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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。人类病毒病的预防与防治-人类病毒病的预防与防治09生物技术【摘要】：病毒是什么？很难以三言两语下一个确切的定义。随着岁月的推移和研究的深入，在不同时期有着不同的解释。综合病毒学家的观点，可以认为：病毒是一种生物，是没有细胞结构的20-300mm大小的传染因子。它的基因组是由核酸（DNA或RNA）组成，利用活细胞的合成机构复制有感染力的病毒粒子，并将基因组从一个细胞传染给另一个细胞。由病毒引起的疾病，称为病毒病（Viraldisease）。【关键词】：病毒病病毒发展疾病流感病毒研究【正文】：病毒病由来已久
2、，地球上的人类，其他动物和植物遭受病毒病的折磨已有许多世纪。许多记述表明至少在公元前二至三个世纪印度和中国就存在天花，中国从公元十世纪宋真宗时代就有接种人痘预防天花的记载了。在明代隆庆年间（1567-1572），人痘预防天花推行甚广，先后传至俄国、日本、朝鲜、土耳其及英国。1796英国医生琴纳（Jenner），才得出了结论，牛痘可能使人预防天花，并在英国及欧洲大陆普遍应用，挽救了千百万人的生命。除了文字记载外，考古学的发现也说明早就存在某些人类病毒病。在古埃及石刻浮雕中一个主要人像就带有患过引起跛足的脊髓灰质炎的标记。AdolfMayer被烟草的一种病态吸引住了，其症状是感染叶子上出现深、浅相
3、间的绿色区域，故麦尔在1886年称为烟草花叶病。通过对叶子和土壤的分析麦尔指出不能把此病归于无机物平衡失调。这可能是一个细菌病。1892年从事烟草病工作的年青的俄国科学家伊万诺夫斯基(Ivanovski)发现感受花叶病的叶汁，即使经过Chamberland氏烛形滤器的过滤也仍具有传染的性质。这项观察提示了存在一种比以前所知的任何一种都小的病原，他认为该病是由产生毒素的细菌引起的。1898年，荷兰科学家贝杰林克(Beijerinck)重复了伊万诺夫的实验，他从患花叶病的烟草叶中挤出汁液，并使之通过Chamberland氏滤器。表明滤液仍有侵染性。贝杰林克相信他的滤器阻挡住了细菌。将汁液置于琼脂凝
4、胶块的表面时，发现侵染性物质在凝胶中以适当的速度扩散，而细菌仍滞留于琼脂的表面。因此认为这种侵染性物质要比通常的细菌小。贝杰林克用“病毒(Virus)”来命名这种史无前例的小病原体。不难看出真正发现病毒存在的是贝杰林克。伊万诺夫斯基和贝杰林克通过他们创造性工作发现了烟草花叶病毒，从而开创了病毒学独立发展的历程。自病毒发现直到上个世纪30年代初，病毒学研究主要集中在：分离和鉴定引起各种病毒性疾病的病毒；病毒对疾体所引起的特异性病理效应；病毒的传播方式和感染宿主范围；各种理化因子对病毒感染的影响等方面。关于病毒所导致的疾病，早在公元前二至三个世纪的印度和中国就有了关于天花的记录。但直到19世纪末，
5、病毒才开始逐渐得以发现和鉴定。1884年，法国微生物学家查理斯尚柏朗（CharlesChamberland）发明了一种细菌无法滤过的过滤器（Chamberland氏烛形滤器，其滤孔孔径小于细菌的大小），他利用这一过滤器就可以将液体中存在的细菌除去。1892年，俄国生物学家伊凡诺夫斯基（DmitryIvanovsky）在研究烟草花叶病时发现，将感染了花叶病的烟草叶的提取液用烛形滤器过滤后，依然能够感染其他烟草。于是他提出这种感染性物质可能是细菌所分泌的一种毒素，但他并未深入研究下去。当时，人们认为所有的感染性物质都能够被过滤除去并且能够在培养基中生长，这也是疾病的细菌理论（germtheory）
