毒与中和抗体结合后,可通过激活补体导致病毒裂解。

血凝抑制抗体

补体结合抗体

细胞免疫

CTL

通过其抗原受体识别病毒感染的靶细胞，通过细胞裂解和细胞凋亡两种机制直接杀伤靶细胞。

CD4+Th1细胞

分泌细胞因子，激活巨噬细胞和NK细胞，诱发炎症反应，促进CTL的增殖和分化等。

病毒感染的检查方法与防治原则

病毒感染的检查方法

标本的采集与送检：早、快、冷、防、双

 采集急性期标本；  使用抗生素；  冷藏保存、快速送检；  采集双份血清

病毒的分离培养

 动物接种  鸡胚接种  细胞培养

病毒的鉴定

鉴定方法 形态学鉴定：电镜观察； 血清学鉴定：用已知的诊断血清（抗体）进行鉴定；免疫标记法、血凝抑制试验。 分子生物学鉴定：核酸扩增、核酸杂交、基因芯片、基因测序等 鉴定指标：细胞病变（CPE）、红细胞吸附、病毒干扰作用、细胞代谢改变 病毒感染性与数量测定： 1. 50%组织细胞感染量 (TCID50) 测定：  病毒感染鸡胚动物或细胞后，引起50%感染的最小量。 2. 红细胞凝集试验(red cell agglutination)：名解待补充p222  亦称血凝试验。用血凝反应来测定病毒的含量。 3. 空斑形成试验 (plaque formation test)：  病毒感染单层细胞后，产生的局限性病灶称空斑，空斑是由一个感染性病毒体复制后形成的，称空斑形成单位 (plaque forming unit,PFU)，病毒悬液中的感染性病毒量以每毫升的空斑形成单位来表示

病毒感染的诊断

（一）形态学检查 电镜和免疫电镜检查：病毒颗粒 光学显微镜检查：细胞病变、包涵体 （二）病毒成分检测 1. 病毒蛋白抗原检测（用已知抗体） 免疫荧光检测 (IFA)和免疫组织化学检测 (IHC) 酶联免疫吸附试验 (ELISA) 蛋白印迹 (Western blo 2. 病毒核酸检测 核酸扩增：敏感、有效的快速诊断法。会出现假阳性。 核酸杂交：斑点杂交、原位杂交、DNA印迹、RNA印迹 基因芯片 基因测序 （三）病毒感染的血清学诊断 原理：用已知病毒抗原来检测患者血清中有无相应抗体。 中和试验：特异性的抗病毒免疫血清（中和抗体）与病毒作用，能抑制病毒对敏感细胞的吸附、穿入，从而阻止病毒的增殖，使其失去感染力。 血凝抑制试验：检测血凝素抗体 特异性IgM抗体检测：辅助诊断急性病毒感

病毒感染的特异性预防

 一、人工主动免疫 灭活疫苗：狂犬疫苗、流感灭活疫苗、HAV，HBV疫苗等 减毒活疫苗：脊髓灰质炎疫苗、麻疹疫苗、腮腺炎疫苗、风疹疫苗等 亚单位疫苗 基因工程疫苗 重组载体疫苗 核酸疫苗 二、人工被动免疫 人胎盘或人血浆中提取出的免疫球蛋白（IgG） 细胞免疫制剂：细胞因子

病毒感染的治疗

1. 抗病毒的化学药物 阿昔洛韦、阿糖腺苷、奥司他韦、利巴韦林、叠氮脱氧胸苷、 蛋白酶抑制剂、金刚烷胺类等 2. 干扰素及诱生剂 3. 中草药 4.新型抗生素 5. 治疗性疫苗 6. 治疗性抗体 7. 基因治疗——研究阶段 反义寡核苷酸 (antisense oligonucleotide, asON) 小干扰RNA (short interfering RNA, siRNA)