基因与人类疾病.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第八章,基因与人类疾病,2025/11/28 周五,第一节肿瘤与癌症,第二节乙肝,第三节艾滋病,第四节非典,第五节基因诊断,第六节基因治疗,本章主要内容,序：,人类基因病症三大类：,1、经典单基因病:表现为孟德尔遗传,2、多基因病：表现为基因与环境相互作用,3、获得性基因病：表现为病原微生物与人类基因组间相互作用，基因结构与表达模式改变。,第一节肿瘤与癌症,品,病,癌,山,一种可怕的疾病,细胞无休,止的分裂,组织增生,堆积如山,1775年，伦敦医生,Percival Pott,发现，早年曾干过扫烟囱活计的男人易患阴囊癌,19世纪早期，人类的平均寿命只有35岁，而癌症特别喜欢光顾老年人，所以直到19世纪癌症一直是一种相对罕见的疾病。,自20世纪50年代起，吸烟人群的肺癌是非吸烟人群的20-30倍。,20世纪初，与,X,射线打交道的人易患皮肤癌和白血病。为夜光表涂抹镭的女工由于常常舔刷毛而易患舌癌。,癌症的地方特征：非洲某地的肝癌18倍于英国，日本的胃癌11倍于美国，美国的结肠癌10-20倍于非洲某地。当人们从世界的一地移居于另一地时，他们的下一代呈现新居地癌症的典型特征,流行病学资料,癌基因：一般可定义为某种基因，它的异常表达或表达产物的异常直接决定细胞恶性表型的产生。,癌基因分两大类：,病毒癌基因V-onc）,：,DNA,病毒、,RNA,病毒（主要是反转录病毒）,细胞转化基因（,c-onc）,：使正常细胞转化为癌细胞,抑癌基因或称抗癌基因：与肿瘤抑制基因属同义词，是指某种基因当其受阻抑、失活、丢失、或其表达产物丧失功能可导致细胞恶性转化；反之，在实验条件下，若导入或激活它则可抑制细胞的恶性表型。,首先，从结构上看c-onc是间断的，这是真核基因的特点，即有内含子因而基因的跨度较大。然而v-onc却是连续的，没有内含子，所以基因跨度较小，以v-onc和c-src为例如图。再从逆转录病毒感染宿主细胞后的复制周期（图）分析。,逆转录病毒正常复制周期主要步骤,c-src,和,v-src,结构的比较,不难看出，,v-onc,原本不是病毒的基因，而是动物细胞正常基因的一个复本。当病毒在宿主细胞内复制时，由于,DNA,重组而将宿主细胞基因中带有,v-onc,的序列重组到病毒的基因组内。所以说,c-onc,是,v-onc,原型，又称为原癌基因（,proto-oncogene）。,病毒癌基因对病毒本身无关紧要，却可使宿主细胞转化，引起肿瘤，而细胞癌基因对细胞的生长、分化和功能活动却是至关紧要的。正常的细胞癌基因并不致癌，只是当它们异常表达或其表达产物异常时才会导致细胞的恶性转化，迄今发现的细胞癌基因都是一些有十分重要的功能“看家基因”，而且是高度保守的，例如人与小鼠的,K-ras,基因产物,K-Ras,的氨基酸序列相差仅为1%，人与大鼠的,H-ras,基因产物,H-Ras,的氨基酸序列完全相同。,实验证明，v-onc的致癌或由于表达的失控，或由于基因的突变，导致产物的量的增多或质的改变。,已知从自然发生的人肿瘤组织提取的DNA可以转化HIH/3T3细胞，尽管只有10%的人的肿瘤DNA具有转化此种细胞的能力，但癌基因已在所有主要类型人肿瘤中检出，最先是从T24/EJ膀胱癌细胞系检查到的，属于ras家族成员，以后又用核酸探针检测出正常人的细胞基因组中有ras同源序列存在，与T24细胞中的ras不同，无转化能力，二者差别仅仅在于一个点突变（第12位氨基酸密码子的G突变为T）。,（2细胞癌基因的激活,细胞癌基因的激活是指原本不致癌,c-onc,在特定的情况下转变成致癌性的，大体上有以下几种激活方式。,A、,插入激活例如逆转录病毒,MoSV,感染鼠类成纤维细胞后，病毒基因组的,LTR,整合到细胞癌基因,c-mos,邻近处，使,c-mos,处于,LTR,的强启动子和增强子作用之下而被激活，导致成纤维细胞转化为肉瘤细胞，又如禽类白细胞增生病毒,ALV,的,E,成分整合到鸡细胞基因组,c-myc,附近。可使,c-myc,激活。因此在基因治疗中使用逆转录病毒载体时必需考虑细胞癌基因的插入激活问题。