文 / 谷鸿喜
病毒（virus）是一类非细胞型微生物。其主要特点是：体积非常微小，一般需用电子显微镜放大千万倍以上方能观察到；结构简单，无完整的细胞结构，只含有一种类型核酸（DNA或RNA）；严格的细胞内寄生，只能在一定种类的活细胞中增殖；对抗生素不敏感，但对干扰素敏感。
病毒种类繁多，包括动物病毒、植物病毒和细菌病毒（噬菌体）。动物病毒是引起人类疾病的重要病原。病毒所致的传染病不仅数量多（约占传染病80％）且传染性强，有的病情严重、病死率高或病后留有后遗症。如流感、病毒性肝炎、艾滋病等可造成世界性大流行，而狂犬病、病毒性脑炎和出血热等疾病则死亡率很高。除传染病外，还发现许多病毒与肿瘤、自身免疫病等疾病的发生有密切关系，因此病毒与临床许多学科的关系亦越来越密切。做为医学生熟悉、掌握病毒学的基础知识及其与人类疾病的关系是很重要的。医学病毒学（medical virology）是研究病毒与人类疾病关系的一门科学，其研究内容主要包括病毒的生物学性状、致病性及机体的免疫应答、微生物学诊断和防治原则。掌握它们以便更有效地预防、控制和消灭病毒性疾病。
第一节 病毒形态学
病毒的形态学包括病毒的大小、形态和结构。病毒虽然体积微小，但有其典型的形态和结构。将具有一定形态结构和感染性的完整病毒颗粒（viral particle），称为病毒体（virion）。病毒体的大小、形态和结构可以通过电镜观察（磷钨酸负染技术）、分级超过滤技术、超速离心沉降法及X线晶体衍射技术来研究。
一、病毒的大小和形态
病毒的大小 病毒的大小是指病毒体的大小。测量单位是纳米（nanometer，nm），即毫微米（1/1000μm）。各种病毒的大小相差很大，一般病毒介于50nm～250nm之间，其中绝大多数病毒都在100nm左右；最大的病毒如痘病毒（poxvirus）为300nm，在普通光学显微镜下勉强可看到；最小的病毒如小RNA病毒和微小DNA病毒直径约在20nm～30nm之间。
图4-1 病毒的形态与结构模式图
病毒的形态 病毒的形态多种多样（图4-1）。绝大多数动物病毒呈球形或近似球形；植物病毒多呈杆状或丝状（某些动物病毒也呈丝状）；此外，还有呈砖形（痘病毒）、子弹形（狂犬病病毒）；而噬菌体（bacteriophage）多呈蝌蚪形。有些病毒的形态比较固定，如小RNA病毒呈球形；但某些病毒的形态则是多形性的，如粘病毒（orthomyxoviridae），有球形、丝状和杆状。
二、病毒的结构及化学组成
病毒在形态和大小方面虽有很大差异，但其结构却有共同之处。病毒的结构可分为基本结构和辅助结构。
基本结构包括两部分，即病毒的核心（viral core）和衣壳（capsid），二者构成核衣壳（nucleocapsid）。无包膜病毒的核衣壳就是病毒体（图4-2）
病毒核心（viral core） 是病毒体的中心结构，其成分主要由一种类型核酸即DNA或RNA组成。除核酸外还可能有少量病毒基因编码的非结构蛋白，也是病毒增殖中所需要的功能蛋白，如病毒核酸多聚酶、转录酶或逆转录酶等。病毒核酸的存在形式具有多样性。形状上有线状和环状之分。核酸构成可以是单链或双链，但也有分节段的。除微小DNA病毒外，DNA病毒大多是双链；RNA病毒大多是单链，但呼肠病毒除外。单链RNA 有正链（+ssRNA）与负链（-ssRNA）之分。如果是+ssRNA，可直接作为mRNA；而-ssRNA则需先合成具有mRNA功能的互补链。单链DNA或为正链（+ssDNA）或为负链（-ssDNA）。双链DNA或RNA均有正链和负链。病毒核酸大小不一，分子量约 16～160×106。核酸大小从3kb～400kb不等。如果平均1kb为一个基因，小病毒可能仅含3～4个基因，大病毒则可含几百个基因。病毒基因的转录与翻译均在细胞内进行，因此其基因组成与真核细胞基因组相似，如基因组中有内含子，转录后需加工和剪接，这与细菌不同。
病毒核酸携带有病毒的全部遗传信息，决定了病毒的感染、增殖、遗传、变异等生物学性状，其主要功能有：
1．病毒复制 病毒进入活细胞内，首先释放出核酸，自行复制，复制出更多同样的子代核酸。由病毒核酸转录生成病毒mRNA，再以mRNA为模板翻译出病毒所需的蛋白质，包括病毒的酶类等非结构蛋白和病毒的结构蛋白。最后再由病毒核酸与蛋白质装配成具有感染性的完整病毒颗粒。
