人鼻病毒的致病和免疫逃逸機(jī)制

牛傳玉 李延香

(山東省章丘市黃河中學(xué) 250210)

人鼻病毒(human rhinovirus,HRV)是普通感冒的重要病原體之一，有將近一半的感冒是由這種病毒引起的。所引起的癥狀為：頭痛、咽喉腫痛、流涕、鼻塞、打噴嚏和咳嗽等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每人每年發(fā)生呼吸道感染的概率大于30%，在兒童中發(fā)病率和死亡率更高[1]。HRV被分為三大類(lèi)：HRV-A、HRV-B和HRV-C，其中HRV-B為該病毒的模式類(lèi)型。根據(jù)病毒表面蛋白的不同，可分離出102種血清型，而且新型HRV還在不斷增加并被發(fā)現(xiàn)[2]。

1 HRV的結(jié)構(gòu)

HRV是二十面體對(duì)稱(chēng)的小圓形病毒。病毒粒子直徑為20～30nm，沒(méi)有囊膜，是最小的病毒之一(天花病毒和牛痘病毒的直徑大約300nm)。病毒粒子是內(nèi)含RNA和外包衣殼蛋白的核衣殼。病毒RNA為正鏈，具有mRNA的性質(zhì)。其分子量2.5×106，為單股長(zhǎng)約7000核苷酸，其5′末端含有多個(gè)AUG暗碼，但只有一個(gè)可作為起始密碼。其5′端連結(jié)有一個(gè)小分子蛋白質(zhì)VPg，3′端帶有poly(A)尾，在基因組RNA兩端還各有一段保守的非編碼區(qū)或非翻譯區(qū)。病毒RNA進(jìn)入胞漿后，可以直接翻譯病毒蛋白，并進(jìn)行RNA的復(fù)制。

HRV病毒的蛋白質(zhì)外殼由4個(gè)多肽鏈組成，稱(chēng)之為毒粒蛋白，即VP1、VP2、VP3和VP4。這4種蛋白的各一分子組成一個(gè)病毒蛋白衣殼的亞單位。VP1、VP2、VP3在外，VP4位于內(nèi)側(cè)，緊靠RNA的核心位置。在病毒的4種外殼蛋白中，VP1最大，且有很高的氨基酸序列變異性，VP4變化最少。VP1是顯性蛋白，在病毒功能中起很重要的作用，包括抗原性受體接觸、病毒脫殼等。

2 HRV的侵染

HRV以VP1作為受體結(jié)合蛋白與細(xì)胞受體結(jié)合，兩者一旦結(jié)合，即可誘發(fā)胞膜鄰近區(qū)域的受體向結(jié)合部位靠攏，形成相對(duì)密集的“受體群”，最終造成細(xì)胞膜對(duì)病毒的包圍。病毒與受體之間產(chǎn)生的結(jié)合力使病毒蛋白衣殼發(fā)生微細(xì)空間構(gòu)型變化，蛋白衣殼疏松并裂解，其結(jié)果是失去VP4，形成對(duì)蛋白酶敏感的病毒粒子，將病毒RNA直接釋入胞漿。

3 HRV的復(fù)制

進(jìn)入胞漿的病毒RNA由于無(wú)衣殼的保護(hù)，直接面臨胞漿內(nèi)RNA酶的作用，大約有94%左右的RNA在胞漿內(nèi)被滅活，幸存的RNA立即同核糖體結(jié)合，翻譯出少量多聚蛋白[3]。病毒感染后首先要合成自身RNA復(fù)制所需要的因子。HRV可編碼一個(gè)蛋白，以破壞細(xì)胞內(nèi)正常的起始機(jī)制，接管宿主細(xì)胞的生物合成機(jī)器。病毒的復(fù)制非常迅速，感染10～15min后病毒編碼的“多聚蛋白”開(kāi)始合成[3]。多聚蛋白由病毒編碼的3種蛋白酶負(fù)責(zé)切割，首先被切割成P1、P2、P3前體蛋白。P1再切割形成VP4、VP3、VP2和VP1；P2的終產(chǎn)物為參與多聚蛋白早期切割和宿主蛋白合成關(guān)閉的蛋白酶以及與病毒RNA合成有關(guān)的宿主范圍決定因子；P3的終產(chǎn)物是VPg、蛋白酶(負(fù)責(zé)多聚蛋白的大部分切割)和病毒特異的RNA聚合酶。