,B、,突变激活典型的是各种,ras,基因的激活,ras基因的表达产物Ras是一种小分子G蛋白，在信号转导中起重要作用，正常Ras的作用因其自身的GTP酶活性而受到严格控制，而突变了的Rad其GTP酶活性下降或丧失，失去了原有控制，致使增殖信号持续作用，细胞发生恶性转化，如图,C、,基因扩增,已发现人类肿瘤细胞中扩增的细胞癌基因如下表,表：人类肿瘤细胞中扩增的细胞癌基因（,DM：,双微体；,HSR：,均匀染色区）,c-onc,肿瘤,扩增倍数,DM/HSR*,c-myc,早幼粒白血病细胞系,HL60,小细胞肺癌细胞系,20,5-30,？,N-myc,原发神经母细胞瘤-级及神经母细胞瘤细胞系,视网膜母细胞瘤,小细胞肺癌,5-1000,10-200,50,L-myc,小细胞肺癌,10-20,？,c-myb,急粒,AML,结肠癌细胞系,5-10,10,？,？,c-erbB,类表皮癌细胞系，原发胶质瘤,30,？,c-K-ras,原发肺癌，结肠癌，膀胱癌，直肠癌,4-20,？,N-ras,乳癌细胞系,5-10,？,D、基因重排/染色体易位,典型的如伯基特淋巴瘤细胞的染色体易位t（8：14），致使c-myc激活，参看图：Burkitt淋巴瘤常见的染色体易位t(8:14),不同的癌基因有不同的激活方式，一种癌基因也可有几种激活方式。例如c-myc的激活就有基因扩增和基因重排两种方式，很少见c-myc的突变；而ras的激活方式则主要是突变，细胞转化实验证明，各种癌基因之间存在协同作用。Weingerg按转染细胞表型的变化将癌基因分为两个类，一类是核内作用的能使细胞永生化的癌基因，例如myc，fos等，另一类是引起细胞恶性表型变化的定位于质膜和胞浆的癌基因，例如ras、erbB、src等。事实表明肿瘤的发生是多步骤，多因素的，不同的癌基因作用于肿瘤发生的不同阶段。,（3）抑癌基因,抑癌基因又称肿瘤抑制基因，它的发现较癌基因晚，迄今克隆到的抑癌基因的数目亦较少，这并不意味着客观存在的抑癌基因就一定比癌基因少，只是由于技术上的原因，要想分离、鉴定、确认一个抑癌基因比较困难。,早在六十年代，有人将癌细胞与同种正常双倍体成纤维细胞融合，所获杂种细胞的后代只要保留某些正常亲本染色体时就可表现为正常表型。然而，随着染色体的丢失又可重新出现恶变细胞。这一现象表明，正常染色体内可能存在某些抑制肿瘤发生的基因，它们的丢失、突变或失去功能，好可使潜在的致癌因素如激活的癌基因发挥作用而致癌。,癌症多步,起源说,癌细胞,正常细胞,正常细胞,融合,推测,正常细胞可能存在抑制肿瘤形成的基因,发现肿瘤抑制基因,癌症多步,起源说,Rb,活性,Rb,Rb,无活性,Rb,失活,视网膜神经胶质瘤,1986，美国眼科医生,Dryla,发现,说明,Rb,基因具有抑制肿瘤发生的作用,发现肿瘤抑制基因,癌症多步,起源说,正常细胞,Rb,基因,体外培养的,视网膜神经,胶质瘤细胞,注入,正常细胞,提取,培养,发现肿瘤抑制基因,结论,Rb,具有肿瘤,抑制作用,抑癌基因概念是在研究视网膜母细胞瘤（RB）的遗传损害时提出来的。RB有家族性和散发性两种类型，其发闰机制不同。前者有先天的隐性遗传损害，其种系基因是有缺陷的，患RB的频率可高达80-90%，且往往是双侧，散发性RB，两次体细胞突变发生在同一个细胞，机率很小，患病也是单侧，Kundson早在1971年就提出RB发病的“两次击中学说”。现代分子遗传学分析手段的发展充分支持这一学说（图）。1986年Draper统计，RB携带者发生第二原发癌的机率比一般人群要高数百倍。,关于抑癌基因如何起作用所知甚少，总体上总对生长起着控制作用，是一类生长控制基因或负调控基因，若功能丧失则失去负调控，细胞只能接受正调控信号，抑癌基因产物的功能多种多样，已确定的几中抑癌基因产物及其功能如表,癌症多步,起源说,发现肿瘤抑制基因,细说,Rb,抑癌基因,两次灭活论,Rb,Rb,Rb,Rb,Rb,Rb,第一次,突变灭活,第二次,突变灭活,Rb,基因的突变失活不仅导致视网膜神经胶质瘤,在多种癌症中也发现了它的踪影：骨肉瘤、前列腺癌、软组织肉瘤、小细胞肺癌、乳腺癌、食道癌,表：已确定的几种抑癌基因（,*,p53,的野生型是抑癌基因，而其突变型属癌基因）,基因,染色体定位,相关肿瘤,基因产物及功能,RB,13q14,RB、,成骨肉瘤、胃癌、,SCLC、,乳癌、结肠癌,p105，,控制生长,WT,11,p13,WT、,横纹肌肉瘤、肺癌、膀胱癌、乳癌、肝母细胞瘤,WT-ZFP，,负调控转录因子,NF-1,17,p12,神经纤维瘤、嗜铬细胞瘤、雪旺氏细胞瘤、神经纤维肉瘤,GAP，,拮抗,p21rasB,DCC,18,q21.3,结肠瘤,P192,细胞粘附分子,p538,17,p13,星状细胞瘤、胶质母细胞瘤、结肠癌、乳癌、成骨肉瘤、,SCLC、,胃癌、磷状细胞肺癌,P53,控制生长,erb