2020 年諾貝爾生理學或醫學獎“丙型肝炎病毒”相關試題分析

江蘇

2020 年諾貝爾生理學或醫學獎授予分別來自美國、英國和美國的科學家Harvey J.Alter、Michael Houghton 和Charles M.Rice，以表彰他們在“發現丙型肝炎病毒”方面所做的杰出貢獻。筆者收集了“丙型肝炎病毒”相關生物試題，并做簡要分析，以便讀者進一步了解丙型肝炎病毒的致病機理及預防、治愈措施。

圖1 諾貝爾生理學或醫學獎三位獲獎者圖片

1.丙型肝炎病毒概述

（1）類型：丙型肝炎病毒（HCV）是引起丙型肝炎的病原體，屬于RNA 病毒。

（2）檢測：患者查出丙型肝炎病毒抗體陽性時，需要進行HCV-RNA 檢測，HCV-RNA 是定量探測血液中丙肝病毒的方法。

（3）傳播：丙型肝炎病毒主要通過輸入含丙肝病毒的血制品、與吸毒的人共用靜脈注射器等方式感染及傳播，也可通過母嬰及性途徑傳播。

（4）危害：丙肝病毒進入人體之后會大量生長繁殖，還會“劫持”正常的肝細胞，將肝細胞變成“人質”，不但自己破壞肝細胞，還會導致免疫系統“誤殺”肝細胞，這樣就引發了丙型病毒性肝炎（以下簡稱丙肝）。此外，丙肝和乙肝一樣，也會有幾個月的潛伏期，可進展為急性或慢性肝炎，主要表現為乏力、黃疸、腹脹、腹痛和精神下降等，如果不進行抗病毒治療，最終會從肝炎發展到肝硬化、肝癌等，危及生命。但也有少數人無癥狀，稱為HCV 攜帶者，很少發展為重癥肝炎或肝衰竭患者。

（5）治愈：值得慶幸的是，隨著直接抗病毒藥物（DAA）的研發成功，目前丙肝在臨床上已有特效藥物，患者經過8～12周的規范治療，95%以上的丙肝病人可以徹底被治愈。

2.丙型肝炎病毒相關試題分析

2.1 HCV 的結構與增殖

【例1】丙肝是由丙型肝炎病毒（HCV）通過血液等傳播途徑引起的急性肝炎。下列關于丙型肝炎病毒的敘述正確的是 （ ）

A.該病毒體內只有核糖體一種細胞器

B.該病毒的可遺傳變異類型包括基因突變、基因重組

C.HCV 徹底水解可以得到氨基酸、核糖、磷酸和4種含氮堿基

D.抗生素等抗菌劑是治療丙型肝炎常用的藥物

【答案】C

【解析】病毒為非細胞生物，無細胞結構，故選項A 錯誤；丙型肝炎病毒增殖過程中遺傳物質RNA 發生的變異屬于基因突變，而基因重組通常發生在有性生殖過程中，故選項B 錯誤；丙型肝炎病毒是引起丙肝的病原體，屬于RNA 病毒，由RNA 和蛋白質組成，蛋白質徹底水解的產物為氨基酸，RNA 徹底水解的產物有6 種：核糖、磷酸、4 種含氮的堿基（A、U、G、C），故選項C 正確；抗生素等抗菌劑具有抑菌或殺菌作用，主要是針對細菌和放線菌，而對病毒無效。治療病毒感染應選用干擾素，干擾素能戰勝多種病毒引起的感染，包括水痘、肝炎和狂犬病等，故選項 D 錯誤。