2．决定病毒的特性 病毒核酸链上的基因密码储存着病毒全部遗传信息。由它复制的子代病毒体均保留着亲代病毒的特性，如形态结构、致病性、抗原性等。若病毒核酸链中发生碱基置换或移码突变等变异，则病毒的性状也发生变异。
3．具有感染性 实验证实，有些病毒经化学方法除去衣壳蛋白所获得的核酸，仍具有感染性，进入宿主细胞后能引起感染。这种病毒核酸称为感染性核酸（infectious nucleic acid）。其感染性比完整病毒体低，是因为它不易与细胞吸附，且易被体液中及细胞膜上的核酸酶降解。但因其不受相应受体限制，所以感染宿主范围比完整病毒广，例如，脊髓灰质炎病毒不能感染鸡胚与小鼠细胞，但其感染性核酸对它们有感染能力。
病毒衣壳（viral capsid） 是包围在病毒核心外面的一层蛋白质结构。它是由一定数量壳粒（capsomere）组成的。壳粒是衣壳的形态学亚单位，在电镜下可以观察到壳粒呈对称排列。用X线衍射和化学检测，发现壳粒是由1个或几个多肽分子组成，因此多肽分子是衣壳的化学亚单位。
不同病毒核酸结构不同，壳粒数目和排列方式也不相同。根据壳粒的排列方式，病毒结构有下列几种对称型：
1．螺旋对称型（helical symmetry） 壳粒沿着螺旋形的病毒核酸链对称排列（图4-2），如正粘病毒、副粘病毒及弹状病毒等。
2．20面体立体对称型（icosahedral symmetry） 病毒核酸聚集成团，其衣壳的壳粒呈立体对称排列，构成有20个等边三角形的面、12个顶角、30个棱边的立体结构。在其棱边、三角形面及顶角上皆有对称排列的壳粒。大多数病毒顶角的壳粒由5个同样的壳粒包围称为五邻体（penton）；而在三角形面上的壳粒，周围都有6个相同的壳粒，称为六邻体（hexon）。不同病毒其壳粒数目也不相同，例如腺病毒有252个壳粒，而小RNA病毒仅有32个壳粒。这可作为病毒鉴别及分类的依据之一（图4-2）。
3．复合对称型（complex symmetry） 病毒体结构复杂，既有立体对称又有螺旋对称形式，如痘病毒和噬菌体。
图4-2 病毒二十面体立体对称型和螺旋对称型的模式图
衣壳的主要功能有：①保护病毒核酸 蛋白质组成的衣壳包绕着核酸，可使核酸免遭环境中核酸酶和其他理化因素（如紫外线、射线等）的破坏；②参与感染过程 病毒引起感染首先需要病毒特异地吸附于细胞表面。无包膜病毒依靠衣壳吸附于细胞表面，构成感染的第一步；③具有抗原性 衣壳蛋白具有良好抗原性，当病毒进入机体后，能引起特异性体液免疫和细胞免疫，不仅有免疫防御作用，有时也可引起免疫病理损伤。
某些种类病毒除具有上述基本结构之外，还有下列辅助结构。
病毒包膜（viral envelope） 是包绕在病毒核衣壳外面的双层膜。主要成分是蛋白质、多糖及脂类，常以糖蛋白或脂蛋白形式存在。蛋白质是由病毒基因编码，多糖、脂类来自宿主细胞膜、核膜或空泡膜。当有包膜病毒成熟并以“出芽”（budding）方式释放时，穿过并获得胞膜此部位的脂类、多糖成分和少许蛋白质从而形成包膜。有些病毒其包膜表面有突起，称为包膜子粒（peplomere）或刺突（spike）（图4-2），赋予病毒一些特殊功能。例如，流感病毒包膜上有血凝素（hemagglutinin，HA）和神经氨酸酶（neurominidase，NA）两种刺突。HA对呼吸道上皮细胞和红细胞有特殊的亲和力；NA能破坏易感细胞表面受体，便于病毒从细胞内释放。有包膜病毒对脂溶剂（如乙醚、氯仿和胆汁）敏感，乙醚因其能破坏包膜而灭活病毒，常被用于鉴定病毒有无包膜。有包膜病毒（如呼吸道病毒）因可被胆汁灭活，故一般不能经消化道感染。
包膜的主要功能是：①维护病毒体结构的完整性。包膜中脂类的主要成分是磷脂、胆固醇及中性脂肪，它们能加固病毒体的结构；②具有与宿主细胞膜亲和及融合的性能。病毒体包膜与细胞膜脂类成分同源，彼此易于亲和及融合，因此包膜与病毒入侵细胞及感染性有关；③具有病毒抗原的特异性。病毒包膜中含有的糖蛋白或脂蛋白均具有抗原性，如根据甲型流感病毒的HA的抗原性不同可划分亚型。
其他辅助结构 如腺病毒在20面体的各个顶角上有触须样纤维（antennal fiber），亦称纤维刺突或纤突，能凝集某些动物红细胞并毒害宿主细胞。
三、研究病毒形态学的方法
