? ? ? ?今天介紹的是最經(jīng)典的慢病毒——艾滋病毒(人免疫缺陷病毒)，也就是HIV。

簡(jiǎn)介

? ? ? ? 人類免疫缺陷病毒(HIV)是感染人類的慢病毒(Lentivirus)，隨著時(shí)間的流逝，它們會(huì)導(dǎo)致獲得性免疫缺陷綜合癥(AIDS)。在這種情況下，免疫系統(tǒng)的逐步衰竭會(huì)使威脅生命的機(jī)會(huì)性感染和癌癥得以發(fā)展，未經(jīng)治療，根據(jù)HIV亞型，估計(jì)HIV感染后的平均生存時(shí)間為9至11年。在大多數(shù)情況下，HIV是一種X傳播病毒，通過(guò)與血液，射X前，X液和**液的接觸或轉(zhuǎn)移而發(fā)生。 研究表明(對(duì)于同性和異性夫婦)，如果HIV陽(yáng)性配偶始終檢測(cè)不到病毒載量，則無(wú)法通過(guò)無(wú)**套的X交傳播HIV。在懷孕期間，分娩過(guò)程中，通過(guò)接觸血液或**液以及通過(guò)母乳，可能會(huì)從受感染的母親到嬰兒發(fā)生非X傳播。在這些體液中，HIV以游離病毒顆粒和被感染的免疫細(xì)胞內(nèi)的病毒形式存在。

? ? ? ? HIV感染人類免疫系統(tǒng)中的重要細(xì)胞，例如T細(xì)胞(特別是CD4+T細(xì)胞)、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞。HIV感染通過(guò)多種機(jī)制導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞水平低下，包括流產(chǎn)感染的T細(xì)胞的熱解，未感染旁觀者細(xì)胞的凋亡，直接病毒殺死感染的細(xì)胞以及殺死感染的CD4+T細(xì)胞。 通過(guò)識(shí)別感染細(xì)胞的CD8+T細(xì)胞進(jìn)行。當(dāng)CD4 +T細(xì)胞數(shù)量下降到臨界水平以下時(shí)，細(xì)胞介導(dǎo)的免疫力就會(huì)喪失，人體逐漸變得更容易受到機(jī)會(huì)性感染的影響，從而導(dǎo)致AIDS的發(fā)展。

病毒的特征

? ? ? ? HIV是慢病毒家族的成員，是慢病毒的代表毒株。慢病毒具有許多共同的形態(tài)和生物學(xué)特性，許多物種被慢病毒感染，慢病毒特征在于病毒感染可導(dǎo)致具有超長(zhǎng)潛伏期的疾病。慢病毒以擁有包膜的正義RNA病毒的形式傳播。進(jìn)入靶細(xì)胞后，病毒RNA基因組被病毒編碼的逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄成雙鏈DNA，并與病毒顆粒中的病毒基因組一起運(yùn)輸。 然后，將所得的病毒DNA導(dǎo)入細(xì)胞核，并通過(guò)病毒編碼的酶，整合酶和宿主輔因子整合到細(xì)胞DNA中。一旦整合，病毒可能會(huì)潛伏，使病毒及其宿主細(xì)胞在不確定的時(shí)間內(nèi)避免被免疫系統(tǒng)檢測(cè)到。在初次感染后，HIV病毒可在人體中保持長(zhǎng)達(dá)十年的休眠狀態(tài)； 在此期間，病毒不會(huì)引起癥狀。HIV可以轉(zhuǎn)錄整合的病毒DNA，使用宿主細(xì)胞資源產(chǎn)生新的RNA基因組和病毒蛋白，將其包裝并從細(xì)胞中釋放出來(lái)，作為新的病毒顆粒，重新開始復(fù)制循環(huán)。

? ? ? 已經(jīng)鑒定出兩種類型的HIV：HIV-1和HIV-2。? HIV-1是最初發(fā)現(xiàn)的病毒，被稱為淋巴結(jié)病相關(guān)病毒(LAV)和人T淋巴細(xì)胞白血病病毒3(HTLV-3)，HIV-2曾經(jīng)被稱為人T淋巴細(xì)胞白血病病毒4(HTLV-4)。HIV-1比HIV-2更具毒性和感染性，并且是導(dǎo)致全球大多數(shù)HIV感染的原因。與HIV-1相比，HIV-2的傳染性較低，這意味著每次暴露都會(huì)感染HIV-2的人較少。 由于其傳播能力相對(duì)較差，HIV-2主要限于西非。

? ? ? ? 附帶一提，HTLV-3和HTLV-4于2005年在喀麥隆農(nóng)村被發(fā)現(xiàn)，據(jù)推測(cè)是通過(guò)咬傷和抓傷從猴子傳播給猴子獵人。

? ? ? ? HTLV-3與STLV-3(猴T細(xì)胞白血病病毒3)結(jié)構(gòu)相似，有很多菌株，表達(dá)GAG、POL、ENV等多種病毒蛋白。

? ? ? ?HTLV-4與大猩猩體內(nèi)的STLV-4(猴T細(xì)胞白血病病毒4)基本相同。

? ? ? ?尚不清楚HTLV-3或HTLV-4人類之間已經(jīng)發(fā)生傳播，就連是否會(huì)引起疾病，也是一個(gè)謎。

? ? ? ?由于HIV-1曾經(jīng)被稱為HTLV-3， HIV-2曾經(jīng)被稱為HTLV-4，加拿大的一項(xiàng)大型研究記錄了醫(yī)護(hù)人員之間的混淆：醫(yī)生訂購(gòu)的HTLV檢測(cè)中有90%以上實(shí)際上是用于HIV檢測(cè)的。

