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1、第九章第九章 疾病与人类健康疾病与人类健康9.1 肿瘤与癌症肿瘤与癌症癌（癌（cancer）是一群不受生长调控而繁殖的细）是一群不受生长调控而繁殖的细胞，也称恶性肿瘤。与此相对应的良性肿瘤是胞，也称恶性肿瘤。与此相对应的良性肿瘤是一群仅局限在自己的正常位置，且不侵染周围一群仅局限在自己的正常位置，且不侵染周围其它组织和器官的细胞。因此，绝大多数癌是其它组织和器官的细胞。因此，绝大多数癌是由肿瘤细胞经过一系列突变转化而来的由肿瘤细胞经过一系列突变转化而来的。经典单基因病经典单基因病。至今已发现。至今已发现6，000余种，主要余种，主要病因是某个基因位点上产生了缺陷等位基因。病因是某个基因位点上产
2、生了缺陷等位基因。多基因病多基因病。涉及多个基因及调控这些基因表达。涉及多个基因及调控这些基因表达的环境因子之间的相互作用。大多数人类疾病，的环境因子之间的相互作用。大多数人类疾病，特别是危害较大的高血压、糖尿病、骨质疏松、特别是危害较大的高血压、糖尿病、骨质疏松、精神及神经病等，都属于这一范畴。精神及神经病等，都属于这一范畴。获得性获得性（acquired）基因病基因病。主要是由病原微。主要是由病原微生物感染引起的传染病，虽然不符合经典的生物感染引起的传染病，虽然不符合经典的“世代遗传世代遗传”方式，但基本上是病原微生物基因方式，但基本上是病原微生物基因组与人类基因组相互作用的结果，都涉及基
3、因组与人类基因组相互作用的结果，都涉及基因结构与表达模式的改变。结构与表达模式的改变。癌基因（癌基因（oncogene）：促进细胞增生，这类）：促进细胞增生，这类 基因往往常发生功能基因往往常发生功能 突变。突变。抑癌细胞（抑癌细胞（tumor suppressor gene,TSGs）:抑制细胞生长。抑癌抑制细胞生长。抑癌 基因的活性下降（功基因的活性下降（功 能缺失突变）是引起能缺失突变）是引起 癌变的另一个原因。癌变的另一个原因。9.1.1 反转录病毒致癌基因反转录病毒致癌基因Rous在在1910年发现带有单链年发现带有单链RNA肉瘤病毒肉瘤病毒（一种反转录病毒）的鸡肉瘤无细胞滤液能（一
4、种反转录病毒）的鸡肉瘤无细胞滤液能在鸡体内诱发新的肉瘤。在鸡体内诱发新的肉瘤。该病毒基因组为该病毒基因组为6-9kb，RNA上的基因数目上的基因数目很少，被包裹在由很少，被包裹在由gag和和env两个基因编码的两个基因编码的蛋白质外壳中，其中蛋白质外壳中，其中env基因基因指导外壳蛋白的指导外壳蛋白的合成，合成，gag基因基因则指导则指导“鞘鞘”蛋白的合成，这蛋白的合成，这些些“鞘鞘”蛋白好像蛋白好像“道钉道钉”一样一样“箍箍”在外壳的表在外壳的表面，维持外壳蛋白结构的稳定性。面，维持外壳蛋白结构的稳定性。该反转录酶再以病毒该反转录酶再以病毒RNA为模板，转录出单链为模板，转录出单链DNA分子
5、，利用宿主分子，利用宿主DNA聚合酶指导合成第聚合酶指导合成第二条二条DNA链，以双链链，以双链DNA形式整合到宿主细形式整合到宿主细胞基因组中。胞基因组中。被整合的被整合的反转录病毒反转录病毒DNA分子称为分子称为原病毒原病毒（provirus），它能指导病毒），它能指导病毒mRNA的合成，的合成，并利用宿主细胞中的蛋白质合成机器，翻译生并利用宿主细胞中的蛋白质合成机器，翻译生成病毒外壳蛋白等，最后组装成病毒颗粒。成病毒外壳蛋白等，最后组装成病毒颗粒。图图9-2 9-2 反转录病毒颗粒示意图反转录病毒颗粒示意图 DNA病毒包括乙型肝炎病毒、病毒包括乙型肝炎病毒、SV40和多瘤病毒、和多瘤病毒
6、、乳头瘤病毒、腺病毒、疱疹病毒和痘病毒。乳头瘤病毒、腺病毒、疱疹病毒和痘病毒。RNA病毒主要是反转录病毒。反转录病毒致癌病毒主要是反转录病毒。反转录病毒致癌基因（基因（retrovirus onc）可能是研究最多的病毒）可能是研究最多的病毒基因，它们能使靶细胞发生恶性转化。基因，它们能使靶细胞发生恶性转化。反转录病毒的复制是由其自身基因组上反转录病毒的复制是由其自身基因组上pol基基因编码的反转录酶指导完成的。当该病毒感染因编码的反转录酶指导完成的。当该病毒感染细胞时，细胞时，pol基因就被宿主的基因就被宿主的RNA聚合酶聚合酶II转录，转录，产生产生pol mRNA，并在宿主核糖体上合成包括
