熊思东:你对病毒了解多少?

(作者单位:复旦大学上海医学院免疫学系)

病毒性疾病是严重危害人类健康的一大类疾病,引起病毒性疾病的罪魁祸首就是病毒。进入21世纪以来,人类不仅要面对业已存在的病毒感染导致的病毒性疾病,也受到新出现的病毒性疾病的巨大威胁。
大家仍记忆犹新的是去年曾肆虐我国的传染性非典型肺炎和新近出现的高致病性禽流感。但是病毒本身是一类十分古老的生物。病毒(virus)一词早在公元1世纪就曾用于描述在当时极为流行的狂犬病。1892年伊万诺夫斯基和贝叶林克通过对引起烟草花叶病变的病原体研究首次发现病毒的存在(植物病毒),1898年勒夫勒和费施发现了第一个动物病毒——足-口病病毒。
什么是病毒
病毒是八大微生物之一,是微生物的重要组成部分,它缺乏基本的细胞结构,所以称为非细胞生物。绝大多数病毒必须用电子显微镜才能观察,多数单个病毒粒子的直径在100纳米左右,电镜下病毒粒体的形态呈杆状或近球状。
病毒的组成非常简单,仅含有一种核酸(DNA或RNA)及蛋白质。根据病毒所含核酸的不同,可将病毒分为DNA病毒、RNA病毒和逆转录病毒。病毒具有专属寄生性,其本身的复制及繁殖必须在活的宿主细胞内进行。因此根据宿主的不同,可分为动物病毒、植物病毒、细菌病毒(噬菌体)和拟病毒(寄生在病毒中的病毒)等多种类型。根据病毒感染的部位的不同,人们也可将病毒分为呼吸道病毒、消化道病毒等类型。人类感染有些病毒后可出现各种不同的临床症状,导致疾病。因此,也可根据不同的临床症状将病毒分为如流感病毒、肝炎病毒等。
病毒的致病机理
作为一类非细胞型生物,病毒本身缺乏自身生存和繁殖所必需的生物物质,离开活的宿主细胞,病毒只能以它的物质形式静态存在,不表现出它们的生物活性。一旦遇到适宜的宿主,它们就会大显身手,利用宿主细胞内原有的各种机器和原料来复制自己,繁衍后代,同时使宿主细胞产生病理变化。病毒进入到宿主细胞需要经过吸附、穿入、脱壳三个步骤,将病毒基因组释放至细胞内,然后在细胞内复制、包装成为新的子代病毒,并释放至细胞外。病毒的复制,不仅产生大量的子代病毒,同时也造成宿主细胞不同程度的损伤,导致机体病理性改变,引起疾病。
病毒感染细胞后,机体也通过各种免疫机制抵抗和清除病毒感染。因此,病毒感染是病毒和宿主相互作用后的结果。两者相互作用结果的不同,表现为不同的感染类型。根据病毒感染后是否引起相应的临床表现,可将病毒感染类型分为显性感染和隐性感染。根据病毒在感染机体内存在时间的长短,又可将病毒感染分为急性感染和持续性感染。从病毒作用于宿主细胞的角度来看,病毒感染又可分为杀细胞型感染和稳定状态感染。
病毒侵入机体后,大部分的病毒都被机体免疫系统的作用而清除,只有部分病毒可在体内扩散,导致疾病的发生。决定病毒是否引起疾病的根本因素取决于病毒的毒力。毒力高的病毒其致病性强,称为高致病性病毒。病毒可通过其直接的破坏作用致病,也可通过机体的免疫系统的间接作用致病。
在生态系统中,病毒是非常活跃的一员,其分布极其广泛,可感染动物界、植物界、真菌界、原生动物界和原核生物界等五大生物界的所有生物。病毒感染后可在生物群体间传播、蔓延和流行。动物病毒可直接侵入呼吸道粘膜、消化道粘膜、眼粘膜外露组织。因此打喷嚏、咳嗽排出的病毒和粪便中的病毒可通过空气、污染水等方式直接从各种粘膜侵入机体,某些病毒也可通过虫媒叮咬、血液、体液等传播。
人体的抗病毒机制
机体抵御病毒感染的主要方式,是依赖对该病毒的特异性及非特异性免疫应答。病毒感染机体后可诱发的特异性免疫反应,包括特异性的体液免疫应答及细胞免疫应答。但是,由于病毒的复制速度极快(感染细胞6~24小时后,病毒可增殖100~10000倍,而细菌一般每30~60分钟分裂一次),而且病毒又严格地细胞内寄生,因此,病毒诱发的免疫应答的强弱及持续时间的长短,都与病毒本身复制及致病性有关。病毒诱导的特异性体液及细胞免疫应答在抗病毒感染中的作用不尽相同:体液免疫主要作用于细胞外游离的病毒,而细胞免疫则主要作用于病毒感染的细胞。
特异性免疫应答在病毒感染的预防中,扮演着更为重要的角色。一般而言,机体抗病毒的特异性免疫的获得,主要通过被动免疫和主动免疫方式获得。主动免疫即疫苗的预防接种,人类在全球范围内彻底消灭天花,就是通过疫苗接种而取得的。传统概念上的病毒疫苗包括无感染性的灭活疫苗及减毒活疫苗。重组疫苗、多肽疫苗、抗独特型抗体疫苗及DNA疫苗等是近年研制的新型病毒疫苗。
病毒感染导致的疾病,在人类疾病谱中占有较大的比例。虽然目前已有几百种不同的抗生素应用于临床,然而迄今尚未发现其对病毒感染的治疗作用。病毒感染时抗生素的应用,其意义仅限于防止及治疗细菌的合并感染,阻止更严重的并发症。许多化学治疗制剂对病毒感染无效,其主要原因是病毒为严格地细胞内寄生,病毒的复制完全依赖于宿主细胞。大部分可抑制病毒复制及增殖的药物,均对宿主细胞有毒性,甚至可导致宿主细胞的死亡。近年,随着对病毒复制、增殖机制的深入了解,已研制出针对病毒复制某一特殊环节的抗病毒策略,如化学治疗和生物治疗等。
化学治疗手段主要是合成某些病毒复制过程中必需的代谢底物的类似物,竞争抑制病毒的吸附及复制必须的机器和生物原材料,从而抑制病毒。抗病毒的生物治疗则包括基因水平上的反义技术来封闭病毒复制重要的基因,抑制这些基因的生物活性,即所谓的“生物封条”作用,或通过免疫调控手段,增强或平衡机体的抗病毒免疫应答,利用机体本身的抗病毒机制治疗病毒性疾病。