(完整word版)病毒进入细胞的几种感染形式

病毒进入细胞的几种感染形式病毒通过以下不同的方式进入宿主细胞：注射式侵入、细胞内吞、膜融合以及其他特殊的侵入方式。

注射式侵入：一般为有尾噬菌体的侵入方式。

通过尾部收缩将衣壳内的DNA 基因组注入宿主细胞内。

细胞内吞：动物病毒的常见侵入方式。

经细胞膜内陷形成吞噬泡，使病毒粒子进入细胞质中。

膜融合：有包膜病毒侵入过程中病毒包膜与细胞膜融合。

直接侵入：大致可分为三种类型⑴部分病毒粒子直接侵入宿主细胞，其机理不明。

⑵病毒与细胞膜表面受体结合后，由细胞表面的酶类帮助病毒粒体释放核酸进入细胞质中，病毒衣壳仍然留在细胞膜外，将病毒侵入和脱壳融为一体。

⑶其他特殊方式。

植物病毒通过存在于植物细胞壁上的小伤口或天然的外壁孔侵入，或植物细胞之间的胞间连丝侵入细胞，也可通过介体的口器、吸器等侵入细胞。

病毒的侵入噬菌体1952年证明DNA是遗传物质的一个有利的证据就是赫尔希（Hershey）等用同位素磷-32标记T噬菌体的核酸，用硫-35标记它的蛋白质，用这种被标记的病毒来感染不带任何同位素的大肠杆菌。

结果证明含硫-35的蛋白完全留在细菌的外面，磷-32标记的核酸被注入细菌体内了。

当T4尾部像肌肉那样收缩时，外壳里面的DNA就被挤进细胞体内。

它的DNA分子相当长，约50，000 纳米，粗2.4纳米，而尾鞘中心的管子直径不过2.5-3.0纳米。

这样长的DNA要通过这样细的管子完全完全细菌体内看起来也不是件容易的事，但是T4却能在1分钟内就完成任务。

早期人们相信进入体内的只是DNA，不含任何蛋白质，但最近工作证明，有些壳内最里层的蛋白质也随着DNA一起进入细菌，这少量蛋白可能在以后的复制过程中起重要作用。

动物病毒进入寄主细胞就采取另外更简便的方法了。

当某种外来颗粒与动物细胞接触时，细胞的一种自然反应是把颗粒包进去，发生吞噬现象。

某些动物病毒恰恰利用了这种细胞的本能进入细胞。

植物细胞与动物细胞的显然不同点之一在于植物细胞有一个由纤维素组成的外壁，可以阻止很多东西进入细胞。

假若细胞有了轻微的伤口，则病毒可以从伤口进入。

植物的细胞壁也并非无缝可入，在坚硬的纤维素结构中分散有微小的管状突起，叫做外壁连丝，直接与外界沟通。

有人认为植物病毒是经外壁连丝入侵的。

在自然界，植物病毒的更重要的入侵方式是媒介昆虫在植物上取食时，把病毒直接注入植物体内。

把植物细胞的外壁用果胶酶，纤维素酶处理后只剩细胞质膜，叫做原生质球。

如用TMV来侵染烟的原生质球，发现细胞也是利用吞噬把病毒包进细胞内的。

有外膜的病毒进入寄主细胞内的方式就更为复杂了。

人们发现有些病毒如麻疹病毒，在侵染寄主细胞体外培养时，病毒能使细胞发生融合，形成所谓的多核的合胞体。

又如当人的和老鼠的组织培养细胞在有仙台病毒存在时也会发生细胞融合现象，形成既含有人细胞核，也含有老鼠细胞核的多核细胞。

原来这些病毒的外膜能够与寄主细胞的细胞质膜融合，从而引起细胞的融合。

在细胞融合的同时也就把病毒颗粒中的核蛋白芯即核衣壳释放到寄主细胞内。

综观病毒进入寄主细胞的方式不难看出，只将核酸注入细胞内的方式不过是某些噬菌体所特有的方式。

对动物或植物病毒说来更普遍的方式是整个病毒粒子被细胞吞噬。

显然整个粒子被吞噬是有好处的，因为病毒的遗传物质核酸，在细胞内找到合适的复制场所前，可以被外壳蛋白质保护而不被高等生物内多种多样的核酸酶所降解破坏---------------------------------------------------------------------细胞对病毒的内吞作用细胞膜作为细胞的限制性膜，其作用在于摄入营养物质和排出代谢废物，并维持一个相对恒定的内环境。

