病毒的復制及各類病毒的增殖過程概述

陳伶莉 胡雪峰

(福建師范大學生命科學學院 福州 350108)

1 病毒的種類

病毒可分為亞病毒與真病毒兩類：前者不具有完整的病毒結構，僅由某種核酸或蛋白質構成；后者通常由核酸及蛋白質外殼構成，部分病毒還具有囊膜結構。不同病毒所含核酸的種類、轉錄形成mRNA和合成蛋白質的方式迥異。因此，根據病毒的核酸類型和轉錄形成mRNA的方式不同，可將病毒歸為六大類：雙鏈DNA病毒、單正鏈DNA(+DNA)病毒、雙鏈RNA病毒、單正鏈RNA(+RNA)病毒、單負鏈RNA(-RNA)病毒和逆轉錄病毒。本文概述了病毒的一般復制過程以及各類病毒的具體增殖步驟。

2 病毒的復制

病毒為顆粒狀的非細胞結構，極其微小，通常以納米為單位，營寄生生活。病毒侵入宿主細胞后，借助宿主細胞提供的核苷酸原料、氨基酸、核糖體及能源系統等，以病毒核酸為控制中心，合成子代病毒所需核酸與蛋白質等成分，最后在宿主細胞內裝配成結構完整、具有一定侵染力的病毒粒子，這個過程稱為病毒的復制[1]。病毒正常復制周期分為六個階段：吸附、侵入、脫殼、生物合成、組裝和釋放。

2.1 吸附 病毒感染宿主細胞的第一步就是吸附。絕大多數病毒的吸附可分為非特異性吸附和特異性吸附兩個階段：前者是指病毒依靠靜電作用與宿主細胞接觸而結合；后者是指病毒表面蛋白質作為抗原與宿主細胞膜上相應的受體特異性識別并結合。

2.2 侵入 無囊膜的病毒一般由細胞膜直接包裹吞入從而進入細胞，稱為病毒胞飲。有囊膜的病毒除了通過細胞胞飲的方式進入細胞，還可通過囊膜與宿主細胞膜融合的方式，使病毒進入細胞。

2.3 脫殼 即病毒內具有感染性的核酸從外殼內釋放出來的過程。不同病毒脫殼方式迥異，大多數是在宿主細胞溶酶體作用下脫殼并釋放出核酸。脫殼與侵入通常是連續進行的，如某些通過胞飲進入細胞的病毒在細胞壁或細胞膜表面同時進行脫殼和侵入，以膜融合方式入侵的病毒在與細胞膜融合時同時脫去包膜。

2.4 生物合成 病毒核酸進入宿主細胞后，利用宿主細胞的物質首先合成自身復制所必需的復制酶和一些抑制蛋白，然后合成子代病毒的核酸和結構蛋白，不同種類病毒的生物合成方式各不相同。

2.5 組裝 病毒的組裝是指新的病毒核酸與蛋白質衣殼裝配在一起，形成結構完整、具有一定感染力的子代病毒。RNA病毒和DNA病毒組裝的位置具有一定差異，其中絕大多數DNA病毒在宿主細胞的細胞核中完成組裝，而RNA病毒和痘病毒類一般在細胞質中完成組裝[2]。

2.6 釋放 絕大多數無囊膜病毒同步釋放，會對宿主細胞造成急性傷害，使得宿主細胞短時間內迅速死亡；而絕大多數有囊膜的病毒則需要經過內質網加工，最后以出芽的方式釋放，在一段時間內逐個釋出，宿主細胞死亡較緩慢。一個感染細胞通常可以釋放出100～1000個病毒。

3 各類病毒的增殖過程

3.1 雙鏈DNA病毒 腺病毒、皰疹病毒以及痘病毒等病毒均屬于雙鏈DNA病毒。

以皰疹病毒為例，說明此類病毒的主要增殖過程：①皰疹病毒包膜上的血型糖蛋白B與宿主細胞膜上的受體特異性識別并吸附；②宿主細胞膜包裹皰疹病毒顆粒，形成吞噬泡，皰疹病毒顆粒通過吞噬作用而進入細胞質，并脫去包膜；③在宿主細胞的溶酶體作用下脫去蛋白質外殼；④病毒DNA進入宿主細胞的細胞核；⑤在RNA聚合酶的幫助下，以病毒DNA為模板合成早期mRNA并進入細胞質中；⑥早期mRNA翻譯形成早期蛋白，主要指與DNA復制相關的酶，如DNA聚合酶、脫氧胸腺嘧啶激酶等；⑦在解旋酶作用下，DNA雙鏈打開，以打開的兩條鏈為模板，遵循堿基互補配對原則，依賴合成的DNA聚合酶，合成子代DNA分子；⑧合成晚期mRNA，并以此翻譯成晚期蛋白，主要為病毒的結構蛋白，子代病毒DNA與結構蛋白裝配形成子代病毒；⑨子代病毒從細胞核釋放出來，同時披上包膜；⑩細胞膜通過胞吐的形式將子代病毒釋放到體外。