7、，并在宿主核糖体上合成包括反转录酶、整合酶等多个病毒复制和整合所需反转录酶、整合酶等多个病毒复制和整合所需要的酶类。要的酶类。图图9-3 9-3 反转录病毒基因结构示意图反转录病毒基因结构示意图 该反转录酶再以病毒该反转录酶再以病毒RNA为模板，转录出与为模板，转录出与病毒病毒RNA序列互补的单链序列互补的单链DNA分子，并以此分子，并以此为模板，利用宿主为模板，利用宿主DNA聚合酶指导合成第二聚合酶指导合成第二条条DNA链，以双链链，以双链DNA形式整合到宿主细胞形式整合到宿主细胞基因组中。基因组中。图图9-4 9-4 反转录病毒插反转录病毒插入引起入引起c-mycc-myc基因活化基因活化
8、的几种可能途径的几种可能途径。最早研究的致癌基因可能是劳斯氏（最早研究的致癌基因可能是劳斯氏（Rous）肉）肉瘤病毒中的瘤病毒中的V-Src基因，编码被称为基因，编码被称为p60Src的蛋的蛋白质。白质。该蛋白是该蛋白是514个氨基酸的磷酸化蛋白，其个氨基酸的磷酸化蛋白，其C端端250个氨基酸是活性区域，负责将磷酸基团移个氨基酸是活性区域，负责将磷酸基团移到酪氨酸残基上，可使多个靶蛋白发生磷酸化到酪氨酸残基上，可使多个靶蛋白发生磷酸化而影响其功能，加速细胞癌变的过程。而影响其功能，加速细胞癌变的过程。图图9-5 9-5 劳斯氏肉瘤病毒基因结构及劳斯氏肉瘤病毒基因结构及c-Srcc-Src原癌基
9、因的转变原癌基因的转变 V-onc基因的起源基因的起源研究发现，反转录病毒基因组中所带有的研究发现，反转录病毒基因组中所带有的onc基因并非来自病毒本身，而是这些病毒基因并非来自病毒本身，而是这些病毒在感染动物或人体之后获得的细胞原癌基因。在感染动物或人体之后获得的细胞原癌基因。动物或人原癌基因经病毒修饰和改造后，成动物或人原癌基因经病毒修饰和改造后，成为病毒基因组的一部分并具有了致癌性，其为病毒基因组的一部分并具有了致癌性，其作用的靶分子也往往发生改变。作用的靶分子也往往发生改变。癌基因癌基因（oncogene）可分为两大类：）可分为两大类：一类是一类是病毒癌基因病毒癌基因（viral on
10、cogene，V-onc），），编码病毒癌基因的主要有编码病毒癌基因的主要有DNA病毒和病毒和RNA病毒。病毒。第二类是第二类是细胞转化基因细胞转化基因（C-onc），它们能使正），它们能使正常细胞转化为肿瘤细胞，这类基因与病毒癌基常细胞转化为肿瘤细胞，这类基因与病毒癌基因有显著的序列相似性。因有显著的序列相似性。根据反转录病毒转化细胞的能力，可分为：根据反转录病毒转化细胞的能力，可分为：1、急性转化型、急性转化型1）感染动物后，很短时间（几天或几周）就）感染动物后，很短时间（几天或几周）就出现实体瘤或白血病。出现实体瘤或白血病。2）所带的癌基因一般位于病毒基因组内部，）所带的癌基因一般位于病
11、毒基因组内部，也可位于基因组的也可位于基因组的3端，但不会插入结构端，但不会插入结构基因内部。基因内部。3）具有体外转化细胞的能力。）具有体外转化细胞的能力。2、非急性转化型。感染寄主后，需要较长、非急性转化型。感染寄主后，需要较长时间（几个月，几年或数十年时间（几个月，几年或数十年)才会致癌。才会致癌。研究发现，反转录病毒基因组中所带有的研究发现，反转录病毒基因组中所带有的onc基因并非来自病毒本身，而是这些病毒在感染基因并非来自病毒本身，而是这些病毒在感染动物或人体之后获得的细胞原癌基因动物或人体之后获得的细胞原癌基因。在肿瘤细胞中，在肿瘤细胞中，“生长控制点生长控制点”不起作用，所以不起
12、作用，所以瘤细胞一直处于细胞周期循环之中瘤细胞一直处于细胞周期循环之中。细细胞胞数数量量培养时间（天）培养时间（天）癌细胞癌细胞+血清生长因子血清生长因子癌细胞癌细胞-血清生长因子血清生长因子正常细胞正常细胞-血清生长因子血清生长因子正常细胞正常细胞+血清生长因子血清生长因子图图9-6 9-6 上表皮癌的发生过程示意图上表皮癌的发生过程示意图 9.1.2 原癌基因（细胞转化基因）产物及分类原癌基因（细胞转化基因）产物及分类除病毒感染诱发细胞癌变外，许多非病毒因子除病毒感染诱发细胞癌变外，许多非病毒因子（如放射性物质、化学试剂亚硝酸、烷化剂等）（如放射性物质、化学试剂亚硝酸、烷化剂等）也能诱导细