细胞膜是一种半透性膜，水、气体和小的疏水性分子例如乙醇能自由穿过脂质双层，但大多数代谢物，包括葡萄糖、 ATP 、核苷酸、氨基酸和蛋白质，以及某些离子（例如 Ca2+ 、 H+ 、 K+ 、 Na+ ）都不能穿过细胞膜。

这些物质通过特定的转运方式进入细胞。

离子、糖类和氨基酸一般通过整合膜蛋白的转运进入细胞，而蛋白质和大颗粒（例如一些病毒和细菌）则通过胞吞作用进入细胞。

细胞外液中的某些分子（配体）可以通过受体介导的胞吞作用被选择性摄入细胞。

在受体介导的胞吞过程中，配体首先与集中于有被小窝中的受体结合；或先与分散在细胞膜表面上的受体结合，再以受体—配体复合体形式迅速向有被小窝内集中。

有被小窝内表面含有包涵素，其总面积可达细胞表面积的 2% 以上。

随着受体—配体复合体的积累，有被小窝逐渐内陷，最后脱离胞膜，形成有被小泡；随后有被小泡脱去包涵素。

包涵素回到细胞膜，进行重复利用；而脱去包涵素的囊泡与早期内吞泡（ endosome ）融合。

早期内吞泡膜中的质子泵将质子转运到内吞泡的内部，因而早期内吞泡呈酸性。

在内吞泡的酸性条件下，配体与其受体解离，受体通过内吞泡以出芽的方式形成的转运囊泡向细胞膜扩散，与细胞膜融合后进行重新利用，此即受体循环。

早期内吞泡的内容物随即被转运到核附近，形成晚期内吞泡。

晚期内吞泡与溶酶体融合，其中的配体被酶降解或被释放而在细胞内发挥作用。

有时整个配体—受体复合体都到达溶酶体而被降解。

对于通过受体介导的胞吞作用这种方式侵入宿主细胞的病毒而言，尽管具体细节有所不同，但大致与一般的受体介导的胞吞过程类似。

不同病毒侵入细胞的具体机制将在下文予以讨论。

为了维持细胞的完整性以及细胞内的不同功能分区，其它膜性结构与细胞膜的融合必须受到严密的调控，这一般由某些特定的蛋白通过特异性的机制介导。

首先，进行融合的膜性结构与细胞膜必须非常接近。

这个过程由两者的整合蛋白的相互作用介导，其中膜性结构上的整合蛋白称为靶蛋白，而细胞膜上的整合蛋白则称为锚定蛋白。

随后，膜性结构需要与细胞膜变得更近，两者之间的距离应当在 1.5 nm 之内。

为了达到这么短的距离，必须先除去膜表面的水分子，这是一个耗能过程。

在哺乳动物细胞中，由一种包含多个亚单位组成的复合体为该耗能过程提供能量，这种复合体被称为融合蛋白机器，其单个亚单位缺乏融合活性。

靶蛋白和锚定蛋白形成复合体后，募集其它一些能导致膜融合的蛋白，从而完成膜性结构与细胞膜的融合。

在哺乳动物细胞中，这些蛋白被称为 N-ethylmaleimide 敏感性融合蛋白（ N-ethylmaleimide sensitive fusion protein ， NSF ）和可溶性 NSF 附着蛋白（ Snaps ）。