A,17,q21,ANLL,T3,受体，含锌指结构的转录因子,发现生长因子,信号处理系统,生长因子,受体,第二信使,调节蛋白,DNA,复制,细胞分裂,癌基因的产物（癌蛋白）,抑癌基因的产物（抑癌蛋白）,+,-,癌基因与抑癌,基因的搏斗,肿瘤转移,发现肿瘤转移基因,淋巴,干细胞,T,细胞,T,细胞,迁移,迁移,骨髓,胸腺,脾,淋巴结,神经嵴,细胞,神经管左右,鳃弓软骨,颅骨软骨,肾上腺髓质,脊神经节,迁移,迁移,第二节乙肝,一、生物学性状,（一）形态与结构,1大球形颗粒：亦称,Dane,颗粒，它是一种由一个囊膜和一个含有,DNA,分子的核衣壳组成的病毒颗粒，直径约42,nm。,核衣壳为20面体对称结构。游离的核衣壳只能在肝细胞核内观察到。血中,Dane,颗粒浓度以急性肝炎潜伏期后期为最高，在疾病起始后则迅速下降。,Dane,颗粒表面含有,HBsAg，,核心中还含有双股有缺口的,DNA,链和依赖,DNA,的,DNA,多聚酶。目前认为,Dane,颗粒即完整的,HBV,HBV DNA,的两链长短不一，长链（,L）,完整，为负链，长度恒定，约3200个核苷酸。短链（,S）,为正链，长度可变，约为长链长度的50100%，链的增生按5-3顺序进行。在不同分子中短链3端的位置是可变的，而短链和长链的5端位置固定点为粘性末端，通过250300个核苷酸碱基配对，以维持,DNA,分子的环状结构。在粘性末端两侧，两链5端各有一个由11个,bp,组成的直接重复序列(,Direct repeat DR)-5TTCACCTCTCC，,该,DR,位于第1824个核苷酸者称,DR1，,位于第1590个核苷酸者称,DR2，,在病毒复制中起作用。,2小形球颗粒：直径约22,nm,的小球形颗粒是,HBV,感染后血液中最多见的一种。它由,HBsAg，,即病毒的囊膜组成。化学组成为脂蛋白，可按其特有的密度与正常血清蛋白部分分离。在此颗粒中未检出达,DNA,多聚酶活性。目前认为,HBV,的小颗粒不是,HBV，,可能是它感染肝细胞时合成过剩的囊膜而游离于血循环中。,3.管形颗粒：直径约22,nm，,长度可在100700,nm,之间。实际上它是一串聚合起来的小颗粒，但同样具有,HBsAg,的抗原性。,（二）基因结构,目前，已可从感染,HBV,病人的血清中及感染肝脏提纯的病毒核心中分离出环状双股DNA，,从而确定,HBV,属,DNA,病毒。,研究,Dane,颗粒,DNA,结构发现，,DNA,分子含有约3，200个核苷酸。它包括两个链；一个长度固定的负链和另一长度不定的正链。由于,DNA,生物合成是在多聚酶作用,DNA,引物生长末端 3,OH,与加入的脱氧核苷酸的5-磷酸基形成磷酸二脂键完成的，因此，链的增生按5-3顺序进行，而且加到链上的每种脱氧核苷酸是按模板,DNA,的碱基配对互补规律进行，长链在1,800或1,818核苷酸附近有一个制品。短链的5-末端通过长达250-300个核苷酸的碱基配对而维持分子的环状结构。,DNA,多聚酶作用不断延长短链3端以修补缺口。缺口可能与,HBV的,DNA,在感染细胞内的整合有关。,目前，由于克隆化,DNA,完整核苷酸已经确定，现已证实,HBsAg,和,HBcAg,都是由,Dane,颗粒的,DNA,所编码，并且二类基因存在同一,DNA,分子上。有人比较病毒基因编码能力和病毒多少，发现,HBV DNA,负链能编码全部已知的,HBV,蛋白质，而其正链开放读码区，不能编码病毒蛋白。,HBV DNA,负链有四个开放区，分别称为,S、C、P,及,X（,图26-2），能编码全部已知的,HBV,蛋白质。,S,区可分为二部分，,S,基因和前,S,基因。,S,基因（核苷酸155833）能编码主要表面蛋白。,S,基因之前是一个能编码163个氨基酸（2，848-154）的前,S,基因，编码,Pre S1,和,Pre S2,蛋白。,C,区基因包括前,C,基因和,C,基因，分别编码,HBeAg,和,HBcAg。P,区最长，约占基因组75%以上，编码病毒体,DNA,多聚酶。,X,区（核苷酸1，3741，835）可能编码有154个氨基酸的碱性多肽，长链的裂口位于此区。,（三）,乙型肝炎病毒血清型和基因型,乙型肝炎病毒亚型有,aywl、ayw2、ayw3、ayw4、adw2、adw4、ayr、adrq+,及,adrq,九种，已发现的,HBV,基因型有,AH,八种。