电子显微镜检查法 透射电镜（transmission electronmicroscope）用于测量病毒大小、观察形态及病毒在细胞内增殖状态；扫描电镜（scanning electronmicroscope）用于观察感染细胞表面的变化。
制作电镜标本的方法有磷钨酸钾负染色、铁蛋白抗体、免疫电镜及超薄切片等，酌情选用。
超过滤法 用不同孔径的火棉胶滤膜过滤病毒悬液，将获得的滤液接种于组织细胞、实验动物或鸡胚，或用血凝反应来测定病毒是否通过滤膜，从而估计病毒的大小。最近微孔滤膜被广泛使用。
超速离心法 病毒大小不同，其沉降速度也不同。可用超速离心法测得病毒的沉降系数（S），借以计算病毒的大小。
X线晶体衍射法 根据X线衍射图谱，用数学方式来研究病毒结构的亚单位和分子结构等。但标本必须为结晶，可用于无包膜病毒研究。
第二节 病毒的增殖
病毒不具有能独立进行代谢的酶系统，因此只有进入活的易感宿主细胞内，由宿主细胞提供合成病毒核酸与蛋白质的原料，如低分子量前体成分、能量、必要的酶等，病毒才能增殖。病毒增殖的方式不是二分裂，而是自我复制。即以病毒核酸为模板，在DNA多聚酶或RNA多聚酶及其他必要因素作用下，合成子代病毒的核酸和蛋白质，装配成完整病毒颗粒并释放至细胞外。病毒复制（replication）一般可分为吸附、穿入、脱壳、生物合成及装配与释放5个阶段，称为复制周期（replication cycle）。病毒经过复制产生大量的子代病毒，而此时，宿主细胞的生物合成则受到不同程度的抑制和破坏。
一、病毒复制周期
吸附（adsorption） 吸附于宿主细胞表面是病毒感染的第一步。吸附主要是通过病毒体表面的配体蛋白与易感细胞表面特异性受体相结合。不同细胞表面有不同受体，它决定了病毒的不同嗜组织性和感染宿主的范围，如小RNA病毒衣壳蛋白特定序列能与人及灵长类动物细胞表面脂蛋白受体结合，而腺病毒衣壳触须样纤维能与细胞表面特异性蛋白相结合。有包膜病毒多通过表面糖蛋白结构与细胞受体结合，如流感病毒HA糖蛋白与细胞表面受体唾液酸结合发生吸附；人类免疫缺陷病病毒（HIV）包膜糖蛋白gp120的受体是人Th细胞表面CD4分子；EB病毒则能与B细胞CD21受体结合。无受体细胞不能吸附病毒，也不能发生感染。细胞含受体数不尽相同，最敏感细胞可含10万个受体。吸附过程可在几分钟到几十分钟内完成。
穿入（penetration） 病毒与细胞表面结合后，可通过胞饮、融合、直接穿入等方式进入细胞。胞饮类似吞噬泡，细胞内陷将病毒包进细胞浆内，无包膜病毒多以胞饮形式进入易感染动物细胞内。融合是指病毒包膜与细胞膜融合，包括病毒融合蛋白与细胞第二受体的作用，如HIV与CCR5的结合。融合后再将病毒的核衣壳释放至细胞浆内。还有少数无包膜病毒在吸附时某些蛋白衣壳的多肽成分发生改变，从而可直接穿过细胞膜。
脱壳（uncoating） 病毒脱去蛋白衣壳后，核酸才能发挥作用。多数病毒穿入细胞后，在细胞溶酶体酶的作用下，脱去衣壳蛋白释放病毒核酸。痘病毒脱壳过程复杂，分为两步。先由溶酶体酶作用脱去外壳蛋白，再经病毒编码产生的脱壳酶脱去内层衣壳，方能使核酸完全释放出来。
生物合成（biosynthesis） 病毒脱壳后，进入生物合成阶段，即病毒利用宿主细胞提供的环境和物质合成大量病毒核酸和结构蛋白。病毒核酸在细胞内复制的部位因核酸类型不同而不同。除痘病毒外，DNA病毒都在细胞核内复制；除正粘病毒和逆转录病毒外，RNA病毒均在细胞浆内复制。
生物合成一般分早期和晚期两个阶段。早期蛋白合成阶段是病毒早期基因组在细胞内进行转录、翻译而产生病毒生物合成中必需的酶类及某些抑制或阻断细胞核酸和蛋白质合成的非结构蛋白，以利于病毒进一步复制、阻断宿主细胞的正常代谢。晚期蛋白合成阶段是根据病毒基因组指令，开始复制病毒核酸，并经过病毒晚期基因的转录、翻译而产生病毒的结构蛋白。生物合成阶段用电镜方法在细胞内查不到完整病毒，用血清学方法也测不到病毒抗原，故被称为隐蔽期。各病毒隐蔽期长短不一，如脊髓灰质炎病毒为3～4小时，而腺病毒为16～18小时。
根据病毒核酸类型不同、基因组转录mRNA 及合成蛋白方式不同，将病毒的生物合成过程分为6个类型，即双链DNA病毒、单链DNA病毒、单正链RNA病毒、单负链RNA病毒、双链RNA病毒及逆转录病毒。
图4-3 dsDNA病毒复制示意图