因而，靶蛋白和锚定蛋白又被称为 Snap 受体或 Snares 。

融合完成后，复合体发生解离，直到下一次需要时又重新进行装配。

细胞就是通过融合蛋白机器的装配和解离而对细胞膜的融合进行所调节。

有包膜病毒的包膜与细胞膜的融合是病毒核酸进入宿主细胞的第一步，这种融合过程可以发生在细胞膜，也可以发生在内吞泡膜。

在膜的融合过程中，融合蛋白的作用是形成一个称为融合孔的开口。

在病毒感染的细胞中能产生大量病毒，病毒融合蛋白不需被回收，而细胞融合蛋白的量则少得多，必须被回收利用。

大多数情况下，单个病毒融合蛋白就足以介导膜融合反应，这比细胞的融合蛋白介导的融合反应要简单一些。

病毒上的配体与细胞受体结合后，病毒包膜和细胞膜达到密切接触。

随后，病毒融合蛋白催化并在一起的病毒包膜和细胞膜进行融合。

病毒介导的膜融合必须受到密切调节，防止病毒颗粒聚集并确保膜融合发生在正确的细胞功能区。

例如，有的病毒融合蛋白只有在与另一些整合膜蛋白相互作用后，才能具备融合能力；有的病毒融合蛋白需要在酸性环境下才能发生构象改变，从而暴露出融合区。

另外，对某些病毒融合蛋白而言，则是通过调节对其前体的剪切来调控其活性。

在这种情况下，病毒在到达合适的细胞部位之前，其融合能力将受到抑制；这是由于如果融合蛋白在此之前就被完全剪切的话，那么转运通路中存在的弱酸性条件将可能诱导产生异常的融合反应。

有时，还可以通过剪切产生亚稳态的病毒糖蛋白，在条件合适时即能进行融合活性所需的构象改变。

酸催化病毒与细胞膜的融合些有包膜的病毒通过受体介导的内吞作用来完成病毒包膜与细胞膜的融合，其中研究得最透彻的例子就是流感病毒。

病毒首先通过 HA 糖蛋白与含唾液酸的受体结合，随后病毒—受体复合体通过包涵素（ clathrin ）依赖的受体介导的胞吞通路而内化。

在晚期内吞泡（ pH 值约为 0.5 ）中， HA 在酸性条件的催化下发生构象重排并暴露出融合肽，随后病毒和内吞泡膜融合，并将病毒核蛋白(vRNP ）释放入胞质。

流感病毒颗粒表面的 HA 是一个由三个亚单位组成的同三聚体，每个亚单位都包括两个由双硫键连接在一起的多肽 HA1 和 HA2 。

这两种多肽是在 HA 的前体HA0 被转运到细胞膜上时，通过蛋白水解作用产生的。

HA 三聚体可分为杆状的基底部和球状的头部两部分，基底部由 3 个 HA2 肽链螺旋缠绕而成；头部较膨大，主要由 HA1 肽链组成。

流感病毒的受体结合部位呈浅口袋状，位于 HA 三聚体的头部。

融合肽位于 HA2 的氨基末端，埋藏在三聚体杆状结构的交界处，其序列为 N-Gly-Leu-Phe-Gly-Ala-Ile-Ala-Gly-Phe-Ile-Glu- Gly-Gly- 。

对流感病毒天然状态的 HA 的和酸性条件下的 HA 的晶体结构的比较研究表明，低 pH 值能诱导 HA 发生明显的构象改变。

在天然 HA 中， HA2 的第 76 ～ 126 位氨基酸形成一个较大的 a - 螺旋，第 56 ～ 75 位氨基酸形成半环状结构，而第 33-55 位氨基酸则形成另外一个较小的 a - 螺旋。

当 pH 值降至 5.0 ～6.0 时， HA2 的空间构型发生改变，第 40 ～ 105 位氨基酸形成一个大的 a - 螺旋，并向前推进约100 Å 。

这就使得原来藏在 HA 蛋白三维结构内部的融合肽暴露，并靠近细胞膜。

移位后的融合肽可插入细胞膜内，进而介导病毒包膜与内吞泡的融合。

HA0 水解为 HA1 和 HA2 两条多肽链是低 pH 值诱导 HA 蛋白构象发生改变，从而暴露出融合肽进行融合的先决条件。

HA0 虽然能识别宿主细胞表面的受体，但不能与宿主细胞膜发生融合，故而不具有感染性。

将流感病毒的 HA 与 HIV-1 和 Moloney 鼠白血病病毒等逆转录病毒的 Env 蛋白进行比较时可以发现，尽管这些病毒与细胞膜的融合机制存在着差异，但它们的结构却具有明显的相似性。

在这几种病毒中，融合肽都位于三个肽链缠绕而成的螺旋的末端。

根据这些病毒的研究结果，可以大致得出病毒包膜中具有融合功能的蛋白的一些普遍特征：（ 1 ）含有一个大的 a - 螺旋，（ 2 ）含有七个疏水性的氨基酸重复序列，（ 3 ）具有经过特征性缠绕而成的肽链螺旋，且该螺旋与氨基端的融合肽相邻接。