13、胞转化。也能诱导细胞转化。这些因子没有把致癌基因或其他致癌的遗传信这些因子没有把致癌基因或其他致癌的遗传信息带入细胞，而通过某种激活机制改变了细胞息带入细胞，而通过某种激活机制改变了细胞内原有的遗传信息，使细胞发生恶性转化。研内原有的遗传信息，使细胞发生恶性转化。研究证明，致癌因子导致基因突变究证明，致癌因子导致基因突变。图图9-7 9-7 黄曲霉素（黄曲霉素（aflatoxinaflatoxin）导致细胞发生癌变的分子机制）导致细胞发生癌变的分子机制 根据原癌基因产物在细胞中的位置，分为根据原癌基因产物在细胞中的位置，分为3类：类：1、与膜结合的蛋白，主要有、与膜结合的蛋白，主要有erbB、
14、neu、fms、mas和和Src基因产物；基因产物；2、可溶性蛋白，包括、可溶性蛋白，包括mos、sis和和fps基因产基因产物；物；3、核蛋白，包括、核蛋白，包括myc、ets、jun和和myb等。等。根据这些蛋白的功能，它们又常被分为根据这些蛋白的功能，它们又常被分为6大类，大类，即蛋白激酶类、生长因子类、生长因子受体即蛋白激酶类、生长因子类、生长因子受体类，类，GTP结合蛋白类、核蛋白类和功能未知结合蛋白类、核蛋白类和功能未知类（表类（表9-2）。）。9.1.3 原癌基因的表达调控原癌基因的表达调控原原癌癌基基因因在在正正常常细细胞胞中中通通常常以以单单拷拷贝贝形形式式存存在在，只只有有
15、低低水水平平的的表表达达或或根根本本不不表表达达。在在很很多多情情况况下下，原原癌癌基基因因的的结结构构发发生生了了点点突突变变或或插插入入、重重排、缺失及扩增等，改变其转录活性。排、缺失及扩增等，改变其转录活性。图图9-8 9-8 细胞中原癌基因转变为癌基因的主要途径细胞中原癌基因转变为癌基因的主要途径 1.点突变点突变研究发现，研究发现，ras基因编码了一个分子量为基因编码了一个分子量为2.1104癌蛋白（癌蛋白（p21），从人类膀胱癌细胞系），从人类膀胱癌细胞系T24 DNA中克隆的中克隆的Ha-ras基因基因能够诱发能够诱发NlH/3T3细胞转化，而从正常细胞细胞转化，而从正常细胞DN
16、A中克隆中克隆的该原癌基因没有这种功能。的该原癌基因没有这种功能。人类肺癌细胞系人类肺癌细胞系Hs242的转化基因与的转化基因与Ha-ras高高度相似，在这个基因中导致转化活性的遗传损度相似，在这个基因中导致转化活性的遗传损伤是第二个外显子中引起伤是第二个外显子中引起p21蛋白第蛋白第61位谷氨位谷氨酰胺被亮氨酸所替代的一个点突变，进而引起酰胺被亮氨酸所替代的一个点突变，进而引起蛋白质构象的改变，使细胞获得转化活性。蛋白质构象的改变，使细胞获得转化活性。图图9-9 9-9 rasras基基因的点突变因的点突变及转化活性及转化活性分析分析。2.LTR插入。插入。LTR是逆转录病毒基因组两端的是逆
17、转录病毒基因组两端的长末端重复长末端重复序列序列（long terminal repeat），含有强启动），含有强启动子序列，当子序列，当LTR插入原癌基因启动子区域或插入原癌基因启动子区域或邻近部位后，可从根本上改变基因的正常调邻近部位后，可从根本上改变基因的正常调控规律。控规律。LTR插入到插入到c-myc 5上游启动子附近，使上游启动子附近，使c-myc的转录水平大大增加。的转录水平大大增加。3.基因重排。基因重排。正常情况下，正常情况下，c-myc定位于定位于8q24，免疫球蛋白免疫球蛋白重链基因重链基因（IgH）定位于）定位于14q32，轻链，轻链基因基因（Ig）定位于）定位于22q
18、12，轻链，轻链k基因（基因（Igk）定位）定位于于2p11，。，。在在Burkitt淋巴瘤中，淋巴瘤中，c-myc易位至易位至IgH、Igk或或Ig的位点，使的位点，使Ig基因与基因与c-myc相连在一起，相连在一起，Ig基因启动子使原来不表达的基因启动子使原来不表达的c-myc高表达。高表达。在正常人体细胞中，在正常人体细胞中，非受体型酪氨酸蛋白激非受体型酪氨酸蛋白激酶基因酶基因abl位于第位于第9号染色体上，表达量极低，号染色体上，表达量极低，不会诱发癌变。在不会诱发癌变。在慢性骨髓瘤慢性骨髓瘤病人细胞中，病人细胞中，该基因却被转移到第该基因却被转移到第22号染色体上，与号染色体上，与b
19、cr基基因相融合，表达量大为提高。因相融合，表达量大为提高。图图9-10 9-10 ablabl原癌基因通过选择性染色体重排转变成细胞癌基因原癌基因通过选择性染色体重排转变成细胞癌基因 4.缺缺失失。很很多多原原癌癌基基因因5上上游游区区存存在在负负调调控控序序列列，一一旦旦该该序序列列发发生生缺缺失失或或突突变变，就就丧丧失失抑抑制制基基因因表表达达调调控控的的能能力力。如如Burkitt淋淋巴巴瘤瘤中中C-myc可可因因负负调调控控序序列列的的缺缺失失或或LTR插插入入破破坏坏其其结构而增强表达。结构而增强表达。5.基因扩增基因扩增。使每个细胞中基因拷贝数增加，。使每个细胞中基因拷贝数增加
