第六章---病毒的進化

1、第六章第六章 病毒的進化病毒的進化第六章第六章 病毒的進化病毒的進化病毒的進化：病毒的進化： 病毒的由來、存在及其發(fā)展演變的過病毒的由來、存在及其發(fā)展演變的過程、特征和規(guī)律。程、特征和規(guī)律。研究病毒進化的難度：研究病毒進化的難度：1 1）病毒特別微?。┎《咎貏e微小2 2）病毒沒有化石）病毒沒有化石3 3）病毒進化的隨機性強）病毒進化的隨機性強1. 有有關關病毒起源的病毒起源的學說學說4. RNA病毒的病毒的進進化化5. 病毒病毒與與機體相互作用機體相互作用進進化化關關系系本章本章內內容容2.研究病毒分子進化的有關方法研究病毒分子進化的有關方法3. DNA病毒的病毒的進進化化前言前言特點特點:

2、:從進化的角度來說從進化的角度來說, ,病毒是高度的進化的生物病毒是高度的進化的生物, ,并仍在不斷的進化。并仍在不斷的進化。 病毒一般只病毒一般只編碼編碼從宿主細胞中從宿主細胞中不能得到的功能不能得到的功能, ,除功能基因外很少浪費基因組序列除功能基因外很少浪費基因組序列. . 病毒的結構在進化過程中演變得具有雙重功能病毒的結構在進化過程中演變得具有雙重功能: :蛋白質外殼一方面保護病毒在環(huán)境中的穩(wěn)定性蛋白質外殼一方面保護病毒在環(huán)境中的穩(wěn)定性, ,另方另方面保證病毒進入細胞后能迅速脫掉外殼進行復制面保證病毒進入細胞后能迅速脫掉外殼進行復制. .前言前言v意義意義: :通過研究現(xiàn)存的病毒通過研

3、究現(xiàn)存的病毒, ,希望了解病毒的起源希望了解病毒的起源和進化歷程和進化歷程, ,預示預示病毒特別是人類病原病毒未來的病毒特別是人類病原病毒未來的變異和進化方向變異和進化方向, ,需要了解隨著環(huán)境因素的變化需要了解隨著環(huán)境因素的變化, ,病毒將如何變異、變異的速度、選擇壓力等病毒將如何變異、變異的速度、選擇壓力等, ,從而從而能有效地控制和避免人類和動物病毒病的爆發(fā)能有效地控制和避免人類和動物病毒病的爆發(fā). .前言前言v三種類型的病毒三種類型的病毒: :v 單純以單純以DNADNA為遺傳物質的病毒為遺傳物質的病毒 v 生活不同階段以生活不同階段以DNADNA和和RNARNA為遺傳物質的病毒為遺傳

4、物質的病毒 v 單純以單純以RNARNA為遺傳物質的病毒為遺傳物質的病毒 v 一般認為它們有著一般認為它們有著不同的起源和不同的進化不同的起源和不同的進化. .1 1、病毒起源的學說、病毒起源的學說 病毒從何而來？病毒從何而來？這是生物進化問題上一個至關這是生物進化問題上一個至關重要的研究課題，是一個不折不扣的懸而未決的重要的研究課題，是一個不折不扣的懸而未決的問題。問題。1 1、病毒起源的學說、病毒起源的學說v病毒起源病毒起源: :病毒或遺傳物質從它的前身大分子中獨病毒或遺傳物質從它的前身大分子中獨立出來進行立出來進行自主復制和進化自主復制和進化的時候的時候, ,稱為病毒起源稱為病毒起源.

5、.退化性學說病毒起源于宿主細胞中的病毒起源于宿主細胞中的DNA和和RNA成分的學說成分的學說病毒起源于具有自主復制功能的原始大分子學說病毒起源于具有自主復制功能的原始大分子學說三類起源學說三類起源學說:1.11.1、退化性學說、退化性學說v 該學說認為該學說認為: :病毒是細胞內寄生物的退化形式病毒是細胞內寄生物的退化形式. .v 代表人代表人:Green 1935 Burnet 1945 Lwoff 1959:Green 1935 Burnet 1945 Lwoff 1959v 理由理由: :細胞內寄生的產(chǎn)生原因可能是由于微生物對某種細胞內寄生的產(chǎn)生原因可能是由于微生物對某種不能穿透細胞膜的

