人鼻病毒的致病和免疫逃逸机制

牛传玉 李延香

(山东省章丘市黄河中学 250210)

人鼻病毒(human rhinovirus,HRV)是普通感冒的重要病原体之一，有将近一半的感冒是由这种病毒引起的。所引起的症状为：头痛、咽喉肿痛、流涕、鼻塞、打喷嚏和咳嗽等。据统计，平均每人每年发生呼吸道感染的概率大于30%，在儿童中发病率和死亡率更高[1]。HRV被分为三大类：HRV-A、HRV-B和HRV-C，其中HRV-B为该病毒的模式类型。根据病毒表面蛋白的不同，可分离出102种血清型，而且新型HRV还在不断增加并被发现[2]。

1 HRV的结构

HRV是二十面体对称的小圆形病毒。病毒粒子直径为20～30nm，没有囊膜，是最小的病毒之一(天花病毒和牛痘病毒的直径大约300nm)。病毒粒子是内含RNA和外包衣壳蛋白的核衣壳。病毒RNA为正链，具有mRNA的性质。其分子量2.5×106，为单股长约7000核苷酸，其5′末端含有多个AUG暗码，但只有一个可作为起始密码。其5′端连结有一个小分子蛋白质VPg，3′端带有poly(A)尾，在基因组RNA两端还各有一段保守的非编码区或非翻译区。病毒RNA进入胞浆后，可以直接翻译病毒蛋白，并进行RNA的复制。

HRV病毒的蛋白质外壳由4个多肽链组成，称之为毒粒蛋白，即VP1、VP2、VP3和VP4。这4种蛋白的各一分子组成一个病毒蛋白衣壳的亚单位。VP1、VP2、VP3在外，VP4位于内侧，紧靠RNA的核心位置。在病毒的4种外壳蛋白中，VP1最大，且有很高的氨基酸序列变异性，VP4变化最少。VP1是显性蛋白，在病毒功能中起很重要的作用，包括抗原性受体接触、病毒脱壳等。

2 HRV的侵染

HRV以VP1作为受体结合蛋白与细胞受体结合，两者一旦结合，即可诱发胞膜邻近区域的受体向结合部位靠拢，形成相对密集的“受体群”，最终造成细胞膜对病毒的包围。病毒与受体之间产生的结合力使病毒蛋白衣壳发生微细空间构型变化，蛋白衣壳疏松并裂解，其结果是失去VP4，形成对蛋白酶敏感的病毒粒子，将病毒RNA直接释入胞浆。

3 HRV的复制

进入胞浆的病毒RNA由于无衣壳的保护，直接面临胞浆内RNA酶的作用，大约有94%左右的RNA在胞浆内被灭活，幸存的RNA立即同核糖体结合，翻译出少量多聚蛋白[3]。病毒感染后首先要合成自身RNA复制所需要的因子。HRV可编码一个蛋白，以破坏细胞内正常的起始机制，接管宿主细胞的生物合成机器。病毒的复制非常迅速，感染10～15min后病毒编码的“多聚蛋白”开始合成[3]。多聚蛋白由病毒编码的3种蛋白酶负责切割，首先被切割成P1、P2、P3前体蛋白。P1再切割形成VP4、VP3、VP2和VP1；P2的终产物为参与多聚蛋白早期切割和宿主蛋白合成关闭的蛋白酶以及与病毒RNA合成有关的宿主范围决定因子；P3的终产物是VPg、蛋白酶(负责多聚蛋白的大部分切割)和病毒特异的RNA聚合酶。

RNA复制时，首先是以病毒RNA为模板复制出互补的-RNA，形成双链RNA，即复制型RNA(RF RNA)，再以RF RNA上的-RNA为模板复制出病毒的子代+RNA。在病毒感染早期，新合成的+RNA有一部分作为mRNA，指导合成病毒复制所需蛋白；另一部分用作模板拷贝出-RNA，从而产生新的复制循环。

HRV的装配由以下几个步骤组成。首先，衣壳前体蛋白P1经切割形成紧密聚集在一起的原体(VP0、1、3)，当原体的浓度达到一定程度时，会组装成五聚体；然后，五聚体再包裹正链VPg-RNA形成前病毒，前病毒的VP0 经切割形成 VP4+VP2，成为有侵染力的病毒颗粒。在感染细胞中，成熟的病毒形成晶体状，通过宿主细胞的裂解最终被释放出来。

4 HRV的致病机制

HRV主要感染上呼吸道，由于其增殖所需温度33℃～35℃，低于体内温度，因此仅限于在上呼吸道增殖，基本不会引起肺炎。HRV感染的典型症状有：发热、肌痛、头痛、疲倦等，主要是由上呼吸道非特异性免疫系统对病毒攻击的强烈反应所致。例如，体内活化的巨噬细胞能产生白介素1(IL-1)，导致体温升高；非特异性免疫反应释放的各种细胞因子(如干扰素)和一些炎症介质(如组胺)会将上呼吸道组织中丰富的毛细血管作为靶器官，引起毛细血管的管壁间隙增大，其中的液体即可逸出，形成 “鼻涕”。如果部分液体留存组织中，则会导致组织肿胀，进而阻塞呼吸道。这种阻塞会增加中耳和鼻窦感染的可能。