20、，从而直接增加可用的转录模板。从而直接增加可用的转录模板。9.1.4 基因互作与癌基因表达基因互作与癌基因表达1.染色体构象对原癌基因表达的影响。染色体构象对原癌基因表达的影响。基基因因表表达达不不仅仅取取决决于于基基因因本本身身及及其其相相邻邻区区域域的的一一级级结结构构，也也取取决决于于其其空空间间构构象象，即即基基因因在在染染色色体体上上的的空空间间排排列列和和染染色色质质的的结结构构。当当两两个个基基因因相相距距太太近近时时，往往往往不不易易形形成成有有利利于于高高效效转转录的空间结构。录的空间结构。基基因因与与基基因因之之间间的的间间隔隔距距离离被被定定义义为为“基基因因领领域域”（
21、gene territory）。同同一一DNA链链上上两两个个具具有有相相同同转转录录方方向向的的基基因因间间隔隔小小于于一一定定长长度度时时，影影响响有有效效转转录录所所必必需需的的染染色色质质结结构构的的形形成成，从从而而使使这这两两个个基基因因中中的的一一个个或或两两个个均均不不能能转转录录或或转转录录活活性性显显著著降降低低，产产生生所所谓谓基基因因领领域域效应效应（gene territorial effect）。）。正正常常人人c-myc定定位位于于第第8号号染染色色体体，在在其其两两侧侧分分别别存存在在强强表表达达的的基基因因，使使c-myc处处于于两两面面受受夹夹击击的的地地位
22、位。在在Burkitt淋淋巴巴瘤瘤中中，由由于于发发生生基基因因重重排排，使使c-myc基基因因一一侧侧的的强强表表达达基基因因消消失失，从从而而消消除除了了对对c-myc的的基基因因领领域域效效应应，使使后后者者的转录活性增强。的转录活性增强。小小鼠鼠细细胞胞中中，c-myc的的5上上游游区区域域也也存存在在一一个个强强表表达达基基因因，全全长长15kb，距距c-myc只只有有3kb。很很显显然然，这这一一间间隔隔距距离离太太短短，与与基基因因有有效效转转录录应应有有的的最最小小距距离离相相差差甚甚远远，c-myc受受基基因因领领域效应的影响非常大，表达受抑制。域效应的影响非常大，表达受抑制
23、。在在小小鼠鼠乳乳腺腺癌癌细细胞胞中中，上上述述间间隔隔距距离离被被显显著著拉长，激活拉长，激活c-myc转录。转录。2.原癌基因终产物对基因表达的影响。原癌基因终产物对基因表达的影响。癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有位有3处：处：癌基因产物本身模拟了生长因子，因而与癌基因产物本身模拟了生长因子，因而与相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞生长；生长；癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体，从而在无外源生长因子时提供了促进受体，从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信
24、号；细胞分裂的信号；癌基因产物作用于细胞内生长控制途径，解癌基因产物作用于细胞内生长控制途径，解除此途径对外源刺激信号的需求。除此途径对外源刺激信号的需求。人人血血小小板板衍衍生生生生长长因因子子（PDGFPDGF）与与猴猴肉肉瘤瘤病病毒毒（SSVSSV）的的V-rasV-ras癌癌基基因因产产物物，上上皮皮生生长长因因子子（EGFEGF）与与SrcSrc及及V-erbV-erb癌癌基基因因产产物物之之间间都都存存在在着着极极高高的的相相似似性性，表表明明生生长长因因子子与与癌癌基基因因转转化化有关。有关。3.抑抑癌癌基基因因产产物物对对原原癌癌基基因因的的调调控控。因因为为抑抑癌癌基基因因产
25、产物物能能够够抑抑制制细细胞胞的的恶恶性性增增殖殖，所所以以它它被被认认为为是是一一种种隐隐性性癌癌基基因因。当当细细胞胞内内由由于于某某种种原原因因造造成成这这些些基基因因的的表表达达受受抑抑制制时时，原原癌癌基基因因就就活跃表达，引起细胞癌变。活跃表达，引起细胞癌变。p53基因，基因，Guardian of the genome1990年年，科科学学家家首首次次发发现现p53是是一一个个肿肿瘤瘤抑抑制制基基 因因。缺缺 失失 该该 基基 因因 时时，患患 Li-Fraumeni Syndrome。此此外外，病病人人极极易易患患乳乳腺腺癌癌，脑脑癌癌和白血病。和白血病。p53基因在星形细胞癌
