病毒進(jìn)入細(xì)胞的幾種感染形式（精品課件）

1、病毒進(jìn)入細(xì)胞的幾種感染形式病毒通過以下不同的方式進(jìn)入宿主細(xì)胞：注射式侵入、細(xì)胞內(nèi)吞、膜融合以及其他特殊的侵入方式。 注射式侵入:一般為有尾噬菌體的侵入方式。通過尾部收縮將衣殼內(nèi)的DNA基因組注入宿主細(xì)胞內(nèi)。 細(xì)胞內(nèi)吞:動物病毒的常見侵入方式。經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)陷形成吞噬泡,使病毒粒子進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中。 膜融合:有包膜病毒侵入過程中病毒包膜與細(xì)胞膜融合。直接侵入:大致可分為三種類型 部分病毒粒子直接侵入宿主細(xì)胞，其機(jī)理不明.病毒與細(xì)胞膜表面受體結(jié)合后，由細(xì)胞表面的酶類幫助病毒粒 體釋放核酸進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中,病毒衣殼仍然留在細(xì)胞膜外,將病毒侵入和脫殼融為一體。其他特殊方式.植物病毒通過存在于植物細(xì)胞壁上的小傷口或

2、天然的外壁孔侵入,或植物細(xì)胞之間的胞間連絲侵入細(xì)胞，也可通過介體的口器、吸器等侵入細(xì)胞.感謝閱覽.病毒的侵入噬菌體952年證明DNA是遺傳物質(zhì)的一個有利的證據(jù)就是赫爾希（Hrshey)等用同位素磷32標(biāo)記T噬菌體的核酸,用硫-35標(biāo)記它的蛋白質(zhì),用這種被標(biāo)記的病毒來感染不帶任何同位素的大腸桿菌。結(jié)果證明含硫-3的蛋白完全留在細(xì)菌的外面，磷-2標(biāo)記的核酸被注入細(xì)菌體內(nèi)了。當(dāng)4尾部像肌肉那樣收縮時，外殼里面的DNA就被擠進(jìn)細(xì)胞體內(nèi)。它的分子相當(dāng)長，約50，000 納米，粗24納米，而尾鞘中心的管子直徑不過2。0納米。這樣長的NA要通過這樣細(xì)的管子完全完全細(xì)菌體內(nèi)看起來也不是件容易的事，但是T4卻能

3、在1分鐘內(nèi)就完成任務(wù)。早期人們相信進(jìn)入體內(nèi)的只是DA,不含任何蛋白質(zhì)，但最近工作證明,有些殼內(nèi)最里層的蛋白質(zhì)也隨著一起進(jìn)入細(xì)菌，這少量蛋白可能在以后的復(fù)制過程中起重要作用。.感謝閱覽. 動物病毒進(jìn)入寄主細(xì)胞就采取另外更簡便的方法了。當(dāng)某種外來顆粒與動物細(xì)胞接觸時,細(xì)胞的一種自然反應(yīng)是把顆粒包進(jìn)去，發(fā)生吞噬現(xiàn)象。某些動物病毒恰恰利用了這種細(xì)胞的本能進(jìn)入細(xì)胞。 植物細(xì)胞與動物細(xì)胞的顯然不同點(diǎn)之一在于植物細(xì)胞有一個由纖維素組成的外壁,可以阻止很多東西進(jìn)入細(xì)胞。假若細(xì)胞有了輕微的傷口，則病毒可以從傷口進(jìn)入。植物的細(xì)胞壁也并非無縫可入，在堅硬的纖維素結(jié)構(gòu)中分散有微小的管狀突起，叫做外壁連絲,直接與外界溝

4、通.有人認(rèn)為植物病毒是經(jīng)外壁連絲入侵的。在自然界,植物病毒的更重要的入侵方式是媒介昆蟲在植物上取食時，把病毒直接注入植物體內(nèi).把植物細(xì)胞的外壁用果膠酶，纖維素酶處理后只剩細(xì)胞質(zhì)膜，叫做原生質(zhì)球。如用TM來侵染煙的原生質(zhì)球，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞也是利用吞噬把病毒包進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的。.感謝閱覽. 有外膜的病毒進(jìn)入寄主細(xì)胞內(nèi)的方式就更為復(fù)雜了.人們發(fā)現(xiàn)有些病毒如麻疹病毒，在侵染寄主細(xì)胞體外培養(yǎng)時,病毒能使細(xì)胞發(fā)生融合，形成所謂的多核的合胞體。又如當(dāng)人的和老鼠的組織培養(yǎng)細(xì)胞在有仙臺病毒存在時也會發(fā)生細(xì)胞融合現(xiàn)象，形成既含有人細(xì)胞核,也含有老鼠細(xì)胞核的多核細(xì)胞.原來這些病毒的外膜能夠與寄主細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜融合，從而引起細(xì)胞