不同的亚型可属同一基因型，而同一亚型又可分布于不同基因型。亚型并不能反映基因组的异质性。表HBV,亚型和基因型的关系,HBV,基因型,HBV,亚型,A,型,adw2,和,adwlB,型,adw2,和,aywlC,型,adr、ayr,和,adw2D,型,ayw2,和,ayw3E,型,ayw4F,型,adw4、ayw4,和,adw2G,型,adw2H,型,adw3,（四）,乙肝病毒基因组的结构特点和功能,乙肝病毒（,HBV）,的基因组,DNA,结构很奇特，是一环状的部分双螺旋结构,长约3.2,kb。,其中的2/3为双螺旋结构，1/3为单链，这就是说，,DNA,中的两条链不等长。长链的5端与3端无共价连接，而是与一种蛋白质共价相连。长链的5端以250-300对碱基互补结合。长链为负链，短链为正链。短链的长度视病毒而异，一般长约1.6-2.8,kb,约为长链的2/3。短链之间的空隙可由病毒颗粒中的,DNA,聚合酶充填。乙肝病毒是目前已知的感染人类最小的双链,DNA,病毒。为了能在细胞内独立复制，病毒在很小的基因组中尽量容纳大量的遗传信息。因而,HBV,的基因组结构显得特别精密浓缩，充分利用其遗传物质。,1、,重叠的基因序列比较多,，,HBV,基因组中已确定的开放读框有4个,分别编码病毒的核壳（,C）,和包膜（,S）,蛋白，病毒复制酶（聚合酶)及一种似乎与病毒基因表达有关的蛋白质,X。,在,S,基因前面的两个小,ORFs,与,S,基因,ORF,属于同一个读框，可以将,ORFS,通读下去，编码两种,S,蛋白相关的抗原，这两种抗原也存在于病毒颗粒的表面，这两个抗原分别称为前-,S1(pre-S1),和前,S2(pre-S2)。,同样，在,ORFC,前面也有一短的,ORF，,称为前,C(pre-C)，,编码一较大的,C,蛋白相关抗原。所有这些,ORF,都在负链,DNA（,长链）上，其中,S,基因完全重叠于聚合酶基因中，,X,基因与聚合酶基因、,C,基因重叠，,C,基因与聚合酶也有重叠。最近，,Miller,等人在,HBV,基因组中又发现两个,ORF,即,ORF-5,和,ORF-6，,这两个,ORFs,与,X,基因重叠，其中,ORF6,不是由负链,DNA,编码的，而是由正链DNA,编码。这两个,ORF,的功能目前尚不清楚。,2、,调节序列位于基因内部,，这也是,HBV,节约使用遗传物质的一种方式。与,HBV,基团组复制有关的序列有：短链顺向复制序列（,DR1,和,DR2）,和,U5,样序列（因与反转录病毒末端的,U5,序列类似面得名）。,DR1,和,U5,位于前,CORF,中，是合成,DNA,长链的起始部位，,DR2,位于聚合酶基因与,X,基因重叠处，是,DNA,短链合成的起始部位。,3、,与,HBV,基因表达有关的信号序列有4种,：1启动子，2增强子，3,polyA,附加信号，4糖皮质激素敏感因子（,GRE）。,由于,HBV,基因组中的基因分别转录于3种,HBVmRNA,转录本上，因此，相应地在病毒基因组中每一转录本近5端也至少应有3种,RNA,聚合酶启动子，虽然这些启动子的基因序列尚不知，但这些启动子显然存在于编码蛋白质序列内。增强子（,ENH）,位于聚合酶基因中；,polyA,附加信号位于,CORF,中；而,GRE,位于,SORF,和聚合酶基因中。,GRE,是与激素受体结构的,DNA,片段，结合后能使某一已知基因转录水平增加。,4、,GRE,有许多增强子的特征：,1是起顺式作用的因子，2在转录的两个方向均有作用，3在距其调节的基因不同距离处均可起作用。,从以上可以看出,HBV,基因组结构严密，组织高效，在已知的病毒中是罕见的。,HBVDNA,不但在结构上有其独特的地方，而且其,DNA,复制过程也非常特别。当,HBVDNA,进入宿主细胞后，首先成为完整的闭环双螺旋,DNA，,以负链为模板合成全长的“+”链,RNA（,称为前基因组,RNA）。,该“+”链,RNA,被包装在未成熟的核心样颗粒中，同时还有,DNA,聚合酶和一种蛋白质也被包装在颗粒中。在该颗粒中“+”链,RNA,作为模板由反转录酶催化合成“-”链,DNA，,具体机制尚不清楚，可能与腺病毒,DNA,的复制相似，因为在“-链,DNA,的5端也有共价结合的蛋白质。“”链,DNA,的合成便以该负链,DNA,为模板和一段,RNA,为引物而聚合延伸，核心样病毒颗粒在这过程中也成为成熟的病毒颗粒。