26、、乳癌、肺癌、肠癌及基因在星形细胞癌、乳癌、肺癌、肠癌及骨肉瘤中都有高频率缺失现象。从癌细胞中得骨肉瘤中都有高频率缺失现象。从癌细胞中得到的到的p53基因，其保守序列区有单一位点的突基因，其保守序列区有单一位点的突变，推测可能由于这一突变导致变，推测可能由于这一突变导致p53基因基因产物产物结构与功能的改变，失去抑癌活性。结构与功能的改变，失去抑癌活性。磷酸化磷酸化DNA损伤损伤磷酸化磷酸化与与BRCA2及及mRAD51协同作协同作用，通过同源重用，通过同源重组的方式完成双组的方式完成双链链DNA损伤修复损伤修复激活细胞周期调控激活细胞周期调控机制，停止机制，停止DNA合合成，启动成，启动DN
27、A损伤损伤修复。修复。p53基因中最常见的单碱基突变所造成的氨基酸基因中最常见的单碱基突变所造成的氨基酸改变改变.p53p53基因与细胞癌变基因与细胞癌变a.a.正常情况下，细胞分裂与正常情况下，细胞分裂与p53p53基因无关；基因无关；b.b.如果细胞中受损，如果细胞中受损，p53p53基因被激活，基因被激活，使细胞受阻于阶段直到被修复或使细胞受阻于阶段直到被修复或 启动细胞凋亡程序；启动细胞凋亡程序；c.c.如果细胞中如果细胞中p53p53基因的两个拷贝同时被破基因的两个拷贝同时被破 坏，细胞可能死于有丝分裂过程中，也坏，细胞可能死于有丝分裂过程中，也 可能带着损伤继续分裂，导致恶性肿瘤可
28、能带着损伤继续分裂，导致恶性肿瘤DNA损伤损伤P53含量升高，含量升高，G1停滞停滞细胞在细胞在DNA修修复后继续分裂复后继续分裂或者发生或者发生细胞凋亡细胞凋亡(a)(b)没有没有p53基因基因没有没有G1停滞停滞带有带有DNA损伤的细损伤的细胞分裂，细胞的倍胞分裂，细胞的倍性发生变化性发生变化DNA损伤损伤有丝分裂失败有丝分裂失败,细胞死亡细胞死亡癌变癌变CRb基因是从视网膜纤维瘤中克隆到的另一个基因是从视网膜纤维瘤中克隆到的另一个抑癌基因，其功能是阻止处于抑癌基因，其功能是阻止处于G0/G1期的细期的细胞进入胞进入S期，从而控制细胞增殖。正常期，从而控制细胞增殖。正常Rb基基因的表达几乎
29、可抑制所有培养细胞的分裂。因的表达几乎可抑制所有培养细胞的分裂。CDK4/cyclin D复复合物使合物使pRb磷酸化磷酸化非活性转录调控因子非活性转录调控因子转录调控因子有活性转录调控因子有活性基因表达，细胞顺利通基因表达，细胞顺利通过一个细胞周期过一个细胞周期靶基因靶基因4.外源信号对原癌基因表达的影响。外源信号对原癌基因表达的影响。细胞外信号（包括生长因子、激素、神经递质、细胞外信号（包括生长因子、激素、神经递质、药物等）作用于靶细胞后，通过细胞膜受体系药物等）作用于靶细胞后，通过细胞膜受体系统或其它直接途径被传递至细胞内，再通过多统或其它直接途径被传递至细胞内，再通过多种蛋白激酶的活化
30、，对转录因子进行修饰，然种蛋白激酶的活化，对转录因子进行修饰，然后激活一系列基因转录。后激活一系列基因转录。图图9-11 9-11 许多原癌基因参与细胞信号转导过程许多原癌基因参与细胞信号转导过程 香烟香烟食物中的污染物食物中的污染物黄曲霉素黄曲霉素 B1太阳光照射太阳光照射脱氨脱氨内源生理代谢，内源生理代谢，如肝脏解毒功能等如肝脏解毒功能等脱氨脱氨9.2 人免疫缺损病毒人免疫缺损病毒HIV人人免免疫疫缺缺损损病病毒毒（HIV），俗俗称称艾艾滋滋病病毒毒（AIDS），诱诱发发人人类类获获得得性性免免疫疫缺缺损损综综合合症症。该该 病病 毒毒 在在 分分 类类 上上 属属 反反 转转 录录 病病
31、 毒毒 科科（Retroviridae）慢慢病病毒毒属属中中的的灵灵长长类类免免疫疫缺缺损损病病毒毒亚亚属属。1983年年，法法国国巴巴斯斯德德研研究究所所的的Montaginer和和美美国国国国家家卫卫生生研研究究院院癌癌症症研研究究所所Gallo等人首次证实等人首次证实HIV是艾滋病的病因。是艾滋病的病因。HIV I是是从从欧欧洲洲和和美美洲洲分分离离的的毒毒株株，与与猴猴艾艾滋滋病病毒毒只只有有约约45%的的相相似似性性，它它的的致致病病力力很很强强，是是引引起起全全球球艾艾滋滋病病流流行行的的主主要要病病原原。HIV研究主要针对研究主要针对HIV I。HIV II与与猴猴艾艾滋滋病病毒