6、的一部分。1898年，荷兰微生物学家马丁乌斯贝杰林克（MartinusBeijerinck）重复了Ivanovsky的实验，并相信这是一种新的感染性物质。他还观察到这种病原只在分裂细胞中复制，由于他的实验没有显示这种病原的颗粒形态，因此他称之为contagiumvivumfluidum（可溶的活菌）并进一步命名为virus（病毒）。贝杰林克认为病毒是以液态形式存在的（但这一看法后来被温德尔梅雷迪思斯坦利推翻，他证明了病毒是颗粒状的）。同样在1899年，FriedrichLoeffler和PaulFrosch发现患口蹄疫动物淋巴液中含有能通过滤器的感染性物质，由于经过了高度的稀释，排除了其为毒素
7、的可能性；他们推论这种感染性物质能够自我复制。20世纪早期，英国细菌学家FrederickTwort发现了可以感染细菌的病毒，并称之为噬菌体。14随后法裔加拿大微生物学家FlixdHerelle描述了噬菌体的特性：将其加入长满细菌的琼脂固体培养基上，一段时间后会出现由于细菌死亡而留下的空斑。高浓度的病毒悬液会使培养基上的细菌全部死亡，但通过精确的稀释，可以产生可辨认的空斑。通过计算空斑的数量，再乘以稀释倍数就可以得出溶液中病毒的个数。他们的工作揭开了现代病毒学研究的序幕。阿里斯多德（Aristotle）在公元前四世纪就记述了病犬的疯狂和暴怒，通过咬啮还能将病魔传给其他的动物，此病也能传染给人（
8、人畜共患疾病），在人体上这种病常被称作恐水病。法国人巴斯德（Pasteur）在1884年发明了狂犬疫苗。在19世纪末，病毒的特性被认为是感染性、可滤过性和需要活的宿主，也就意味着病毒只能在动物或植物体内生长。1906年，哈里森发明了在淋巴液中进行组织生长的方法；接着在1913年，E.Steinhardt、C.Israeli和R.A.Lambert利用这一方法在豚鼠角膜组织中成功培养了牛痘苗病毒，突破了病毒需要体内生长的限制。1928年，H.B.Maitland和M.C.Maitland有了更进一步的突破，他们利用切碎的母鸡肾脏的悬液对牛痘苗病毒进行了培养。他们的方法在1950年代得以广泛应用于
9、脊髓灰质炎病毒疫苗的大规模生产。美国科学家温德尔斯坦利1931年，德国工程师恩斯特鲁斯卡和马克斯克诺尔发明了电子显微镜，使得研究者首次得到了病毒形态的照片。1935年，美国生物化学家和病毒学家温德尔梅雷迪思斯坦利发现烟草花叶病毒大部分是由蛋白质所组成的，并得到病毒晶体。随后，他将病毒成功地分离为蛋白质部分和RNA部分。温德尔斯坦利也因为他的这些发现而获得了1946年的诺贝尔化学奖。烟草花叶病毒是第一个被结晶的病毒，从而可以通过X射线晶体学的方法来得到其结构细节。第一张病毒的X射线衍射照片是由Bernal和Fankuchen于1941年所拍摄的。1955年，通过分析病毒的衍射照片，罗莎琳富兰克林
10、揭示了病毒的整体结构。同年，HeinzFraenkel-Conrat和RobleyWilliams发现将分离纯化的烟草花叶病毒RNA和衣壳蛋白混合在一起后，可以重新组装成具有感染性的病毒，这也揭示了这一简单的机制很可能就是病毒在它们的宿主细胞内的组装过程。20世纪的下半叶是发现病毒的黄金时代，大多数能够感染动物、植物或细菌的病毒在这数十年间被发现。1957年，马动脉炎病毒和导致牛病毒性腹泻的病毒（一种瘟病毒）被发现；1963年，巴鲁克塞缪尔布隆伯格发现了乙型肝炎病毒；1965年，霍华德马丁特明发现并描述了第一种逆转录病毒；这类病毒将RNA逆转录为DNA的关键酶，逆转录酶在1970年由霍华德特明