5、的融合.在細(xì)胞融合的同時也就把病毒顆粒中的核蛋白芯即核衣殼釋放到寄主細(xì)胞內(nèi)。.感謝閱覽.綜觀病毒進(jìn)入寄主細(xì)胞的方式不難看出,只將核酸注入細(xì)胞內(nèi)的方式不過是某些噬菌體所特有的方式。對動物或植物病毒說來更普遍的方式是整個病毒粒子被細(xì)胞吞噬。顯然整個粒子被吞噬是有好處的，因?yàn)椴《镜倪z傳物質(zhì)核酸，在細(xì)胞內(nèi)找到合適的復(fù)制場所前，可以被外殼蛋白質(zhì)保護(hù)而不被高等生物內(nèi)多種多樣的核酸酶所降解破壞-.感謝閱覽.細(xì)胞對病毒的內(nèi)吞作用細(xì)胞膜作為細(xì)胞的限制性膜，其作用在于攝入營養(yǎng)物質(zhì)和排出代謝廢物，并維持一個相對恒定的內(nèi)環(huán)境。細(xì)胞膜是一種半透性膜，水、氣體和小的疏水性分子例如乙醇能自由穿過脂質(zhì)雙層,但大多數(shù)代謝物，包

6、括葡萄糖、 ATP 、核苷酸、氨基酸和蛋白質(zhì)，以及某些離子(例如C+ 、 H+、 K+ 、 N+ ）都不能穿過細(xì)胞膜。這些物質(zhì)通過特定的轉(zhuǎn)運(yùn)方式進(jìn)入細(xì)胞.離子、糖類和氨基酸一般通過整合膜蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞，而蛋白質(zhì)和大顆粒（例如一些病毒和細(xì)菌）則通過胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞。.感謝閱覽.細(xì)胞外液中的某些分子（配體)可以通過受體介導(dǎo)的胞吞作用被選擇性攝入細(xì)胞.在受體介導(dǎo)的胞吞過程中，配體首先與集中于有被小窩中的受體結(jié)合；或先與分散在細(xì)胞膜表面上的受體結(jié)合，再以受體配體復(fù)合體形式迅速向有被小窩內(nèi)集中。有被小窩內(nèi)表面含有包涵素，其總面積可達(dá)細(xì)胞表面積的 2%以上。隨著受體配體復(fù)合體的積累，有被小窩逐漸內(nèi)陷，

7、最后脫離胞膜,形成有被小泡;隨后有被小泡脫去包涵素。包涵素回到細(xì)胞膜，進(jìn)行重復(fù)利用;而脫去包涵素的囊泡與早期內(nèi)吞泡( endosm）融合。早期內(nèi)吞泡膜中的質(zhì)子泵將質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)吞泡的內(nèi)部,因而早期內(nèi)吞泡呈酸性.在內(nèi)吞泡的酸性條件下，配體與其受體解離，受體通過內(nèi)吞泡以出芽的方式形成的轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡向細(xì)胞膜擴(kuò)散,與細(xì)胞膜融合后進(jìn)行重新利用,此即受體循環(huán)。早期內(nèi)吞泡的內(nèi)容物隨即被轉(zhuǎn)運(yùn)到核附近，形成晚期內(nèi)吞泡。晚期內(nèi)吞泡與溶酶體融合,其中的配體被酶降解或被釋放而在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用.有時整個配體-受體復(fù)合體都到達(dá)溶酶體而被降解。對于通過受體介導(dǎo)的胞吞作用這種方式侵入宿主細(xì)胞的病毒而言，盡管具體細(xì)節(jié)有所不同,但大致