6、代謝發(fā)生了嚴重依賴不能穿透細胞膜的代謝發(fā)生了嚴重依賴. . 在細胞內在細胞內, ,這類這類寄生物可以在不影響生存的情況下逐漸丟失部分生物學功寄生物可以在不影響生存的情況下逐漸丟失部分生物學功能能. .它們所必需保留的功能是具有它們所必需保留的功能是具有自主復制的自主復制的DNADNA復制原點復制原點, ,對復制進行調控的反式調控蛋白及能與宿主生物合成及復對復制進行調控的反式調控蛋白及能與宿主生物合成及復制系統(tǒng)相互作用的順式和反式功能制系統(tǒng)相互作用的順式和反式功能. .v 支持證據(jù)支持證據(jù): :一些中間型的細胞內寄生物一些中間型的細胞內寄生物, ,如立克次體，衣如立克次體，衣原體；麻風桿菌原體；

7、麻風桿菌退化性起源學說對病毒的起源的解釋：退化性起源學說對病毒的起源的解釋：1.寄生物在細胞內產(chǎn)生獨立復制的寄生物在細胞內產(chǎn)生獨立復制的DNA質粒；質粒；2.編碼寄生物亞細胞結構單位的基因發(fā)生突變，形編碼寄生物亞細胞結構單位的基因發(fā)生突變，形成病毒的衣殼蛋白。成病毒的衣殼蛋白。1.2.1.2.病毒起源于宿主細胞中的病毒起源于宿主細胞中的DNADNA和和RNARNA成分的學說成分的學說v該學說認為該學說認為: :病毒是正常的細胞組分在進化過程中病毒是正常的細胞組分在進化過程中獲得了自主復制的能力，獨立進化來的獲得了自主復制的能力，獨立進化來的. .v 能解釋所有的病毒起源能解釋所有的病毒起源:

8、:v DNA DNA病毒起源于質?；蜣D移因子病毒起源于質?；蜣D移因子v RNARNA病毒起源于自主復制的病毒起源于自主復制的mRNAmRNAv 反轉錄病毒起源于反轉座子反轉錄病毒起源于反轉座子v 病毒獨立的條件病毒獨立的條件: :v 有復制的起始位點有復制的起始位點v 有保護性蛋白質外殼有保護性蛋白質外殼點點: : 啟動啟動DNADNA和和RNARNA復制的序列復制的序列. . v RNARNA病毒病毒的復制起始位點一般位于的復制起始位點一般位于線性分子的線性分子的末端末端. .v DNADNA病毒病毒的起始位點一般位于分子的的起始位點一般位于分子的內部內部并有并有明顯的結構特征明顯的結構特征

9、. .v 由于病毒很少完全自身編碼病毒由于病毒很少完全自身編碼病毒DNADNA和和RNARNA復制所需的蛋白質復制所需的蛋白質, ,通常會有宿主蛋白共同參與復通常會有宿主蛋白共同參與復制的起始制的起始. .類病毒衛(wèi)星病毒核酸最小分子最小分子有無外殼無有復制場所細胞核細胞質是否編碼蛋白不不復制需RNA聚合酶 拷貝多聚負鏈宿主細胞或依賴于RNA的 RNA聚合酶起源可能是細胞RNA獲得復制原點后進化產(chǎn)生的1.2.3.1.2.3.質粒、轉座子質粒、轉座子v質粒、轉座子它們的起源和進化可能和病毒的起質粒、轉座子它們的起源和進化可能和病毒的起源和進化有關源和進化有關. .v 質粒質粒: :細胞中能夠自我復

10、制的細胞中能夠自我復制的DNADNA分子分子. .它的它的復制條件和病毒一樣復制條件和病毒一樣, ,它的研究利于了解它的研究利于了解DNADNA病毒病毒的起源和進化的起源和進化. .v 轉座子轉座子: :是從是從DNADNA的一個位點轉移到另一個的一個位點轉移到另一個位點的大小為位點的大小為75040000bp75040000bp的的DNADNA分子分子. .許多許多DNADNA病病毒的基因組組成與它相似毒的基因組組成與它相似, ,兩者是否具有相同的祖兩者是否具有相同的祖先先, ,有待進一步研究有待進一步研究. .1.2.4.1.2.4.可復制的可復制的mRNAsmRNAsvRNARNA病毒起

11、源是獨立于病毒起源是獨立于DNADNA病毒的病毒的. .v 有人認為有人認為RNARNA病毒起源的一種可能是：病毒起源的一種可能是：細胞的細胞的mRNAmRNA獲得了自我復制的能力獲得了自我復制的能力, ,一旦這一旦這種自我復制的種自我復制的mRNAmRNA獲得了編碼蛋白的基因獲得了編碼蛋白的基因, ,一個簡單的一個簡單的RNARNA病毒就誕生了病毒就誕生了. . 2.研究病毒分子進化的有關方法研究病毒分子進化的有關方法v單基因進化樹單基因進化樹v基因組的排列與進化研究基因組的排列與進化研究v基因組的基因組成與進化研究基因組的基因組成與進化研究2.1利用核苷酸或蛋白質序列繪制單基因進化樹利用核