【例2】丙型肝炎病毒（HCV）是一種RNA 病毒，其侵染肝細胞的過程如圖2所示。下列敘述錯誤的是（ ）

圖2 丙型肝炎病毒侵染肝細胞示意圖

A.利用藥物降低肝細胞膜的流動性，可降低HCV 對肝細胞的侵染

B.過程②需要DNA 聚合酶參與

C.過程③所需的tRNA 和氨基酸來自肝細胞

D.HCV 的蛋白質外殼需經過內質網加工，否則可能沒有識別肝細胞的功能

【答案】B

【解析】丙型肝炎病毒在機體內一旦與肝細胞表面受體結合，便會逐漸被細胞膜包裹并侵入細胞，即以胞吞的方式進入細胞，所以過程①與膜的流動性有關，利用藥物降低肝細胞膜的流動性，則可降低HCV 對肝細胞的侵染，故選項 A 正確；DNA 聚合酶參與的是DNA 的復制過程，而過程②為RNA 的復制則需要RNA 復制相關酶的參與，故選項B 錯誤；病毒侵染肝細胞后，在細胞中發生RNA的復制和蛋白質的合成過程，原料均由肝細胞提供，故選項 C 正確；HCV 之所以能侵染肝細胞，與HCV 的蛋白質外殼和肝細胞膜上受體特異性結合有關，HCV 的蛋白質外殼需經過內質網加工、修飾，才具有特異性，故選項 D正確。

2.2 HCV 與人體免疫、健康的聯系

【例3】丙型肝炎是由丙肝病毒感染引起的疾病，在免疫系統的作用下，約有30%的感染者會自愈，而余下的70%會發展為不能自愈的慢性肝炎。在慢性肝炎患者體內，肝細胞不斷被免疫細胞殺死，又不斷再生，長此以往，肝的一部分就會萎縮變硬，發展為肝硬化。

（1）在此過程中，人體往往是先通過______________________的作用來阻止病毒通過血液循環擴散，再通過____________________的作用來裂解靶細胞，使病毒因沒有藏身之所而被________消滅。丙肝病毒的檢測方法目前主要有_______________________________、____________________。

（2）研究人員從丙肝病毒的增殖機制入手研究開發出治療丙肝的藥物索非布韋，該藥物對丙肝病毒的清除率高達96%。

圖3 丙肝病毒增殖過程

①肝病毒的增殖機制如圖3 所示，丙肝病毒在機體內一旦與肝細胞表面受體結合，便會逐漸被細胞膜包裹并侵入細胞，丙肝病毒進入細胞的這一過程是______，該過程具有特異性，體現了細胞膜具有的______功能，也體現了細胞膜具有______的特點。

②根據遺傳物質單鏈RNA 能否作為翻譯蛋白質的模板，可將RNA 病毒分為單鏈+RNA 病毒和單鏈-RNA 病毒，單鏈+RNA 病毒的+RNA 既能作為mRNA 翻譯出蛋白質，又能作為模板合成-RNA，再以-RNA 為模板合成子代+RNA。結合圖3 丙肝病毒增殖過程，可知HCV 屬于__________（填“+RNA 病毒”或“-RNA 病毒”）在宿主細胞中可與+RNA 發生堿基互補配對的核酸是___________________。

③索非布韋進入肝細胞后，可以“偽裝”成尿嘧啶并參與病毒RNA 的合成過程，當合成中的RNA 需要連接一個尿嘧啶時，索非布韋就會“冒充”尿嘧啶與之結合，使反應無法進一步進行從而阻止了病毒RNA 的合成。該藥物對人體RNA 的合成不會造成影響，原因是______________________。

（3）有同學提出用放射性同位素標記法分別標記HCV 的RNA 和核衣殼蛋白質，模仿蔡斯和赫爾希的實驗，能不能證明HCV 的遺傳物質是RNA? _____________，理由是___________。

【答案】（1）體液免疫 細胞免疫 抗體 核酸檢測法 抗體檢測法 （2）①胞吞 控制物質進出 一定的流動性 ②+RNA 病毒 -RNA 和tRNA ③人體的RNA 聚合酶可以區分出索非布韋和尿嘧啶 （3）不能 HCV 的RNA 和核衣殼蛋白質是通過胞吞一起進入宿主細胞的，不便于單獨觀察、分析它們各自的作用

