病原生物与人类 身边的流感 自 图8-1流感病毒及其基因组 3.不断变脸的魔鬼流感的复制与变异 病毒的复制 与其他RNA病毒不同,流感病毒的转录和复制实在细胞核内进行的。病毒通过HA吸附到宿 主细胞表面的唾液酸上,通过受体介导的吞饮过程,使病毒进入细胞内,并形成内体。通过M2蛋 白的酸化作用,使HA变构,寄到病毒包膜与内体膜融合,病毒脱壳,RNP进入细胞质,并移行 至核内。在病毒携带的RNA聚合酶作用下,转录出病毒mRNA,再翻译出相应的病毒蛋白。病毒 核酸的复制是先以病毒核酸为模板合成正链RNA,在以正链RNA为模板合成子代病毒核酸。装 配程RNP进入胞浆。HA和NA合成后在内质网和高尔基体内被糖基化,分别形成三聚体和四聚 体被输送至细胞膜。子代病毒RNA与RN多聚酶及NP结合,与M1、M2等其他蛋白装配,最后 以出芽的形式释放出子代病毒。在病毒复制过程中,除基因的突变外,还因为病毒核酸分节段,容 易发生病毒的基因重配( reassortment)a 病毒的变异 随机突变 基因组节段交换 134
病原生物与人类 身边的流感 134 图 8-1 流感病毒及其基因组 3. 不断变脸的魔鬼——流感的复制与变异 病毒的复制 与其他 RNA 病毒不同，流感病毒的转录和复制实在细胞核内进行的。病毒通过 HA 吸附到宿 主细胞表面的唾液酸上，通过受体介导的吞饮过程，使病毒进入细胞内，并形成内体。通过 M2 蛋 白的酸化作用，使 HA 变构，寄到病毒包膜与内体膜融合，病毒脱壳，RNP 进入细胞质，并移行 至核内。在病毒携带的 RNA 聚合酶作用下，转录出病毒 mRNA，再翻译出相应的病毒蛋白。病毒 核酸的复制是先以病毒核酸为模板合成正链 RNA，在以正链 RNA 为模板合成子代病毒核酸。装 配程 RNP 进入胞浆。HA 和 NA 合成后在内质网和高尔基体内被糖基化，分别形成三聚体和四聚 体被输送至细胞膜。子代病毒 RNA 与 RN 多聚酶及 NP 结合，与 M1、M2 等其他蛋白装配，最后 以出芽的形式释放出子代病毒。在病毒复制过程中，除基因的突变外，还因为病毒核酸分节段，容 易发生病毒的基因重配（reassortment）。 病毒的变异
病原生物与人类 身边的流感 图8-2流感病毒的抗原性漂移及转移示意图 流感病毒容易变异,除RNA复制时的基因内部变异外,还容易发生基因重配。流感病毒的抗 原性变异容易导致新亚型毒株的形成。流感病毒的抗原变异有两种形式:抗原性漂移( antigenic drit)和抗原性转换( antigenic shift)。抗原性漂移是由基因点突变引起的,抗原的变异幅度小, HA和NA的变异率小于1%,属于量变,人群中免疫力起选择性作用,不会引起大规模的流行。 通常引起中、小规模的流行。抗原性转换是指抗原变异幅度大的变异,通常HA或NA的变异率为 20~50%,属于质变,通常会形成新的亚型(如HN1→HN2)。人群由于缺乏相应的免疫力而出现 全球性的大流行。这种变异可能是点突变的累积,更常见的是由于基因重分配引起的。流感病毒的 宿主众多,在混合感染的情况下,不同毒株间的基因节段能够发生重配,进化过程中受选择压力的 影响,其HA和NA蛋白极易发生突变,产生抗原漂移( antigenic dri。这些变异的病毒,在某些 特定条件下可能会跨越种间障碍感染人,从而引起流感大流行(图8-2) 从哪里来到哪里去?一流感病毒的演化 通过对人流感病毒的亚型及不同动物的若干甲型流感病毒分离株的RNA基因组的8个节段进 行测序分析,结果显示,所有甲型流感病毒包括人类分离株都来源于禽流感基因库(特别是水禽)。 如1918年西班牙流感病毒HN1的8个节段均来源于禽类。在1957年,HIN1亚型的8个节段中 的5个被欧亚大陆的禽流感基因替换产生了H2N2新亚型;在1968年,上述HN2又从禽流感病 毒获得包括HA在内的两节段,产生了H3N2新亚型。