以单纯疱疹病毒为例。（1）病毒与细胞结合；（2）病毒进入细胞，去包膜；（3）脱壳；（4）病毒DNA进入细胞核；（5）病毒基因组复制，合成子代病毒及病毒mRNA；（6）以病毒基因转录的mRNA进入细胞质；（7）病毒mRNA翻译病毒子代蛋白，包括早期蛋白和晚期蛋白；（8）装配子代病毒；（9）出核，同时披上包膜；（10）释放到胞外
1．双链DNA病毒 dsDNA病毒复制过程可分为早期和晚期两个阶段（图4-3）。早期阶段是病毒利用宿主细胞核内的依赖DNA的RNA多聚酶，转录早期mRNA，再于胞浆内的核糖体翻译出早期蛋白。早期蛋白主要是非结构蛋白，包括DNA多聚酶、脱氧胸腺嘧啶激酶及调控基因和抑制细胞代谢的多种酶类，用于子代DNA的复制。晚期阶段包括子代DNA复制和晚期蛋白的合成。DNA复制为半保留复制形式，即在解链酶作用下亲代DNA的双链解开为正、负两个单链；再分别以这两条单链为模板，利用早期合成的DNA多聚酶，复制出子代DNA。然后以子代DNA分子为模板，转录晚期mRNA，继而在胞浆核糖体内转译出病毒结构蛋白，主要为衣壳蛋白。
2．单链DNA病毒 ssDNA病毒种类很少，微小DNA病毒属此类。该类病毒生物合成时，首先以亲代DNA作模板，合成互补链，并与亲代DNA链形成dsDNA，作为复制中间型（replicative intermediate，RI）。然后解链，以半保留形式进行复制，并以新合成互补链为模板复制出子代DNA，转录mRNA 并翻译合成病毒蛋白质。
3．单正链RNA病毒 人和动物的RNA病毒多为单链RNA病毒，除正粘病毒外，绝大多数的生物合成在宿主细胞浆内。+ssRNA病毒如小RNA病毒、黄病毒和某些出血热病毒等。+ssRNA本身具有mRNA功能，其RNA可直接附着于宿主细胞的核糖体上翻译早期蛋白，首先全基因组翻译出大分子多聚蛋白，在细胞或病毒编码的蛋白酶作用下切割成为功能蛋白及结构蛋白，如RNA聚合酶。但风疹病毒、冠状病毒等首先从5’端起始部分的RNA编码非结构蛋白。+ssRNA在该酶作用下，转录出与亲代互补的负链RNA，形成双股RNA（±RNA），即复制中间型，其中以正链RNA为 mRNA翻译病毒晚期蛋白，即衣壳蛋白及其他结构蛋白；以负链RNA为模板复制子代病毒RNA，进而再装配与释放（图4-4）。
图4-4 +ssRNA病毒复制示意图
以脊髓灰质炎为例。（1）病毒体与细胞受体结合；（2）脱壳；（3）RNA与核糖体连接；（4）合成多聚蛋白前体；（5）多聚蛋白裂解成P1（病毒结构蛋白）、P2和P3（蛋白酶、RNA聚合酶）；（6）P2、P3进入滑面内质网；（7）正链RNA转运至滑面内质网；（8）合成负链RNA；（9）以负链RNA为模板合成子代正链RNA；（10）一些正链RNA进入翻译系统；（11）P1前体部分裂解成结构蛋白；（12）子代病毒体形成；（13）细胞溶解释放子代病毒
4．单负链RNA病毒 大多数有包膜病毒属于-ssRNA病毒，如流感病毒、狂犬病病毒等。因为这些病毒含有依赖RNA的RNA多聚酶，故能以病毒RNA为模板进行复制，但-ssRNA 却不能直接做为mRNA 翻译病毒蛋白质。在生物合成过程中，- ssRNA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，以其中部分正链RNA为模板复制出子代负链RNA，部分正链RNA起mRNA作用，翻译出病毒的结构蛋白和非结构蛋白。
5．双链RNA病毒 病毒的双链RNA在病毒自身依赖RNA多聚酶作用下转录出mRNA，然后再翻译出早期蛋白或晚期蛋白。双链RNA在复制时，必须先以其原负链为模板复制出正链RNA，再由正链RNA复制出新的负链，构成子代RNA。
图4-5 逆转录病毒复制示意图
以人类免疫缺陷病毒（HIV）为例。（1）病毒体与细胞受体（CD4）结合；（2）病毒进入细胞，去包膜；（3）脱衣壳；（4）以病毒基因组（RNA）为模板，由病毒逆转录酶作用逆转录合成cDNA，形成中间体；（5）以cDNA为模板合成双链DNA；（6）双链DNA进入细胞核；（7）整合到宿主细胞染色体，成为前病毒；（8）前病毒被激活，转录出子代RNA；（9）一部分子代RNA与核糖体结合，翻译子代蛋白，另一部分直接装配为子代病毒体；（10）翻译子代结构蛋白和酶蛋白；（11）合成的酶蛋白参与逆转录；（12）子代病毒体形成；（13）子代病毒获包膜并释放
