埃博拉病毒

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埃博拉病毒

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2013年12月始,埃博拉病毒病在几内亚、利比里亚、塞拉利昂和尼日利亚4国暴发。其病原体—埃博拉病毒(Ebolavirus)于1976年被首次分离,为单股负链、不分节段、有囊膜的RNA病毒,属丝状病毒科,分5种,包括扎伊尔型、苏丹型、本迪布焦型、塔伊森林型和莱斯顿型。其基因顺序为3′端-NP-VP35-VP40-GP-VP30-VP24-L-5′端。埃博拉病毒属于A类病原,致病能力极强,操作活病毒需在生物安全4级实验室进行。其主要靶细胞是血管内皮细胞、肝细胞、巨噬细胞和树突状细胞等,通过抑制天然和获得性免疫应答反应,增加血管通透性,引起肝脏等多脏器损伤,引发发热、出血、多器官功能衰竭和休克等症状。[1]

程颖,刘军,李昱,等. 埃博拉病毒病:病原学、致病机制、治疗与疫苗研究进展.科学通报,2014,10:第59卷第30期 2889-2899

埃博拉病毒直径80nm,长度为970~1200nm,进入细胞后病毒的长度可达14000nm。埃博拉病毒的反义基因长达19kb,基因组呈线状,无分段,包含有7个基因与两个调节区段。两个调节区段位于3’头端与5’尾端。3’头端有双向复制的启动子,也是第一个基因的转录起始位点。5’尾端编码复制启动子的互补序列。7个基因分别对应编码埃博拉病毒的7种病毒蛋白,分别为:核蛋白(nucleoprotein,NP)、糖蛋白(glycoprotein,GP)、L聚合酶蛋白(L-polymeraseprotein,L)、病毒蛋白24(viralprotein24,VP24)、病毒蛋白30(viralprotein30,VP30)、病毒蛋白35(viralprotein35,VP35)与病毒蛋白40(viralprotein40,VP40)。7种蛋白的分子生物学特征综述如下:

病毒蛋白24(VP24) VP24是丝状病毒的常见蛋白。以往的研究表明,该蛋白的功能是抑制宿主机体产生α、β与γ干扰素,阻碍干扰素基因的翻译过程。VP24能够通过结合真核细胞核孔的核转运蛋白以及抑制KappaB(NF-KB)通路来阻止编码干扰素基因的转录、信号转导与磷酸化过程。VP24也是病毒组装衣壳的重要蛋白,它增强了不同结构蛋白之间的协同催化作用。通过观察C、N末端缺失的VP24,发现N末端编码的VP24具有调控衣壳蛋白形成的作用,说明VP24在病毒衣壳合成过程中起的作用应该为催化作用或者为调控VP35与NP。另有研究表明,VP24与VP40的共同表达能够形成大量的类病毒粒子(VLPs),远比VP40单独表达时多得多,推测可能是VP24的小干扰RNA(siRNA)降低了病毒的释放量,使大量的病毒蛋白保留在被感染的细胞内。此外还有研究表明,VP24结合在VP35的病毒衣壳外表面,起到了调节NP层、增强衣壳机械强度稳定性的作用,增强了NP、VP35、VP24的协同关系。

病毒蛋白35(VP35) VP35的主要作用是影响宿主的免疫系统,使病毒免于被宿主的免疫机制清除。VP35是1型干扰素的拮抗物,通过与双链RNA结合抑制干扰素调节因子3,同时抑制1型干扰素RIG-1的信号传导从而降低α型与β型干扰素的生成。VP35还能通过多种途径影响宿主整体的免疫系统。VP35通过增加活跃的STAT1(转录活化蛋白1)调节干扰素调节因子7的活性,抑制干扰素生成toll样受体与RIG-1的活性。已有证据表明,VP35还可以解除RNA沉默,可以使先天免疫信号传导与宿主的抗病毒反应失效。此外,VP35也有协助病毒复制的功能。VP35的C末端可以结合双链RNA,而N末端可以结合NP。当VP35的N末端与NP解离时,NP会活化,随后与病毒RNA结合,高度激活基因组的转录活性,随后的NP解离,并出现寡聚现象,形成寡聚NP。但NP单体并没有寡聚的倾向,仅在上述的生化反应中才会出现寡聚。此外,其他病毒中VP35与NP的作用反而会降低NP的寡聚化。对这一现象的研究可能是研发治疗埃博拉出血热的突破口。