病毒形態(tài)學(xué)

? ? ? ? HIV外形為球狀，直徑約為120nm，是紅細(xì)胞的1/60。它由兩份完全相同的正義RNA組成，其編碼病毒的九個(gè)基因。HIV是慢病毒家族的成員，其正義RNA被一個(gè)由1560個(gè)病毒蛋白p24組成的冰激凌錐狀衣殼包圍——這是慢病毒(Lentivirus)家族的典型特征。正義RNA與核衣殼蛋白，p7和病毒體發(fā)育所需的酶（如逆轉(zhuǎn)錄酶，蛋白酶，RnaseH和整合酶）緊密結(jié)合。 由病毒蛋白p17組成的基質(zhì)圍繞衣殼，可確保病毒粒子的完整性。

? ? ? ? HIV被病毒包膜包圍，當(dāng)新形成的病毒顆粒從細(xì)胞中出芽時(shí)，病毒包膜由從人宿主細(xì)胞的膜上獲取的脂質(zhì)雙層構(gòu)成。 病毒包膜包含來(lái)自宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)和相對(duì)較少的HIV包膜蛋白副本，由一個(gè)由稱為糖蛋白gp120的三個(gè)分子組成的帽和一個(gè)由三個(gè)將gp41錨定的gp41分子組成的莖組成，該結(jié)構(gòu)進(jìn)入病毒膜。由HIV ENV基因編碼的包膜蛋白可使病毒附著在靶細(xì)胞上，并使病毒包膜與靶細(xì)胞的膜融合，從而將病毒內(nèi)容物釋放到細(xì)胞中并啟動(dòng)感染周期。

? ? ? ? 包膜蛋白是病毒表面的唯一病毒蛋白，是HIV疫苗工作的主要目標(biāo)。三聚體包膜峰的質(zhì)量的一半以上是N-連接的聚糖。 由于聚糖保護(hù)了潛在的病毒蛋白不受抗體中和，因此密度很高。 這是已知的最稠密的糖基化分子之一，其密度足夠高，可以防止內(nèi)質(zhì)和高爾基體生物合成過(guò)程中聚糖的正常成熟過(guò)程。因此，大多數(shù)聚糖因未成熟的“高甘露糖”聚糖而停滯，通常不存在于分泌或存在于細(xì)胞表面的人糖蛋白上。異常的加工和高密度意味著迄今為止(從感染了數(shù)月至數(shù)年的一部分患者中)已鑒定出的幾乎所有廣泛中和的抗體都結(jié)合或適應(yīng)了這些包膜聚糖。

? ? ? ? 現(xiàn)在已經(jīng)通過(guò)X射線晶體學(xué)和低溫電子顯微鏡確定了病毒刺突的分子結(jié)構(gòu)。 通過(guò)在gp41中引入亞單位間二硫鍵和異亮氨酸向脯氨酸突變(氨基酸的自由基置換)，開發(fā)出穩(wěn)定的病毒峰重組形式，使得結(jié)構(gòu)生物學(xué)的這些進(jìn)步成為可能。所謂的SOSIP三聚體不僅可以復(fù)制天然病毒刺突的抗原特性，而且還可以顯示出與天然病毒相同程度的未成熟聚糖。重組三聚體病毒峰是有前途的疫苗候選者，因?yàn)樗鼈冿@示出比重組單體gp120更少的非中和性表位，而重組單體gp120可抑制對(duì)目標(biāo)表位的免疫反應(yīng)。

病毒基因組

? ? ? 正義RNA基因組至少由七個(gè)結(jié)構(gòu)標(biāo)志(LTR，TAR，RRE，PE，SLIP，CRS和INS)和九個(gè)基因(GAG，POL，ENV，TAT，REV，NEF，VIF，VPR與VPU， 現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)第十個(gè)基因ASP，它是病毒DNA的反向轉(zhuǎn)錄，編碼第10種蛋白質(zhì))。 這些基因中的三個(gè)：GAG，POL和ENV，包含制造新病毒顆粒的結(jié)構(gòu)蛋白所需的信息。例如，ENV編碼一種稱為gp160的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)被細(xì)胞蛋白酶切割，形成gp120和gp41。 剩下的六個(gè)基因：TAT，REV，NEF，VIF，VPR和VPU(HIV-2中多一個(gè)VPX)是蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)基因，這些蛋白質(zhì)控制HIV感染細(xì)胞的能力，產(chǎn)生新的病毒拷貝，或引起疾病。

? ? ? ? TAT蛋白是LTR啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄反式激活因子，通過(guò)結(jié)合TAR RNA元件起作用。TAR也可以加工成調(diào)控凋亡基因ERCC1和IER3的微小RNA。REV蛋白通過(guò)與RRE RNA元件結(jié)合，參與從核和細(xì)胞質(zhì)穿梭的RNA。VIF蛋白阻止了APOBEC3G(一種在ssDNA中將胞苷脫氨為尿苷或干擾逆轉(zhuǎn)錄的細(xì)胞蛋白)。VPR蛋白在G2/M處阻止細(xì)胞分裂。NEF蛋白下調(diào)CD4(主要病毒受體)以及MHC-I類和II類分子。

? ? ? ? NEF還與SH3域交互。VPU蛋白(p16)影響被感染細(xì)胞釋放新病毒顆粒。HIV正義RNA的每條鏈的末端均包含一個(gè)稱為長(zhǎng)末端重復(fù)序列(LTR)的RNA序列。LTR中的區(qū)域充當(dāng)控制新病毒產(chǎn)生的開關(guān)，并且可以被HIV或宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)觸發(fā)。Psi元件參與病毒基因組包裝，并被GAG和REV蛋白識(shí)別。SLIP元件(cDNA：TTTTTT/正義RNA：UUUUUU)參與了構(gòu)成功能POL所需的GAG-POL閱讀框中的移碼。