【解析】（1）丙型肝炎是由丙肝病毒感染引起的疾病，在免疫系統的作用下，約有30%的感染者會自愈。在此過程中，體液免疫與細胞免疫密切配合，人體往往是先通過體液免疫來阻止病毒通過血液循環而擴散，再通過細胞免疫來裂解靶細胞，使病毒沒有藏身之所而被抗體消滅。丙肝病毒的檢測方法目前主要有核酸檢測法和抗體檢測法，這和新冠病毒（SARS-CoV-2）的檢測方法類似。（2）①仔細觀察圖3 丙肝病毒增殖過程，發現丙肝病毒在機體內一旦與肝細胞表面受體特異性結合，便會通過胞吞方式逐漸被細胞膜包裹并侵入細胞，體現了細胞膜具有控制物質進出的功能。②結合圖3 丙肝病毒增殖過程可知，病毒進入肝細胞后，將其RNA 釋放到肝細胞中作為模板，在核糖體上合成蛋白質，這些蛋白質會被埋入內質網的膜中進行加工。可見HCV 單鏈RNA 能作為翻譯蛋白質的模板,屬于單鏈+RNA 病毒。2020 年世界流行的新冠病毒也是單鏈+RNA 病毒。在宿主細胞中可與+RNA發生堿基互補配對的核酸是-RNA 和tRNA，體現+RNA 既能作為RNA 復制的模板，又能起到mRNA 的作用。③索非布韋進入肝細胞后，可以“偽裝”成尿嘧啶并參與病毒RNA 的合成過程，當合成中的RNA 需要連接一個尿嘧啶時，索非布韋就會“冒充”尿嘧啶與之結合，使反應無法進一步進行，從而阻止了病毒RNA 的合成。而該藥物對人體RNA 的合成并沒有造成影響，推測可能原因是人體的RNA 聚合酶能夠區分出索非布韋和尿嘧啶，使索非布韋“偽裝”無效。（3）由于HCV 的RNA 和核衣殼蛋白質是通過胞吞一起進入宿主細胞的，不便于單獨觀察、分析它們各自的作用。這和T2噬菌體侵染大腸桿菌的過程不同，故用放射性同位素標記法不能證明HCV 的RNA 和核衣殼蛋白質哪一個是遺傳物質。

【例4】丙型肝炎病毒（HCV）是一種RNA 病毒，研究者對感染HCV 后細胞中與HCV 增殖有關的產物以及細胞代謝產物進行了測量（如圖4），同時繪制出了HCV 對肝細胞代謝影響的示意圖（如圖5），“＋”表示該過程強于正常細胞，“－”表示該過程弱于正常細胞。

圖4 感染HCV 后細胞中有關產物的測量

圖5 HCV 對肝細胞代謝影響的示意圖

（1）對HCV 患者進行隔離治療，屬于傳染病防治措施中的_________________；對用于治療HCV 患者的醫療廢品集中處理屬于切斷傳染鏈中的________________。

（2）結合圖4 中信息用中心法則及其發展的表達方式寫出HCV 增殖的過程：______________。

（3）圖5 中物質A 為____________________，物質B 為_______________。

（4）結合圖5 可知，感染HCV 后對肝細胞糖代謝的影響體現在_____。

①葡萄糖徹底氧化分解加強

②葡萄糖轉化為脂肪的過程加強

③肝糖原的水解減弱

④肝糖原的合成減弱

⑤糖酵解加強

⑥葡萄糖轉化為氨基酸的過程加強

（5）由圖5 推測HCV 的感染會導致脂肪肝（癥狀為甘油三酯在肝細胞中堆積）的發病概率______（填“增加”或“降低”）。運用所學知識結合圖5 解釋導致這一結果的原因是___________。

（6）丙肝和乙肝一樣，如果不進行抗病毒治療，最終會從肝炎發展到肝硬化、肝癌等，危及生命。致癌病毒能夠引起細胞發生癌變，主要是因為它們含有病毒_____以及致癌有關的____序列。它們通過感染人體細胞后，將其基因組整合進入人的基因組中，從而誘發人的細胞癌變。

