2. 3 Relationships between Virus and cell in Evolution 现在,比较容易接受的观点是:生物大分子一一细胞一一病毒。其依据主要有: 所有病毒均为彻底的寄生性 2.有些病毒的核酸与哺乳动物细胞DNA某些片段的碱基序列十分相似 毒可以看作是DNA与蛋白质或RMNA与蛋白质形成的复合大分子,与细胞内核蛋白分子有相似之处 Addition: (1)冠状病毒与SARS 2003年春在我国和世界20多个国家发生了一种传染性病毒病,导致严重急性呼吸道综合症( sever acute respiratory syndrome,SARS),即 我国所说的非典型肺炎。同年4月16日,W0正式确认SARS病毒是SARS的病因,这是一种新型的冠状病毒 冠状病毒科( Coronaviridae)的病毒成员仅感染脊椎动物,可引起人和动物呼吸道卜肖化道、肝脏和神经系统产生疾病。冠状病毒最早于1937 年从鸡中分离,1965年 Tyrrell和 Bynoe首次用有纤毛的胚状气管在体外培养了人的冠状病毒,约有15个种,不仅感染人,也感染牛、猪、猫、 冠状病毒粒子呈球状,形似冠状而得名。其直径为60~20urn,有包膜。包膜上有2~3种糖蛋白 M蛋白( membrane protein),是糖蛋白,横穿包膜,其N端的丝氨酸或苏氨酸残基上可以产生糖基化。M蛋白的作用是出芽和病毒包膜的形成 S蛋白( spike protein),构成长的杆状包膜突起,S蛋白突起具有多方面的功能,它负责结合敏感细胞受体,诱导病毒包膜和细胞膜以及细胞 之间的膜融合,作为主要抗原刺激机体产生中和抗体和介导细胞免疫反应 E蛋白属包膜蛋白,是一种小的与包膜形成相关的蛋白 核衣壳蛋白N是一种碱性磷蛋白,具有3个结构域,其中央区同基因组RNA结合,形成卷曲的核衣壳螺旋。N蛋白有两个方面的功能:一方面与病 毒RNA复制有关,另一方面通过与M糖蛋白C端相互作用,可引起病毒出芽 匝蛋白即血凝素一酯酶( hemagglutinin- estemse,H),H蛋白构成包膜的短突起。现在认为H可能与冠状病毒早期吸附有关。 冠状病毒基因组为(+) SSRNA长约27~31kb其基因组5’端有帽子结构,3’端有poly(A尾,紧接帽子结构之后是60~80个碱基的先导RNA 序列和200~500个碱基的非编码区 SARS病毒是一种新型的冠状病毒,目前已发现有十几个变种。这种病毒潜伏期2~7天。患者通常有高于38t的发热,并会伴有寒战,或者其他如 头痛、倦怠和肌痛。潜伏期后进入下呼吸道期,患者伴有包括发热、干咳无痰、呼吸困难,甚至低氧血症(呼吸困难、紫错。缺氧早期心动过速、 血压升高、严重时出现心动过缓、血压下降,甚至休克)等综合征,严重患者通常都需要气管插管或者呼吸机维持。 95%感染SARS病毒的人能够治愈。人体可以针对病毒产生抗体,表明SARS是可治的,同时也是可控和可防的。只要依靠科学、保持良好的心 态,人类一定能够最终战胜SARS 从细胞生物学的角度,用 SAJIS( smile and remain smile)去战胜SARS( severe acute respiratory syndrome)不失为一种有效的抗击疾病 的好方法。一一-王 类病毒在结构上比病毒还要简单,没有蛋白质外壳,仅为一裸露的RNA分子。由于它们具有感染作用,类似于病毒,故称为类病毒( viroid)。 它们不能像病毒那样感染细胞,只有当植物细胞受到损伤,失去了膜屏障,它们才能在供体植株与受体植株间传染。例如,马铃薯锤管类病毒仅 由一个含359个核苷酸的单链环状RNA分子组成,链内有一些互补序列。分子长约40~50nm,不能制造衣壳蛋白。一一绍兴 3)蛋白质感染因子 Prion 1982年S.B. Prusiner以叙利亚仓鼠为实验材料,发现羊瘙痒病( scrapie)的病原体是一种蛋白质,不含核酸,命名为 prion,意即 PROteinaceous Infection ONly,译为蛋白质感染因子或朊病毒, Prusiner因此项发现更新了医学感染的概念,获1997年的诺贝尔生理与医学奖。 