6．逆转录病毒 人类免疫缺陷病毒（HIV）和人类T淋巴细胞白血病病毒（HTLV）是逆转录病毒（retrovirus）。此类病毒自身携带有逆转录酶，其基因组独特，是由两条相同的正链RNA构成，称为单正链双体RNA。其生物合成过程与其他单链RNA不同。首先以病毒RNA为模板，在逆转录酶的作用下合成cDNA，构成RNA：DNA中间体。中间体中的RNA链由RNA酶H水解，DNA链进入细胞核内，在DNA多聚酶作用下复制成双链DNA。该双链DNA则整合至宿主细胞的染色体DNA上，成为前病毒（provirus），并可随宿主细胞的分裂存在于子代细胞内。前病毒在细胞核内逆转录出子代病毒RNA和mRNA。mRNA在胞浆核糖体上翻译出子代病毒的结构蛋白和非结构蛋白（图4-5）。
装配与释放（assembly and release） 病毒核酸与蛋白质合成之后，在细胞浆内或细胞核内组装为成熟病毒颗粒的过程是病毒的装配。不同种类的病毒在细胞内装配的部位也不同。除痘病毒外，DNA病毒均在细胞核内装配；RNA病毒与痘病毒则在细胞浆内装配。无包膜病毒先形成空心衣壳，病毒核酸从衣壳裂隙间进入壳内形成核衣壳，即装配为成熟的病毒体。有包膜病毒在核衣壳外再加一层包膜，才能成为完整的病毒体。病毒包膜形成是在细胞膜系统（浆膜或核膜）特定部位，当病毒编码的特异糖蛋白插入细胞膜时，装配的核衣壳与此处细胞膜结合，则形成包膜。包膜的脂类来源于细胞，而包膜的蛋白质（包括糖蛋白）是由病毒基因组编码，故具有病毒的特异性和抗原性。
成熟的病毒体以不同方式释放于细胞外。无包膜病毒均以破胞方式释放，即病毒装配完成后，宿主细胞破裂而把病毒全部释放到周围环境中。有包膜的病毒，在装配完成后，以出芽方式释放到细胞外。通常细胞不死亡，仍能继续分裂增殖。此外还有其他方式，如巨细胞病毒，很少释放到细胞外，而是通过细胞间桥或细胞融合在细胞之间传播；某些肿瘤病毒，其基因组以整合方式随细胞的分裂而出现在子代细胞中。
病毒复制周期的长短与病毒种类有关，如小RNA病毒为6～8小时，正粘病毒为15～30小时。每个细胞产生子代病毒的数量也因病毒和宿主细胞不同而异，多者可产生10万个病毒。
二、与病毒增殖有关的异常现象
病毒在细胞内增殖是病毒与细胞相互作用的过程。病毒在细胞内大量复制的同时也影响细胞正常代谢，导致细胞损伤或死亡。但当细胞不提供病毒增殖所需要的条件和物质时，病毒也不能完成复制过程，这属于病毒的异常增殖。病毒的异常增殖，主要包括顿挫感染和缺陷病毒。当两病毒感染同一细胞时，会发生病毒间的影响而出现病毒干扰现象。
顿挫感染（abortive infection） 病毒进入宿主细胞后，如细胞不能为病毒增殖提供所需要的酶、能量及必要的成分，则病毒在其中不能合成本身的成分；或者虽能合成部分或全部病毒成分，但不能装配和释放，此感染过程被称为顿挫感染。不能为病毒增殖提供条件的细胞，被称为非容纳细胞。能为病毒提供条件，可产生完整病毒的细胞被称为容纳细胞。
缺陷病毒（defective virus） 因病毒基因组不完整或基因发生改变而不能进行正常增殖所产生的子代病毒称为缺陷病毒。当与其他病毒共同感染细胞时，若其他病毒能为缺陷病毒提供所需要的条件，缺陷病毒则又能完成正常增殖而产生完整的子代病毒，将这种有辅助作用的病毒称为辅助病毒（helper virus）。腺病毒伴随病毒（adeno-associated virus）就是一种缺陷病毒，用任何细胞培养都不能增殖，但当和腺病毒共同感染细胞时却能产生成熟病毒。腺病毒就是辅助病毒。丁型肝炎病毒（hepatitis D virus，HDV）也是缺陷病毒，必须依赖于乙型肝炎病毒（HBV）才能复制。缺陷病毒虽然不能复制，但却具有干扰同种成熟病毒体进入细胞的作用，又称其为缺陷干扰颗粒（defective interfering particle，DIP）。DIP具有正常病毒的衣壳和包膜，只是内含缺损的基因组。DIP不仅能干扰非缺陷病毒的复制，还能影响细胞的生物合成。伪病毒（pseudovirion）是缺陷病毒的另一形式，它不含有病毒基因组，而是在病毒复制时，衣壳将宿主细胞DNA的某一片段包装进去，用电镜可以观察到这种类病毒颗粒，但不能复制。