HIV的細(xì)胞嗜性

? ? ? ?HIV可以感染各種免疫細(xì)胞，例如CD4+T細(xì)胞，巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。HIV-1進(jìn)入巨噬細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞是通過(guò)病毒顆粒包膜糖蛋白（gp120）與靶細(xì)胞膜上的CD4分子以及趨化因子共受體的相互作用介導(dǎo)的。

? ? ? ?HIV-1的巨噬細(xì)胞嗜性(M-tropic)菌株或非合胞體誘導(dǎo)菌株(NSI，現(xiàn)稱為R5病毒)使用β趨化因子受體CCR5進(jìn)入，因此能夠在巨噬細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞中復(fù)制。幾乎所有的主要HIV-1分離株都使用該CCR5共同受體，而與病毒遺傳亞型無(wú)關(guān)。 實(shí)際上，巨噬細(xì)胞在HIV感染的幾個(gè)關(guān)鍵方面起著關(guān)鍵作用。 當(dāng)患者體內(nèi)的CD4+細(xì)胞耗盡時(shí)，它們似乎是最早被HIV感染的細(xì)胞，并且可能是HIV產(chǎn)生的來(lái)源。 巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中被HIV感染的細(xì)胞。 在感染了HIV的患者的扁桃體和腺樣體中，巨噬細(xì)胞融合到產(chǎn)生大量病毒的多核巨細(xì)胞中。

? ? ? ? HIV-1的T細(xì)胞嗜性或合胞體誘導(dǎo)品系(SI，現(xiàn)在稱為X4病毒)在原代CD4+T細(xì)胞以及巨噬細(xì)胞中復(fù)制，并使用α-趨化因子受體CXCR4進(jìn)入。?

? ? ? 雙嗜性HIV-1菌株被認(rèn)為是HIV-1的過(guò)渡菌株，因此能夠使用CCR5和CXCR4作為病毒進(jìn)入的共受體。

? ? ? ?CXCR4的配體α趨化因子SDF-1抑制T型HIV-1分離株的復(fù)制。 它通過(guò)下調(diào)HIV靶細(xì)胞表面CXCR4的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。僅使用CCR5受體的HIV-1分離株稱為R5；僅使用CXCR4的HIV-1稱為X4，同時(shí)使用兩者的HIV-1被稱為X4R5。 然而，僅使用共受體不能解釋病毒的嗜性，因?yàn)椴⒎撬械腞5病毒都能夠在巨噬細(xì)胞上使用CCR5進(jìn)行生產(chǎn)性感染，HIV也可以感染亞種的髓樣樹突狀細(xì)胞。當(dāng)CD4+T細(xì)胞數(shù)量降至極低水平時(shí)，可能構(gòu)成維持感染的庫(kù)。

? ? ? ? 有些人對(duì)某些HIV病毒株有抵抗力。例如，具有CCR5-Δ32突變的人對(duì)R5病毒的感染具有抵抗力，因?yàn)樵撏蛔兪笻IV無(wú)法與該共受體結(jié)合，從而降低了其感染靶細(xì)胞的能力。

? ? ? ?X交是HIV傳播的主要方式。?X4和R5型HIV都存在于X液中，這使得該病毒可以從男性傳播到其性伴侶。 然后，病毒體可以感染許多細(xì)胞靶標(biāo)并傳播到整個(gè)生物體內(nèi)。 但是，選擇過(guò)程導(dǎo)致R5病毒主要通過(guò)該途徑傳播。在感染了B型HIV-1亞型的患者中，晚期疾病和T-tropic變體中常常存在共受體轉(zhuǎn)換，可以通過(guò)CXCR4感染多種T細(xì)胞。這些變體隨后會(huì)以高毒力復(fù)制，從而導(dǎo)致T細(xì)胞快速耗竭，免疫系統(tǒng)崩潰以及標(biāo)志著AIDS出現(xiàn)的機(jī)會(huì)性感染。HIV陽(yáng)性患者獲得了廣泛的機(jī)會(huì)感染，在開始進(jìn)行HAART治療之前這尤其成問(wèn)題； 然而，據(jù)報(bào)道，在抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法開始后進(jìn)行死后檢查的HIV感染患者中，發(fā)生了相同的感染。因此，在感染過(guò)程中，病毒適應(yīng)CXCR4而不是CCR5的使用可能是艾滋病發(fā)展的關(guān)鍵步驟。 許多有關(guān)B型亞型感染者的研究表明，有40％至50％的AIDS患者可以攜帶SI病毒，并推測(cè)其帶有X4表型。

? ? ? ? HIV-2的致病性遠(yuǎn)低于HIV-1，并且在全球范圍內(nèi)都局限于西非。HIV-2對(duì)“輔助基因”的采用及其輔助受體使用的混雜模式(包括CD4獨(dú)立性)可能有助于病毒適應(yīng)性避免宿主細(xì)胞中存在的先天限制因子。適應(yīng)使用正常的細(xì)胞機(jī)器以實(shí)現(xiàn)傳播和生產(chǎn)性感染也有助于在人類中建立HIV-2復(fù)制。 任何傳染原的生存策略都不是殺死其宿主，而是最終成為共生生物。 在實(shí)現(xiàn)低致病性后，隨著時(shí)間的推移，將選擇在傳播方面更成功的變體。