RNA復(fù)制時(shí)，首先是以病毒RNA為模板復(fù)制出互補(bǔ)的-RNA，形成雙鏈RNA，即復(fù)制型RNA(RF RNA)，再以RF RNA上的-RNA為模板復(fù)制出病毒的子代+RNA。在病毒感染早期，新合成的+RNA有一部分作為mRNA，指導(dǎo)合成病毒復(fù)制所需蛋白；另一部分用作模板拷貝出-RNA，從而產(chǎn)生新的復(fù)制循環(huán)。

HRV的裝配由以下幾個(gè)步驟組成。首先，衣殼前體蛋白P1經(jīng)切割形成緊密聚集在一起的原體(VP0、1、3)，當(dāng)原體的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)組裝成五聚體；然后，五聚體再包裹正鏈VPg-RNA形成前病毒，前病毒的VP0 經(jīng)切割形成 VP4+VP2，成為有侵染力的病毒顆粒。在感染細(xì)胞中，成熟的病毒形成晶體狀，通過(guò)宿主細(xì)胞的裂解最終被釋放出來(lái)。

4 HRV的致病機(jī)制

HRV主要感染上呼吸道，由于其增殖所需溫度33℃～35℃，低于體內(nèi)溫度，因此僅限于在上呼吸道增殖，基本不會(huì)引起肺炎。HRV感染的典型癥狀有：發(fā)熱、肌痛、頭痛、疲倦等，主要是由上呼吸道非特異性免疫系統(tǒng)對(duì)病毒攻擊的強(qiáng)烈反應(yīng)所致。例如，體內(nèi)活化的巨噬細(xì)胞能產(chǎn)生白介素1(IL-1)，導(dǎo)致體溫升高；非特異性免疫反應(yīng)釋放的各種細(xì)胞因子(如干擾素)和一些炎癥介質(zhì)(如組胺)會(huì)將上呼吸道組織中豐富的毛細(xì)血管作為靶器官，引起毛細(xì)血管的管壁間隙增大，其中的液體即可逸出，形成 “鼻涕”。如果部分液體留存組織中，則會(huì)導(dǎo)致組織腫脹，進(jìn)而阻塞呼吸道。這種阻塞會(huì)增加中耳和鼻竇感染的可能。

對(duì)于普通人來(lái)說(shuō)，HRV感染可能不會(huì)引起太嚴(yán)重的問(wèn)題，諸如鼻塞、流涕一類(lèi)的癥狀通常持續(xù)1周。但對(duì)于本身有哮喘或慢性阻塞性肺疾病(COPD)的患者，HRV的感染往往導(dǎo)致其固有的呼吸道疾病急性發(fā)作，甚至可能危及生命。

5 HRV的傳播

盡管HRV的感染引起的癥狀比較輕微，但炎癥反應(yīng)引起的噴嚏反射可以將病毒傳播至新宿主，也可以將感染擴(kuò)散至咽鼓管和鼻竇中，引起中耳感染或鼻竇炎。HRV在人群擁擠及空氣不流通的地方較易發(fā)生相互傳播，以兒童的感染率較高，尤其以3歲以下的嬰幼兒多見(jiàn)，感染率隨年齡的增長(zhǎng)而下降，而后在高齡人群中又會(huì)上升。

6 宿主的防衛(wèi)機(jī)制

當(dāng)HRV進(jìn)入宿主時(shí)，首先會(huì)面臨呼吸道內(nèi)地毯式的黏膜環(huán)境。黏膜表面有纖毛上皮細(xì)胞，其纖毛能有節(jié)律地朝一個(gè)方向擺動(dòng)，以類(lèi)似“自動(dòng)扶梯”的方式運(yùn)送分泌黏液或附著在表面的異物。上行的“扶梯”由下呼吸道向上移行到咽部，而下行的“扶梯”則從鼻腔向下移行，結(jié)果是將呼吸道中的黏液或外來(lái)異物從咽部咳出，或被吞入食道而最終被胃酸所殺滅。實(shí)驗(yàn)表明，HRV的蛋白外殼在低pH條件下可崩解，這一特點(diǎn)防止HRV引起腸道感染。