12、苷酸或蛋白質序列繪制單基因進化樹v在構建進化樹時，首先利用計算機程序對具有多在構建進化樹時，首先利用計算機程序對具有多個同源基因的核苷酸或蛋白質序列進行同源序列個同源基因的核苷酸或蛋白質序列進行同源序列的優(yōu)化排序，然后利用定量分子系統(tǒng)學的方法，的優(yōu)化排序，然后利用定量分子系統(tǒng)學的方法，如鄰接法、最大簡約法等，構建出單基因的進化如鄰接法、最大簡約法等，構建出單基因的進化樹，從而預測相對應的物種。樹，從而預測相對應的物種。v利用單基因序列做出的進化樹，可以用來研究病利用單基因序列做出的進化樹，可以用來研究病毒的親緣關系、進化速率和流行病學分析。毒的親緣關系、進化速率和流行病學分析。v單基因進化樹在

13、相當程度上可能不能反映病毒的單基因進化樹在相當程度上可能不能反映病毒的進化，而僅僅代表了基因的進化。進化，而僅僅代表了基因的進化。2.2基因組的排列與進化研究基因組的排列與進化研究利用基因組的排列順序做進化樹：利用基因組的排列順序做進化樹： 基因組上基因的排列順序可以通過一定的方法基因組上基因的排列順序可以通過一定的方法構建成進化樹。比如構建成進化樹。比如2001年，年，Herniou等人利等人利用相對斷裂點矩陣法和鄰近基因配對法構建了桿用相對斷裂點矩陣法和鄰近基因配對法構建了桿狀病毒基因組進化樹。狀病毒基因組進化樹。 與單基因進化樹相比，它們從另一個側面反映與單基因進化樹相比，它們從另一個側

14、面反映了基因組的進化規(guī)律，也就是基因組的重排現(xiàn)象。了基因組的進化規(guī)律，也就是基因組的重排現(xiàn)象。2.3基因組的基因組成與進化研究基因組的基因組成與進化研究v通過對基因組中基因的組成分析，了解在病毒的通過對基因組中基因的組成分析，了解在病毒的進化過程中，病毒基因的進化過程，為進一步研進化過程中，病毒基因的進化過程，為進一步研究基因功能鑒定良好的基礎。究基因功能鑒定良好的基礎。 4.RNA4.RNA病毒的進化病毒的進化 4.RNA病毒的進化v 4.3.RNA4.3.RNA病毒變異發(fā)生的機制病毒變異發(fā)生的機制v RNARNA病毒變異與進化的主要原因是突變病毒變異與進化的主要原因是突變, ,特別特別是點

15、突變是點突變. .此外還有缺失突變和重排此外還有缺失突變和重排. .v 多數(shù)多數(shù)RNARNA聚合酶不具備錯誤修復能力聚合酶不具備錯誤修復能力. .錯誤發(fā)錯誤發(fā)生率高生率高. .v 突變基因組的存在有利于病毒迅速適應各類突變基因組的存在有利于病毒迅速適應各類變化著的環(huán)境變化著的環(huán)境. .4.3.2.4.3.2.重排重排 兩個具有兩個具有分段基因組分段基因組的病毒在產(chǎn)生子代病的病毒在產(chǎn)生子代病毒時將其遺傳物質重新組合毒時將其遺傳物質重新組合, ,稱稱重排重排. .v 重排是具有分段基因組的病毒重排是具有分段基因組的病毒進化的一個機進化的一個機制制. .v 在進化中在進化中, ,隨著條件不同隨著條件

16、不同, ,病毒有時可以分散病毒有時可以分散形成分段基因組形成分段基因組, ,有時又可組成單一基因組有時又可組成單一基因組, ,前者前者的優(yōu)勢是可以借助重排方便地進行遺傳交換的優(yōu)勢是可以借助重排方便地進行遺傳交換, ,而后而后者的優(yōu)勢是能將包含所有遺傳信息的單一者的優(yōu)勢是能將包含所有遺傳信息的單一RNARNA分子分子便利地包裝和運輸便利地包裝和運輸. .v重組重組是兩種不同來源的序列經(jīng)過共價組合形成新是兩種不同來源的序列經(jīng)過共價組合形成新的核酸序列的核酸序列. .vRNA RNA 病毒重組現(xiàn)象并不普遍病毒重組現(xiàn)象并不普遍. .真核細胞一般不具真核細胞一般不具RNARNA聚合酶聚合酶, RNA,