病毒的復(fù)制

? ? ? ??HIV病毒粒子通過(guò)其表面的糖蛋白吸附至靶細(xì)胞上的受體，然后將病毒包膜與靶細(xì)胞膜融合并將HIV衣殼釋放到細(xì)胞中，從而進(jìn)入巨噬細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞。

? ? ? ? 進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程是通過(guò)HIV病毒包膜上的三聚體包膜復(fù)合物（gp160刺突）與靶細(xì)胞表面上的CD4和趨化因子共受體（通常為CCR5或CXCR4，但已知其他相互作用）共同作用開始的。?Gp120與激活LFA-1的整合素α4β7結(jié)合，LFA-1是參與病毒突觸建立的中央整合素，可促進(jìn)HIV-1在細(xì)胞間的有效傳播。gp160峰含有CD4和趨化因子受體的結(jié)合域。

? ? ? ? 融合的第一步涉及gp120的CD4結(jié)合域與CD4的高親和力連接。 一旦gp120與CD4蛋白結(jié)合，包膜復(fù)合物就會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，從而暴露gp120的趨化因子受體結(jié)合域，并使它們與靶趨化因子受體相互作用。這樣可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的兩叉式附著，從而使N端融合肽gp41穿透細(xì)胞膜。然后，gp41，HR1和HR2中的重復(fù)序列相互作用，導(dǎo)致gp41的細(xì)胞外部分塌陷成發(fā)夾狀。 這種環(huán)結(jié)構(gòu)使病毒和細(xì)胞膜緊密結(jié)合在一起，從而使膜融合并隨后進(jìn)入病毒衣殼。

? ? ? ?HIV與靶細(xì)胞結(jié)合后，將HIV RNA和各種酶(包括逆轉(zhuǎn)錄酶，整合酶，核糖核酸酶和蛋白酶)注入細(xì)胞。在基于微管的細(xì)胞核運(yùn)輸過(guò)程中， 病毒的單鏈RNA基因組被轉(zhuǎn)錄成雙鏈DNA，然后整合到宿主染色體中。

? ? ? ?HIV可以通過(guò)CD4-CCR5途徑感染樹突狀細(xì)胞(DC)，但也可以使用另一種使用甘露糖特異性C型凝集素受體的途徑，例如DC-SIGN。DC是病毒在X傳播過(guò)程中遇到的最早的細(xì)胞之一。 目前，它們被認(rèn)為是通過(guò)DC將粘膜中的病毒捕獲而將HIV傳播給T細(xì)胞而發(fā)揮重要作用。人們普遍認(rèn)為，神經(jīng)元中天然存在的FEZ-1的存在可以防止HIV感染細(xì)胞。

? ? ? 長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為HIV-1的進(jìn)入以及許多其他逆轉(zhuǎn)錄病毒的進(jìn)入僅在細(xì)胞膜上發(fā)生。 然而，近來(lái)，也已經(jīng)報(bào)道了pH依賴性，網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的HIV-1內(nèi)吞作用引起的生產(chǎn)性感染，并且最近被認(rèn)為是生產(chǎn)性進(jìn)入的唯一途徑。

? ? ? ?病毒衣殼進(jìn)入細(xì)胞后不久，一種叫做逆轉(zhuǎn)錄酶的酶從附著的病毒蛋白中釋放出了正義的單鏈RNA基因組，并將其復(fù)制到互補(bǔ)的DNA（cDNA）分子中。逆轉(zhuǎn)錄的過(guò)程極易出錯(cuò)，產(chǎn)生的突變可能引起耐藥性或使病毒逃避人體的免疫系統(tǒng)。 逆轉(zhuǎn)錄酶還具有在合成cDNA時(shí)降解病毒RNA的核糖核酸酶活性，以及從反義cDNA產(chǎn)生有義DNA的依賴DNA的DNA聚合酶活性。cDNA及其補(bǔ)體一起形成雙鏈病毒DNA，然后將其轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中。 病毒DNA整合入宿主細(xì)胞的基因組是由另一種稱為整合酶的病毒酶完成的。

? ? ? ? 然后，整合的病毒DNA可能在HIV感染的潛伏期處于休眠狀態(tài)。要主動(dòng)產(chǎn)生該病毒，需要存在某些細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子，其中最重要的是NF-κB(核因子κB)，當(dāng)T細(xì)胞被激活時(shí)，該因子會(huì)被上調(diào)。這意味著那些最有可能被HIV靶向，進(jìn)入并隨后被殺死的細(xì)胞是那些積極抵抗感染的細(xì)胞。

? ? ? ?在病毒復(fù)制過(guò)程中，整合的DNA前病毒被轉(zhuǎn)錄為RNA，然后對(duì)其中的一些進(jìn)行RNA剪接以產(chǎn)生成熟的信使RNA(mRNA)。 這些mRNA從細(xì)胞核輸出到細(xì)胞質(zhì)，然后被翻譯成調(diào)節(jié)蛋白Tat(促進(jìn)新病毒的產(chǎn)生)和Rev。隨著新產(chǎn)生的Rev蛋白的產(chǎn)生，它移到細(xì)胞核，并與全蛋白結(jié)合。 長(zhǎng)度，未剪接的病毒RNA拷貝，并使其離開細(xì)胞核。這些全長(zhǎng)RNA中的某些充當(dāng)病毒基因組的新副本，而其他全長(zhǎng)充當(dāng)被翻譯以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)蛋白Gag和Env的mRNA。Gag蛋白與病毒RNA基因組的拷貝結(jié)合，將它們包裝成新的病毒顆粒。