干扰现象（interference） 当两种病毒感染同一细胞时，可发生一种病毒抑制另一种病毒增殖的现象，称为病毒的干扰现象。干扰现象不仅可发生在不同种病毒之间，也可在同种不同型或不同株病毒之间发生。发生干扰的主要机制是：①一种病毒诱导细胞产生的干扰素（interferon，IFN）抑制另一种病毒的增殖；②病毒吸附时与宿主细胞表面受体结合而改变了宿主细胞代谢途径，阻止了另一种病毒的吸附和穿入等复制过程；③DIP所引起的干扰。病毒之间干扰现象能够阻止发病，也可以使感染中止，使宿主康复。但在预防病毒性疾病使用疫苗时，也应注意合理使用疫苗，避免由于干扰而影响疫苗的免疫效果。
第二节 病毒遗传学
病毒和其他微生物一样，具有遗传性和变异性。早在1798年琴纳（Edward Jenner）就根据经验观察使用了牛痘接种来预防天花。1884年巴斯德（Louis Pasteur）研制了狂犬病疫苗，这为预防医学开辟了广阔的前途。实际上这些疫苗株均是利用病毒变异性制备而成的。由于病毒仅含有一种核酸，基因组也较简单，所以病毒是最早研究遗传学的工具。对病毒遗传学研究，开始仅是对病毒生物学性状的变异现象及变异株的产生进行研究，随着分子生物学的迅速发展，病毒的分子遗传学研究有很大进展，使人们对病毒基因组结构和功能、病毒遗传变异的机制有了深入的认识。为此，病毒的遗传学特别是变异性的研究将在病毒感染的诊断和防治，特别是在制备病毒的基因工程疫苗有效地防治病毒性疾病中发挥其更大的作用。
一、病毒变异的类型
基因突变 是病毒基因组中的碱基序列由于置换、缺失或插入而发生改变。病毒基因复制时可发生自发突变，其自发突变率为10-6～10-8。用物理因素（如紫外线或X射线）或化学因素（如亚硝基胍、5－氟脲嘧啶或5－溴脱氧尿苷）处理病毒颗粒或其核酸时，也可诱发突变，或提高突变率。由基因突变产生的病毒表型性状发生改变的毒株称为突变株（mutant）。突变株可呈多种表型，如病毒空斑的大小、病毒颗粒形态、抗原性、宿主范围、营养要求、细胞病变以及致病性均可发生改变，但最常见的是条件致死性突变株。
1．条件致死性突变株（conditional-lethal mutant） 是指在某种条件下能够增殖、而在另种条件下不能增殖的病毒株。温度敏感性突变株（temperature-sensitive mutant，ts）就是典型的条件致死性突变株。ts突变株在28℃～35℃条件下可增殖（称为容许性温度），而在37℃～40℃条件下不能增殖（称为非容许性温度）。这是因为引起ts变异的基因所编码的蛋白质或酶在较高温度下失去功能，故病毒不能增殖。ts 变异可来源于基因任何部位的改变，因此能产生各种各样的ts突变株。ts 突变株常具有减低毒力而保持其免疫原性的特点，是生产疫苗的理想毒株。但ts 突变株容易回复（回复率为10－4），因此制备疫苗时须经多次诱变后，方可获得在一定宿主细胞内稳定传代的突变株，亦称变异株（variant）。脊髓灰质炎病毒活疫苗即为这种变异株。
2．宿主范围突变株（host-range mutant，hr） 由于病毒基因组改变影响了对宿主细胞的感染范围，能感染野生型病毒所不能感染的细胞。可利用此特性制备疫苗，如狂犬病疫苗。
3．耐药突变株（drug-resistant mutant） 常因编码病毒酶基因的改变而降低了靶酶对药物的亲和力或作用，从而使病毒对药物不敏感而能继续增殖。
基因重组与重配 两个或更多的病毒颗粒感染同一细胞时，它们可发生多种形式的互相作用，但常发生于近缘关系病毒或宿主敏感性相似的病毒间。如两病毒的基因组发生互换，产生具有两个亲代病毒特性的子代病毒，并能继续增殖，该过程称为基因重组 （gene recombination）。子代病毒被称为重组体（recombinant）。重组不仅可发生于两活病毒之间，也可发生于一活病毒与另一灭活病毒之间，甚至可发生于两种灭活病毒之间。
图4-6 病毒的基因重组
上图：基因组不分节段，损害的基因片段通过重组产生野生型基因组。下图：两个基因组，每个由3段双链核酸组成。一个在B发生了突变，另一个在C段发生了突变，当将二者导入同一细胞重组后，产生出未损害的片段组。呼肠病毒、流感病毒产生新基因型就是经过这种机制发生的。
不分节段基因组病毒的重组，是由于核酸内切酶和连接酶的作用，两种病毒核酸分子发生断裂和交叉连接，核酸分子内部序列重新排列所致（图4-6）。
