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野生动物狂犬病对人类的威胁有多大?(狂犬病毒的生物学1) 精选

已有 4198 次阅读 2019-5-13 15:03 |个人分类:狂犬病防治|系统分类:科普集锦| 狂犬275786

野生动物狂犬病对人类的威胁有多大?

狂犬病毒的传播和进化:征服新的前沿阵地》

二、狂犬病毒的生物学

1,分子病毒学和生命周期

狂犬病毒(RABV是弹状病毒科的负链RNA病毒。 RABV病毒粒子被宿主细胞衍生的膜包裹,并呈现约200nm×80nm的子弹形状。子弹形状可能受到出芽约束和病毒摄取的影响。该病毒相对较小的RNA基因组(~12kb)编码五种蛋白质:核蛋白(N)、磷蛋白(P)、基质蛋白(M)、糖蛋白(G)和聚合酶(L; 该基因是最大的一个)(图1a)。RABV蛋白的基本功能都是非常保守的(参见本节末的专题:丽沙病毒基因组编码的5种蛋白的基本功能)。

RABV的生命周期及相应的发病机制已得到充分研究和评论。简而言之,具有适度基因组和单个表面糖蛋白的RABV可以渗入几乎任何哺乳动物中惊人数量的大多数神经元组织以引发其致死性病理过程。这可能导致人们认为RABV进入细胞时所依赖的受体是特别保守的。然而,争论主要围绕RABV受体的结合(图1b)。体外研究和体内敲除实验已经归结于三个主要候选物烟碱乙酰胆碱受体(nAChR;神经细胞粘附分子(NCAM;也称为CD56; 低亲和力神经营养因子受体p75NTR(也称为TNFRSF16)。总体而言,较一致的意见是认为糖蛋白可以在生命周期的不同阶段或不同宿主中根据需要灵活地结合所有这三种受体,并且还可能结合其他受体。最近关于病毒内化(internalization的研究证实,RABV的摄取(uptake)是借助于由传统的网格蛋白介导的内吞作用(endocytosis(图1b)。

感染通常在被已感染的动物咬伤后在肌肉组织中开始。然后病毒穿过神经肌肉接头进入外周神经并利用逆行轴突运输到达中枢神经系统(CNS。最初认为RABV不会在肌肉中复制,但现在的证据表明复制在某些情况下也发生在肌肉内。目前尚不清楚为什么暴露后不能立即检测到RABV,特别是如果它在肌肉组织中复制;强烈的免疫逃逸可能是起因(见下文)。有证据表明,该病毒可通过多种途径到达CNS(例如通过运动或感觉神经元),具体取决于接种部位和感染后的时间。

尽管RABV在初期的扩散完全是逆行的,但在感染的最后阶段,RABV逆转其运输方向并以顺行方式从CNS迁移到外周。离心扩散,尤其是病毒到达可以通过咬伤轻易传播的唾液腺,对于重新开始循环至关重要。在其生命周期的大部分时间里,RABV感染是无症状的,并且神经元功能障碍的临床症状仅出现在疾病的晚期。然后狂犬病会迅速恶化宿主的健康状况并且通常是在数天内导致呼吸或心力衰竭而死亡。人类已经报道了一些不寻常的生存实例,但干预措施尚未证实可重复。

神经症状可以以不同方式表现出来。通常受感染的动物(包括人类)表现出狂躁型的狂犬病,其特征是冲动和攻击性。在其他情况下,该疾病表现为麻痹(麻痹型狂犬病);有时,这两种形式在疾病过程中交替发生。免疫反应的变化可能在疾病的表现中发挥作用。最近使用来自犬类RABV分离株的研究显示出狂躁和麻痹型疾病,这提供了病例证据,证明这些表型可能也是由毒株决定的。狂犬病的独特标志是恐水症,其中患者对喝水甚至对遭遇到水或其他液体都表现出极强的抗拒。对人类狂犬病的神经病理发生、诊断和治疗在以前都曾有过综述。

   越来越清楚的是,狂犬病感染的进程部分地由不同毒株之间、甚至还可能是由丽沙病毒属内不同病毒之间的病毒因素决定。最近在小鼠中比较蝙蝠衍生和食肉动物衍生的变种的工作发现,蝙蝠变种的神经侵袭性和致死性都有增加,这种模式可能最终影响狂犬病的临床结局和诊断。然而,使用小鼠模型来测试来自不同储存宿主的RABV的致病性和神经侵袭性讲述的只是一个不完整的故事。蝙蝠的实验感染表明,在暴露于RABV后,它们会形成强烈但有时又检测不到的免疫记忆。这些实验突显了在更相似于其天然储存宿主的宿主中检测变种表型的效用,以及在蝙蝠和陆生哺乳动物之间的免疫力的可疑差异(图2)。暴露期间施用的RABV剂量也很重要。较高的剂量导致较短的潜伏期(暴露和感染期之间的时间),并因此导致宿主状态更快速地恶化。较低的剂量似乎延长了潜伏期并且可能增加流产感染的机会,结果病毒进入宿主但不能充分复制到足以侵入CNS。值得注意的是,蝙蝠的接种滴度可能低于大型动物所需的接种滴度。