羊瘙痒病发现已有200年的历史,羊得了这种病就会浑身发痒,不断在坚硬物质上搓擦身体,最后死亡。它是一类传染性海绵状脑病( transmissible spongiform encephalopathies,TSE)。疯牛病,即牛海绵状脑病( bovine spongiform encephalopathy,BSE)也属于此类疾病,发现于1986 年,是由于牛被喂以由死羊骨粉制造的饲料而被感染,病牛脑内灰质及神经元都有典型的海绵状退化,出现淀粉样( amy loid)蛋白沉淀,与羊瘙 痒病相似。同类型的 prion也会使鹿、貂及猴子患病,人类也具有类似的疾病 Prion是一种结构变异的蛋白质,对高温和蛋白酶均具有较强的抵抗力。它能转变细胞内的此类正常的蛋白PrPC( cellular prion protein) 使PrPC发生结构变异,变为具有致病作用的 PrPSc( scrapie- associated prion protein) PrPC存在于神经元、神经胶质细胞和其它一些细胞,属于糖磷脂酰肌醇锚定蛋白,集中在膜上的脂筏中,对蛋白酶和髙温敏感,可能和细胞信号 转导有关 PrPSc与PrPc的一级结构相似,均由253-4个氨基酸组成,分子量约33-37KD。纯化的 Prion经傅里叶变换红外光谱分析,发现PrPc的高级结构 中具有43%的α螺旋,极少的β折叠(3%),而 PrPsc具有34%a螺旋,43%的β折叠。动物被感染后,发生错误折叠的 PrPSc蛋白堆积在脑组织 中,形成不溶的淀粉样蛋白沉淀,无法被蛋白酶分解,引起神经细胞凋亡( Apoptosis) 码PrP蛋白的基因称为Prnp,该基因位于人第20号染色体的短臂,小鼠第2号染色体。敲除小鼠的Prnp基因,小鼠仍能正常发育,并对瘙痒 病完全免疫,但出生后很快会出现共济失调、小脑皮层颗粒细胞退化 前对蛋白质感染因子的增殖方式有两种解释,一是重折叠模型( refolding model),认为 PrPSc分子起分子伴侣( molecular chaperone)的 作用,能与PrPc分子相结合,诱使PrPe转变成 PrPSc,从而形成了 PrPSc二聚体,于是一个 PrPSc分子就变成了2个 PrPSc分子,如此倍增不已 另一种解释是晶种模型( Seeding model),认为PrPc分子本身有向 PrPSc转变的倾向(一种平衡反应), PrPSc能像晶种一样,稳定PrPc的构 象,形成淀粉样蛋白沉淀,然后碎裂后又变成新的晶科 质感染因子的增殖既不是由于基因过分表达,也不是因翻译量增加,而是由于正常分子的构象发生转变造成的,所以亦称朊病毒。目前已知 的人类 PRION疾病主要有 1.克-雅二氏病( Creutzfeldt- Jakob disease,CJD): Cruetzfeldt和 Jakob1920年发现于六例患者,大多发生于60岁以上的人,是自身PrP 蛋白发生变异引起的。 2.变异型克-雅氏病( VCJD):患者都处于以往CJD未曾出现的年龄段,为十几岁至三十岁的年轻人,是由于取食病牛产品而感染。患者首先出 现忧郁症的病状,继而不能行走,并呈现精神障碍等痴呆症状,最后死亡 3.GSS综合征( Gerstmann- Straussler scheinker disease)):是一种遗传的的慢性脑病,由Prnp基因缺陷引起,Pr蛋白的102位亮氨酸被 脯氨酸取代或117位的缬氨酸被丙氨酸取代 4.克鲁病(Kuru):发现于新几内亚一个叫Fore的部落,当地人称作kuru,意即颤抖。病人大多数是妇女及小孩,病症有言语含糊及无意识地 狂笑,最后不省人事并死亡。一名美国医生D.C. Gajdusek到了当地,发现那里的妇女及小孩具有吃死者尸体的习惯,结果受到感染 5.致死性家族性失眠症( Fatal familial insomnia,FFI):也是一种遗传性疾病,Prnp基因变异,PrP蛋白178位的天冬酰胺被天冬氨酸取代5 2.3 Relationships between Virus and cell in Evolution 现在，比较容易接受的观点是：生物大分子——细胞——病毒。其依据主要有： 1. 所有病毒均为彻底的寄生性。 2. 