病毒的复制及各类病毒的增殖过程概述

陈伶莉 胡雪峰

(福建师范大学生命科学学院 福州 350108)

1 病毒的种类

病毒可分为亚病毒与真病毒两类：前者不具有完整的病毒结构，仅由某种核酸或蛋白质构成；后者通常由核酸及蛋白质外壳构成，部分病毒还具有囊膜结构。不同病毒所含核酸的种类、转录形成mRNA和合成蛋白质的方式迥异。因此，根据病毒的核酸类型和转录形成mRNA的方式不同，可将病毒归为六大类：双链DNA病毒、单正链DNA(+DNA)病毒、双链RNA病毒、单正链RNA(+RNA)病毒、单负链RNA(-RNA)病毒和逆转录病毒。本文概述了病毒的一般复制过程以及各类病毒的具体增殖步骤。

2 病毒的复制

病毒为颗粒状的非细胞结构，极其微小，通常以纳米为单位，营寄生生活。病毒侵入宿主细胞后，借助宿主细胞提供的核苷酸原料、氨基酸、核糖体及能源系统等，以病毒核酸为控制中心，合成子代病毒所需核酸与蛋白质等成分，最后在宿主细胞内装配成结构完整、具有一定侵染力的病毒粒子，这个过程称为病毒的复制[1]。病毒正常复制周期分为六个阶段：吸附、侵入、脱壳、生物合成、组装和释放。

2.1 吸附 病毒感染宿主细胞的第一步就是吸附。绝大多数病毒的吸附可分为非特异性吸附和特异性吸附两个阶段：前者是指病毒依靠静电作用与宿主细胞接触而结合；后者是指病毒表面蛋白质作为抗原与宿主细胞膜上相应的受体特异性识别并结合。

2.2 侵入 无囊膜的病毒一般由细胞膜直接包裹吞入从而进入细胞，称为病毒胞饮。有囊膜的病毒除了通过细胞胞饮的方式进入细胞，还可通过囊膜与宿主细胞膜融合的方式，使病毒进入细胞。

2.3 脱壳 即病毒内具有感染性的核酸从外壳内释放出来的过程。不同病毒脱壳方式迥异，大多数是在宿主细胞溶酶体作用下脱壳并释放出核酸。脱壳与侵入通常是连续进行的，如某些通过胞饮进入细胞的病毒在细胞壁或细胞膜表面同时进行脱壳和侵入，以膜融合方式入侵的病毒在与细胞膜融合时同时脱去包膜。

2.4 生物合成 病毒核酸进入宿主细胞后，利用宿主细胞的物质首先合成自身复制所必需的复制酶和一些抑制蛋白，然后合成子代病毒的核酸和结构蛋白，不同种类病毒的生物合成方式各不相同。

2.5 组装 病毒的组装是指新的病毒核酸与蛋白质衣壳装配在一起，形成结构完整、具有一定感染力的子代病毒。RNA病毒和DNA病毒组装的位置具有一定差异，其中绝大多数DNA病毒在宿主细胞的细胞核中完成组装，而RNA病毒和痘病毒类一般在细胞质中完成组装[2]。

2.6 释放 绝大多数无囊膜病毒同步释放，会对宿主细胞造成急性伤害，使得宿主细胞短时间内迅速死亡；而绝大多数有囊膜的病毒则需要经过内质网加工，最后以出芽的方式释放，在一段时间内逐个释出，宿主细胞死亡较缓慢。一个感染细胞通常可以释放出100～1000个病毒。

3 各类病毒的增殖过程

3.1 双链DNA病毒 腺病毒、疱疹病毒以及痘病毒等病毒均属于双链DNA病毒。

以疱疹病毒为例，说明此类病毒的主要增殖过程：①疱疹病毒包膜上的血型糖蛋白B与宿主细胞膜上的受体特异性识别并吸附；②宿主细胞膜包裹疱疹病毒颗粒，形成吞噬泡，疱疹病毒颗粒通过吞噬作用而进入细胞质，并脱去包膜；③在宿主细胞的溶酶体作用下脱去蛋白质外壳；④病毒DNA进入宿主细胞的细胞核；⑤在RNA聚合酶的帮助下，以病毒DNA为模板合成早期mRNA并进入细胞质中；⑥早期mRNA翻译形成早期蛋白，主要指与DNA复制相关的酶，如DNA聚合酶、脱氧胸腺嘧啶激酶等；⑦在解旋酶作用下，DNA双链打开，以打开的两条链为模板，遵循碱基互补配对原则，依赖合成的DNA聚合酶，合成子代DNA分子；⑧合成晚期mRNA，并以此翻译成晚期蛋白，主要为病毒的结构蛋白，子代病毒DNA与结构蛋白装配形成子代病毒；⑨子代病毒从细胞核释放出来，同时披上包膜；⑩细胞膜通过胞吐的形式将子代病毒释放到体外。

