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猴痘病毒——痘病毒的体内感染过程

临床研究

2024-08-23      

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猴痘病毒(Monkeypox virus, MPXV)是一种有包膜的双链DNA病毒,与天花、牛痘等属于正痘病毒属(Orthopoxvirus genus)。痘病毒科是迄今所知结构最复杂的一类病毒,痘病毒粒子呈椭圆形或砖状结构,长度约为200-400nm,轴比为1.2-1.7。膜是典型的50-55nm脂蛋白双分子层,包裹在核心周围,外表面布满随机排列的小管元件(STE),平均宽7nm,长100nm。病毒粒子由核和被膜包围的相关侧体组成,具有足够的传染性;然而,对于某些病毒株和某些细胞的感染,病毒粒子会获得一个额外的脂质双分子层,它具有自己独特的化学成分,称为包膜(Envelope)。这种包膜所含的磷脂大约是未包膜病毒粒子的两倍。大量研究显示,病毒包膜上的抗原能够引起免疫,保护宿主抵御痘病毒的攻击。痘病毒包膜至少含有7种不同的糖蛋白,以及一种主要的非糖基化酰化多肽。

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Fig.1 IMV形式的痘病毒结构示意图

注:是否存在内膜尚有争议。

痘病毒传播方式

病毒的传播过程根据痘病毒种类及宿主的不同差别较大,通常包括以下几种方式:1)在细胞质中保持游离态;2)迁移到细胞表面并通过微绒毛排出;3)被来自高尔基体的两层膜包裹,运输到细胞表面,然后被包膜(来自高尔基体内池膜)释放;4)通过出芽形成大液泡获得包膜;5)它们与无膜的液泡结合;6)它们以一种嗜酸的细胞质结构的形式与一种蛋白质物质相结合,这种结构被称为a型包涵体(ATI)。

痘苗病毒体内感染过程

痘病毒复制周期因病毒种类而异,以模型病毒--VACV为例,复制一般发生在感染后2-5h。病毒成熟需经历五个阶段:未成熟病毒体IV、细胞内成熟病毒体IMV、细胞内包膜病毒体IEV、细胞相关包膜病毒体CEV 和细胞外包膜病毒体EEV。IMV和EEV是痘病毒的主要传染形式,EEV比IMV更具传染力,可通过非pH依赖方式与质膜融合,进入细胞。EEV负责胞间传输,最终会作为IMV从细胞释放到外部环境中,与EEV相比IMV更稳定,负责宿主间传输。

脱壳

病毒和细胞膜融合后,发生初级脱壳,病毒核心被释放到细胞质中。核心除了有病毒基因组,还有依赖于病毒DNA的RNA聚合酶、特异性识别病毒早期基因启动子所需的"起始"蛋白质,以及几种修改病毒转录本的RNA处理酶。核心释放后合成病毒早期mRNA(Fig.2,步骤2),这些mRNA表现出细胞mRNA的典型特征,被细胞识别翻译(Fig.2,步骤3)。大约一半的病毒基因在感染早期表达。一些与细胞生长因子具有序列相似性的早期蛋白从细胞中分泌(Fig.2,步骤4),诱导邻近宿主细胞增殖或抗宿主免疫防御机制。早期蛋白质的合成诱导第二次脱壳,核心壁打开,含基因组的核蛋白复合体从核心释放(Fig.2,步骤5),病毒早期基因表达停止。

复制

早期蛋白催化病毒DNA基因组复制(Fig.2,步骤6),新合成的病毒DNA分子作为下个复制周期的模板(Fig.2,步骤7),它们也是病毒中间期基因的转录模板(Fig.2,步骤8)。中间基因转录激活需要特定的病毒蛋白(早期基因的产物),赋予病毒RNA聚合酶上的中间启动子特异性,以及从受感染细胞核重新定位到细胞质的宿主细胞蛋白(Vitf2)。中间mRNA编码的蛋白质(Fig.2,步骤9),包含晚期基因转录所需的蛋白(Fig.2,步骤10)。末期基因编码构建病毒粒子的蛋白质、病毒粒子的酶和其他组装过程所需的早期起始蛋白。这些病毒蛋白借助细胞翻译机制合成(Fig.2,步骤11)。

组装

病毒膜蛋白是无糖基化的,细胞膜在组装早期的作用存在争议(Fig.2,步骤12)。最初的组装形成未成熟病毒粒子(Fig.2,步骤13),它是一种由膜分隔的球形粒子,可从细胞分泌途径的早期获得。该病毒颗粒成熟后形成砖状IMV(Fig.2,步骤14),在细胞裂解时释放(Fig.2,步骤15)。此外,颗粒可以从跨高尔基体或早期内小体室获得第二层双层膜,形成胞内包膜病毒粒子(IEV)(Fig.2,步骤16)。

分离

IEV移动到细胞表面的微管上,与质膜融合形成细胞相关病毒粒子(CEV)(Fig.2,步骤17)。这些CEV诱导肌动蛋白聚合,促进肌动蛋白直接转移到周围细胞(Fig.2,步骤18);它们也可以从膜上分离出来,形成EEV。

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Fig.2痘病毒的单细胞繁殖周期



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