3.2 單正鏈DNA(+DNA)病毒 代表病毒為細小病毒，此類病毒增殖的主要過程為：①形成復制中間體：單正鏈DNA病毒進行生物合成時，首先以親代DNA作模板，依賴復制酶，遵循堿基互補配對原則，合成其互補DNA鏈，并與親代DNA形成雙鏈，作為復制中間型，含有親代DNA的新合成的雙鏈DNA繼續復制；②轉錄和翻譯：不含親代DNA的新合成的雙鏈DNA作為轉錄的模板，翻譯合成病毒相關蛋白質(主要是結構蛋白)；③裝配和釋放：新形成的子代DNA分子與結構蛋白裝配形成成熟的病毒并從細胞中釋放出來。

3.3 雙鏈RNA病毒 大部分RNA病毒的子代病毒的全部成分的合成都在宿主細胞的細胞質內完成，雙鏈RNA病毒是其中一種，其代表病毒為呼腸孤病毒。雙鏈RNA病毒增殖的主要過程為：①RNA復制：病毒脫殼進入宿主細胞后，在相關酶作用下，首先不對稱地轉錄出正鏈RNA，再由正鏈RNA復制出新的負鏈RNA，共同構成子代RNA；②合成蛋白質：在RNA多聚酶作用下，正鏈RNA轉錄形成mRNA，在宿主細胞細胞質中翻譯成早期蛋白或晚期蛋白；③裝配和釋放：新形成的子代RNA分子與結構蛋白裝配形成成熟的病毒并從細胞中釋放出來。

3.4 單正鏈RNA(+RNA)病毒 單正鏈RNA病毒種類較為豐富，人和動物的絕大多數的RNA病毒屬于此類，如黃病毒和脊髓灰質病毒等。多數單正鏈RNA病毒在宿主細胞質內完成生物合成。單正鏈RNA病毒母代的RNA既可直接作為翻譯的模板，又能作為模板合成單負鏈RNA；而單負鏈RNA反過來也可復制子代單正鏈RNA[3]。

以脊髓灰質病毒為例，說明此類病毒的具體增殖過程：①合成早期蛋白：單正鏈RNA直接附著于宿主細胞的核糖體上，利用宿主細胞提供的原料和能源系統合成多聚蛋白前體，前體進一步裂解成病毒結構蛋白(P1)、蛋白酶(P2)和RNA聚合酶(P3)；②合成子代RNA：在復制酶作用下，以親代單正鏈RNA為模板合成單負鏈RNA，單負鏈RNA進一步形成子代單正鏈RNA；③裝配和釋放：P1前體部分裂解形成結構蛋白，子代單正鏈RNA與結構蛋白裝配形成成熟的病毒并從細胞中釋放出來。

3.5 單負鏈RNA(-RNA)病毒 常見的單負鏈RNA病毒有流感病毒和狂犬病病毒等。此類病毒含有依賴RNA的RNA多聚酶，能以病毒RNA為模板進行復制，但單負鏈RNA不能直接作為轉錄的模板。具體增殖過程為：①+RNA合成：病毒核酸連同RNA多聚酶一起侵入宿主細胞并進行生物合成，負鏈RNA首先轉錄出互補正鏈RNA，形成復制中間體(±RNA)，產生更多的正鏈RNA；②-RNA合成：以部分正鏈RNA為模板復制出子代負鏈RNA；③裝配與釋放：部分正鏈RNA作為轉錄的模板，形成mRNA并翻譯出病毒所需的蛋白質，其中的結構蛋白與負鏈RNA一起裝配形成子代病毒，并從細胞中釋放出來。

3.6 逆轉錄病毒 此類病毒本身攜帶逆轉錄酶，兩條相同的線狀正鏈RNA構成其基因組，稱為單正鏈雙體RNA。免疫缺陷病毒(HIV)和人類T淋巴細胞白血病病毒(HTLV)都是逆轉錄病毒。以HIV為例，介紹此類病毒的主要增殖過程：①HIV囊膜蛋白gp120與宿主細胞膜上受體CD4結合；②病毒進入宿主細胞，并脫去包膜；③在宿主細胞提供的脫殼酶作用下，脫去蛋白質外殼；④以病毒RNA作為模板，依賴逆轉錄酶形成cDNA，構成RNA—DNA中間體[4]；⑤RNA酶將中間體的RNA鏈水解，形成cDNA；⑥以cDNA鏈為模板，依賴DNA聚合酶形成雙鏈DNA；⑦雙鏈DNA進入宿主細胞的細胞核；⑧雙鏈DNA與宿主細胞的DNA整合，成為前病毒；⑨前病毒被激活，轉錄形成子代病毒RNA；⑩一部分子代RNA進入細胞質中與核糖體結合，作為模板翻譯形成子代蛋白，另一部分直接被裝配成子代病毒體；翻譯出子代病毒的結構蛋白和逆轉錄酶等酶蛋白；子代病毒RNA與結構蛋白裝配形成子代病毒體；子代病毒包裹包膜后形成完整病毒；子代病毒從宿主細胞中釋放。

(基金項目：福建省科技廳重點項目：心臟起搏細胞的體外誘導及其功能驗證，No.2015I0011；*通信作者)