17、RNA病毒也不編碼有利于重組的酶系病毒也不編碼有利于重組的酶系統(tǒng)統(tǒng). .但這并不意味著但這并不意味著RNARNA病毒不發(fā)生重組病毒不發(fā)生重組. . 病毒進化的特征：病毒進化的特征：1）新病毒不斷產(chǎn)生，基本上從另一種宿主的病毒演化而來）新病毒不斷產(chǎn)生，基本上從另一種宿主的病毒演化而來2）新病毒產(chǎn)生后，在新宿主體內分化變異速度快）新病毒產(chǎn)生后，在新宿主體內分化變異速度快3）新病毒穩(wěn)定后，其毒力大多在中等水平）新病毒穩(wěn)定后，其毒力大多在中等水平4）病毒進化有一定隨機性，又受選擇壓力而呈一定的方向性）病毒進化有一定隨機性，又受選擇壓力而呈一定的方向性 和穩(wěn)定性和穩(wěn)定性5）病毒各基因在進化上具有不同的進

18、化特征）病毒各基因在進化上具有不同的進化特征v對于病毒來說，基因突變的產(chǎn)生，實際上依然是對于病毒來說，基因突變的產(chǎn)生，實際上依然是由于在病毒感染過程中，由于在病毒感染過程中，病毒與宿主細胞的相互病毒與宿主細胞的相互作用所形成的選擇誘導效應作用所形成的選擇誘導效應，這類突變對病毒來，這類突變對病毒來說是常見的。說是常見的。v對某些病毒而言，這類突變引起的表型變化并不對某些病毒而言，這類突變引起的表型變化并不明顯，但對另外一些病毒，這類突變引起的表型明顯，但對另外一些病毒，這類突變引起的表型變化極為顯著，它常常形成直接的病毒抗原性、變化極為顯著，它常常形成直接的病毒抗原性、毒力的改變，其中毒力的改

19、變，其中最典型的例子就是流感病毒最典型的例子就是流感病毒。v這個這個RNA RNA 病毒的兩個主要抗原成分（血凝素抗原病毒的兩個主要抗原成分（血凝素抗原和神經(jīng)氨酸酶抗原）的變化周期之短暫、變化速和神經(jīng)氨酸酶抗原）的變化周期之短暫、變化速度之快，令人類對他造成的疾病流行常常防不勝度之快，令人類對他造成的疾病流行常常防不勝防。防。v另外眾所周知的人免疫缺陷病毒（另外眾所周知的人免疫缺陷病毒（HIVHIV病毒）從其病毒）從其被發(fā)現(xiàn)以來的幾十年間，基因突變導致抗原性漂被發(fā)現(xiàn)以來的幾十年間，基因突變導致抗原性漂移的速度也是極為明顯的，以至于在一定程度上移的速度也是極為明顯的，以至于在一定程度上其疫苗研究

20、屢屢受挫。其疫苗研究屢屢受挫。5 5、病毒與機體相互作用的進化關系、病毒與機體相互作用的進化關系v病毒的基因突變以及其所導致的表型變化均是發(fā)病毒的基因突變以及其所導致的表型變化均是發(fā)生在其感染宿主細胞之后，尤其明顯的是表現(xiàn)為生在其感染宿主細胞之后，尤其明顯的是表現(xiàn)為此感染在宿主群體基本完成了一次流行之后。此感染在宿主群體基本完成了一次流行之后。v這很明顯的提示，病毒的進化，無論其是有利于這很明顯的提示，病毒的進化，無論其是有利于病毒的生存，還是不利于病毒的生存，或者如同病毒的生存，還是不利于病毒的生存，或者如同前面所說的增加病毒毒力還是減弱病毒毒力，均前面所說的增加病毒毒力還是減弱病毒毒力，均

21、取決于它與宿主細胞、個體、群體相互作用的感取決于它與宿主細胞、個體、群體相互作用的感染過程染過程。5 5、病毒與機體相互作用的進化關系、病毒與機體相互作用的進化關系v因此，對病毒進化的認識因此，對病毒進化的認識就是對病毒與細胞互相就是對病毒與細胞互相作用的認識，作用的認識，簡單說，也就是從病毒在個體宿主簡單說，也就是從病毒在個體宿主細胞的感染過程到宿主機體乃至宿主群體的感染細胞的感染過程到宿主機體乃至宿主群體的感染過程的認識。過程的認識。v反之，如果要深入了解形成一種特定病毒感染激反之，如果要深入了解形成一種特定病毒感染激勵的系統(tǒng)背景，就應該認識病毒與宿主機體在相勵的系統(tǒng)背景，就應該認識病毒與