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 1  狂犬病毒的生命周期和细胞进入

a  狂犬病毒(RABV)的细胞生命周期。

RABV生命周期的第一阶段,病毒通过其糖蛋白(G与细胞表面受体结合,并通过胞吞作用(endocytosis)进入细胞(步骤1)。随后,病毒膜与内质膜(endosomal membrane)融合以释放病毒基因组(脱衣,uncoating,步骤2)。在第二阶段,衣壳化的负链RNA基因组由聚合酶复合物转录,从短的未加帽的前导RNAleRNA)开始,然后转录5'端帽(cap)和多腺苷酸化(A)的mRNA,然后翻译成病毒蛋白:核蛋白(N)、磷蛋白(P)、基质蛋白(M)、糖蛋白(G)和聚合酶(L)(步骤34)。在RNA复制后,将与基因组反义的全长RNA与基因组RNA一起包裹在核蛋白中。合成的与基因组反义的全长RNA用作合成基因组RNA的额外拷贝的模板(步骤5)。在最后阶段,病毒组分进行组装,并且RABV病毒粒子出芽并释放,开始新一轮感染(步骤6)。

 b   RABV在神经元中的进入和运输。

烟碱乙酰胆碱受体(nAchR)位于突触后肌膜。有人提出,nAchR在神经肌肉接头(NMJ,突触间隙)富集RABV,能够更有效地感染连接的运动神经元。有研究表明,最初的病毒扩增发生在肌肉中(用问号表示),这表明nAchRs可能被用于感染肌肉细胞。 RABV可通过与神经细胞粘附分子(NCAM)或另一种未知受体结合而进入神经元。在借助网格蛋白介导的内吞作用被摄取后, RABV病毒粒子在囊泡内转运并在感染的神经元的细胞体内进行复制和转录,然后释放(未显示)。

 

专题:丽沙病毒基因组编码的5种蛋白质的基本功能

核蛋白(N)包裹基因组和反义基因组RNA。由此产生的核糖核蛋白(RNP复合物保护RNA不被RNA酶降解。

磷蛋白(P)至少具有两种功能:它是聚合酶复合物的非催化亚单位,提供RNP与病毒聚合酶蛋白之间的连接,并对抗受感染宿主的先天免疫。

基质蛋白(M)覆盖在病毒包膜的内部,连接糖蛋白和RNP的羧基末端区域。重要的是,它将糖蛋白隔离在细胞膜的浓缩区域以帮助病毒出芽,尽管发现具有异源细胞质序列的外源糖蛋白能很好地整合到出芽病毒粒子中,这个发现对糖蛋白在细胞质区域的作用提出了挑战。

糖蛋白(G)是一种跨膜蛋白,以三聚体的构型构成狂犬病毒(RABV)病毒体粒子外表面上的唯一蛋白质。糖蛋白与宿主细胞受体相互作用,介导pH触发的病毒与宿主膜之间的融合,从而导致RNP释放到宿主细胞质中。糖蛋白也是病毒中和抗体的主要靶点,这是预防狂犬病所必需的。弹状病毒糖蛋白的一个独特特征是,一旦中性pH值恢复,它就可以恢复到其融合前的构象,而不像其他病毒蛋白所显示的永久融合的构象。近年来,与狂犬病毒密切相关的水泡性口炎病毒(VSV的融合机制已被阐明;然而,缺乏结构信息限制了我们对RABV糖蛋白的充分理解。

RABV编码自己的RNA依赖性RNA聚合酶(L)因为哺乳动物细胞没有能力转录负链RNA。此外,与正链RNA病毒相比,RABV基因组和反义基因组都不是病毒聚合酶的功能模板,除非被核蛋白包裹。因此,该病毒需要自身的聚合酶来执行来自反基因组RNPmRNA的初级转录,并在被感染的细胞内启动病毒的生命周期。在达到转录阈值并产生一定量的病毒蛋白后,聚合酶转换到复制模式,在复制模式中,它忽略用于产生单个mRNAs的停止和启动信号,并产生单个被包被的正链RNA。这种反基因组RNA作为更多基因组病毒RNA拷贝的模板。新产生的RNP复合物与基质蛋白糖蛋白在细胞膜上组装成新的病毒。 

 参考文献:

Christine R. Fisher,et al.:The spread and evolution of rabies virus: conquering new frontiers(狂犬病毒的传播和进化:征服新的前沿阵地)  

NATURE REVIEWS  | MICROBIOLOGY  Published online 26 Feb 2018,doi:10.1038/nrmicro.2018.11


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2 李东风 黄永义

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