8、與一般的受體介導(dǎo)的胞吞過程類似。不同病毒侵入細(xì)胞的具體機(jī)制將在下文予以討論。.感謝閱覽.為了維持細(xì)胞的完整性以及細(xì)胞內(nèi)的不同功能分區(qū),其它膜性結(jié)構(gòu)與細(xì)胞膜的融合必須受到嚴(yán)密的調(diào)控，這一般由某些特定的蛋白通過特異性的機(jī)制介導(dǎo).首先，進(jìn)行融合的膜性結(jié)構(gòu)與細(xì)胞膜必須非常接近。這個過程由兩者的整合蛋白的相互作用介導(dǎo),其中膜性結(jié)構(gòu)上的整合蛋白稱為靶蛋白,而細(xì)胞膜上的整合蛋白則稱為錨定蛋白.隨后,膜性結(jié)構(gòu)需要與細(xì)胞膜變得更近,兩者之間的距離應(yīng)當(dāng)在 1.5 nm 之內(nèi)。為了達(dá)到這么短的距離,必須先除去膜表面的水分子，這是一個耗能過程。在哺乳動物細(xì)胞中,由一種包含多個亞單位組成的復(fù)合體為該耗能過程提供能量，這

9、種復(fù)合體被稱為融合蛋白機(jī)器,其單個亞單位缺乏融合活性。靶蛋白和錨定蛋白形成復(fù)合體后,募集其它一些能導(dǎo)致膜融合的蛋白,從而完成膜性結(jié)構(gòu)與細(xì)胞膜的融合.在哺乳動物細(xì)胞中,這些蛋白被稱為 Nhmaleimi 敏感性融合蛋白( N-ehylimde senitive fusion poten ,NF ）和可溶性 NSF附著蛋白（ Sna ）.因而，靶蛋白和錨定蛋白又被稱為 Sap受體或 Ss 。融合完成后，復(fù)合體發(fā)生解離，直到下一次需要時又重新進(jìn)行裝配.細(xì)胞就是通過融合蛋白機(jī)器的裝配和解離而對細(xì)胞膜的融合進(jìn)行所調(diào)節(jié)。.感謝閱覽.有包膜病毒的包膜與細(xì)胞膜的融合是病毒核酸進(jìn)入宿主細(xì)胞的第一步,這種融合過程

10、可以發(fā)生在細(xì)胞膜，也可以發(fā)生在內(nèi)吞泡膜.在膜的融合過程中,融合蛋白的作用是形成一個稱為融合孔的開口。在病毒感染的細(xì)胞中能產(chǎn)生大量病毒，病毒融合蛋白不需被回收，而細(xì)胞融合蛋白的量則少得多，必須被回收利用。大多數(shù)情況下，單個病毒融合蛋白就足以介導(dǎo)膜融合反應(yīng),這比細(xì)胞的融合蛋白介導(dǎo)的融合反應(yīng)要簡單一些。病毒上的配體與細(xì)胞受體結(jié)合后，病毒包膜和細(xì)胞膜達(dá)到密切接觸。隨后，病毒融合蛋白催化并在一起的病毒包膜和細(xì)胞膜進(jìn)行融合。病毒介導(dǎo)的膜融合必須受到密切調(diào)節(jié)，防止病毒顆粒聚集并確保膜融合發(fā)生在正確的細(xì)胞功能區(qū)。例如,有的病毒融合蛋白只有在與另一些整合膜蛋白相互作用后，才能具備融合能力;有的病毒融合蛋白需要在

11、酸性環(huán)境下才能發(fā)生構(gòu)象改變,從而暴露出融合區(qū).另外,對某些病毒融合蛋白而言，則是通過調(diào)節(jié)對其前體的剪切來調(diào)控其活性。在這種情況下，病毒在到達(dá)合適的細(xì)胞部位之前,其融合能力將受到抑制;這是由于如果融合蛋白在此之前就被完全剪切的話，那么轉(zhuǎn)運(yùn)通路中存在的弱酸性條件將可能誘導(dǎo)產(chǎn)生異常的融合反應(yīng)。有時，還可以通過剪切產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)的病毒糖蛋白,在條件合適時即能進(jìn)行融合活性所需的構(gòu)象改變.酸催化病毒與細(xì)胞膜的融合.感謝閱覽.些有包膜的病毒通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用來完成病毒包膜與細(xì)胞膜的融合，其中研究得最透徹的例子就是流感病毒.病毒首先通過 H糖蛋白與含唾液酸的受體結(jié)合,隨后病毒-受體復(fù)合體通過包涵素（ clat