这时，正链,DNA,仍没有合成完毕，因而造成病毒基因组两条,DNA,链长度不一样。,第三节HIV与AIDS,由人类免疫缺陷病毒（,HIV,）,引起的获得性免疫缺陷综合症（,AIDS）。,艾滋病，又称爱滋病，是英文全称,Acquired Immune Deficiency Syndrome,的字头,AIDS,缩写的译音，中文全称为获得性免疫缺陷综合症，这是由一种逆转录病毒引起的传染病，临床上以淋巴肿大、厌食、慢性腹泻、体重减轻、发热、乏力等全身症状起病，逐渐发展至各种机会性感染、继发性肿瘤、精神神经障碍而死亡。,HIV,在病毒分类学上属逆转录病毒科慢病毒属,，,目前已发现两种,HIV，分别为,HIV-1,和,HIV-2。,两者具有相似的病毒结构和传播途径。,HIV-2,主要分布于非洲西部，在欧洲和美洲的一些感染者中也被检测到。其毒力和传播力都低于,HIV-1，,引起的艾滋病病程较慢且较缓和。,HIV-1,广泛分布于世界各地，是引起全世界,AIDS,流行的病原，目前,HIV,的研究也是以,HIV-1,为主进行的。,一、简史与流行情况,1983年，法国巴斯德研究所,Luc Montagnier,等首先从1例持续性淋巴结病综合征(,LAS),的男性同性恋者分离到一种含逆转录酶的病毒，命名为淋巴腺病相关病毒(,Lymphadenopathy Associated Virus，LAV)。1984,年5月美国国立癌肿研究所,Robert Gallo,等从1名艾滋病患者活体组织中分离到病毒，命名为嗜人,T,淋巴细胞,III,型病毒(,Human T-cell Lymphotropic virus type3，HTLV-III)。,同年，美国加州大学,Levy,等分离出艾滋病相关病毒(,AIDS related virus,ARV),并首次提示了艾滋病病毒的携带状态。不久从病毒分子生物学特性、交叉免疫反应、免疫印迹法、病毒限定图谱(,Restriction Map),证明这些先后分离出的病毒基本相同，但与,HTLV,的蛋白完全不同，基因组的亲缘关系也较远。,1986年，国际微生物学会及病毒分类学会将这些病毒统一命名为,HIV，1986,年1月,Clavel,从西非分离到一种逆转录病毒，与非洲猿猴逆转录病毒(,STLV),有较近亲缘性，而只与,HIV,核心蛋白有部分交叉反应，但同样可引起类似,HIV,所致的艾滋病临床表现和流行病学特征，不过临床症状较轻，病死率也低，新分离到的病毒称之为,HIV-2，,把1983年分离到的目前世界上广泛流行的,HIV,称为,HIV-1。,HIV-1,和,HIV-2,是引起,AIDS,的逆转录病毒，但引起人类其他疾病的逆转录病毒尚有,HTLV-1,和,HTLV-2，,虽然两者传播途径十分相似，但临床表现不一，病变机理不一，尤其后两种引起人类白血病的逆转录病毒潜伏期长，可高达20-30年之久。此外，尚有动物艾滋病逆转录病毒，已知有6种，即,SIVagin、SIVagmc、SIVmnd、SIVsin、SIVcpz,和,SIVsyk。,初步看来有时有交叉感染，尤其在饲养管理人员和实验研究人员中有交叉,本病在美国从1978年在纽约发现第1例以后，1979年7例，1980年12例，1981年204例，1982年750例，到1983年已累计发生1739例，逐年直线上升，世界卫生组织宣布到1992年7月底统计已达164个国家，约50万人以上患,AIDS，,病人随着年代的推进，累积数量不断增加，1995年6月30日，世界卫生组织公布，全世界登记在册的艾滋病病例已接近117万。世界卫生组织认为，实际数要比此数高得多，估计全世界,AIDS,病例总数可能已超过500万，全世界目前,HIV,感染者的总数已超过2000万人，每天还约增加600人。死亡病人数近100万人，故称之为世纪绝症。目前以美洲为最多，其次是亚洲，欧洲名列第三。但亚洲,HIV,感染人数正飞速上升，本世纪未下世纪初期，亚洲处于艾滋病扩散期。在泰国，印度，已从高危人群扩散到一般人群，成人已有20%受感染。产前妇女,HIV,阳性率高达8%，再过5年，大多数新感染的病例将来自于亚洲。,在我国大陆，自1986年首次发现一美籍阿根廷人在西安发病，经多方检查确诊为AIDS。距世界首例报道AIDS相隔4年。同年在浙江省从血友病病人中又检出HIV感染者4例，为我国首次发现HIV带毒者。此后在我国陆续发现外国人HIV带毒者约17名之多。