分节段RNA病毒基因组的重组，是两病毒株通过基因片段的交换使子代基因组发生改变，这种重组又称重配（reassortment），如流感病毒、轮状病毒等（图4-6）。
活病毒与灭活病毒间的基因重组，即一种活病毒与一种近缘的灭活病毒（常用紫外线灭活）感染同一细胞时，经基因重组而使灭活病毒复活，又称交叉复活（crossing reactivation）。
灭活病毒之间基因重组，即两个或两个以上同种灭活病毒（病毒基因组的不同部位受到损伤）感染同一细胞时，经过基因重组而出现感染性的子代病毒，又称多重复活（multiplicity reactivation）。
病毒基因产物的相互作用 当两种病毒感染同一细胞时，除可发生基因重组外，也可发生病毒基因产物的相互作用，包括互补、表型混合与核壳转移等，产生子代病毒表型变异。
1．互补作用（complementation） 是指两株病毒混合感染同一细胞时，通过基因产物之间的相互作用，能产生一种或两种感染性子代病毒。互补作用可发生在两缺陷病毒间，也可发生于感染性病毒与缺陷性病毒或灭活病毒之间。其原因不是病毒基因的重组，而是一种病毒能提供另一缺陷病毒所需要的基因产物，例如病毒的衣壳、包膜或酶类。
2．表型混合（phenotypic mixing） 是指两株具有某些共同特征的病毒感染同一细胞时，可出现一种病毒所产生的衣壳或包膜包裹在另一病毒基因组外面的现象（表型交换），甚至有时可产生来自两亲代的相嵌衣壳或包膜（图4-7）。因为不是遗传物质的变异，所以不稳定，经细胞培养传代后，又可恢复亲代的表型。因此在获得新表型病毒株时，应通过传代来确定病毒新性状的稳定性，以区分是重组体还是表型混合。在自然界中，病毒衣壳和包膜的表型混合能改变病毒的宿主范围，并可影响或干扰病毒的血清学鉴定。
图4-7 表型混合和核壳转移
3．病毒基因组与细胞基因组的整合 在病毒感染细胞的过程中，有时病毒基因组中某一片段可插入到宿主染色体DNA中，这种病毒基因组与细胞基因组的重组过程称为整合（integration）。多种肿瘤病毒、逆转录病毒等均有整合特性。整合既可引起病毒基因组的变异，也可引起宿主细胞基因组的改变而导致细胞发生恶性转化。
二、病毒遗传变异的生物学意义
病毒的分子遗传学研究开始于20世纪70年代，主要采用基因克隆及测序技术，研究了许多病毒的基因组结构和调节功能、病毒基因组表达蛋白的抗原性及功能、病毒致病转化机制及耐药性等，从分子水平来理解和解决了病毒的生物学性状、遗传变异、致病机制及有效的防治等问题，使病毒学研究有了飞跃的发展。
研究病毒遗传学规律，利用病毒遗传变异的特性，可在医学理论和实践中得到广泛地应用，包括病毒性疾病的诊断、治疗和预防。其中利用病毒的变异株（减毒株）、基因重组株制备减毒活疫苗、基因工程疫苗、核酸疫苗、多肽疫苗等特异性疫苗是预防病毒病最有效的措施，并在近百年的预防医学史上已获得了巨大成就，牛痘接种法预防天花并使天花在地球上被消灭就是最好的见证。
第四节 理化因素对病毒的影响
病毒在体外受到物理、化学因素作用后能失去感染性称为灭活（inactivation）。灭活的病毒仍能保留其他特性，如抗原性、红细胞吸附、血凝及细胞融合等。理化因素灭活病毒的机制是通过破坏病毒的包膜（如脂溶剂或冻融）使病毒蛋白质变性（如酸、碱、甲醛、温热等）及损伤病毒的核酸（变性剂、射线）等。病毒对理化因素的敏感性的强弱因病毒种类而异。了解理化因素对病毒的影响，在预防病毒感染、分离病毒及疫苗制备等方面均有意义。
一、物理因素的影响
温度 大多数病毒耐冷不耐热。在干冰温度（-70℃）或液氮温度（-196℃）条件下，病毒感染性可保持数月至数年。保存病毒需用低温，但反复冻融也可使病毒失活。对温度的敏感性因病毒而异，多数病毒加热60℃30分钟或100℃数秒钟可被灭活，但乙型肝炎病毒需100℃10分钟才能灭活；有包膜的病毒比无包膜病毒更不耐热。
酸碱度 多数病毒在pH5～pH9稳定，但也因病毒种类而异。肠道病毒在pH3～pH5时稳定，而鼻病毒在pH3～pH5则迅速被灭活。因此，可利用对pH的稳定性来鉴别病毒。
射线 X线、γ射线或紫外线均能以不同机制使病毒灭活。射线可使核苷酸链发生致死性断裂；而紫外线能使病毒基因核苷酸结构发生改变，形成胸腺核苷与尿核苷双聚体，从而抑制病毒DNA或RNA的复制。但有些病毒，如脊髓灰质炎病毒经紫外线灭活后，再用可见光照射，可因除去双聚体而复活，称为光复活（photoreactivation），故不宜使用紫外线来制备灭活疫苗。