22、宿主機體在相互作用的進化過程中所建立起來的一系列相互關互作用的進化過程中所建立起來的一系列相互關系系5 5、病毒與機體相互作用的進化關系、病毒與機體相互作用的進化關系v5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化v病毒要感染細胞，其首要的前提條件就是結合到病毒要感染細胞，其首要的前提條件就是結合到細胞膜上。由于病毒的表面結構較為簡單，不具細胞膜上。由于病毒的表面結構較為簡單，不具有其他微生物如細菌等所具有的吸附的表面輔助有其他微生物如細菌等所具有的吸附的表面輔助結構，例如鞭毛、纖毛等，因此，以一種較大的結構，例如鞭毛、纖毛等，因此，以一種較大的蛋白結構或是囊膜與蛋白

23、亞單位形成的結構與細蛋白結構或是囊膜與蛋白亞單位形成的結構與細胞結合，必須尋找一個相應的位于細胞表面的結胞結合，必須尋找一個相應的位于細胞表面的結合分子，也就是通常說的合分子，也就是通常說的“受體受體”。5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化v例如，流感病毒的受體為細胞膜表面的唾液酸分例如，流感病毒的受體為細胞膜表面的唾液酸分子。這種流感病毒與唾液酸分子的結合從生物化子。這種流感病毒與唾液酸分子的結合從生物化學的意義上看，實際上就是蛋白分子與另一個學的意義上看，實際上就是蛋白分子與另一個（后者可以是蛋白分子、多糖分子等）在結構構（后者可以是蛋白分子、多糖分子等

24、）在結構構象上的對應關系，而形成空間上的相互接近，并象上的對應關系，而形成空間上的相互接近，并在氫鍵、范德華力的作用下完成的結構結合過程。在氫鍵、范德華力的作用下完成的結構結合過程。5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化v在一些相應的研究資料中，展示了許多有意思的在一些相應的研究資料中，展示了許多有意思的現(xiàn)象。例如在病毒殼蛋白中的一個氨基酸的改變現(xiàn)象。例如在病毒殼蛋白中的一個氨基酸的改變可以影響病毒與受體的識別，以致改變病毒的組可以影響病毒與受體的識別，以致改變病毒的組織嗜性甚至改變其病理結果?？検刃陨踔粮淖兤洳±斫Y果。 v有一些資料表明，在流感病毒血凝素蛋白

25、中的一有一些資料表明，在流感病毒血凝素蛋白中的一個氨基酸變化，即可使病毒與結構略有不同的受個氨基酸變化，即可使病毒與結構略有不同的受體分子的結合特異性發(fā)生改變體分子的結合特異性發(fā)生改變 5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化v僅能感染靈長類動物的脊髓灰質炎病毒僅能感染靈長類動物的脊髓灰質炎病毒l l型型MahoneyMahoney株的殼蛋白中制造一個氨基酸的突變。就株的殼蛋白中制造一個氨基酸的突變。就可以使其能夠感染嚙齒類動物的小鼠?？梢允蛊淠軌蚋腥緡X類動物的小鼠。5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化v這些結果提示，在病毒

26、增殖過程中，只要某些突這些結果提示，在病毒增殖過程中，只要某些突變一旦發(fā)生，病毒與受體的結合作用就會發(fā)生改變一旦發(fā)生，病毒與受體的結合作用就會發(fā)生改變，而且這種改變直接影響到病毒的感染能力及變，而且這種改變直接影響到病毒的感染能力及感染對象。事實上，在病毒與細胞相互作用中，感染對象。事實上，在病毒與細胞相互作用中，由于宿主生物環(huán)境的原因使病毒發(fā)生突變的概率由于宿主生物環(huán)境的原因使病毒發(fā)生突變的概率是很大的。是很大的。 5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化v因此，這實際上為病毒識別受體的能力不斷變化因此，這實際上為病毒識別受體的能力不斷變化提供了機理上的可能。