? ? ? ? HIV-1和HIV-2的RNA包裝似乎有所不同：HIV-1將與任何適當(dāng)?shù)腞NA結(jié)合，HIV-2將優(yōu)先結(jié)合用于創(chuàng)建Gag蛋白本身的mRNA。

基因重組

? ? ? ? 每個(gè)HIV-1顆粒中都包裹有兩個(gè)正義RNA，逆轉(zhuǎn)錄酶催化感染和復(fù)制后，兩個(gè)基因組之間可能發(fā)生重組。重組發(fā)生在單鏈正義RNA基因組被逆轉(zhuǎn)錄形成DNA時(shí)。 在逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，新生的DNA可以在病毒RNA的兩個(gè)拷貝之間多次切換。 這種重組形式稱為復(fù)制選擇。 重組事件可能在整個(gè)基因組中發(fā)生。 每個(gè)復(fù)制周期中，每個(gè)基因組可能發(fā)生2至20個(gè)重組事件，這些事件可以迅速改組從親本基因組傳給子代基因組的遺傳信息。

? ? ? ? 病毒重組產(chǎn)生的遺傳變異可能有助于抵抗抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法的發(fā)展。原則上，重組也可能有助于克服宿主的免疫防御。 然而，為了實(shí)現(xiàn)遺傳變異的適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)，包裝在單個(gè)感染病毒顆粒中的兩個(gè)病毒基因組必須來(lái)自具有不同遺傳組成的單獨(dú)祖先親本病毒。 尚不清楚這種混合包裝在自然條件下多久發(fā)生一次。

? ? ? ? Bonhoeffer等人提示逆轉(zhuǎn)錄酶的模板轉(zhuǎn)換是修復(fù)單鏈RNA基因組斷裂的修復(fù)過(guò)程。 此外，Hu和Temin提出重組是一種修復(fù)RNA基因組損傷的適應(yīng)方法。 通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄酶進(jìn)行鏈切換(復(fù)制選擇重組)可以從兩個(gè)受損的單鏈RNA基因組拷貝中生成基因組DNA的未損壞拷貝。 這種重組在HIV中的適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)的觀點(diǎn)可以解釋為什么每個(gè)HIV顆粒都包含兩個(gè)完整的基因組，而不是一個(gè)。 此外，重組是修復(fù)過(guò)程的觀點(diǎn)暗示了修復(fù)的益處可以在每個(gè)復(fù)制周期中發(fā)生，并且無(wú)論兩個(gè)基因組在遺傳上是否不同，這種益處都可以實(shí)現(xiàn)。 鑒于HIV的重組是一個(gè)修復(fù)過(guò)程，重組變異的產(chǎn)生將是模板轉(zhuǎn)換發(fā)展的結(jié)果，而不是原因。

? ? ? ?HIV-1感染導(dǎo)致慢性炎癥和活性氧的產(chǎn)生。因此，HIV基因組可能容易受到氧化損傷，包括單鏈RNA斷裂。 對(duì)于HIV以及一般而言，對(duì)于病毒來(lái)說(shuō)，成功的感染取決于克服宿主防御策略，該策略通常包括產(chǎn)生破壞基因組的活性氧。 因此，Michod等人說(shuō)，病毒重組是修復(fù)基因組損傷的一種適應(yīng)方法，重組變異是一種副產(chǎn)物，可以提供單獨(dú)的好處。

病毒的組裝與釋放

? ? ? ? 病毒循環(huán)的最后一步是組裝新的HIV-1病毒顆粒，始于宿主細(xì)胞的質(zhì)膜。Env蛋白(gp160)穿過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并被轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體，在那里被弗林蛋白酶切割，產(chǎn)生兩種HIV包膜糖蛋白gp41和gp120。這些被轉(zhuǎn)運(yùn)到宿主細(xì)胞的質(zhì)膜，在那里gp41將gp120錨定到被感染細(xì)胞的膜上。 隨著形成的病毒粒子開始從宿主細(xì)胞中萌芽，Gag(p55)和Gag-Pol(p160)蛋白也與質(zhì)膜的內(nèi)表面以及HIV基因組RNA結(jié)合在一起。由于仍需要將Gag蛋白切割成基質(zhì)、衣殼和核衣殼蛋白，因此出芽的病毒體仍未成熟。這種切割是由包裝的病毒蛋白酶介導(dǎo)的，并且可以被蛋白酶抑制劑類的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物抑制。 然后組裝各種結(jié)構(gòu)成分以產(chǎn)生成熟的HIV病毒粒子。然后只有成熟的病毒體才能感染另一個(gè)細(xì)胞。

全身感染

? ? ? ? 病毒粒子感染細(xì)胞的經(jīng)典過(guò)程可以稱為“無(wú)細(xì)胞傳播”，以區(qū)別于最近被認(rèn)可的“細(xì)胞間傳播”過(guò)程。在無(wú)細(xì)胞擴(kuò)散中，病毒顆粒從受感染的T細(xì)胞中萌芽，進(jìn)入血液或細(xì)胞外液，然后在偶然相遇后感染另一個(gè)T細(xì)胞。HIV還可以通過(guò)細(xì)胞間傳播的過(guò)程從一個(gè)細(xì)胞直接傳播到另一個(gè)細(xì)胞來(lái)傳播，對(duì)此已描述了兩種途徑。 首先，被感染的T細(xì)胞可以通過(guò)病毒突觸將病毒直接傳播到目標(biāo)T細(xì)胞。其次，抗原呈遞細(xì)胞(APC)，例如巨噬細(xì)胞或樹突狀細(xì)胞，可以通過(guò)涉及生產(chǎn)性感染(對(duì)于巨噬細(xì)胞而言)或病毒粒子反式捕獲和轉(zhuǎn)移的過(guò)程將HIV傳播至T細(xì)胞。 樹突狀細(xì)胞的情況，無(wú)論采用哪種途徑，據(jù)報(bào)道通過(guò)細(xì)胞間轉(zhuǎn)移感染都比無(wú)細(xì)胞病毒傳播更為有效。許多因素有助于提高效率，包括極化病毒向細(xì)胞間接觸部位發(fā)芽，細(xì)胞緊密并置，從而使病毒體的液相擴(kuò)散最小化，以及HIV進(jìn)入受體在靶細(xì)胞上向聚集接觸區(qū)。人們認(rèn)為，在CD4+T細(xì)胞密集且可能頻繁相互作用的淋巴組織中，細(xì)胞之間的傳播特別重要?；铙w內(nèi)影像學(xué)研究支持了體內(nèi)HIV突觸的概念。盡管有抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法，HIV仍可利用許多傳播機(jī)制促進(jìn)病毒的不斷復(fù)制。

