《无包膜RNA病毒》课件：深入解析病毒结构和感染机制

无包膜病毒结构与感染RNA机制深度解析2025年病毒学系列讲座中国病毒学会特别课程课程概述基本概念分类系统结构特征123无包膜RNA病毒基础知识主要病毒科属及特点病毒衣壳和基因组特性感染机制临床应用45复制策略与宿主互作诊断方法与防治研究第一部分无包膜病毒基础RNA病毒基本结构蛋白质衣壳包裹RNA基因组基因组特点RNA分子结构与遗传信息编码分类方法基于基因组与形态学特征什么是无包膜病毒？RNA基本定义关键特点缺乏脂质双层外膜的RNA病毒环境稳定性强主要结构蛋白质衣壳+RNA基因组对消毒剂抵抗力高耐干燥条件无包膜与包膜病毒比较特性无包膜病毒包膜病毒结构特点仅有衣壳和核酸具有脂质双层包膜传播方式粪-口途径为主飞沫、体液传播环境存活数周至数月数小时至数天消毒敏感性抵抗力强易被破坏无包膜病毒的进化意义RNA结构简化优势复制周期短1基因组紧凑信息密度大环境抗逆性传播范围广高突变率快速适应新宿主第二部分分类与主要家族正链病毒负链病毒RNA RNA基因组直接作为mRNA需转录为互补RNA逆转录病毒双链病毒RNA RNA部分无包膜类型独特复制机制国际病毒分类委员会分类系ICTV统传统形态学分类基于电镜观察结果现代分子分类基因组序列比对多相分类法整合多种特征数据动态更新系统2024-2025最新修订正链无包膜病毒RNA直接翻译基因组可直接作为mRNA紧凑基因组单一开放阅读框或多顺反子区重要病原体诺如病毒、脊髓灰质炎病毒负链无包膜病毒RNA基因组特点代表病毒•负义单链RNA•部分布尼亚病毒•需RNA聚合酶转录•特殊球形病毒•通常携带病毒聚合酶•新发现类型复制策略•转录mRNA前导序列•核糖核蛋白复合物•转录与复制分离双链无包膜病毒RNA分节段基因组多个dsRNA片段组成内部转录机制病毒颗粒内合成mRNA避免宿主防御dsRNA不暴露于细胞质临床重要性轮状病毒为儿童腹泻主因肠道病毒科详解Picornaviridae肠道病毒科正二十面体衣壳，7-8kb正链RNA基因组，单一ORF编码结构蛋白VP1-VP4和非结构蛋白杯状病毒科概述Caliciviridae

7.5kb基因组长度正链单链RNA27nm病毒直径小型正二十面体32衣壳单位特征杯状凹陷10-100感染剂量极低感染阈值轮状病毒科Reoviridae星状病毒科Astroviridae特征星形表面基因组结构肠道亲嗜性电镜下5-6角星形