27、在某些不斷引起宿主群體提供了機理上的可能。在某些不斷引起宿主群體感染的病毒中，這種可能性就更大，因為其基因感染的病毒中，這種可能性就更大，因為其基因突變率將會在病毒與宿主的不斷作用過程中變得突變率將會在病毒與宿主的不斷作用過程中變得更高。更高。5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化v在在HIVHIV的病原學研究中，可以找到諸多的佐證。例的病原學研究中，可以找到諸多的佐證。例如，對于如，對于HIVHIV的來源，一個傾向性的共識就是由于的來源，一個傾向性的共識就是由于猿猴免疫缺陷病毒猿猴免疫缺陷病毒 (SIV)(SIV)在偶然的情況下感染人在偶然的情況下感染人體后

28、，體后，SIVSIV在經(jīng)過感染人在經(jīng)過感染人T T細胞或其他細胞后發(fā)生細胞或其他細胞后發(fā)生較大的變異，形成了能夠識別人較大的變異，形成了能夠識別人CD4CD4受體及其他趨受體及其他趨化素受體的能力，最終形成了化素受體的能力，最終形成了HIVHIV。 5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化v另外，實驗還提示，麻疹疫苗的另外，實驗還提示，麻疹疫苗的EdmonstonEdmonston株是與株是與CD46CD46受體結合細胞的，但其他一些麻疹病毒株則受體結合細胞的，但其他一些麻疹病毒株則不使用不使用CD46CD46受體，而使用表達于受體，而使用表達于B B淋巴細胞或

29、淋巴細胞或T T淋淋巴細胞表面的巴細胞表面的SLAMSLAM受體受體 ( (一種糖蛋白一種糖蛋白) )開始其感染，開始其感染，二者之間的差異是二者之間的差異是Edmon-stonEdmon-ston株在減毒過程中改株在減毒過程中改變了膜蛋白上血凝素中的一個氨基酸。變了膜蛋白上血凝素中的一個氨基酸。 5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化 病毒在宿主環(huán)境中與各種因素的相互作用中，病毒在宿主環(huán)境中與各種因素的相互作用中，形成的選擇壓力促成了其基因結構乃至蛋白結構形成的選擇壓力促成了其基因結構乃至蛋白結構的變化，導致受體識別范圍、結合能力的改變。的變化，導致受體識別

30、范圍、結合能力的改變。這在其進化適應的過程中具有極大的意義。這在其進化適應的過程中具有極大的意義。 而病毒在這種自然壓力下的進化趨勢，就是而病毒在這種自然壓力下的進化趨勢，就是病毒本身不斷借助與宿主的相互作用，尋找更加病毒本身不斷借助與宿主的相互作用，尋找更加適宜的生存宿主和生存方式的原動力。適宜的生存宿主和生存方式的原動力。5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化 另一個角度講，病毒在與宿主相互作用的過另一個角度講，病毒在與宿主相互作用的過程中，如果不能適應這種自然壓力，其所導致的程中，如果不能適應這種自然壓力，其所導致的基因突變亦可能是致死性的。雖然這方面明

31、確的基因突變亦可能是致死性的。雖然這方面明確的證據(jù)尚欠肯定，但從理論上看，這種可能性是存證據(jù)尚欠肯定，但從理論上看，這種可能性是存在的。在歷史上記載的曾經(jīng)肆虐于尼羅河流域，在的。在歷史上記載的曾經(jīng)肆虐于尼羅河流域，但后來卻自行消失的但后來卻自行消失的“昏睡性腦病昏睡性腦病”，也可能與，也可能與此機理有一定的關聯(lián)。此機理有一定的關聯(lián)。5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化v病毒在受體識別及結合能力上的進化病毒在受體識別及結合能力上的進化 ，對于病毒，對于病毒整體上與宿主相互作用后導致的全面進化來說，整體上與宿主相互作用后導致的全面進化來說，只是其中一個方面，但是

32、這個方面的進化無疑對只是其中一個方面，但是這個方面的進化無疑對病毒的新種的形成，對病毒感染宿主的擴大、組病毒的新種的形成，對病毒感染宿主的擴大、組織嗜性的改變等都極為重要。織嗜性的改變等都極為重要。v因為這個能力決定了病毒的感染，也就是病毒生因為這個能力決定了病毒的感染，也就是病毒生存所必需的增殖過程能否在新的環(huán)境中開始。存所必需的增殖過程能否在新的環(huán)境中開始。 由于病毒結構上與受體結合的結構部位通常都是免疫由于病毒結構上與受體結合的結構部位通常都是免疫學中的中和抗體所涉及的主要抗原表位，因此，這個部位學中的中和抗體所涉及的主要抗原表位，因此，這個部位在與受體結合過程中的改變也必然形成在與受體