12、i）依賴的受體介導(dǎo)的胞吞通路而內(nèi)化。在晚期內(nèi)吞泡( H值約為05 )中,HA 在酸性條件的催化下發(fā)生構(gòu)象重排并暴露出融合肽,隨后病毒和內(nèi)吞泡膜融合,并將病毒核蛋白(vRN )釋放入胞質(zhì)。.感謝閱覽.流感病毒顆粒表面的 HA 是一個由三個亞單位組成的同三聚體，每個亞單位都包括兩個由雙硫鍵連接在一起的多肽 H 和 H2 。這兩種多肽是在 H 的前體H0被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上時，通過蛋白水解作用產(chǎn)生的. HA 三聚體可分為桿狀的基底部和球狀的頭部兩部分,基底部由 3 個 A2 肽鏈螺旋纏繞而成;頭部較膨大，主要由HA1 肽鏈組成.流感病毒的受體結(jié)合部位呈淺口袋狀，位于 HA三聚體的頭部。融合肽位于 A2

13、的氨基末端，埋藏在三聚體桿狀結(jié)構(gòu)的交界處，其序列為-Gly-LeueGly-AlaeAlGlheGlu GlGl 。.感謝閱覽.對流感病毒天然狀態(tài)的 H的和酸性條件下的 H 的晶體結(jié)構(gòu)的比較研究表明，低 p 值能誘導(dǎo) 發(fā)生明顯的構(gòu)象改變.在天然 H 中， HA2的第6 16 位氨基酸形成一個較大的a - 螺旋，第56 75 位氨基酸形成半環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而第 -5位氨基酸則形成另外一個較小的 a - 螺旋。當(dāng) H值降至 5. 6。時， HA2 的空間構(gòu)型發(fā)生改變，第 40 1 位氨基酸形成一個大的 a 螺旋，并向前推進(jìn)約 1.這就使得原來藏在 HA 蛋白三維結(jié)構(gòu)內(nèi)部的融合肽暴露，并靠近細(xì)胞膜.移位后

14、的融合肽可插入細(xì)胞膜內(nèi)，進(jìn)而介導(dǎo)病毒包膜與內(nèi)吞泡的融合.感謝閱覽.HA0 水解為 H1 和 HA2兩條多肽鏈?zhǔn)堑?H 值誘導(dǎo) H 蛋白構(gòu)象發(fā)生改變,從而暴露出融合肽進(jìn)行融合的先決條件。 A0 雖然能識別宿主細(xì)胞表面的受體，但不能與宿主細(xì)胞膜發(fā)生融合，故而不具有感染性. 將流感病毒的 與- 和 Moloey鼠白血病病毒等逆轉(zhuǎn)錄病毒的 E 蛋白進(jìn)行比較時可以發(fā)現(xiàn)，盡管這些病毒與細(xì)胞膜的融合機(jī)制存在著差異，但它們的結(jié)構(gòu)卻具有明顯的相似性。在這幾種病毒中,融合肽都位于三個肽鏈纏繞而成的螺旋的末端。根據(jù)這些病毒的研究結(jié)果,可以大致得出病毒包膜中具有融合功能的蛋白的一些普遍特征:（1 ）含有一個大的 a

15、螺旋,（ 2）含有七個疏水性的氨基酸重復(fù)序列，（ )具有經(jīng)過特征性纏繞而成的肽鏈螺旋,且該螺旋與氨基端的融合肽相鄰接。無包膜病毒侵入宿主細(xì)胞的過程(一）通過破壞內(nèi)吞泡膜腺病毒感染宿主細(xì)胞時,首先通過纖維蛋白羧基端的結(jié)構(gòu)域與其受體結(jié)合,繼而，五鄰體蛋白基座區(qū)中的RGD 基團(tuán)與另一種受體整合素a v b和 vb 5 相互作用。對大多數(shù)腺病毒血清型而言,這種作用是隨后病毒通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用完成內(nèi)化所需的。病毒借助整合素進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)吞的過程需要激活磷脂酰肌醇 3-H 激酶（poptidylnositl3OH inse， PI3K) ， P3K 再通過激活 Rs 和 Rho信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，使細(xì)胞骨架發(fā)生