基因突變

? ? ? ? HIV與許多病毒的不同之處在于，它具有很高的遺傳變異性。 這種多樣性是其快速的復(fù)制周期的結(jié)果，每天可產(chǎn)生約10^10個(gè)病毒體，而且每個(gè)復(fù)制周期的每個(gè)核苷酸堿基的突變率約為3x10^-5，并且逆轉(zhuǎn)錄酶具有重組特性。

? ? ? ? 這種復(fù)雜的情況導(dǎo)致一天之內(nèi)，一名感染病人會(huì)產(chǎn)生多種HIV變異。當(dāng)單個(gè)細(xì)胞同時(shí)被兩種或多種不同的HIV株感染時(shí)，這種變異性就更加復(fù)雜了。 當(dāng)同時(shí)感染發(fā)生時(shí)，子代病毒粒子的基因組可能由來(lái)自兩個(gè)不同菌株的RNA鏈組成。 然后，這種混合病毒體感染一個(gè)新細(xì)胞，并在其中進(jìn)行復(fù)制。 發(fā)生這種情況時(shí)，逆轉(zhuǎn)錄酶通過(guò)在兩個(gè)不同的RNA模板之間來(lái)回跳躍，將生成新合成的逆轉(zhuǎn)錄病毒DNA序列，該序列是兩個(gè)親本基因組之間的重組體。這種重組在子類型之間發(fā)生時(shí)最為明顯。

? ? ? ? 緊密相關(guān)的猿猴免疫缺陷病毒(SIV)已進(jìn)化為許多菌株，按自然宿主物種分類。 非洲綠猴(SIVagm)和黑猩猩(SIVsmm)的SIV毒株與其宿主具有悠久的進(jìn)化歷史。這些宿主適應(yīng)了病毒的存在，在宿主血液中的含量很高，但僅引起輕度的免疫反應(yīng)，不會(huì)引起猴艾滋病的發(fā)展，并且確實(shí)沒(méi)有經(jīng)歷人類感染HIV的廣泛突變和重組。

? ? ? ?相反，當(dāng)這些菌株感染不適應(yīng)SIV的物種(“異源”或類似的宿主，如恒河猴或食蟹獼猴)時(shí)，動(dòng)物會(huì)產(chǎn)生AIDS，并且該病毒會(huì)產(chǎn)生類似于人類HIV感染的遺傳多樣性。黑猩猩SIV(SIVcpz)是HIV-1的最親近的遺傳親本，與它的自然宿主中死亡率上升和類似AIDS的癥狀有關(guān)。SIVcpz似乎是最近才傳播給黑猩猩和人類，因此其宿主尚未適應(yīng)該病毒。該病毒還喪失了大多數(shù)SIV中存在的Nef基因的功能。 對(duì)于非致病性SIV變體，Nef通過(guò)CD3標(biāo)記抑制T細(xì)胞活化。? Nef在非致病性SIV中的功能是下調(diào)炎性細(xì)胞因子MHC-1的表達(dá)，并影響T細(xì)胞運(yùn)輸?shù)男盘?hào)。 在HIV-1和SIVcpz中，nef不能抑制T細(xì)胞活化，并且已經(jīng)失去了這一功能。 沒(méi)有這個(gè)功能，T細(xì)胞的消耗就更可能導(dǎo)致免疫缺陷。

? ? ? ? 根據(jù)包膜(Env)區(qū)域的差異，已鑒定出三類HIV-1：M、N和O。M組是最普遍的，根據(jù)整個(gè)基因組分為八個(gè)亞型(進(jìn)化枝)，在地理上是不同的。最普遍的是亞型B(主要在北美和歐洲發(fā)現(xiàn))，A和D(主要在非洲發(fā)現(xiàn))和C(主要在非洲和亞洲發(fā)現(xiàn))。 這些亞型在系統(tǒng)發(fā)育樹中形成代表HIV-1 M組血統(tǒng)的分支。 與不同亞型的共感染產(chǎn)生循環(huán)重組形式(CRF)。 在對(duì)全球亞型患病率進(jìn)行分析的最后一年，即2000年，全世界47.2％的感染為C型，A型/ CRF02_AG型為26.7％，B型為12.3％，D型為5.3％，? CRF_AE占3.2％，其余5.3％由其他亞型和CRF組成。大多數(shù)HIV-1研究集中于B型。 很少有實(shí)驗(yàn)室關(guān)注其他亞型。根據(jù)2009年分離出的病毒，假設(shè)存在第四組“ P”。該菌株顯然來(lái)自大猩猩SIV(SIVgor)，該物種于2006年首次從西部低地大猩猩中分離出來(lái)。