有些病毒的核酸与哺乳动物细胞 DNA 某些片段的碱基序列十分相似。 3. 病毒可以看作是 DNA 与蛋白质或 RNA 与蛋白质形成的复合大分子，与细胞内核蛋白分子有相似之处。 Addition： (1)冠状病毒与 SARS： 2003 年春在我国和世界 20 多个国家发生了一种传染性病毒病，导致严重急性呼吸道综合症 （sever acute respiratory syndrome， SARS），即 我国所说的非典型肺炎。同年 4 月 16 日，WHO 正式确认 SARS 病毒是 SARS 的病因，这是一种新型的冠状病毒。 冠状病毒科（Coronaviridae）的病毒成员仅感染脊椎动物，可引起人和动物呼吸道卜肖化道、肝脏和神经系统产生疾病。冠状病毒最早于 1937 年从鸡中分离，1965 年 Tyrrell 和 Bynoe 首次用有纤毛的胚状气管在体外培养了人的冠状病毒，约有 15 个种，不仅感染人，也感染牛、猪、猫、 狗等。 冠状病毒粒子呈球状，形似冠状而得名。其直径为 60～220urn，有包膜。包膜上有 2～3 种糖蛋白。 M 蛋白（membrane protein），是糖蛋白，横穿包膜，其 N 端的丝氨酸或苏氨酸残基上可以产生糖基化。M 蛋白的作用是出芽和病毒包膜的形成。 S 蛋白（spike protein），构成长的杆状包膜突起， S 蛋白突起具有多方面的功能，它负责结合敏感细胞受体，诱导病毒包膜和细胞膜以及细胞 之间的膜融合，作为主要抗原刺激机体产生中和抗体和介导细胞免疫反应。 E 蛋白属包膜蛋白，是一种小的与包膜形成相关的蛋白。 核衣壳蛋白 N 是一种碱性磷蛋白，具有 3 个结构域，其中央区同基因组 RNA 结合，形成卷曲的核衣壳螺旋。N 蛋白有两个方面的功能：一方面与病 毒 RNA 复制有关，另一方面通过与 M 糖蛋白 C 端相互作用，可引起病毒出芽。 HE 蛋白即血凝素一酯酶（hemagglutinin－estemse，H），HE 蛋白构成包膜的短突起。现在认为 HE 可能与冠状病毒早期吸附有关。 冠状病毒基因组为（＋）SSRNA 长约 27～31kb 其基因组 5’端有帽子结构，3’端有 poly(A)尾，紧接帽子结构之后是 60～80 个碱基的先导 RNA 序列和 200～500 个碱基的非编码区。 SARS 病毒是一种新型的冠状病毒，目前已发现有十几个变种。这种病毒潜伏期 2～7 天。患者通常有高于 38t 的发热，并会伴有寒战，或者其他如 头痛、倦怠和肌痛。潜伏期后进入下呼吸道期，患者伴有包括发热、干咳无痰、呼吸困难，甚至低氧血症（呼吸困难、紫错。缺氧早期心动过速、 血压升高、严重时出现心动过缓、血压下降，甚至休克）等综合征，严重患者通常都需要气管插管或者呼吸机维持。 95％感染 SARS 病毒的人能够治愈。人体可以针对病毒产生抗体，表明 SARS 是可治的，同时也是可控和可防的。只要依靠科学、保持良好的心 态，人类一定能够最终战胜 SARS 从细胞生物学的角度，用 SAJIS（smile and remain smile）去战胜 SARS（severe acute respiratory syndrome）不失为一种有效的抗击疾病 的好方法。―――王 (2) viroid 类病毒在结构上比病毒还要简单，没有蛋白质外壳，仅为一裸露的 RNA 分子。由于它们具有感染作用，类似于病毒，故称为类病毒（viroid）。 它们不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去了膜屏障，它们才能在供体植株与受体植株间传染。例如，马铃薯锤管类病毒仅 由一个含 359 个核苷酸的单链环状 RNA 分子组成，链内有一些互补序列。分子长约 40~50nm，不能制造衣壳蛋白。－－绍兴 （3）蛋白质感染因子 Prion 1982 年 S．B．Prusiner 以叙利亚仓鼠为实验材料，发现羊瘙痒病（scrapie）的病原体是一种蛋白质，不含核酸，命名为 prion，意即 PROteinnaceous Infection ONly，译为蛋白质感染因子或朊病毒，Prusiner 因此项发现更新了医学感染的概念，获 1997 年的诺贝尔生理与医学奖。 