33、結合過程中的改變也必然形成免疫逃逸效應免疫逃逸效應，即，即機體中曾經(jīng)針對此抗原表位形成的中和性抗體將對該病毒機體中曾經(jīng)針對此抗原表位形成的中和性抗體將對該病毒的再次入侵失去中和能力，從而使病毒在受體識別及結合的再次入侵失去中和能力，從而使病毒在受體識別及結合能力上的變化演變?yōu)椴《驹谒拗魅后w中感染能力的變化。能力上的變化演變?yōu)椴《驹谒拗魅后w中感染能力的變化。 5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化5.15.1病毒及其識別細胞受體能力的進化病毒及其識別細胞受體能力的進化v 2002 2002年出現(xiàn)的年出現(xiàn)的SARSSARS病毒病毒 ( (急性呼吸道重癥急性呼吸道重

34、癥綜合癥病毒綜合癥病毒) )就表現(xiàn)了作為冠狀病毒就表現(xiàn)了作為冠狀病毒 (Coronavi(Coronavi，u u，) )新準種在與受體結合的新準種在與受體結合的S S蛋白結構的特異性。蛋白結構的特異性。雖然該雖然該S S蛋白所能識別的受體尚不清楚，但序列同蛋白所能識別的受體尚不清楚，但序列同源性在源性在5050以上的變異表明，該以上的變異表明，該S S蛋白識別并結合蛋白識別并結合的受體已不可能還是冠狀病毒人株的受體已不可能還是冠狀病毒人株229E229E或或O443O443兩兩個株所能識別的受體了。個株所能識別的受體了。 5.25.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用

35、的進化v 除了單細胞生物除了單細胞生物 ( (如細菌）外。大多數(shù)與病毒關系密切的如細菌）外。大多數(shù)與病毒關系密切的宿主是分化程度較高的多細胞動物或植物，而對脊椎動物宿主是分化程度較高的多細胞動物或植物，而對脊椎動物來說，由于其進化特點，它們大多數(shù)都在分化發(fā)展過程中來說，由于其進化特點，它們大多數(shù)都在分化發(fā)展過程中行成了一套具有行成了一套具有“防御外來病害侵入的免疫系統(tǒng)，這一系防御外來病害侵入的免疫系統(tǒng)，這一系統(tǒng)通過機體的體液信號網(wǎng)絡系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)通過機體的體液信號網(wǎng)絡系統(tǒng)和神經(jīng)系”的調節(jié)，可以的調節(jié)，可以從整體上對外來的病害侵入做出全面的反應，尤其針對病從整體上對外來的病害侵入做出全面的反應，

36、尤其針對病毒或其他病原體，機體免疫系統(tǒng)可以體液免疫和細胞免疫毒或其他病原體，機體免疫系統(tǒng)可以體液免疫和細胞免疫反應的形式局限、消滅或清除入侵者反應的形式局限、消滅或清除入侵者。 5.25.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化 這樣一個防御系統(tǒng)的存在，就宿主機體而言。這樣一個防御系統(tǒng)的存在，就宿主機體而言。是一個有效清除外來異物、保證機體環(huán)境趨于平是一個有效清除外來異物、保證機體環(huán)境趨于平衡的手段衡的手段: :對病毒和其他病原體來說，則是在細胞對病毒和其他病原體來說，則是在細胞水平之上、與病毒密切相關的、能和病毒在機體水平之上、與病毒密切相關的、能和病毒在機體層次上

37、相互作用的反應系統(tǒng)，它對病毒及其他病層次上相互作用的反應系統(tǒng)，它對病毒及其他病原體的作用，形成了更高層面上的進化壓力和自原體的作用，形成了更高層面上的進化壓力和自然選擇的力量。然選擇的力量。5.25.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化 這種力量可以分為兩個方面這種力量可以分為兩個方面: : 一是在不斷進化中趨于完善的天然免疫系統(tǒng)，一是在不斷進化中趨于完善的天然免疫系統(tǒng)，它包括多種非特異性的細胞和殺傷性因子，是在它包括多種非特異性的細胞和殺傷性因子，是在病毒侵入機體后立即做出應急反應的系統(tǒng)病毒侵入機體后立即做出應急反應的系統(tǒng); ; 5.25.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相

38、互作用的進化病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化 另一個是在長期與病原體的斗爭中不斷得到改另一個是在長期與病原體的斗爭中不斷得到改進的獲得性免疫系統(tǒng)，它包括特異性的殺傷細胞、進的獲得性免疫系統(tǒng)，它包括特異性的殺傷細胞、識別輔助細胞、特異性抗體、免疫記憶性細胞等，識別輔助細胞、特異性抗體、免疫記憶性細胞等，是在病毒初次入侵后能夠加以認識形成特異性反是在病毒初次入侵后能夠加以認識形成特異性反應，并在病毒再次入侵時立即識別并加以反應性應，并在病毒再次入侵時立即識別并加以反應性清除的系統(tǒng)。清除的系統(tǒng)。 5.25.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化v由此構成的對病毒的選擇壓力