病毒蛋白30(VP30) VP30是埃博拉病毒的一种次要核蛋白质,主要作用是起始病毒基因组的转录,并调节细胞的动态磷酸化过程。最新的报道发现,VP30还具有解除RNA干扰的功能,但是具体机制尚不明确。当存在siRNA时,VP30会影响主要参与RNA干扰的蛋白的帽子结构,这时即使是VP35的N末端RNA结合域已经结合,但VP30的干涉仍会启动。这表明VP30蛋白的RNA结合功能非常广泛,而且不止限定于宿主或者病毒自身的RNA,似乎存在一定的碱基结构选择性,但是这一功能是否为病毒RNA转录所必须的,目前尚不可知。

病毒蛋白40(VP40) VP40是病毒组装的基石,其主要作用是形成六聚物——这一结构被认为是埃博拉病毒衣壳的基础结构,功能为埃博拉基因组复制与RNA的结合。以往的研究多针对于该蛋白作用调节生成VLPs,而最近的研究表明,VP40还可以产生外泌体结构,杀死免疫细胞。外泌体的出现一般是在病毒感染细胞之后,VP40导致的外泌体接触到未成熟的T细胞和单核白血球细胞后,会引起这两者的凋亡及活性下降。关于VP40在致病机制中的作用,有可能是开发新治疗手段的切入点。已有研究用酪氨酸磷酸激酶对其进行酪氨酸残基加聚磷酸基团,降低VP40的活性。还有使用氧四环素作为其他治疗手段,它可以导致VP40相关的分泌小体减少,并显著降低接受了分泌小体的受体细胞的生存能力,这一成果对治疗埃博拉出血热有着很大的研发空间。

糖蛋白(GP) GP是埃博拉病毒蛋白中最主要的毒性蛋白。GP并非指单独的GP糖蛋白,而是由编码GP基因经过转录编辑形成的三种产物的总称:其包括全长的GP蛋白(包含GP1受体结合域,GP2病毒融合域两个亚基);可溶性GP(sGP,缺少横跨膜域)与小可溶GP(ssGP)。sGP上存在福林酶位点,经过福林酶处理后的sGP可以产生一个碎片片段称为△-肽[14]。GP与病毒感染细胞的途径密切相关。通过GP介导的胞饮作用,GP会将病毒与宿主细胞的前溶酶体结构相融合,促使病毒进入细胞。在毒性方面,GP通过黏蛋白类似域影响细胞的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路,降低了ERK2的磷酸化作用与催化活性,降低宿主细胞的粘附性,使细胞剥离且不能维持正常的球形,继而使细胞死亡。此外,sGP的碎片产物△-肽有可能还扮演着埃博拉病毒致病机理中病毒孔蛋白的作用,其可以在哺乳动物的原生质膜上形成孔道,增加离子通透性,破坏细胞的内环境平衡。GP作为位于病毒衣壳表面的蛋白,与埃博拉病毒的侵染选择性也有很深的渊源。在2014-2016年的西非埃博拉出血热爆发中,检测到的埃博拉病毒的GP蛋白在A82V中的高频变异。这一变异增加了GP的膜融合活性,并且使得大量其他型的细胞变得可以被侵染:包括黑猩猩的纤维母细胞(S008842)、恒河猴上皮细胞(FRhK4)、非洲绿猴上皮细胞(Vero)以及人树突细胞。这一信息表明新种埃博拉病毒已经开始高度适应人类作为宿主。

核蛋白(NP) NP是埃博拉病毒的复制循环中的重要蛋白———核糖核蛋白复合物的亚基,其主要功能是保护病毒RNA免于被降解,保证病毒基因组在装配过程中正确进入到病毒粒子的衣壳中。目前NP的新功能并没有发现。

聚合酶蛋白(L) L是依赖RNA的RNA聚合酶,是病毒多聚酶复合物的元件之一。主要功能是病毒的转录与复制过程中对病毒RNA进行反转录与翻译,但是L作为一种病毒的RNA聚合酶,其功能与真核细胞的RNA聚合酶差异很大。以GP基因为例子,L将其翻译的结果是sGP而不是GP。L的翻译也是实现调节GP、sGP、ssGP不同水平的原因。在连续培养的组织细胞中,L被发现能够在GP基因中连续的7个U中再添加一个U,从而调节GP与sGP的表达比率为80∶20。在豚鼠的实验中,该基因回复突变再次使这个基因又变回了7个U,导致GP∶sGP=20∶80。这一特点有可能是病毒进行免疫回避的一种独特手段。作为对比,在人的肝癌细胞系(Hun7)中的病毒复制则是一个该基因为9U的变异体,其保持了高水平的sGP表达,同时增强的还有ssGP的表达。通过豚鼠与人肝癌细胞的两个实验中不难发现L除了翻译的功能之外,还存在有调节GP与GP相关蛋白比例的功能。这一现象据推测可能与病毒为了适应不同的宿主而进行的调节有关,从而实现在宿主体内的快速复制。[2]