羊瘙痒病发现已有 200 年的历史，羊得了这种病就会浑身发痒，不断在坚硬物质上搓擦身体，最后死亡。它是一类传染性海绵状脑病（transmissible spongiform encephalopathies，TSE）。疯牛病，即牛海绵状脑病（bovine spongiform encephalopathy，BSE）也属于此类疾病，发现于 1986 年，是由于牛被喂以由死羊骨粉制造的饲料而被感染，病牛脑内灰质及神经元都有典型的海绵状退化，出现淀粉样（amyloid）蛋白沉淀，与羊瘙 痒病相似。同类型的 prion 也会使鹿、貂及猴子患病，人类也具有类似的疾病。 Prion 是一种结构变异的蛋白质，对高温和蛋白酶均具有较强的抵抗力。它能转变细胞内的此类正常的蛋白 PrPC（cellular prion protein）， 使 PrPC 发生结构变异，变为具有致病作用的 PrPSc（scrapie-associated prion protein）。 PrPC 存在于神经元、神经胶质细胞和其它一些细胞，属于糖磷脂酰肌醇锚定蛋白，集中在膜上的脂筏中，对蛋白酶和高温敏感，可能和细胞信号 转导有关。 PrPSc 与 PrPc 的一级结构相似，均由 253-4 个氨基酸组成，分子量约 33-37KD。纯化的 Prion 经傅里叶变换红外光谱分析，发现 PrPc 的高级结构 中具有 43%的α螺旋，极少的β折叠（3%），而 PrPsc 具有 34%α螺旋，43%的β折叠。动物被感染后，发生错误折叠的 PrPSc 蛋白堆积在脑组织 中，形成不溶的淀粉样蛋白沉淀，无法被蛋白酶分解，引起神经细胞凋亡（Apoptosis）。 编码 PrP 蛋白的基因称为 Prnp，该基因位于人第 20 号染色体的短臂，小鼠第 2 号染色体。敲除小鼠的 Prnp 基因，小鼠仍能正常发育，并对瘙痒 病完全免疫，但出生后很快会出现共济失调、小脑皮层颗粒细胞退化。 目前对蛋白质感染因子的增殖方式有两种解释，一是重折叠模型（refolding model），认为 PrPSc 分子起分子伴侣（molecular chaperone）的 作用，能与 PrPc 分子相结合，诱使 PrPc 转变成 PrPSc，从而形成了 PrPSc 二聚体，于是一个 PrPSc 分子就变成了 2 个 PrPSc 分子，如此倍增不已。 另一种解释是晶种模型（Seeding model），认为 PrPc 分子本身有向 PrPSc 转变的倾向（一种平衡反应），PrPSc 能像晶种一样，稳定 PrPc 的构 象，形成淀粉样蛋白沉淀，然后碎裂后又变成新的晶种。 蛋白质感染因子的增殖既不是由于基因过分表达，也不是因翻译量增加，而是由于正常分子的构象发生转变造成的，所以亦称朊病毒。目前已知 的人类 PRION 疾病主要有： 1. 克-雅二氏病（Creutzfeldt–Jakob disease，CJD）：Cruetzfeldt 和 Jakob 1920 年发现于六例患者，大多发生于 60 岁以上的人，是自身 PrP 蛋白发生变异引起的。 2. 变异型克-雅氏病（vCJD）：患者都处于以往 CJD 未曾出现的年龄段，为十几岁至三十岁的年轻人，是由于取食病牛产品而感染。患者首先出 现忧郁症的病状，继而不能行走，并呈现精神障碍等痴呆症状，最后死亡。 3.GSS 综合征（Gerstmann-Straussler Scheinker disease））：是一种遗传的的慢性脑病，由 Prnp 基因缺陷引起，PrP 蛋白的 102 位亮氨酸被 脯氨酸取代或 117 位的缬氨酸被丙氨酸取代。 4. 克鲁病（Kuru）：发现于新几内亚一个叫 Fore 的部落，当地人称作 kuru，意即颤抖。病人大多数是妇女及小孩，病症有言语含糊及无意识地 狂笑，最后不省人事并死亡。一名美国医生 D. C. Gajdusek 到了当地，发现那里的妇女及小孩具有吃死者尸体的习惯，结果受到感染。 5.致死性家族性失眠症（Fatal familial insomnia，FFI）：也是一种遗传性疾病，Prnp 基因变异，PrP 蛋白 178 位的天冬酰胺被天冬氨酸取代