直至1989年从云南发现HIV带毒者146例，又在北京及河北发现3例HIV带毒者。进入90年代我国的HIV病情情况更加不可阻挡地迅猛发展，按国家卫生部公布的数字，1990年HIV带毒者为492人，AIDS仅为5名，其后逐年上升，至1995年HIV感染者为3341人，AIDS为117名，专家估计我国实际HIV感染人数应为5万-10万人。这仅仅只有5年其增长速度是十分惊人的。,二、,HIV,的生物学特征（一）,形态和结构：,艾滋病病毒（,HIV）,颗粒呈球形，直径90,nm130nm。,病毒的核心呈中空锥形，由两条相同的单链,RNA,链、逆转录酶和蛋白质组成。核心之外为病毒衣壳，呈20面体立体对称，含有核衣壳蛋白质。最外层为包膜，包膜上的糖蛋白有刺突状结构，是,HIV,与宿主细胞受体结合位点和主要的中和位点（图）。,HIV,属逆转录病毒科慢病毒属，其,RNA,中含有,gag、env,和,pol,基因以及6种调控基因,tat,vif,vpr,vpx(vpu),nef,rev。gag,基因编码病毒的核心蛋白；,pol,基因编码病毒复制所需要的酶类（逆转录酶、整合酶和蛋白酶）；,env,基因所编码病毒包膜蛋白，是,HIV,免疫学诊断的主要检测抗原。调控基因编码辅助蛋白，调节病毒蛋白合成和复制。,HIV,基因组结构除包括两端的长末端重复序列(,LTR),外，中间有9个开放阅读框架，即,gag、pol、env、3orf(LTR，B.E，F)、SOT(VIF，A,P,Q)、tat、R(VPR)、art,和,VPU(,但,HIV-2,为,VPX)。,与病毒核心紧密连接的是,Vif,和,Nef,蛋白，在核心外很可能存在,vpr(VPX)。Tat,也可能位于病毒内部。核心蛋白(,gag)、,被膜蛋白(,env),和多聚酶蛋白(,pol),是,HIV,三种结构蛋白。,pol,的基因产物为逆转录酶,RT、,核糖核酸酶,Ribo H,及整合酶,INTenv,的基因产物是包膜外的亲水性的,gp160，,成熟后裂解为位于包膜外的亲水性的,gp120,和疏水性的跨膜蛋白,gp41(HIV-2,为,gp36)，,位于包膜内的3,orf、sor、tat、R,及,art,的产物具有调节病毒的复制及转化作用,(二)亚型,HIV,病原特性,HIV,病原具有极大的变异性，对病毒的基因特别是,V3,区进行,PCR,扩增和序列测定，有助于,HIV-1,和,HIV-2,之间，以及每一种内部之间的序列差异比较。现在已经知道，,HIV-1,型至少可以分为13个亚型，归乃于,M、O,和,N,三个组，其中,M,组有,A、B、C、D、E、F、G、H、I、J,和,K 11个亚型；,O,组有,O,亚型和,N,组有,N,亚型。,HIV-2,型至少有,A、B、C、D、E、F,和,G 7,个亚型。,HIV,亚型在病源学、流行病学、实验诊断、临床症状、药物筛查和评估、疫苗研制上颇为重要。当前突出的问题是亚型可变性和亚型重组，对诊断和耐药影响很大,(三),HIV,对外界抵抗力,HIV,可在人体外环境中生存，但取决于伴随物质与外界温度，一般比肝炎病毒对外界抵抗力低得多，对热很敏感，60以上就可被杀死。因此，注射器、医疗用具经过高温消毒、煮沸或蒸气消毒后完全可以达到消毒目的。,HIV,对化学品也十分敏感。常用的漂白粉、新鲜2%戊二醛溶液、4%福尔马林溶液、2%氯胺、6%过氧化氢都能杀死,HIV，,但是最近发现70%酒精溶液和碳酸溶液对,HIV,作用不稳定,(四)分类,从毒株种类分，无疑地有,HIV-1,和,HIV-2,之分，目前广泛流行于全球的毒株是,HIV-1,型。,HIV-2,毒株虽然发现于西非地区，随着时间的推移，该毒株在欧洲、美国和南美、亚洲一些感染者中也被检测到，尤其亚洲印度的,HIV-2,感染者数量正在迅速增加，我国在新疆、上海等地区也已陆续发现。当然不论从全球乃至我国，,HIV-1,是当前主要的艾滋病流行毒株，大量的研究也证明,HIV-2,在每次性活动中,HIV-2,比,HIV-1,的传染性低59倍，在母婴传播中,HIV-2,比,HIV-1,低1530倍。感染,HIV-2,机体自然可发展成艾滋病，但潜伏期相对长，症状表现较轻，存活期则长。,现有两型,HIV：HIV-1,和,HIV-2，,它们主要区别在于包膜糖蛋白上。,HIV,是一种变异性很强的病毒，不同的病毒株之间差异很大，甚至同一毒株在同一感染者体内仅数月就可以改变，使原中和抗体失去中和效能，这给,HIV,疫苗的研制造成很大困难。