32、毒的的相相似似性性高高达达75%，其其毒毒力力较较弱弱，引引起起艾艾滋滋病病的的病病程程较较长长，症症状状较较轻，且主要局限于西部非洲。轻，且主要局限于西部非洲。9.2.1 HIV病毒粒子的形态结构和传染病毒粒子的形态结构和传染艾艾滋滋病病病病毒毒粒粒子子是是一一种种直直径径约约为为100nm的的球球状状病病毒毒，包包被被着着由由两两层层脂脂质质组组成成的的脂脂膜膜，这这种种结结合合有有许许多多糖糖蛋蛋白白分分子子（主主要要是是gp41和和gp120）的的脂脂质质源源于于寄寄主主细细胞胞的的外外膜膜。蛋蛋白白质质p24和和p18组组成成其其核核心心，内内有有基基因因组组RNA链链，链上附着有反
33、转录酶。链上附着有反转录酶。HIV依依靠靠血血、血血制制品品以以及及人人体体分分泌泌的的奶奶液液和和精精液液等等传传播播，主主要要感感染染T淋淋巴巴细细胞胞，也也感感染染B淋淋巴细胞和单形核细胞等。巴细胞和单形核细胞等。HIV感感染染形形成成多多核核巨巨细细胞胞，并并导导致致细细胞胞死死亡亡。HIV病病毒毒可可以以通通过过所所感感染染细细胞胞扩扩散散到到全全身身，已已在在淋淋巴巴细细胞胞、脑脑、胸胸腺腺、脾脾等等组组织织发发现现了了该该病病毒。自然界广泛存在着突变株。毒。自然界广泛存在着突变株。图图9-12 HIV-I9-12 HIV-I病毒粒子结构模型图病毒粒子结构模型图 9.2.2 HIV
34、基因组及其编码的蛋白基因组及其编码的蛋白1.HIV基因组结构基因组结构HIV基基因因组组由由两两条条单单链链正正链链RNA组组成成，每每个个RNA基基因因组组约约为为9.7kb。在在RNA5端端有有一一帽帽子子结结构构（m7G5GmpNp），3端端有有多多聚聚(A)尾尾巴巴。由由5末末端端LTR、结结构构蛋蛋白白编编码码区区（gag）、蛋蛋白白酶酶编编码码区区（pro）、具具有有多多种种酶酶活活性性的的蛋蛋白白编编码码区区（pol）、外外膜膜蛋蛋白白（env）和和3未未端端LTR组成。组成。HIV HIV I I基基因因编编码码区区有有很很多多重重叠叠，尤尤其其在在基基因因组组的的33端端。H
35、IVHIV基基因因组组中中的的部部分分基基因因如如TatTat和和RevRev是是不不连连续续的的，被被插插入入的的内内含含子子分分隔隔成成两两个个外显子。外显子。HIV HIV I I至至少少有有4 4个个功功能能性性的的剪剪接接供供体体位位点点和和6 6个个受体位点受体位点。图图9-13 HIV-I基因组结构及所编码的主要蛋白质基因组结构及所编码的主要蛋白质 2.HIV编码的蛋白质及其主要功能编码的蛋白质及其主要功能 HIV的结构蛋白主要包括的结构蛋白主要包括3个基因。个基因。gag基因编基因编码病毒的核心蛋白，翻译时先形成一个码病毒的核心蛋白，翻译时先形成一个5.5105.5104 4的
36、前体的前体(p55)(p55)，然后在，然后在HIVHIV蛋白酶的作用下蛋白酶的作用下被切割成被切割成p17p17、p24p24、p15p15三个蛋白。三个蛋白。P24P24和和p17p17分分别组成别组成HIVHIV颗粒的外壳（颗粒的外壳（CACA）和内膜蛋白）和内膜蛋白(MA)(MA)，p15p15进一步被切割成与病毒进一步被切割成与病毒RNARNA结合的核衣壳蛋结合的核衣壳蛋白白(NC)p9(NC)p9和和p7p7。PolPol基基因因编编码码病病毒毒复复制制所所需需的的酶酶类类包包括括逆逆转转录录酶酶p66p66、整合酶、整合酶p32p32。从从polpol和和gaggag基基因因重重
37、叠叠区区内内起起始始的的一一段段序序列列为为propro基基因因，它它编编码码蛋蛋白白酶酶p22p22，在在切切割割HIVHIV蛋蛋白白前前体体的过程中起作用。的过程中起作用。envenv编编码码8.8108.8104 4的的蛋蛋白白质质，经经糖糖基基化化后后其其相相对对分分子子质质量量增增至至1.6101.6105 5，是是HIVHIV包包膜膜糖糖蛋蛋白白Gp160Gp160的前体，可进一步被切割成的前体，可进一步被切割成Gp120Gp120和和Gp41Gp41。Gp120Gp120是是外外膜膜蛋蛋白白，感感染染细细胞胞时时可可与与细细胞胞的的CDCD4 4受受体体蛋蛋白白相相结结合合，并并