2008年，加拿大的Proud等用微陣列技術(shù)檢測(cè)了感染者的呼吸道上皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)HRV感染可以改變細(xì)胞內(nèi)一些與免疫反應(yīng)相關(guān)的基因的表達(dá)，包括趨化因子和抗病毒蛋白的產(chǎn)生等。研究表明，感染HRV可使細(xì)胞內(nèi)的viperin(蝰蛇毒素)基因的表達(dá)上調(diào)，在感染后48h表達(dá)量最大。該基因的表達(dá)與部分感冒癥狀如鼻涕、噴嚏和寒冷顯著相關(guān)(P<0.05),其表達(dá)上調(diào)還能抑制HRV的復(fù)制[4]。

7 HRV的逃逸機(jī)制

對(duì)HRV來(lái)說(shuō),免疫系統(tǒng)發(fā)揮作用幾乎全靠非特異性免疫系統(tǒng)，如補(bǔ)體、吞噬細(xì)胞、天然殺傷細(xì)胞等。HRV不能充分激活特異性免疫，不能形成足夠數(shù)量的中和抗體，不能防御下一輪HRV的感染，甚至同種病毒的再感染。

干擾素能夠抑制病毒的繁殖。但HRV感染的細(xì)胞一方面產(chǎn)生的干擾素少；另一方面HRV可以干擾感染細(xì)胞將干擾素移出細(xì)胞，從而減輕干擾素對(duì)HRV的影響[5]。

HRV的RNA聚合酶是具有出錯(cuò)傾向的酶，病毒的遺傳密碼就會(huì)以“漂移”的形式在復(fù)制過(guò)程中發(fā)生突變。這種“抗原漂移”的結(jié)果是，導(dǎo)致那些原來(lái)已經(jīng)具有針對(duì)原始毒株抗體的個(gè)體變成為擁有過(guò)時(shí)抗體的個(gè)體，從而在突變株入侵時(shí)再遭受感染。實(shí)驗(yàn)表明，由于“抗原漂移”，目前在人群中有超過(guò)100個(gè)HRV毒株循環(huán)存在[5]。

8 HRV的研究進(jìn)展及治療藥物

HRV的A和B兩類(lèi)病毒容易在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)并進(jìn)行研究，因此，其三維結(jié)構(gòu)早已為科學(xué)界所熟知，而C類(lèi)病毒一直無(wú)法培養(yǎng)并被完全忽視。直到2006年，利用“基因芯片”和先進(jìn)的基因測(cè)序技術(shù)，才發(fā)現(xiàn)寄生在人類(lèi)呼吸道細(xì)胞中、伴隨著A、B病毒株的C類(lèi)病毒。2014年，美國(guó)生物化學(xué)教授Ann Palmenberg團(tuán)隊(duì)提供了一個(gè)HRV-C病毒衣殼的詳細(xì)模型，新的結(jié)構(gòu)解釋了為何現(xiàn)在所有的抗病毒藥物對(duì)HRV-C都不起作用[6]。因?yàn)榭共《舅幬锸峭ㄟ^(guò)吸附在病毒表面，修飾其表面結(jié)構(gòu)來(lái)發(fā)揮作用的。一種藥物要有效，就必須像正確的拼圖那樣，能夠適合并嵌合進(jìn)病毒。

HRV已確定的102種血清型，大多數(shù)使用同一細(xì)胞受體——ICAM-1，即細(xì)胞間粘附分子-1，又叫做CD54。已獲得病毒與其受體復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，可用多種方法設(shè)計(jì)用于防止或減輕普通感冒發(fā)生的抑制劑，例如病毒受體拮抗劑，包括ICAM-1單克隆抗體、由ICAM-1結(jié)構(gòu)域和免疫球蛋的的恒定區(qū)相連結(jié)組成的免疫粘附劑，用于結(jié)合游離的HRV毒粒。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些化學(xué)制劑可結(jié)合HRV，并干擾其與受體結(jié)合或病毒脫殼。這些方法都正在進(jìn)行臨床前期或臨床實(shí)驗(yàn)。

病毒具有嚴(yán)格的細(xì)胞內(nèi)寄生性，病毒復(fù)制機(jī)制與細(xì)胞繁殖過(guò)程密切相關(guān)。凡能抑制病毒復(fù)制的藥物，對(duì)細(xì)胞、機(jī)體都有一定的毒性，因此抗病毒藥物的研制進(jìn)展非常緩慢。