目前在全球流行的,HIV-1,毒株已出现三个组，即,M、O,和,N,组，其中,M,组又可分为,A,到,J,共10个亚型，而且亚型间的重组体已有发现。,HIV-2,现有,AF,共6个亚型。目前也有学者根据病毒的生物学特性对,HIV-1,进行分群，如根据病毒与宿主细胞结合所利用的辅助受体的不同（,CCR5、CXCR4），,分为,R5,和,X4,毒株；或根据宿主范围及复制特性不同，分为非合胞体诱导株（,NSI）,和合胞体诱导株（,SI）；,有毒力株和无毒力株；快/高型和低/慢型等。,三、传播方式,（一）性接触 1同性恋和（或）双性恋 约占70%病例。男同性恋者,HIV,感染率甚高，尤以有色人种居多。,HIV,感染者精液中的,HIV,经直肠粘膜传给健康的同性性伴。,2异性恋 约占4%病例。精液中的,HIV,感染细胞与子宫腔中,M、,淋巴细胞、上皮细胞相互作用而使女方感染。阴道分泌物中的,HIV,感染细胞能将,HIV,传给男性,（二）注射途径,1输血 约占2.5%病例。,HIV,感染者的血液、血浆中的游离,HIV,特别是病毒感染血细胞可使受血者被感染。,2血制品 约占1%病例。输注带有或污染有,HIV,的人血清白蛋白、,Igs,和抗凝血因子等可染上,HIV,。,3静脉毒瘾者因共用污染有,HIV,的针头和注射器而被感染 约占18%病例。,（三）母婴垂直传播,HIV,可经胎盘和母乳传递给下一代。,四、基因组结构及功能：,HIV,基因组为单股正链,RNA,二倍体，每条,RNA,链长约9.8,kb，,两条链的5端借氢键形成二聚体。与其他逆转录病毒相同，,HIV,的基因结构从5端到3端依次为5,LTR-gag-pol-env-3LTR。5,端有帽状结构,m,7,G,5,ppp,5,GmpNp，3,端有,polyA,序列。除三个编码结构蛋白的基因,gag、pol、env,外，,HIV,还有较其他逆转录病毒更多的调节基因和附加基因,，,其编码的的调节蛋白在病毒的整个感染及复制过程中具有非常重要的作用，目前已发现至少有7种：,tat、rev、nef、vpr、vpu、vpx,和,vif。,1长未端重复序列：,HIV,基因组两端的长未端重复序列（,LTR）,不编码病毒产物，对于病毒基因表达的起始和调节至关重要，其上有许多细胞转录因子的结合位点，可分为调节单位、核心转录单位和反式激活效应元件单位（,TAR）,三个不同的调控功能区。,2,Gag,基因：,即组特异性抗原基因，编码分子量为,55,KD,的前体蛋白（,P55,），,由未拼接的病毒,mRNA,表达。,P55,经病毒蛋白酶切割，由,N,端至,C,端形成,P17,、,P24,、,P15,三种蛋白。,P17,称为基质蛋白（,MA,），,附着于病毒脂质又层膜的内侧，形成毒粒的内膜，起稳定毒粒的作用。,P24,称及壳蛋白，形成病毒的锥形核。,P15,进一步被裂解为,P9,和,P7,两种核壳蛋白，与病毒的,RNA,结合。,3,Pol,基因：,Pol,基因编码病毒的逆转录酶（,RT,）,P66,和整合酶（,IN,）,P32,，,由未拼接的病毒,mRNA,表达。,RT,由两个亚单位,P66,和,P51构成，其,N,端完全一致，具,DNA,聚合酶活性，而,C,端由于病毒蛋白酶的不对称切割，使一个亚单位,C,端的部分氨基酸被切除而失去,RNA,酶,H,的功能，另一亚单位,C,端的,RNA,酶,H,功能域则未被切除。,HIV,进行复制时，首先在,RT,的,N,端的,DNA,聚合酶功能区的作用下，以,RNA,为模板合成互补的,DNA,，,表现出逆转录酶活性，然后在,P51,的协助下，,P66 C,端的,RNA,酶,H,功能区降解,RNA/DNA,双链中的,RNA,链，表现为,RNA,酶,H,活性，最后以此单链,DNA,为模板，由,P66,亚单位合成互补,DNA,而成双链,DNA,，,表现出,DNA,聚合酶功能。整合酶能够将逆转录成的双链,DNA,整合入宿主染色体,DNA,，,整合过程可分三步：首先由,IN,在病毒线状平端,DNA,的,3,端由,3,5,方向切下,2,个核苷酸，形成,CA-OH-3,，,同时在宿主,DNA,双链整合部位上各切开一,5,bp,的切口，然后在,IN,的作用下，,CA-OH-3,与宿主,DNA,切开部位的,5,-,P,形成磷酸二酯键，最后整合部位被修补完整。