孙英尧,董浩. 埃博拉病毒分子生物学研究进展.Chinese Journal of Veterinary Drug,2019,4:第53卷第4期

埃博拉病毒的致病机制及EVD的临床表现

埃博拉病毒一般通过黏膜表面、擦伤的皮肤或污染的针头进入人体。病毒通过宿主细胞表面C-型凝集素(C-typelectin)DC-SIGN或其他受体,首先在局部的巨噬细胞、树突细胞(dendriticcell,DC)等抗原呈递细胞( antigen-presentingcell,APC ) 中复制,导致APC失去原有功能,而不能表达共刺激分子或激活T细胞。VP24与VP35可阻断Ⅰ型干扰素的抗病毒作用。已知这两种蛋白是通过阻断宿主细胞核积聚STAT1与损坏IRF-3、IRF-7而发挥作用。VP35还可阻止干扰素产生所需的依赖双链RNA的蛋白激酶活化。由于DC失能,临床上出现大量淋巴细胞凋亡。埃博拉病毒感染单核细胞与巨噬细胞后,大量促炎症因子释放,包括白细胞介素1β(nterleukin1β ,IL-1β )、IL-2、IL-6、IL-10、肿瘤坏死因子α(t umornecrosisfactorα,TNF-α)、单核细胞趋化蛋白1( monocytechemoat-tractantprotein1,MCP-1) 等。细胞因子的大量释放又可吸引更多APC至感染部位并增加病毒复制,最后出现晚期病变,包括内皮细胞通透性增加、血管漏出增加,使感染病毒的APC播散至全身多个器官,包括次级淋巴器官、肝、肺等。

在感染埃博拉病毒后的恢复者中发现,病程早期仅有短暂和中度的IL-1β、IL-6、TNF-α、巨噬细胞炎性蛋白( macrophageinflammatoryprotein,MIP) - 1α 和MIP-1β 升高,表明在疾病早期,需短暂、可控的炎症反应帮助抑制病毒复制,并激发特异性免疫。研究者还发现,不同种埃博拉病毒的致病作用也有所不同。比较SUDV感染死亡者与存活者的细胞因子发现,两组TNF-α 、 γ 干扰素(inter-feronα,INF- γ)与IL-2并无显著差异,而有意义的是高水平血清IFN-α与存活相关。由BDBV引起的流行中,死亡病例的促炎症反应细胞因子如IL-1β、IL-1α 、IL-6等水平低下,但IL-10升高,提示BDBV感染者出现了免疫抑制,病毒大量复制和播散是致病机制。因此,可以认为在埃博拉病毒感染中,细胞因子与趋化因子的致病作用具有种的特异性。

EVD患者的潜伏期为2~21d,发病早期类似流行性感冒( 简称流感 ) 症状,只是发热,以后迅速进展为严重呕吐、腹泻、呼吸困难、低血压、出血及昏迷,最终导致死亡。这些临床表现均与上述病毒的感染、复制及致病机制相关。

埃博拉病毒的动物宿主、传播及流行情况

自1976 年暴发EVD后,至1979 年仅有少数病例;1994 年又开始出现EVD暴发流行,直至1999 年;以后在2004~2007 年出现了EVD暴发流行,其中2007年在刚果民主共和国出现大流行,264 例患者中187 例死亡,病死率达71% 。

流行病学研究发现,2014年第1例EVD患者曾购买并食用过新鲜杀死的果蝠( f ruitbat)。自2014 年3月开始在几内亚暴发的EVD大流行中,患者病死率很高。对病毒的L基因序列分析提示,本次暴发的病毒为ZEBOV。迄今未发现使人致病的RESTV,但其不仅在灵长类动物中分离到,在菲律宾的猪中也存在。对暴露于RESTV的人群检查抗体,发现有1%为阳性,表明存在无症状携带者。

关于埃博拉病毒的动物宿主及传播途径的研究十分庞大、复杂,研究包括了大量猴、啮齿类动物、鸟、昆虫及家畜等。埃博拉病毒通过接触感染动物的血液、分泌物、组织或其他体液进入人体。感染者在接触或处理感染的非洲黑猩猩、大猩猩( g orilla)、果蝠、猴、羚羊(antelope)、箭猪(porcupine)等动物后发病。