38、与与G G蛋蛋白白偶偶联联受受体体（GPCRGPCR）家家族族中中的的一一个个跨跨膜膜蛋蛋白白发发生生相相互互作作用。用。Gp41Gp41是是跨跨膜膜蛋蛋白白（TMTM），嵌嵌入入病病毒毒包包膜膜脂脂质质中，对中，对HIVHIV的侵染和致病有非常重要的作用。的侵染和致病有非常重要的作用。图图9-14 HIV I9-14 HIV I感染小神经质感染小神经质细胞和巨噬细细胞和巨噬细胞过程中信号胞过程中信号传导及与其受传导及与其受体体CDCD4 4和辅助和辅助受体相互作用受体相互作用示意图。示意图。3.HIV膜蛋白主要功能区膜蛋白主要功能区（1 1）主主要要抗抗原原决决定定簇簇：包包括括V3V3区区
39、（第第301-324301-324位位的的环环状状肽肽段段）的的主主抗抗原原决决定定簇簇及及若若干干个个较较弱弱的的决决定定簇簇，其其中中有有两两个个分分别别位位于于Gp41Gp41的的616-632616-632位和位和724-751724-751位。位。（2 2）T T细细胞胞决决定定簇簇：两两个个辅辅助助性性T T细细胞胞决决定定簇簇T2T2和和T1T1分分别别在在105-117105-117位位的的C1C1区区和和421-436421-436位位的的C4C4区区，一一个个主主要要细细胞胞毒毒T T细细胞胞决决定定簇簇位位于于第第308-308-322322位位。另另有有3 3个个较较弱
40、弱的的细细胞胞毒毒T T细细胞胞决决定定簇簇在在Gp41Gp41上。上。（3 3）CDCD4 4受受体体结结合合区区：该该区区位位于于423-427423-427位位（C4C4区区）。在在上上述述功功能能区区以以外外的的某某些些氨氨基基酸酸突突变变也也能能影影响响gp120gp120的的功功能能，说说明明上上述述各各功功能能区区发挥作用还依赖于整个分子特定的空间构象。发挥作用还依赖于整个分子特定的空间构象。9.2.3 HIV9.2.3 HIV的复制的复制HIVHIV与与受受体体结结合合后后，病病毒毒核核心心蛋蛋白白和和两两条条RNARNA链链进进入入细细胞胞。反反转转录录酶酶以以病病毒毒RNA
41、RNA为为模模板板合合成成单单链链DNADNA，并并由由宿宿主主细细胞胞DNADNA聚聚合合酶酶合合成成双双链链DNADNA（原原病病毒毒），经经环环化化后后进进入入细细胞胞核核并并整整合合到染色体上，随细胞的分裂传代可长期潜伏。到染色体上，随细胞的分裂传代可长期潜伏。主要过程如下：主要过程如下：原病毒整合到宿主染色体上，无症状；原病毒整合到宿主染色体上，无症状；原原病毒利用宿主细胞的转录和合成系统转录产生病毒利用宿主细胞的转录和合成系统转录产生病毒病毒mRNAmRNA，其中一部分编码病毒蛋白，与基因，其中一部分编码病毒蛋白，与基因组组RNARNA组装成新的病毒颗粒，从寄主细胞中释组装成新的病
42、毒颗粒，从寄主细胞中释放出来侵染其它健康细胞；放出来侵染其它健康细胞；寄主细胞瓦解死寄主细胞瓦解死亡。亡。图图9-15 9-15 HIV-I在人体细胞内的复制和侵染过程示意图在人体细胞内的复制和侵染过程示意图 HIVHIV的感染及致病机理的感染及致病机理HIVHIV感感染染人人体体后后大大量量复复制制和和扩扩散散，血血清清中中出出现现HIVHIV抗抗原原，从从外外周周血血细细胞胞、脑脑脊脊液液和和骨骨髓髓细细胞胞中均能分离出中均能分离出HIV,HIV,是是HIVHIV原发感染的急性期。原发感染的急性期。大大约约70%70%以以上上的的原原发发感感染染者者在在感感染染后后2-42-4周周内内出出
43、现现急急性性感感染染症症状状，包包括括发发热热、咽咽炎炎、淋淋巴巴结结肿肿大大、关关节节痛痛、中中枢枢及及外外周周神神经经系系统统病病变变、皮皮肤肤斑斑丘丘疹疹、粘粘膜膜溃溃疡疡等等，持持续续1-21-2周周后后进进入入HIVHIV感染的无症状潜伏期。感染的无症状潜伏期。无无症症状状潜潜伏伏期期（可可长长达达数数年年）。此此时时无无任任何何临临床床症症状状，外外周周血血中中HIVHIV抗抗原原含含量量很很低低甚甚至至检检测测不不到到。随随感感染染时时间间的的延延长长，HIVHIV重重新新开开始始大大量量复复制制并并造造成成免免疫疫系系统统损损伤伤。临临床床上上病病人人感感染染逐逐步步发发展展到
44、到持持续续性性全全身身性性淋淋巴巴腺腺病病（PGLPGL）、艾艾滋滋病病相相关关综综合合症症（APCAPC）等等，直直至至发发展展到到艾艾滋病。滋病。HIVHIV除除在在细细胞胞内内大大量量繁繁殖殖造造成成细细胞胞死死亡亡外外，还还可通过以下几种途径导致免疫功能下降：可通过以下几种途径导致免疫功能下降：HIVHIV粒粒子子表表面面的的gp120gp120蛋蛋白白脱脱落落，与与正正常常细细胞胞膜膜上上CDCD4 4受受体体结结合合，使使该该细细胞胞被被免免疫疫系系统统误误认为病毒感染细胞而遭杀灭；认为病毒感染细胞而遭杀灭；因因T T细细胞胞CDCD4 4受受体体被被gp120gp120封封闭闭，