而2009年流行的HN1流感病毒有五个片 段来源于猪,两个片段来源于禽类 片段来源于人。研究发现猪和某些不让动物可能在流感病 毒亚型的产生上起关键作用。尤其是猪,可能是人流感毒株和禽流感毒株的混合器。源于禽类的甲 型流感病毒的受体是与人流感毒株的受体不同。同时人的正常体温为37℃,而禽类是42℃,流感 病毒对温度敏感,而猪的正常体温为39℃。猪的气管上皮细胞却能同时表达人流感病毒和禽流感 病毒的两类受体,且体温正好介于人和禽类中间。猪在流感病毒传播的链条中作为中间宿主,使流 感病毒获得了更多的重排机会,如果猪同时感染猪流感病毒、禽流感病毒和其他不同来源的病毒, 如人流感病毒,很容易产生二源重配病毒,甚至三源重配病毒,而重配产生的病毒很可能获得跨种 间传播的能力,产生高致病力的病毒,从而引起人类疫情的发生。如2009年的HN1亚型流感病 毒的疫情可能就属此例。曾有国外学者认为,多次流感大流行均起源于中国华南,可能与中国南部 生活着密集的人群及养殖大量的猪和鸭,并且是候鸟过冬地有关。不同宿主来源的病毒彼此密切接 触提供了病毒混合感染的机遇。其实除华南之外,东南亚等地也具有类似情况,2003年至2004年 的高致病性禽流感H5N1在该地区首发,且向其他地区扩散,有散发的病例的轨迹与候鸟迁徙路线 135
病原生物与人类 身边的流感 135 图 8-2 流感病毒的抗原性漂移及转移示意图 流感病毒容易变异，除 RNA 复制时的基因内部变异外，还容易发生基因重配。流感病毒的抗 原性变异容易导致新亚型毒株的形成。流感病毒的抗原变异有两种形式：抗原性漂移（antigenic drift）和抗原性转换（antigenic shift）。抗原性漂移是由基因点突变引起的，抗原的变异幅度小， HA 和 NA 的变异率小于 1%，属于量变，人群中免疫力起选择性作用，不会引起大规模的流行。 通常引起中、小规模的流行。抗原性转换是指抗原变异幅度大的变异，通常 HA 或 NA 的变异率为 20~50%，属于质变，通常会形成新的亚型（如 H1N1→H2N2）。人群由于缺乏相应的免疫力而出现 全球性的大流行。这种变异可能是点突变的累积，更常见的是由于基因重分配引起的。流感病毒的 宿主众多，在混合感染的情况下，不同毒株间的基因节段能够发生重配，进化过程中受选择压力的 影响，其 HA 和 NA 蛋白极易发生突变，产生抗原漂移(antigenic drift)。这些变异的病毒，在某些 特定条件下可能会跨越种间障碍感染人，从而引起流感大流行（图 8-2）。 从哪里来到哪里去？—流感病毒的演化 通过对人流感病毒的亚型及不同动物的若干甲型流感病毒分离株的 RNA 基因组的 8 个节段进 行测序分析，结果显示，所有甲型流感病毒包括人类分离株都来源于禽流感基因库（特别是水禽）。 如 1918 年西班牙流感病毒 H1N1 的 8 个节段均来源于禽类。在 1957 年，H1N1 亚型的 8 个节段中 的 5 个被欧亚大陆的禽流感基因替换产生了 H2N2 新亚型；在 1968 年，上述 H2N2 又从禽流感病 毒获得包括 HA 在内的两节段，产生了 H3N2 新亚型。而 2009 年流行的 H1N1 流感病毒有五个片 段来源于猪，两个片段来源于禽类，一个片段来源于人。研究发现猪和某些不让动物可能在流感病 毒亚型的产生上起关键作用。尤其是猪，可能是人流感毒株和禽流感毒株的混合器。源于禽类的甲 型流感病毒的受体是与人流感毒株的受体不同。同时人的正常体温为 37℃，而禽类是 42℃，流感 病毒对温度敏感，而猪的正常体温为 39℃。猪的气管上皮细胞却能同时表达人流感病毒和禽流感 病毒的两类受体，且体温正好介于人和禽类中间。猪在流感病毒传播的链条中作为中间宿主，使流 感病毒获得了更多的重排机会，如果猪同时感染猪流感病毒、禽流感病毒和其他不同来源的病毒， 如人流感病毒，很容易产生二源重配病毒，甚至三源重配病毒，而重配产生的病毒很可能获得跨种 间传播的能力，产生高致病力的病毒，从而引起人类疫情的发生。