16、改變來完成病毒的內(nèi)化。在腺病毒通過內(nèi)吞泡的形式從細(xì)胞表面向核膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程中,它經(jīng)過一系列步驟來完成去包被。在這個過程中，結(jié)構(gòu)蛋白（如纖維蛋白、蛋白IIa 和 VI 等）從衣殼中依次解離出來。蛋白VI 在酸性的內(nèi)吞泡中被降解，這可能是由病毒蛋白酶L3p 完成的。該蛋白酶位于病毒顆粒的核心,在胞外的氧化性環(huán)境中沒有活性.在進(jìn)入內(nèi)吞泡的還原性環(huán)境后，該蛋白酶被激活.而且，五鄰體基座區(qū)與整合素受體的相互作用能導(dǎo)致五鄰體蛋白構(gòu)象的改變,暴露出蛋白I 上的3/p23 水解位點(diǎn)。在內(nèi)吞泡酸化后，酸性環(huán)境促使五鄰體蛋白基座區(qū)及蛋白X 也釋放出來。五鄰體蛋白基座區(qū)能介導(dǎo)內(nèi)吞泡膜的溶解,并將殘余的病毒釋放入胞質(zhì)。

17、除了病毒DN 、核心蛋白和少量的六鄰體蛋白外，已失去大部分成分的衣殼被錨定在核孔復(fù)合體上。隨后核蛋白被釋放入核,病毒開始轉(zhuǎn)錄（圖3）。腺病毒進(jìn)入細(xì)胞的整個過程，即從開始胞吞到 DNA 釋放入核,在 370C時約需3 分鐘.在此期間，病毒進(jìn)行了一系列必須的改變。在這些改變中，一些由內(nèi)吞泡的酸性環(huán)境誘導(dǎo)，一些由病毒蛋白酶的作用引起,而另外一些改變例如纖維蛋白的釋放則可能是由于衣殼與受體的相互作用所致.腺病毒通過利用五鄰體蛋白基座區(qū)這種酸激活的膜水解蛋白破壞內(nèi)吞泡膜的方式來通過細(xì)胞膜。.感謝閱覽.( 二 ) 通過在細(xì)胞膜上形成孔小 病毒利用與腺病毒不同的機(jī)制來通過細(xì)胞膜.脊髓灰質(zhì)炎病毒與其免疫球蛋白

18、樣受體PV的相互作用使該病毒顆粒失去位于病毒內(nèi)部的衣殼蛋白 VP4 ，并使衣殼蛋白 P 中通常位于病毒內(nèi)部的的氨基末端外在化。改變后的脊髓灰質(zhì)炎病毒顆粒具有疏水性，而且與細(xì)胞膜的親和力增加. VP的親脂性氨基末端暴露后插入細(xì)胞膜，形成一個孔,將病毒 RN 釋放到胞質(zhì)中。目前尚不清楚脊髓灰質(zhì)炎病毒 RA 的釋放發(fā)生在細(xì)胞膜還是在內(nèi)吞泡中. Bilmyin A1可以抑制質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)到囊泡中，因而能阻斷內(nèi)吞泡的酸化.然而，這種藥物對于脊髓灰質(zhì)炎病毒的感染沒有影響。相反,這種藥物能完全抑制穿透酸化的內(nèi)吞泡膜而釋放到胞質(zhì)中的病毒對細(xì)胞的感染，例如流感病毒、西門利克森林病毒和水皰性口炎病毒等。另外，脊髓灰質(zhì)炎病毒與其抗體形成的復(fù)合體能與表達(dá) F 受體的細(xì)胞結(jié)合，但不能感染這些細(xì)胞。F 受體能被胞吞，因此脊髓灰質(zhì)炎病毒與 PR 的相互作用是誘導(dǎo)導(dǎo)致病毒去包被的構(gòu)象改變所需的。.感謝閱覽.( 三 ）通過溶酶體的作用大多數(shù)通過受體介導(dǎo)的胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞的病毒在囊泡到達(dá)溶酶體之前就已經(jīng)釋放到胞質(zhì)中了。這種現(xiàn)象并不奇怪，因?yàn)槿苊阁w中含有可降解病毒顆粒的蛋白酶和核酸酶.然而，呼腸病毒科家族成員卻能夠到達(dá)溶酶體并利用這些蛋白酶和核酸酶來脫去其衣殼。呼腸病毒是一種二十面對稱的雙鏈 RNA病毒，其基因組分為 10 個節(jié)段。病毒衣殼是一種雙層結(jié)構(gòu),由8種不同結(jié)構(gòu)蛋白組成。呼腸病毒通過蛋白 s 1 與受體結(jié)合，并