,4,Env,基因：,Env,基因编码病毒的膜蛋白，由单一拼接的,mRNA,进行表达，首先在内质网内合成分子量为88,KD,的蛋白质，在向高尔基体的转运过程中被糖基化而成为分子量160,KD（gp160）,的包膜糖蛋白前体，糖基化为病毒的传染性所必须。,gp160,被蛋白酶切割为,gp120,和,gp41,两部分，,gp120,位于感染细胞和毒粒的表面，称外膜蛋白，其上有5个高变区（,V1V5）,和6个保守区（,C1C6）。,高变区中的,V3,环区是阻断,HIV,传播的中和抗体结合的主要靶位，,gp41,镶嵌于病毒的脂质双层中，称跨膜蛋白，在病毒感染过程中能够介导病毒脂膜与细胞膜的融合。,gp120,与,gp41,的,N,端以非共价键结合，当,HIV,感染,T,淋巴细胞或巨噬细胞时，,gp120,首先与细胞表面的,CD4,分子结合，导致空间构象发生改变，使,gp41,与细胞膜充分接触而发生病毒与细胞膜的融合，病毒核心进行细胞,5,Tat,基因：,Tat,基因由两个外显子构成，编码,HIV,复制和基因表达所必须的反式激活蛋白,(,Tat),，,又称反式激活因子,，,能够增强病毒复制的起始，促进,mRNA,的转录和翻译。,Tat,与,HIV RNA 5,端,LTR,结合后能够极大地提高,HIV,基因的转录水平。另外，,tat,可能还具有转录延伸因子的作用，延长,mRNA,的转录。,6,Nef,基因：,Nef,基因由单一外显子构成，编码,27,KD,的甲基化蛋白。,Nef,蛋白是,HIV,复制过程中的负调节因子,，,具多种功能，既可进行正调节，也可进行负调节。能够增强或减弱病毒的复制，既能激活,T,细胞，增加病毒感染，又能抑制病毒的超感染。,7,Rev,基因：,Rev,基因由两个外显子组成，分别编码,25,个氨基酸和,91,个氨基酸的肽段，由完全拼接的,mRNA,进行表达，两个肽段结合形成,19,KD,的病毒颗粒蛋白表达调节因子（,Rev,）,在胞质内合成后由其上的核定位信号（,NLS,）,介导进入核内聚集于核仁。,Rev,蛋白是,HIV,复制非常重要的一个反式激活因子，能够促进,HIV,的基因转录由早期向晚期转变，即由调节蛋白基因的转录向结构蛋白基因的转录进行转变。因此，,Rev,蛋白对,HIV,的调节基因具有负调控作用，而对病毒结构基因和附加基因具正调控作用。另外，,Rev与其应答元件（,RRE,）,的结合还可促进未拼接或未完全拼接的病毒,mRNA,由胞核向胞浆运输。,8其他调节蛋白基因：,Vpr,基因编码病毒蛋白,r，,高度保守。,Vpr,蛋白非,HIV,复制所必须，能反式激活病毒基因的表达，在,HIV,感染未分裂的细胞时使细胞停留在细胞周期的,G2,期。另外，,Vpr,基因的存在还可使,HIV,感染细胞时致细胞病变效应增加。,Vpu,基因编码病毒蛋白,u，,为,HIV-1,所特有，,Vpu,蛋白为非,HIV,复制所必须的双亲性膜整合蛋白，能够增强病毒颗粒的组装和释放，介导内质网中,CD4,分子的快速降解。,Vif,基因编码病毒颗粒感染性因子（,Vif）。Vif,蛋白亦非,HIV,复制所必须，能够增加病毒颗粒的感染性。,病毒感染和复制,HIV,主要侵犯人体的,CD,4,+,T,淋巴细胞和巨噬细胞，其感染过程包括病毒的吸附、侵入、逆转录、基因组的整合、表达及释放等过程。当感染发生时，病毒的外膜糖蛋白,gp120,首先与细胞表面的,CD4,分子结合并与辅助受体,CCR5,或,CXCR4,等结合，,gp120,空间构象发生改变，暴露出跨膜蛋白,gp41,与细胞膜作用，导致病毒包膜与细胞膜融合，病毒核心进入细胞内，脱壳后病毒基因组在,RT,作用下以病毒,RNA,为模板合成,cDNA,，,再以此,cDNA,为模板合成双链,DNA,，,经环化后在病毒,IN,的作用下随机整合到细胞染色体上成为前病毒而长期存在并随细胞的分裂而传至子代细胞。此前病毒即为病毒复制时的转录模板，病毒进行复制时，早期转录的长链,mRNA,经拼接后表达病毒的调节蛋白，待调节蛋白的量到达一定阈值后，病毒进入晚期转录，产生的未拼接的,mRNA,部分用来指导合成病毒的结构蛋白，部分作为病毒的基因组，与结构蛋白进行装配成为病毒核心颗粒，由胞膜出芽时获得包膜及膜蛋白。,五、,HIV,的致病机理,在,HIV,感染人体的初期会有病毒血症的出现，并有轻度的发热及淋巴结肿大等症状，随后病毒血症大幅降低至难以检测的水平，抗核心蛋白及包膜蛋白的抗体陆续出现，病程进入无症状带毒期，即潜伏感染期,，,