45、影影响响了了其其免免疫辅助功能；疫辅助功能；HIVHIV的的gp120gp120蛋蛋白白可可刺刺激激机机体体产产生生抗抗CDCD4 4结结合合部位的特异性抗体，阻断部位的特异性抗体，阻断T T细胞功能；细胞功能；带带有有病病毒毒包包膜膜蛋蛋白白的的细细胞胞可可与与其其他他细细胞胞融融合形成多核巨细胞而丧失功能。合形成多核巨细胞而丧失功能。9.2.4 HIV9.2.4 HIV基因表达调控基因表达调控HIVHIV的最大特点是含有许多调控基因，它们编的最大特点是含有许多调控基因，它们编码调控蛋白，在病毒码调控蛋白，在病毒RNARNA的转录、转录后加工、的转录、转录后加工、蛋白质翻译、包装以及病毒颗粒
46、的释放等各蛋白质翻译、包装以及病毒颗粒的释放等各个过程中发挥重要作用。个过程中发挥重要作用。除除HIVHIV自身的调控蛋白外，还有许多寄主细胞自身的调控蛋白外，还有许多寄主细胞的调控蛋白也参与这个过程。因此，的调控蛋白也参与这个过程。因此，HIVHIV复制复制的调控十分复杂。的调控十分复杂。1.LTR序列序列HIV基因组两端，在基因组两端，在HIV I与与HIV II及及SIV之间之间的保守性达的保守性达95%以上。以上。LTR 5端含有端含有HIV基因调控所必需的多个特定基因调控所必需的多个特定调控区（真核类增强子和启动子单位），现调控区（真核类增强子和启动子单位），现根据各区调控功能的异同
47、分为调控单位、核根据各区调控功能的异同分为调控单位、核心单位和反式激活效应元件单位，并已在心单位和反式激活效应元件单位，并已在LTR中发现了许多细胞转录因子结合位点。中发现了许多细胞转录因子结合位点。图图9-16 9-16 HIVHIV基因组基因组LTRLTR区中的区中的DNADNA和和RNARNA结合蛋结合蛋白的作用位点。白的作用位点。包括：包括：（1）核心调控元件。该元件从）核心调控元件。该元件从LTR起始延伸起始延伸到到-78位核苷酸，至少包含位核苷酸，至少包含6个可与细胞转录调个可与细胞转录调控因子结合的区域。这些转录因子的结合部位控因子结合的区域。这些转录因子的结合部位如下：如下：鸡
48、卵蛋白转录因子（鸡卵蛋白转录因子（COUP-TF），结合于），结合于LTR-371334位；位；激活蛋白激活蛋白1（activator protein 1,AP1），结合），结合于于LTR的的-347329位；位；激活激活T细胞核因子（细胞核因子（NFAT），有两个结合位点，），有两个结合位点，分别在分别在-292-255位和位和-216-203位；位；上游激活因子上游激活因子(USF)，结合于，结合于-173-160位；位；T细胞因子细胞因子-1(TCF-1)，结合于，结合于-139124位；位；核因子核因子kB(NF-B)，结合于结合于-10481位。位。除除COUP-TF和和USF对对H
49、IV的转录起负调控作用的转录起负调控作用外，其余均为正调控因子。外，其余均为正调控因子。（2 2）核心转录单位。）核心转录单位。HIVI LTRHIVI LTR核心转录单位核心转录单位的结构与其他病毒或细胞启动子的转录起始区的结构与其他病毒或细胞启动子的转录起始区相似，有相似，有TATATATA区和区和SP1SP1结合位点。这些序列对结合位点。这些序列对转录的激活具有重要作用，一旦缺失将使转录的激活具有重要作用，一旦缺失将使LTRLTR失去启动子活性。失去启动子活性。核心转录单位核心转录单位-78-784646位点的富含位点的富含GCGC区有区有3 3个个连续的连续的SP1SP1结合位点结合位
50、点(SP1(SP1蛋白含有蛋白含有DNADNA结合结构结合结构和两个富含谷氨酰胺的结构域，可形成二聚或和两个富含谷氨酰胺的结构域，可形成二聚或三聚体三聚体)。3 3分子分子SP1SP1与与LTRLTR结合后，由于彼此间以及结合后，由于彼此间以及SP1SP1与与周围蛋白的相互作用改变了周围蛋白的相互作用改变了DNADNA的空间结构，的空间结构，诱导了依赖于诱导了依赖于DNADNA的蛋白激酶对的蛋白激酶对SP1SP1的磷酸化作的磷酸化作用，激活用，激活HIVIHIVI基因转录。基因转录。HIVI LTRHIVI LTR的的-28-282424位含有位含有TATATATA元件，其两元件，其两侧还有一