3.2 单正链DNA(+DNA)病毒 代表病毒为细小病毒，此类病毒增殖的主要过程为：①形成复制中间体：单正链DNA病毒进行生物合成时，首先以亲代DNA作模板，依赖复制酶，遵循碱基互补配对原则，合成其互补DNA链，并与亲代DNA形成双链，作为复制中间型，含有亲代DNA的新合成的双链DNA继续复制；②转录和翻译：不含亲代DNA的新合成的双链DNA作为转录的模板，翻译合成病毒相关蛋白质(主要是结构蛋白)；③装配和释放：新形成的子代DNA分子与结构蛋白装配形成成熟的病毒并从细胞中释放出来。

3.3 双链RNA病毒 大部分RNA病毒的子代病毒的全部成分的合成都在宿主细胞的细胞质内完成，双链RNA病毒是其中一种，其代表病毒为呼肠孤病毒。双链RNA病毒增殖的主要过程为：①RNA复制：病毒脱壳进入宿主细胞后，在相关酶作用下，首先不对称地转录出正链RNA，再由正链RNA复制出新的负链RNA，共同构成子代RNA；②合成蛋白质：在RNA多聚酶作用下，正链RNA转录形成mRNA，在宿主细胞细胞质中翻译成早期蛋白或晚期蛋白；③装配和释放：新形成的子代RNA分子与结构蛋白装配形成成熟的病毒并从细胞中释放出来。

3.4 单正链RNA(+RNA)病毒 单正链RNA病毒种类较为丰富，人和动物的绝大多数的RNA病毒属于此类，如黄病毒和脊髓灰质病毒等。多数单正链RNA病毒在宿主细胞质内完成生物合成。单正链RNA病毒母代的RNA既可直接作为翻译的模板，又能作为模板合成单负链RNA；而单负链RNA反过来也可复制子代单正链RNA[3]。

以脊髓灰质病毒为例，说明此类病毒的具体增殖过程：①合成早期蛋白：单正链RNA直接附着于宿主细胞的核糖体上，利用宿主细胞提供的原料和能源系统合成多聚蛋白前体，前体进一步裂解成病毒结构蛋白(P1)、蛋白酶(P2)和RNA聚合酶(P3)；②合成子代RNA：在复制酶作用下，以亲代单正链RNA为模板合成单负链RNA，单负链RNA进一步形成子代单正链RNA；③装配和释放：P1前体部分裂解形成结构蛋白，子代单正链RNA与结构蛋白装配形成成熟的病毒并从细胞中释放出来。

3.5 单负链RNA(-RNA)病毒 常见的单负链RNA病毒有流感病毒和狂犬病病毒等。此类病毒含有依赖RNA的RNA多聚酶，能以病毒RNA为模板进行复制，但单负链RNA不能直接作为转录的模板。具体增殖过程为：①+RNA合成：病毒核酸连同RNA多聚酶一起侵入宿主细胞并进行生物合成，负链RNA首先转录出互补正链RNA，形成复制中间体(±RNA)，产生更多的正链RNA；②-RNA合成：以部分正链RNA为模板复制出子代负链RNA；③装配与释放：部分正链RNA作为转录的模板，形成mRNA并翻译出病毒所需的蛋白质，其中的结构蛋白与负链RNA一起装配形成子代病毒，并从细胞中释放出来。

3.6 逆转录病毒 此类病毒本身携带逆转录酶，两条相同的线状正链RNA构成其基因组，称为单正链双体RNA。免疫缺陷病毒(HIV)和人类T淋巴细胞白血病病毒(HTLV)都是逆转录病毒。以HIV为例，介绍此类病毒的主要增殖过程：①HIV囊膜蛋白gp120与宿主细胞膜上受体CD4结合；②病毒进入宿主细胞，并脱去包膜；③在宿主细胞提供的脱壳酶作用下，脱去蛋白质外壳；④以病毒RNA作为模板，依赖逆转录酶形成cDNA，构成RNA—DNA中间体[4]；⑤RNA酶将中间体的RNA链水解，形成cDNA；⑥以cDNA链为模板，依赖DNA聚合酶形成双链DNA；⑦双链DNA进入宿主细胞的细胞核；⑧双链DNA与宿主细胞的DNA整合，成为前病毒；⑨前病毒被激活，转录形成子代病毒RNA；⑩一部分子代RNA进入细胞质中与核糖体结合，作为模板翻译形成子代蛋白，另一部分直接被装配成子代病毒体；翻译出子代病毒的结构蛋白和逆转录酶等酶蛋白；子代病毒RNA与结构蛋白装配形成子代病毒体；子代病毒包裹包膜后形成完整病毒；子代病毒从宿主细胞中释放。

(基金项目：福建省科技厅重点项目：心脏起搏细胞的体外诱导及其功能验证，No.2015I0011；*通信作者)