（7）能否利用HCV 的遺傳物質作為基因工程的載體？請說明原因_______________________。

【答案】（1）控制傳染源 傳播途徑

【解析】（1）傳染病防治的三個環節為控制傳染源、切斷傳播途徑、保護易感人群。對HCV 患者進行隔離治療，屬于控制傳染源；對用于治療HCV 患者的醫療廢品集中處理屬于切斷傳播途徑。

（2）通過圖4 分析，感染HCV 后細胞中與HCV 增殖有關的產物HCV RNA、HCV 蛋白明顯增加，則HCV增殖過程用中心法則表達方式可表示為

（3）圖5 為HCV 對肝細胞代謝影響的示意圖，葡萄糖為細胞呼吸最常利用的物質，HCV 對肝細胞呼吸等過程產生明顯影響。物質A 為細胞呼吸第一階段產物丙酮酸，物質B 為甘油，甘油和脂肪酸將用于甘油三酯的合成。

（4）結合圖5 可知，感染HCV 后對肝細胞糖代謝的影響體現在葡萄糖徹底氧化分解（有氧呼吸）減弱；葡萄糖轉化為脂肪的過程加強；肝糖原的水解增強；肝糖原的合成減弱；糖酵解（無氧呼吸）加強；葡萄糖轉化為氨基酸的過程減弱。

（5）甘油三酯在肝細胞中堆積會導致脂肪肝。由圖5 推測HCV 的感染會使甘油三酯合成過程加強，脂肪肝的發病概率將會增加。而甘油三酯和載脂蛋白合成VLDL 的過程卻減弱，導致運出肝臟的甘油三酯減少，從而在肝細胞中積累，容易引發脂肪肝。

（6）致癌病毒能夠引起細胞發生癌變，主要是因為它們含有病毒癌基因以及致癌有關的核酸序列。它們感染人體細胞后，將其基因組整合進入人的基因組中，從而誘發人的細胞癌變。

（7）因為基因工程中目的基因為雙鏈DNA 片段，而HCV 的遺傳物質為單鏈RNA 片段，兩者結構不統一，目的基因也就無法插入到RNA 片段中。故HCV 的遺傳物質不能作為基因工程的載體。

2.3 HCV、HIV、SARS-CoV-2 等病毒相關生物學知識的綜合考查

人類健康是高考命題關注的熱點話題。關心社會、關愛生命、崇尚健康文明的生活方式，是中學生應盡的社會責任。從歷史上的天花病毒流行到流感病毒流行，再到近年來的HCV、HIV、SARS-CoV-2 等病毒流行都嚴重危害人類健康。它們侵染人體的傳播途徑有所不同，感染人體的部位及細胞種類不同，所導致的危害也不同。病毒增殖過程中遺傳信息的傳遞類型有差別，致病的機理也不同，在治療上所用的藥物及原理也就不同。感染病毒后，檢測方法目前主要有核酸檢測法和抗體檢測法，在感染的早期和患者康復后檢測的方法上也有所區別。以上系列問題都與病毒相關的生物學基礎知識密切相關。筆者建議教師進行病毒專題復習時首先進行知識梳理，建構好概念圖示（如圖6），這也有利于培養學生的創新思維。

圖6 病毒概念圖示

自然界中任何一種生物都存在生物多樣性的價值，病毒也不例外。從人體健康角度思考，可把病毒加工研制成相關的疫苗；從科研價值思考，病毒可用作基因工程的載體、細胞工程的促融劑、證明核酸是遺傳物質的首選實驗材料等。

近年來，隨著《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》的實施和推進，新高考命題特點總體呈現為聚焦關鍵能力，彰顯時代精神，考查學生的學科核心素養。命題取材關注社會熱點問題和生產、生活真實情境，體現出新材料、新情境、新問題導向和素養立意要求。這類試題往往題在書外，理在書中，具有“高起點，低落點”的特點。通過上述“丙型肝炎病毒”等類似熱點專題的復習訓練，注重解題經驗的積累，學生就能熟能生巧，不斷提高解題自信，從容應試，取得好成績。