目前已知非灵长类动物可携带埃博拉病毒并可发病。动物间通过唾液、粪便与分娩的血液传播。然而在实验室中,猴在并无直接接触的情况下也出现了感染,如1989~1990 年及1996 年在美国进行的猴感染传播实验中,即使将猴之间隔开3m也出现了感染。在恒河猴及豚鼠实验中,证实气溶胶可引起感染。埃博拉病毒可感染肺组织,表明在一定情况下即使无直接接触也有发生病毒传播的可能性。

黑猩猩或猴类接种病毒后,一般在5~7d后100%死亡。野外自然感染,约有17% 的动物生存。虽然豚鼠、蚊、蜱等曾被认为是埃博拉病毒的可能天然宿主,但大多数研究认为蝙蝠是其天然宿主。

关于蝙蝠作为天然宿主的研究,包括流行病学、血清学和病毒学。在对SUDV的流行病学调查中,前6例感染者均在一所棉花厂工作,而工作室中有蝙蝠活动。1994 年,在黑猩猩发生TAFV流行时,未感染的黑猩猩在被喂食有果蝠的树枝后2周发病。1980 和1987 年EVD流行期间,肯尼亚的患者均有去过一个有蝙蝠的洞穴后而发病的病史。1998~2000 年,德班( Durba)发生的EVD暴发与栖息有病毒感染蝙蝠的金矿有关。2007 和2008 年发生的EVD,患者均与矿中有感染的蝙蝠相关。现已在3种蝙蝠中发现埃博拉病毒,聚合酶链反应( p oly-merasechainreaction,PCR) 检测阳性率为2.8%~19%,抗体IgG检测阳性率为6.8%~23%。也有人认为RESTV的中间宿主可能是猪。

EVD的病原学诊断

目前EVD的病原学诊断分为病毒学诊断与免疫学诊断。虽然通过病毒分离与接种实验动物可确诊,且可了解病毒的种与致病性,但鉴于该病毒操作必须在生物安全四级(biosafetylevel4,BSL-4)实验室中进行,因此均采用核酸诊断方法。核酸诊断前,标本应先经过灭活。2001年,有报道以GP为靶序列设计荧光反转录PCR(reversetranscrip-tion-PCR,RT-PCR),用于检测埃博拉病毒,可区别ZEBOV与SUDV,并在1h内出结果,可用于现场检测。近年来,有报道用一种复合的PCR诊断试剂可对多种有生物威胁性的病原体进行检测,其中包括埃博拉病毒,适用于发展中国家。我国学者也研发了用实时PCR检测马尔堡病毒与埃博拉病毒的方法,选用的靶位是病毒的NP,可测出103拷贝的病毒。

应用免疫学方法也可检测埃博拉病毒抗原及抗体。抗原检测适用于检测急性期患者,但必须注意采样时有受到感染的危险;也可用于检测脏器内的病毒抗原。检测抗体则用酶联免疫吸附试验(enzyme-linkedimmunsorbentassay,ELISA),其抗原包括NP、VP30、VP40、GP1-694(去除跨膜部分)。缺点是有些患者直至死亡前抗体也没有出现。[3]

瞿涤,袁正宏,闻玉梅. 埃博拉病毒及其致病机制.Journal of Microbes and Infections,December 25 ,2014,9(4):197-201

WHO将EBOV列为生物安全四级病原,被视为潜在的生物战剂。近年来一些自然感染埃博拉出血热的病例数增加,有大规模传播的风险。埃博拉出血热需要通过实验室手段确诊,常用的方法有病毒分离、电镜观察、常规PCR、免疫荧光和ELISA等。这些方法或是操作复杂,费时、费力,或是敏感度不够,不能在早期得出结论,亟待需要一种快速、准确的检测方法。Real-time PCR是在PCR的基础上发展起来的一种新的核酸检测技术,无需PCR后处理,定量范围极宽,比普通PCR更迅速、简便、灵敏,可为临床检测提供可靠的依据。Real-time PCR特异性强,克服了单纯PCR高效扩增产生的假阳性,有较高的准确性。本研究采用TaqMan探针建立EBOV检测与分型Real-time PCR方法,以期用于埃博拉出血热的快速诊断和致病机理研究。