HIV診斷

? ? ? ? 許多HIV陽(yáng)性的人不知道自己感染了這種病毒。例如，2001年，非洲的性活躍城市人口中只有不到1％得到測(cè)試，而農(nóng)村人口中這一比例甚至更低。此外，在2001年，只有0.5％的城市醫(yī)療機(jī)構(gòu)孕婦接受了咨詢，檢測(cè)或檢測(cè)結(jié)果。同樣，在農(nóng)村醫(yī)療機(jī)構(gòu)中這一比例甚至更低。由于捐助者可能因此不了解其感染情況，因此常規(guī)檢查了用于醫(yī)學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的捐助者血液和血液制品是否感染了HIV。

? ? ? ? 最初使用酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(ELISA)進(jìn)行HIV-1測(cè)試，以檢測(cè)針對(duì)HIV-1的抗體。 最初的ELISA結(jié)果無(wú)反應(yīng)的標(biāo)本被認(rèn)為是HIV陰性，除非已再次接觸受感染的伴侶或未知HIV狀況的伴侶。 具有反應(yīng)性ELISA結(jié)果的樣品一式兩份進(jìn)行重新測(cè)試。如果任一重復(fù)測(cè)試的結(jié)果都是反應(yīng)性的，則報(bào)告該樣品為重復(fù)性反應(yīng)，并通過(guò)更具體的補(bǔ)充測(cè)試[例如，聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)，蛋白質(zhì)印跡或較不常見(jiàn)的免疫熒光測(cè)定(IFA)進(jìn)行確認(rèn)性測(cè)試]。 只有通過(guò)ELISA反復(fù)反應(yīng)且通過(guò)IFA或PCR呈陽(yáng)性反應(yīng)或通過(guò)Western blot呈反應(yīng)性的標(biāo)本才被視為HIV陽(yáng)性，并指示HIV感染。 反復(fù)進(jìn)行ELISA反應(yīng)的標(biāo)本有時(shí)會(huì)提供不確定的Western印跡結(jié)果，可能是感染者對(duì)HIV的抗體反應(yīng)不完全，或者感染者沒(méi)有特異性反應(yīng)。

? ? ? ?盡管在這些模棱兩可的病例中可以使用IFA確認(rèn)感染，但該測(cè)定法并未廣泛使用。 通常，第二個(gè)樣本應(yīng)在一個(gè)多月后收集，并對(duì)具有不確定的蛋白質(zhì)印跡結(jié)果的人進(jìn)行重新測(cè)試。 核酸檢測(cè)(例如病毒RNA或前病毒DNA擴(kuò)增方法)雖然不那么普遍，但在某些情況下也可以幫助診斷。此外，由于樣品數(shù)量少，一些測(cè)試樣品可能無(wú)法提供結(jié)論性的結(jié)果。 在這種情況下，將收集第二個(gè)樣本并進(jìn)行HIV感染檢測(cè)。

? ? ? ? 考慮到窗口期，現(xiàn)代HIV檢測(cè)非常準(zhǔn)確。 一次篩查測(cè)試在超過(guò)99％的時(shí)間內(nèi)都是正確的。在低風(fēng)險(xiǎn)人群中，標(biāo)準(zhǔn)的兩步測(cè)試方案中假陽(yáng)性結(jié)果的可能性估計(jì)約為25萬(wàn)分之一。建議立即進(jìn)行暴露后測(cè)試，然后在六個(gè)星期，三個(gè)月和六個(gè)月進(jìn)行測(cè)試。

? ? ? ? 美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心(CDC)的最新建議表明，HIV檢測(cè)必須從針對(duì)HIV-1和HIV-2抗體以及p24抗原的免疫測(cè)定組合檢測(cè)開始。 陰性結(jié)果排除了HIV暴露，而陽(yáng)性結(jié)果則必須進(jìn)行HIV-1 / 2抗體分化免疫測(cè)定，以檢測(cè)存在哪些抗體。 這引起了四種可能的情況：

1. HIV-1(+)和HIV-2(-)：檢測(cè)到HIV-1抗體

2. HIV-1(-)和HIV-2(+)：檢測(cè)到HIV-2抗體

3. HIV-1(+)和HIV-2(+)：同時(shí)檢測(cè)到HIV-1和HIV-2抗體

4. HIV-1(-)或不確定和HIV-2(-)：必須進(jìn)行核酸檢測(cè)以檢測(cè)HIV-1的急性感染或不存在。

HIV治療

? ? ? ? HIV治療方案通常包括使用多種抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物以控制HIV感染。 有幾種類型的抗逆轉(zhuǎn)錄病毒藥物作用于HIV生命周期的不同階段。 使用作用于不同病毒靶標(biāo)的多種藥物被稱為高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法(HAART)。HAART可以減輕患者的HIV總負(fù)擔(dān)，維持免疫系統(tǒng)的功能，并預(yù)防經(jīng)常導(dǎo)致死亡的機(jī)會(huì)性感染。只要HIV陽(yáng)性伴侶保持無(wú)法檢測(cè)到的病毒載量，HAART還可以防止HIV在血清惡性同性伴侶和異性伴侶之間傳播。

? ? ? ?治療是如此成功，以至于在世界許多地方，HIV已成為一種慢性病，在這種情況下，越來(lái)越少地發(fā)展成AIDS。 美國(guó)國(guó)家過(guò)敏和傳染病研究所所長(zhǎng)安東尼·福西(Anthony Fauci)寫道：“有了現(xiàn)在的集體和果斷行動(dòng)，以及未來(lái)幾年的堅(jiān)定承諾，無(wú)AIDS的一代確實(shí)可以實(shí)現(xiàn)?！?在同一篇論文中，他指出，僅在2010年，抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法就挽救了700000人的生命。正如《柳葉刀》雜志上的另一條評(píng)論所言：“臨床醫(yī)生現(xiàn)在正面臨著一種慢性病的治療，這種疾病在沒(méi)有治愈方法的情況下將持續(xù)數(shù)十年，而不是應(yīng)對(duì)急性的和可能威脅生命的并發(fā)癥。”