6.8-

7.9kb正链RNA主要致腹泻病毒微微病毒科Parvoviridae极小的病毒直径18-26nm最小的DNA病毒之一基因组特点单链DNA约5kb长度复制依赖性需宿主细胞S期利用细胞DNA聚合酶临床意义人类B19感染传染性红斑其他重要无包膜病毒科属RNA披卡纳韦拉病毒科托加病毒科特例新发现类型双链RNA基因组茹白尼亚属基于宏基因组学2-3个基因组片段部分成员无包膜独特遗传特征胃肠道感染相关分类界限模糊生态位多样性第三部分病毒结构与形态学基本结构组装原理衣壳蛋白组织与对称性亚基相互作用与自组装基因组包装分析技术RNA与蛋白质相互作用电镜与晶体学方法4无包膜病毒衣壳结构原理对称性原理几何结构最大化保护基因组亚基自组装蛋白质单体形成衣壳单位准等价理论相似但非完全相同的亚基排列数变异T决定衣壳大小与复杂性病毒衣壳蛋白的功能保护基因组屏蔽核酸免受降解受体识别表面暴露区域特异性结合酶活性部分衣壳蛋白具有催化功能构象变化入侵过程中的动态转变正二十面体结构详解20三角面组成正二十面体的基本单位12五重顶点五重对称轴交汇处30棱边连接相邻三角面60对称操作正二十面体对称群元素数量蛋白功能与结构VP1-VP4蛋白位置主要功能VP1表面暴露受体结合，抗原决定簇VP2表面/内部衣壳稳定，辅助组装VP3表面/内部衣壳稳定，抗原表位VP4内部RNA结合，膜穿透活性病毒结构中的峡谷与凹槽峡谷结构受体结合位点抗原决定簇VP1周围形成高度特异性区域免疫识别关键位点现代结构生物学分析技术冷冻电镜射线晶体学核磁共振X近原子分辨率结构解高分辨率静态结构溶液中蛋白动态研究析计算模拟分子动力学与结构预测第四部分病毒基因组与复制基因组结构RNA类型与组织方式1复制机制病毒聚合酶与复制复合体翻译策略蛋白合成与加工过程宿主因子细胞蛋白在复制中的作用无包膜病毒基因组多样性RNA基因组的特殊结构RNA端特殊结构内部结构元件5•蛋白连接的VPg•IRES翻译起始位点•帽子结构变体•调控RNA发卡结构•复杂二级结构•复制信号序列端特征3•多腺苷酸尾•假结节结构•复制起始元件病毒基因组复制概述入侵与解衣壳初始翻译基因组释放入细胞质合成病毒蛋白酶和聚合酶2装配与释放基因组复制新病毒颗粒形成合成中间体和新基因组正链病毒复制机制RNA基因组转化1直接作为mRNA翻译多聚蛋白加工病毒蛋白酶切割多聚蛋白前体复制复合体形成膜重排创建复制工厂基因组合成经负链中间体合成新RNA负链病毒转录与复制RNA初始步骤病毒RNA聚合酶识别启动子形成转录起始复合物合成mRNA产生带帽子结构的正链转录物形成多个亚基因组mRNA全长复制RNA合成完整互补RNA链作为新病毒基因组模板调控平衡转录与复制间精确调控影响病毒生长周期双链病毒独特复制策略RNA特殊复制环境转录机制基因组复制病毒颗粒内进行RNA合成衣壳内RNA合成酶保守双链RNA模板避免宿主免疫识别非对称转录产生mRNA新合成正链RNA作为模板隔离双链RNA中间体内部加帽加工片段化组装过程病毒宿主相互作用-劫持翻译机器IRES依赖或帽子独立翻译膜系统重组形成复制有利微环境免疫逃避抑制干扰素反应代谢调控重编程宿主代谢流向病毒合成第五部分感染与致病机制初始接触受体识别与结合细胞进入内吞与膜穿透复制扩增3基因组复制与蛋白合成细胞损伤直接细胞毒性与免疫病理无包膜病毒的细胞进入机制无包膜病毒入侵受体特异性结合，诱导内吞，衣壳蛋白构象变化形成膜穿透结构，释放基因组RNA主要病毒受体与tropism病毒主要受体组织分布脊髓灰质炎病毒CD155神经元、肠上皮诺如病毒唾液酸化糖链肠上皮细胞轮状病毒整合素、唾液酸小肠上皮柯萨奇病毒ICAM-

1、CAR心肌、胰腺病毒衣壳的构象变化受体结合诱导VP1蛋白构象转变粒子形成A衣壳扩张释放VP4膜相互作用疏水区域插入脂质膜释放RNA形成转运通道细胞病理学变化细胞空泡化核结构变化细胞凋亡膜结构重组形成囊泡染色质浓缩与核裂解程序性细胞死亡与病变组织与器官水平的致病性肠道感染神经系统感染•上皮细胞死亡•轴突逆行运输•绒毛萎缩•神经元死亡•吸收功能下降•血脑屏障破坏•水电解质失衡•炎症反应系统性感染•病毒血症•多器官损伤•炎症因子风暴•继发性组织损伤宿主免疫应答第六部分相关疾病与临床意义神经系统疾病呼吸系统疾病脊髓灰质炎与脑炎普通感冒与支气管炎胃肠道疾病儿童特异性疾病腹泻与肠炎手足口病与婴幼儿腹泻主要无包膜病毒疾病谱RNA诺如病毒与食源性疾病10-10024-48h最低感染剂量潜伏期极少量病毒颗粒可致病感染后迅速发病亿60%

5.5社区爆发率年度病例封闭环境高传染性全球范围内每年感染人数脊髓灰质炎与根除计划年1955Salk灭活疫苗问世年1988全球根除计划启动2000-2020野毒株病例减少

99.9%当前挑战疫苗衍生株循环肠道病毒型与手足口病71手部皮疹口腔表现致病原因特征性水疱分布疼痛性溃疡EV71与CA16主要病原轮状病毒感染与儿童腹泻全球负担5岁以下儿童主要腹泻病因临床特点水样腹泻、呕吐、发热基因多样性G/P血清型组合多样疫苗进展多价疫苗显著降低重症率第七部分诊断、预防与治疗实验室诊断核酸检测与抗原识别快速、准确鉴定病原预防策略疫苗接种与环境消毒阻断传播途径治疗方法抗病毒药物与支持疗法缓解症状恢复健康实验室诊断技术疫苗研发与应用传统疫苗减毒或灭活病毒亚单位疫苗纯化抗原蛋白核酸疫苗mRNA或DNA平台病毒样颗粒VLP模拟病毒结构抗病毒药物研发蛋白酶抑制聚合酶抑制入侵抑制剂剂剂阻断受体结合阻断病毒多聚干扰RNA合成与内吞蛋白加工过程宿主靶向药物调控必需宿主因子未来研究方向与挑战单颗粒分析技术原子分辨率结构研究1互作组学系统解析病毒-宿主相互作用广谱抗病毒3面向病毒家族的通用药物新发病毒监测预警系统与应对准备。