二、化学因素的影响
脂溶剂 乙醚、氯仿、去氧胆酸盐、阴离子去污剂等脂溶剂均可使有包膜病毒（如流感病毒、流行性乙型脑炎病毒等）的包膜脂质溶解而被灭活，失去吸附能力。但对无包膜病毒（如肠道病毒）几乎无作用。因此，可用耐乙醚试验鉴别病毒有无包膜。
消毒剂 除强酸、强碱能灭活病毒外，次亚氯酸盐、过氧乙酸、戊二醛、甲醛、氧化剂、卤素及其化合物等化学消毒剂均能使大多数病毒灭活。病毒对消毒剂的抵抗力比细菌强，特别是无包膜的微小病毒。病毒对消毒剂的敏感性也因病毒种类而异。醛类消毒剂虽能使病毒灭活但仍能保持抗原性，故常用甲醛作灭活剂制备灭活疫苗。
其他 现有的抗生素对病毒无抑制作用。中草药如板蓝根、大青叶、大黄、贯仲和七叶一枝花等对某些病毒有一定的抑制作用。
MgCl2、MgSO4、Na2SO4等盐类对小RNA病毒科、疱疹病毒科和正粘病毒科等病毒有稳定作用，能提高病毒对热的抵抗力，可耐受50℃ 1小时。为此在保存这些病毒时经常加入镁盐，以延长病毒保存期。
第五节 病毒的分类和命名法
一、病毒的分类
自然界存在的病毒根据其寄生宿主可分为动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）和昆虫病毒。动物病毒包括感染人和脊椎动物的病毒。国际病毒分类委员会（International Committee on Taxonomy of Viruses，ICTV）几经修改，对动物病毒分类提出了初步分类原则，主要根据病毒生物学性状和理化特性进行分类：
1．病毒基因组特性 包括核酸类型（DNA或RNA）；单链还是双链；线状还是环状；分节段否；基因组大小（kb）；核酸占病毒体总量的百分比及G+C含量、核苷酸序列及特异结构（重复序列、异构、5'端帽结构、5'端共价环状蛋白及3'端poly（A））等。
2．病毒体形态学 包括形态大小和结构、衣壳的对称型、衣壳壳粒数目及核衣壳直径和刺突。
3．病毒体的生理学特性 包括分子大小、浮密度、pH稳定性、末端稳定性，对乙醚、消毒剂等理化因素的敏感性。
4．病毒蛋白特性 包括蛋白含量、结构蛋白、非结构蛋白特异活性（转录酶、逆转录酶、神经氨酸酶等），氨基酸序列、变性（糖基化、磷酸化、烷化）。
5．抗原性。
6．组织培养生长特性 包括对细胞种类的敏感性，复制方式、复制过程（生物合成、装配及释放方式），包涵体形成等。
7．生物特性 包括自然宿主范围、传播方式及传播媒介、流行病学特征、致病性和病理学特点、组织亲嗜性等。
根据分类原则病毒按科（family）（包括亚科subfamily）、属（genus）、种（species）分类。病毒科名用-viridae后缀表示，如痘病毒科、疱疹病毒科、小病毒科及副粘病毒科等。病毒属是同一科内，由结构、生物学性状相似，亲缘关系相近的病毒组成。根据血清学和生理学不同，属内又分为若干种。属名和种的后缀均用-virus表示，例如人乳头瘤病毒（human papillomavirus）是乳多空病毒科（papovaviridae）中乳头瘤病毒属（papillomavirus）的一种。
1995年国际病毒分类委员会将动植物病毒4000余种分为71个科、11个亚科、164个属。仍有100种以上病毒尚无法归类。
二、病毒的命名法
根据ICTV的病毒命名和书写规范，病毒不采用拉丁双名法命名。病毒科（family）、亚科（subfamily）和属（genus）名的英文书写时均为斜体，病毒科名第一个字母大写。种（species）名不斜体，第一个字母也不大写，除非该字来源于人名、地名或科、属名。在正式书写时，病毒分类名称前应冠以分类名称，如副粘病毒科（the family Paramyxoviridae）。以疱疹病毒为例，疱疹病毒科（family Herpesviridae）、甲疱疹病毒亚科（subfamily Alphaherpesvirinae）、单纯病毒属（genus Simplexvirus）、单纯疱疹病毒2型（herpes simplex virus 2）。也可省略分类名，如小RNA病毒科（Picornaviridae）、肠道病毒属（Enterovirus）、脊髓灰质炎病毒1型（poliovirus 1）。