39、通常稱為免疫選擇。由此構成的對病毒的選擇壓力通常稱為免疫選擇。進化理論和實驗分析表明，病毒在這樣的免疫選進化理論和實驗分析表明，病毒在這樣的免疫選擇之下形成的本能反應就是逃避宿主的免疫防衛(wèi)。擇之下形成的本能反應就是逃避宿主的免疫防衛(wèi)。這種逃避的主要方式就是利用病毒基因中序列突這種逃避的主要方式就是利用病毒基因中序列突變的多樣性。這種方式在一些病毒變的多樣性。這種方式在一些病毒( (如流感病毒和如流感病毒和包括包括HIVHIV在內的逆轉錄病毒家族在內的逆轉錄病毒家族) )表現(xiàn)出極其典型表現(xiàn)出極其典型的特征。的特征。 5.25.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化v流

40、感病毒，尤其是甲型流感病毒，它的生物學特流感病毒，尤其是甲型流感病毒，它的生物學特點就是其抗原性始終呈持續(xù)不斷的變異。從大的點就是其抗原性始終呈持續(xù)不斷的變異。從大的方面看，該病毒作為一種在自然界廣泛分布、具方面看，該病毒作為一種在自然界廣泛分布、具有極廣宿主范圍的病毒，通過其在神經(jīng)氨酸酶有極廣宿主范圍的病毒，通過其在神經(jīng)氨酸酶 (NA)(NA)及血凝素及血凝素 (HA)(HA)兩個主要抗原成分上的變異和兩個主要抗原成分上的變異和在不同亞種中的雜交重組，使不同的感染體不斷在不同亞種中的雜交重組，使不同的感染體不斷地改變其宿主范圍，尤其是禽類流感發(fā)生向人類地改變其宿主范圍，尤其是禽類流感發(fā)生向人

41、類感染的轉移。感染的轉移。 5.25.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化 這方面較典型的例子即是這方面較典型的例子即是19971997年香港發(fā)生年香港發(fā)生的的H5N1H5N1流感株在人類的感染，即是由于禽類的流流感株在人類的感染，即是由于禽類的流行株向人類的轉移所致。另外。在人群中的流行行株向人類的轉移所致。另外。在人群中的流行株則常常以抗原變異和抗原漂移的形式在人群中株則常常以抗原變異和抗原漂移的形式在人群中反復傳播。例如，發(fā)生于反復傳播。例如，發(fā)生于19181918年的世界性流感大年的世界性流感大流行，其致病株經(jīng)后來的基因分型命名為流行，其致病株經(jīng)后來的基因

42、分型命名為HIN1HIN1亞亞型，自那以后至型，自那以后至2020世紀世紀5050年代之間，該型病毒還年代之間，該型病毒還以其變異株引起了兩次世界性的流感大流行以其變異株引起了兩次世界性的流感大流行; ;5.25.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化 1957 1957年，起源于、中國貴州的年，起源于、中國貴州的HIN2HIN2亞型在亞型在形成流行后很快取代了形成流行后很快取代了HIN1HIN1型，導致了亞洲甲型型，導致了亞洲甲型流感的流行流感的流行:1968:1968年，年，H5N2H5N2亞型自中國香港出現(xiàn)后亞型自中國香港出現(xiàn)后又取代了又取代了HIN2HIN2

43、亞型亞型; ;在在19771977年，年，HIN1HIN1亞型在中國的亞型在中國的北方地區(qū)再度出現(xiàn)，但未取代北方地區(qū)再度出現(xiàn)，但未取代H5N2H5N2亞型，而是與亞型，而是與后者共同在人群中形成流行。后者共同在人群中形成流行。 5.25.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進化 這種在抗原上不斷出現(xiàn)變異的原因，當然不可這種在抗原上不斷出現(xiàn)變異的原因，當然不可能不是該病毒基因中易于變異的特性所致，但同能不是該病毒基因中易于變異的特性所致，但同時，常常為人們所忽視的是病毒這類抗原易于變時，常常為人們所忽視的是病毒這類抗原易于變異的特性，實際上亦是由于所感染機體的免疫壓異的特性，實際上亦是由于所感染機體的免疫壓力協(xié)同形成