11、和戴维巴尔的摩分别独立鉴定出来。1983年，法国巴斯德研究院的吕克蒙塔尼和他的同事弗朗索瓦丝巴尔西诺西首次分离得到了一种逆转录病毒，也就是现在世人皆知的艾滋病毒（HIV）。其二人也因此与发现了能够导致子宫颈癌的人乳头状瘤病毒的德国科学家哈拉尔德楚尔豪森分享了2008年的诺贝尔生理学与医学奖。病毒与宿主相互作用病毒病防治的重要基础问题。病毒性疾病是严重危害人类健康与生命的主要疾病之一。艾滋病、病毒性肝炎和流感就是其中的主要代表。由HIV感染引起的艾滋病自1981首次发现至今，共计造成1000余万人死亡，被医学界称为20世纪的瘟疫。全球丙型肝炎病毒(HepatitisCVirus,HCV)慢性感染
12、者达1.7亿，其中的20可能进一步发展为肝硬化和肝细胞癌。流感在20世纪已出现过几次全球性大流行，给人类带来了深重灾难。目前病毒性疾病的防治措施主要是疫苗免疫接种和抗病毒药物治疗。人类与病毒斗争的历程发展到今天，对于危害严重的主要病毒性疾病，如艾滋病、丙型肝炎和流感等，仍未研究出价廉、安全、有效的病毒疫苗和药物；而且，不断出现的新的病毒性传染病对人类生命健康构成新的严重威胁。因此，病毒感染致病分子机理，以及以此为基础的抗病毒疫苗和药物研究是当前和未来一段时期病毒学研究中亟待加强和深入的重要领域，对人类重要病毒性病原的防治具有重要的理论和实际意义。随着分子生物学理论和技术方法应用和渗透到病毒学研
13、究，近年来科研人员在病毒分子生物学、病毒诊断和预防等方面取得了较大进展。当前病毒学研究的重点主要局限于病毒这一单一因素，集中表现在对病毒基因结构和功能进行分析。病毒作为一种细胞内寄生物，病毒与宿主细胞以及机体的相互作用关系决定了病毒感染、复制和致病的分子基础。由于病毒与宿主细胞和机体相互作用关系的多样性和复杂性，传统的分子生物学方法很难对这一问题进行深入、系统、全面地研究。特别是，随着人类基因组计划的实施和取得的巨大进展，模式生物全基因组序列已先于人类基因组项目陆续被解析。目前已完成了至少140多种病毒，10多种重要病原微生物(包括E.coli,结核分枝杆菌，幽门螺杆菌，支原体)全基因组测序。
14、在这样的背景下,病毒学研究中经典的阐明病毒单个基因结构及其功能的研究策略已不能适应新时期病毒学发展和病毒性病原防治的迫切需要。针对这一现状，要在未来时期对当前人类重要病原微生物防治取得重大突破，有必要引入创新性的学术策略和研究体系，首先在人类重要致病性病原微生物感染和致病分子机理研究中取得较大突破。病毒是一种严格的细胞寄生物。病毒与宿主细胞表面受体结合后，通过内吞作用进入宿主细胞，利用宿主细胞的某些蛋白因子完成其一系列高度调控的复制、转录过程，并引起宿主细胞信号传导途径的变化，导致宿主细胞裂解、凋亡或使病毒处于隐性潜伏感染状态等。病毒作为宿主细胞的外来异物，一方面，宿主表现出对病毒感染的主动限
15、制作用，保护宿主细胞免受病毒感染的侵犯；另一方面，病毒会主动地对宿主细胞的分子事件和某些蛋白因子进行修饰，使宿主细胞能为病毒感染和复制提供必需的细胞机器。病毒宿主细胞相互作用关系必将引起宿主细胞基因表达谱的变化；同时，病毒感染细胞后，病毒的基因表达也呈现时间和空间上的程序性。这种基因表达上的变化决定了病毒复制、感染、致病和免疫的分子基础，这方面的研究进展将为病毒性疾病的预防和治疗提供理论依据。但是，目前对人类重要致病性病原如流感病毒，HIV，HBV和HCV等，由于理论和技术上的限制，对病毒宿主细胞相互作用关系这一重要基础问题，国际上尚未进行全面、系统和深入的研究。免疫系统产生的抗体可以抑制CC