基因工程應(yīng)用

? ? ? ? 逆轉(zhuǎn)錄病毒一直是在基因治療中使用病毒進(jìn)行研究的基礎(chǔ)，但是以HIV為首的慢病毒具有感染非分裂細(xì)胞的獨(dú)特能力，因此具有廣泛的潛在應(yīng)用。慢病毒可以將其基因組整合到宿主種系的基因組中，從而使該病毒此后由宿主的后代遺傳。 為了有效進(jìn)行基因治療，必須插入、改變或去除宿主細(xì)胞基因。 為此，科學(xué)家利用慢病毒的感染機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)基因治療的理想結(jié)果。

? ? ? ??HIV-1 VPR是HIV-1感染后表達(dá)的一種96個(gè)氨基酸組成的蛋白。它具有許多功能，包括誘導(dǎo)G2阻滯導(dǎo)致T細(xì)胞和其他人類細(xì)胞的凋亡。VPR能夠在許多癌細(xì)胞株中誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和凋亡，包括一些腫瘤抑制基因和DNA修復(fù)基因缺陷的細(xì)胞。

? ? ? ?VPR引起細(xì)胞凋亡并不依賴p53通路，后者在耐化療和放療的癌細(xì)胞系中常常發(fā)生突變。因p53突變而對(duì)化療藥有較強(qiáng)抗性的侵襲性腫瘤，對(duì)VPR引起的細(xì)胞調(diào)亡同樣敏感。研究人員推測(cè)，VPR可能利用了多種癌癥(包括成骨肉瘤、宮頸癌、白血病和淋巴瘤)中保守的凋亡誘導(dǎo)通路，該通路的普遍存在使基于VPR的治療成為理想的癌癥治療方法。目前，他們正致力于鑒別VPR激活或抑制的細(xì)胞基因。

? ? ? ??由于HIV-1自帶VPR，而常用的慢病毒載體正是以HIV-1為骨架。因此，可以用HIV-1將VPR引入癌細(xì)胞，以消滅癌細(xì)胞。

? ? ? ? 調(diào)節(jié)T細(xì)胞具有免疫抑制能力，會(huì)抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)。但是，HIV具有感染調(diào)節(jié)T細(xì)胞的能力。因此，可以利用HIV，將調(diào)節(jié)T細(xì)胞重新編程為癌細(xì)胞殺手。

? ? ? ? HIV載體的缺點(diǎn)是，HIV的逆轉(zhuǎn)錄酶錯(cuò)誤率是一般逆轉(zhuǎn)錄病毒的10倍，每次復(fù)制都會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。附帶一提，鼠白血病病毒(Murine Leukemia Virus/MLV)的逆轉(zhuǎn)錄酶是逆轉(zhuǎn)錄病毒中精度最高的。

HIV及其親屬

? ? ? ?HIV是典型的慢病毒(Lentivirus)，以下是慢病毒家族的成員表。

1.牛免疫缺陷病毒/牛艾滋病毒(Bovine immunodeficiency virus)

2.山羊關(guān)節(jié)炎-腦炎病毒(Caprine arthritis encephalitis virus)

3.馬傳染性貧血病毒(Equine infectious anemia virus)

4.貓免疫缺陷病毒/貓艾滋病毒(Feline immunodeficiency virus)

5.人免疫缺陷病毒1型/艾滋病毒/艾滋病毒1型(Human immunodeficiency virus 1)

6.人免疫缺陷病毒2型/艾滋病毒/艾滋病毒2型(Human immunodeficiency virus 2)

7.杰姆布拉納病毒(Jembrana disease virus)

8.貓科猛獸免疫缺陷病毒/貓科猛獸艾滋病毒(Puma lentivirus)

9.猴免疫缺陷病毒/猴艾滋病毒(Simian immunodeficiency virus)

10.維斯那-梅迪病毒(Visna-maedi virus)

這是逆轉(zhuǎn)錄病毒的進(jìn)化分支

這是慢病毒的進(jìn)化分支

? ? ? ?其中RELIK是野兔內(nèi)源性慢病毒元件K。dUTPase是脫氧尿嘧啶三磷酸核苷酸水解酶，具有部分的校正功能。

這是逆轉(zhuǎn)錄病毒蛋白酶酶切位點(diǎn)

抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法(ART)常用的藥物

? ? ? ? 由于逆轉(zhuǎn)錄酶沒(méi)有3'-5'外切酶校對(duì)活性，因此逆轉(zhuǎn)錄病毒具有極高的突變率。因此，以AZT(ZIDOVUDINE)為代表的抗HIV藥物正是鉆了逆轉(zhuǎn)錄酶的空子，替代dNTP參與病毒DNA的合成，進(jìn)而阻斷病毒DNA的合成。

? ? ? ? 由于逆轉(zhuǎn)錄病毒的成熟依賴病毒天冬氨酸蛋白酶，合成一個(gè)天冬氨酸蛋白酶需要兩個(gè)GAG-POL發(fā)生自耦剪切。因此，以SAQUINAVIR為代表的抗HIV藥物，通過(guò)與天冬氨酸蛋白酶活性區(qū)域的結(jié)合，阻止GAG-POL自耦剪切與病毒的成熟。