对于普通人来说，HRV感染可能不会引起太严重的问题，诸如鼻塞、流涕一类的症状通常持续1周。但对于本身有哮喘或慢性阻塞性肺疾病(COPD)的患者，HRV的感染往往导致其固有的呼吸道疾病急性发作，甚至可能危及生命。

5 HRV的传播

尽管HRV的感染引起的症状比较轻微，但炎症反应引起的喷嚏反射可以将病毒传播至新宿主，也可以将感染扩散至咽鼓管和鼻窦中，引起中耳感染或鼻窦炎。HRV在人群拥挤及空气不流通的地方较易发生相互传播，以儿童的感染率较高，尤其以3岁以下的婴幼儿多见，感染率随年龄的增长而下降，而后在高龄人群中又会上升。

6 宿主的防卫机制

当HRV进入宿主时，首先会面临呼吸道内地毯式的黏膜环境。黏膜表面有纤毛上皮细胞，其纤毛能有节律地朝一个方向摆动，以类似“自动扶梯”的方式运送分泌黏液或附着在表面的异物。上行的“扶梯”由下呼吸道向上移行到咽部，而下行的“扶梯”则从鼻腔向下移行，结果是将呼吸道中的黏液或外来异物从咽部咳出，或被吞入食道而最终被胃酸所杀灭。实验表明，HRV的蛋白外壳在低pH条件下可崩解，这一特点防止HRV引起肠道感染。

2008年，加拿大的Proud等用微阵列技术检测了感染者的呼吸道上皮细胞，发现HRV感染可以改变细胞内一些与免疫反应相关的基因的表达，包括趋化因子和抗病毒蛋白的产生等。研究表明，感染HRV可使细胞内的viperin(蝰蛇毒素)基因的表达上调，在感染后48h表达量最大。该基因的表达与部分感冒症状如鼻涕、喷嚏和寒冷显著相关(P<0.05),其表达上调还能抑制HRV的复制[4]。

7 HRV的逃逸机制

对HRV来说,免疫系统发挥作用几乎全靠非特异性免疫系统，如补体、吞噬细胞、天然杀伤细胞等。HRV不能充分激活特异性免疫，不能形成足够数量的中和抗体，不能防御下一轮HRV的感染，甚至同种病毒的再感染。

干扰素能够抑制病毒的繁殖。但HRV感染的细胞一方面产生的干扰素少；另一方面HRV可以干扰感染细胞将干扰素移出细胞，从而减轻干扰素对HRV的影响[5]。

HRV的RNA聚合酶是具有出错倾向的酶，病毒的遗传密码就会以“漂移”的形式在复制过程中发生突变。这种“抗原漂移”的结果是，导致那些原来已经具有针对原始毒株抗体的个体变成为拥有过时抗体的个体，从而在突变株入侵时再遭受感染。实验表明，由于“抗原漂移”，目前在人群中有超过100个HRV毒株循环存在[5]。

8 HRV的研究进展及治疗药物

HRV的A和B两类病毒容易在实验室培养并进行研究，因此，其三维结构早已为科学界所熟知，而C类病毒一直无法培养并被完全忽视。直到2006年，利用“基因芯片”和先进的基因测序技术，才发现寄生在人类呼吸道细胞中、伴随着A、B病毒株的C类病毒。2014年，美国生物化学教授Ann Palmenberg团队提供了一个HRV-C病毒衣壳的详细模型，新的结构解释了为何现在所有的抗病毒药物对HRV-C都不起作用[6]。因为抗病毒药物是通过吸附在病毒表面，修饰其表面结构来发挥作用的。一种药物要有效，就必须像正确的拼图那样，能够适合并嵌合进病毒。

HRV已确定的102种血清型，大多数使用同一细胞受体——ICAM-1，即细胞间粘附分子-1，又叫做CD54。已获得病毒与其受体复合物的三维结构，可用多种方法设计用于防止或减轻普通感冒发生的抑制剂，例如病毒受体拮抗剂，包括ICAM-1单克隆抗体、由ICAM-1结构域和免疫球蛋的的恒定区相连结组成的免疫粘附剂，用于结合游离的HRV毒粒。已经发现一些化学制剂可结合HRV，并干扰其与受体结合或病毒脱壳。这些方法都正在进行临床前期或临床实验。

病毒具有严格的细胞内寄生性，病毒复制机制与细胞繁殖过程密切相关。凡能抑制病毒复制的药物，对细胞、机体都有一定的毒性，因此抗病毒药物的研制进展非常缓慢。