16、R5的活性，使HIV无法侵入以流感病毒为例。流感是一种古老的病毒性传染病，对人类健康和生命构成极大威胁。今年初，欧、美及向亚洲蔓延的流感大流行又一次向人类敲响了警钟。流感的致病机理和以此为基础的防治措施研究一直是生物医学界关注的一个重要基础问题。A型流感病毒亚型如此之多(H115N19)，为何只有H1N1，H2N2和H3N2三个亚型毒株对人类有致病性？各亚型病毒在基因组结构、编码蛋白种类和功能上极其相似，如何决定其不同的感染特性和致病特征？有报道，宿主细胞蛋白酶对流感病毒HA的裂解作用与病毒致病性有关，那么其中的分子机制是什么？宿主其他因素是否也参与流感病毒的感染和致病作用等等。研究表明，流感
17、病毒感染3小时后能关闭宿主细胞蛋白表达，但是宿主细胞质中功能性mRNA丰度不受影响，并且病毒蛋白能在这一时期得到高水平表达。进一步研究发现，流感病毒NS1在上述过程中发挥重要调节作用，如NS1能抑制宿主细胞PremRNA的拼接和多聚腺苷化；使宿主细胞RNA聚合酶II的转录物滞留胞核中；促进病毒mRNA的翻译；抑制dsRNA依赖的蛋白激酶PKR活性等。流感病毒感染也可引起宿主某些基因表达的变化，如白介素(IL1,IL6)；肿瘤坏死因子(TNF)；干扰素(IFN)；细胞趋化因子(MIP1;MCP1;IP10);凋亡早期基因(Bcl2,Fasreceptor/FasAg;TGF)和细胞粘附因子等；另
18、一方面，流感病毒感染时，宿主细胞也表现出对病毒的某些特定修饰作用，研究最多的有宿主细胞对流感病毒蛋白NP；NS1；NS2/NEP；M1；M2和PA等的磷酸化作用，这种磷酸化作用可能对病毒的复制有重要功能。上述的结论是目前各家研究结果的综合。由于所采用的实验体系、观察的指标和实验的目的不同，因此目前对流感病毒宿主相互作用关系的研究仅仅只是片面和零碎的，而且与流感病毒感染、致病机制等的本质关系尚缺乏研究。病毒宿主的相互作用关系是21世纪病毒学面临的重要课题，对人类重要病毒性疾病病原与宿主细胞相互作用关系，病原复制、感染和致病的分子机理，以及新型抗病毒药物的研究具有重要推动作用，为预防和治疗病毒性疾
19、病提供了理论依据。【参考文献】：1谢蜀生;发现艾滋病病原之争N;中华读书报;2003年2谢天恩等，普通病毒学，北京：科学出版社，2002年3温纳克著，朱键敏译，基因和病毒，杭州：浙江人民出版社，20024金奇，医学分子病毒学，北京：科学出版社，20015阎朝武，流感世界大流行的预测及应对措施，国外医学，流行病学传染病学分册，2002（29）：70756WilsonWR,现代感染疾病诊断与治疗（英文版），北京：人民卫生出版社，20017徐耀先等，分子病毒学，武汉：湖北科学技术出版社，20008周正任等，病原生物学，北京：科学出版社。20019马锐;流感病毒在四个肿瘤传代细胞系中增殖情况的比较J;遵义医学院学报;2001年04期10颜淑芹,刘建华,舒适,王敏文,王志刚,赵晓青,张玉辉,袁延宝,盛军;流感病毒裂解过程中的形态变化规律J;中国公共卫生;2004年07期11黄秋香;张现臣;流感病毒及其疫苗研究进展A;第五次全国免疫诊断暨疫苗学术研讨会论文汇编C;2011年-