如 2009 年的 H1N1 亚型流感病 毒的疫情可能就属此例。曾有国外学者认为，多次流感大流行均起源于中国华南，可能与中国南部 生活着密集的人群及养殖大量的猪和鸭，并且是候鸟过冬地有关。不同宿主来源的病毒彼此密切接 触提供了病毒混合感染的机遇。其实除华南之外，东南亚等地也具有类似情况，2003 年至 2004 年 的高致病性禽流感 H5N1 在该地区首发，且向其他地区扩散，有散发的病例的轨迹与候鸟迁徙路线
病原生物与人类 身边的流感 相符,且候鸟亦可感染死亡,似可为佐证 虽然由于受体的原因流感病毒有较强的宿主屏障,但病毒在自然界不断流行过程中,在流感病 毒“禽→人←→猪←禽”这个传播链条中,这种宿主屏障的界限越来越模糊(图8-3)。在流感病毒的“禽 人←→猪←禽”种间传播链中,人类是人流感病毒也是猪流感病毒和禽流感病毒的受害者。1997 年在香港发现H9N2可由禽直接传染人;此后又发现H7N7、H9N2、H5N1也可感染人。但是机制 不清楚。2003年底至2004年初,在东南亚及我国部分地区暴发HSN1所致的高致病性禽流感,此 后此起彼伏,在亚洲及北非几个国家一直呈地方流行性。病毒的地方性流行、存在于野生鸟类中以 及广泛的地理传播增加了将要发生流感大流行的可能性。目前仅禽流感还仅仅是通过人与带毒禽类 的直接接触而感染,一旦病毒与人流感病毒通过基因重分配获得人与人之间直接传播的能力,将会 造成人际间的大流行。WHO等国际组织对高致病性禽流感H5N1高度关注,认为其造成人间大流 行只是时间的问题。 Respiratcry epithelial ce ●● Domestc birds 图8-3流感病毒的基因重配 4.其实很脆弱—病毒的培养与抵抗力 培养特性 流感病毒可在鸡胚的尿囊腔及羊膜腔中増殖。初次分离通常选用鸡胚接种方式,病毒增殖不引 起鸡胚明显的病理改变,通常需要进行血凝试验测定病毒的效价。实验室还可用组织细胞培养流感 病毒,最常用的是狗肾传代细胞(MDCK)和猴肾细胞。但流感病毒增殖不引起明显的CPE,需要用 红细胞吸附试验或免疫荧光试验来证实病毒的存在。 抵抗力 136
病原生物与人类 身边的流感 136 相符，且候鸟亦可感染死亡，似可为佐证。 虽然由于受体的原因流感病毒有较强的宿主屏障，但病毒在自然界不断流行过程中，在流感病 毒“禽→人←→猪←禽”这个传播链条中，这种宿主屏障的界限越来越模糊(图 8-3)。在流感病毒的“禽 →人←→猪←禽”种间传播链中，人类是人流感病毒也是猪流感病毒和禽流感病毒的受害者。1997 年在香港发现 H9N2 可由禽直接传染人；此后又发现 H7N7、H9N2、H5N1 也可感染人。但是机制 不清楚。2003 年底至 2004 年初，在东南亚及我国部分地区暴发 H5N1 所致的高致病性禽流感，此 后此起彼伏，在亚洲及北非几个国家一直呈地方流行性。病毒的地方性流行、存在于野生鸟类中以 及广泛的地理传播增加了将要发生流感大流行的可能性。目前仅禽流感还仅仅是通过人与带毒禽类 的直接接触而感染，一旦病毒与人流感病毒通过基因重分配获得人与人之间直接传播的能力，将会 造成人际间的大流行。WHO 等国际组织对高致病性禽流感 H5N1 高度关注，认为其造成人间大流 行只是时间的问题。 图 8-3 流感病毒的基因重配 4. 其实很脆弱——病毒的培养与抵抗力 培养特性 流感病毒可在鸡胚的尿囊腔及羊膜腔中增殖。初次分离通常选用鸡胚接种方式，病毒增殖不引 起鸡胚明显的病理改变，通常需要进行血凝试验测定病毒的效价。实验室还可用组织细胞培养流感 病毒，最常用的是狗肾传代细胞(MDCK)和猴肾细胞。但流感病毒增殖不引起明显的 CPE，需要用 红细胞吸附试验或免疫荧光试验来证实病毒的存在。 抵抗力