人鼻病毒的致病和免疫逃逸機制

牛傳玉 李延香

(山東省章丘市黃河中學 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。據統計，平均每人每年發生呼吸道感染的概率大于30%，在兒童中發病率和死亡率更高[1]。HRV被分為三大類：HRV-A、HRV-B和HRV-C，其中HRV-B為該病毒的模式類型。根據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現[2]。

1 HRV的結構

HRV是二十面體對稱的小圓形病毒。病毒粒子直徑為20～30nm，沒有囊膜，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。其分子量2.5×106，為單股長約7000核苷酸，其5′末端含有多個AUG暗碼，但只有一個可作為起始密碼。其5′端連結有一個小分子蛋白質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或非翻譯區。病毒RNA進入胞漿后，可以直接翻譯病毒蛋白，并進行RNA的復制。

HRV病毒的蛋白質外殼由4個多肽鏈組成，稱之為毒粒蛋白，即VP1、VP2、VP3和VP4。這4種蛋白的各一分子組成一個病毒蛋白衣殼的亞單位。VP1、VP2、VP3在外，VP4位于內側，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作為受體結合蛋白與細胞受體結合，兩者一旦結合，即可誘發胞膜鄰近區域的受體向結合部位靠攏，形成相對密集的“受體群”，最終造成細胞膜對病毒的包圍。病毒與受體之間產生的結合力使病毒蛋白衣殼發生微細空間構型變化，蛋白衣殼疏松并裂解，其結果是失去VP4，形成對蛋白酶敏感的病毒粒子，將病毒RNA直接釋入胞漿。

3 HRV的復制

進入胞漿的病毒RNA由于無衣殼的保護，直接面臨胞漿內RNA酶的作用，大約有94%左右的RNA在胞漿內被滅活，幸存的RNA立即同核糖體結合，翻譯出少量多聚蛋白[3]。病毒感染后首先要合成自身RNA復制所需要的因子。HRV可編碼一個蛋白，以破壞細胞內正常的起始機制，接管宿主細胞的生物合成機器。病毒的復制非常迅速，感染10～15min后病毒編碼的“多聚蛋白”開始合成[3]。多聚蛋白由病毒編碼的3種蛋白酶負責切割，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的終產物為參與多聚蛋白早期切割和宿主蛋白合成關閉的蛋白酶以及與病毒RNA合成有關的宿主范圍決定因子；P3的終產物是VPg、蛋白酶(負責多聚蛋白的大部分切割)和病毒特異的RNA聚合酶。

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

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

4 HRV的致病機制

HRV主要感染上呼吸道，由于其增殖所需溫度33℃～35℃，低于體內溫度，因此僅限于在上呼吸道增殖，基本不會引起肺炎。HRV感染的典型癥狀有：發熱、肌痛、頭痛、疲倦等，主要是由上呼吸道非特異性免疫系統對病毒攻擊的強烈反應所致。例如，體內活化的巨噬細胞能產生白介素1(IL-1)，導致體溫升高；非特異性免疫反應釋放的各種細胞因子(如干擾素)和一些炎癥介質(如組胺)會將上呼吸道組織中豐富的毛細血管作為靶器官，引起毛細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，則會導致組織腫脹，進而阻塞呼吸道。這種阻塞會增加中耳和鼻竇感染的可能。

對于普通人來說，HRV感染可能不會引起太嚴重的問題，諸如鼻塞、流涕一類的癥狀通常持續1周。但對于本身有哮喘或慢性阻塞性肺疾病(COPD)的患者，HRV的感染往往導致其固有的呼吸道疾病急性發作，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，感染率隨年齡的增長而下降，而后在高齡人群中又會上升。

6 宿主的防衛機制

當HRV進入宿主時，首先會面臨呼吸道內地毯式的黏膜環境。黏膜表面有纖毛上皮細胞，其纖毛能有節律地朝一個方向擺動，以類似“自動扶梯”的方式運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，結果是將呼吸道中的黏液或外來異物從咽部咳出，或被吞入食道而最終被胃酸所殺滅。實驗表明，HRV的蛋白外殼在低pH條件下可崩解，這一特點防止HRV引起腸道感染。

2008年，加拿大的Proud等用微陣列技術檢測了感染者的呼吸道上皮細胞，發現HRV感染可以改變細胞內一些與免疫反應相關的基因的表達，包括趨化因子和抗病毒蛋白的產生等。研究表明，感染HRV可使細胞內的viperin(蝰蛇毒素)基因的表達上調，在感染后48h表達量最大。該基因的表達與部分感冒癥狀如鼻涕、噴嚏和寒冷顯著相關(P<0.05),其表達上調還能抑制HRV的復制[4]。

7 HRV的逃逸機制

對HRV來說,免疫系統發揮作用幾乎全靠非特異性免疫系統，如補體、吞噬細胞、天然殺傷細胞等。HRV不能充分激活特異性免疫，不能形成足夠數量的中和抗體，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感染的細胞一方面產生的干擾素少；另一方面HRV可以干擾感染細胞將干擾素移出細胞，從而減輕干擾素對HRV的影響[5]。

HRV的RNA聚合酶是具有出錯傾向的酶，病毒的遺傳密碼就會以“漂移”的形式在復制過程中發生突變。這種“抗原漂移”的結果是，導致那些原來已經具有針對原始毒株抗體的個體變成為擁有過時抗體的個體，從而在突變株入侵時再遭受感染。實驗表明，由于“抗原漂移”，目前在人群中有超過100個HRV毒株循環存在[5]。

8 HRV的研究進展及治療藥物

HRV的A和B兩類病毒容易在實驗室培養并進行研究，因此，其三維結構早已為科學界所熟知，而C類病毒一直無法培養并被完全忽視。直到2006年，利用“基因芯片”和先進的基因測序技術，才發現寄生在人類呼吸道細胞中、伴隨著A、B病毒株的C類病毒。2014年，美國生物化學教授Ann Palmenberg團隊提供了一個HRV-C病毒衣殼的詳細模型，新的結構解釋了為何現在所有的抗病毒藥物對HRV-C都不起作用[6]。因為抗病毒藥物是通過吸附在病毒表面，修飾其表面結構來發揮作用的。一種藥物要有效，就必須像正確的拼圖那樣，能夠適合并嵌合進病毒。

HRV已確定的102種血清型，大多數使用同一細胞受體——ICAM-1，即細胞間粘附分子-1，又叫做CD54。已獲得病毒與其受體復合物的三維結構，可用多種方法設計用于防止或減輕普通感冒發生的抑制劑，例如病毒受體拮抗劑，包括ICAM-1單克隆抗體、由ICAM-1結構域和免疫球蛋的的恒定區相連結組成的免疫粘附劑，用于結合游離的HRV毒粒。已經發現一些化學制劑可結合HRV，并干擾其與受體結合或病毒脫殼。這些方法都正在進行臨床前期或臨床實驗。

病毒具有嚴格的細胞內寄生性，病毒復制機制與細胞繁殖過程密切相關。凡能抑制病毒復制的藥物，對細胞、機體都有一定的毒性，因此抗病毒藥物的研制進展非常緩慢。