Real-time PCR和常规PCR方法同时检测10倍 系列稀释的pblue -SG和pblue-ZG 质粒。结果显示,Real-time PCR检测ZEBOV和SEBOV 的敏感性均达到10个拷贝;普通PCR法检测pblue -SG的敏感性为108个拷贝,检测pblue-ZG的敏感性为107个拷贝。Real-time PCR检测的敏感度较普通PCR提 高106~107倍。

在1995年刚果、1996年加蓬、2000年乌干达致死性埃博拉暴发中,PCR相关检测方法发挥了重要作用。Real-time PCR广泛应用于感染性疾病的快速诊断,只要病原的核酸序列清楚,就可以被检出,对埃博拉出血热的流行病学研究与诊断十分有利。该方法制备抗原不需要传染性EBOV,可在未建立生物安全四级实验室的国家使用。标准品的构建是研究与建立EBOV Real-time PCR检测方法的重要基础。研究表明,G蛋白是EBOV刺激宿主产生中和性抗体和细胞毒性的主要蛋白,因此本实验室选择G蛋白作为靶基因构建了致死性EBOV Real-time PCR的重组质粒标准品和反应体系,选用6个稀释度的样品进行扩增。结果发现,系列稀释的标准品定量曲线斜率相同,且间距相等。106拷贝/μl的两个标准品大概在20个循环时进入指数扩增期,此后的标准品依次延迟3个循环,起始浓度与Ct值之间具有很好的线性关系,表明体系稳定,扩增效率高。标准曲线相关系数均大于0.99,说明标准品稀释准确。特异性检测中只有ZEBOV或SEBOV质粒标准品出现阳性信号,表明该方法特异性好。Real-time PCR检测耗时1h~2h,且比传统PCR法有更高的灵敏度,可达到101个拷贝。表明本研究采用TaqMan探针建立的Real-time PCR灵敏度高、特异性强,方法快捷。为将该方法应用于临床埃博拉出血热病的快速诊断和监测奠定了基础。[4]

盖微微,郑学星,薛向红,等. 埃博拉病毒检测与分型Real-time PCR方法的建立.Journal of Pathogen Biology,March 2013: Vol,No3

通过查阅文献,对于埃博拉病毒,我从丝毫不了解到现在的对其有了一个整体的认识,我也因此受益匪浅。通过了解他人的研究进展和结果,可以对我们要研究的方向有一个大体的规划,也为我们扫清了一些前人已经解决的障碍。

同时对于埃博拉病毒我也有一些自己的看法。首先,如果能研制出来疫苗是最好的结果,就可能从根本上解决埃博拉病毒的问题,所以我们研究的重点还是要放到疫苗的研究上。还有就是在疫苗还未研究出来我们应该怎样去预防它。

了解该疾病传播。埃博拉的HF可以以多种方式来传播,虽然主要通过与病人被感染的患者的分泌物直接接触,特别是在血液和。用对象,如服装,床上用品,和针头接触也被链接到该疾病的传播

由于埃博拉HF的症状是非特异性的,需要一段时间才能变得严重,在疾病的朋友,家人,以及整个医院的传播是非常普遍的。在卫生医疗机构,未经消毒的针头的重复使用和缺乏适当的医院的服装已到了疾病的靠近源的传播做出了贡献。

避免在感染的报道,并怀疑的地方。现在,这种疾病只被证实在中部和西部非洲,在美国和欧洲,并波及主要围绕在那里的病人正在接受治疗的医疗机构。对于最先进的最新旅行警告和潜在的疫情信息,请访问疾病控制中心的网站,

在一般情况下,你应该避免这种疾病有报道和可疑地区。如果你已经在那里了,尽量避免医疗机构,除非你自己怀疑自己可能被感染。避免直接接触受感染,或者任何你怀疑受感染,显示疾病的症状。

避免与感染者直接接触。由于本病是通过与受感染的病人直接接触传播为主,避免感染最好的办法就是避开已经生病的。血液和其他身体分泌物从感染的患者都与疾病的传播相联系。

学会识别埃博拉HF的症状。了解确认感染的症状,保护好你会。虽然感染的症状是略显一般,你可以用你的判断来决定是否你 靠近感染,你可能会注意到的象征疾病的存在的症状。症状出现的任何地方48小时内接触到三个星期曝光后,尽管大多数症状应该出现在一个星期左右。

经常洗手。经常和彻底地洗手用抗菌肥皂是绝对必要的,保持个人的卫生是避免任何疾病的手段。

同时政府也应该做好传染源和传染途径的控制问题,确保疾病在可控制的范围之内。也相信在政府和广大科研人员的努力下我们终有一天会彻底战胜它。



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