艾滋病病原学及发病机理课件.ppt

《艾滋病病原学及发病机理课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《艾滋病病原学及发病机理课件.ppt（65页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、2022/12/19,1,HIV的病原学和发病机制,2,世界艾滋病的历史回顾,1981-1982: 美国CDC首次报道了MSM人群中发生PCP和Kaposis肉瘤，这种综合症被命名为AIDS并且受到关注。1983: 分离出 LAV（淋巴腺病相关性病毒 ）1984: 发现HIV的受体为CD41986：国际病毒命名委员会决定命名1987: 发明药物AZT1993: AZT + ddI 1996：2 RTI + 1 PI = HAART1997: HAART治疗CD4重建 1998：首例疫苗人体试验在美国开始 1999: 首次 HAART间歇治疗2001 :T20 治疗性疫苗.,3,一、病原学,4,

2、艾滋病病毒的发现和命名,艾滋病首次在美国CDC l981年6月5日的发病与死亡 (Morbidity and Mortality WeekIy Report)上报道。1983年，法国巴斯德研究所从1例持续性淋巴结病综合征的男性同性恋者分离到一种反转录的病毒 1986年，国际微生物学会及病毒分类学会将这些病毒统一命名为HIV,5,艾滋病病毒分类,从毒株种类分为 HIV-l和HIV-2，目前广泛流行于全球的毒株是HIV-l型。大量的研究也证明，在每次性活动中HIV-2比HIV-l 的传染性低5.9倍，在母婴传播中HIV-2比HIV-l 低15.3倍。感染HIV-2机体可发展成艾滋病，但潜伏期长，症

3、状轻，存活期长。,艾滋病病毒分类,6,艾滋病病毒分类,HIV-l型至少可以分为13个亚型。 M组：A、B、C、D、E、F、G、H 、I 、J、K; 0组 ； N组。 HIV-2型：A、B、C、D、E、F和G 7个亚型。各亚型间会出现重组（A/E；G/E；A/B）。,病毒基因分型,7,我国HIV-1主要流行株,已经发现的有A、B（欧美B）、B（泰国B）、C、D、E、F和G 8个亚型及二个流行重组型（B/C）。以B、C、B/C重组和E亚型为主.B亚型遍布全国各地（占47.5%）C和B/C重组亚型主要在吸毒人群较多的云南、新疆、四川和西北地区（占34.1%）E亚型主要发生在性传播较多的东南沿海和西南

4、边境（占9.6%）其它少数亚型（A、B、D、F和G）则散布于我国有劳务输出的不同省份。1999年在福建和上海发现并证实我国有HIV-2型感染者，在华中、华南和西北几个省区均有血清学证据提示也可能有HIV-2感染者存在目前我国尚未发现O组和N组HIV-1亚型毒株。,8,病毒的生物型,（1）融合型（SI型）或快/高型: 即在细胞培养中病毒复制快，滴度高，能够导致细胞融合 （2）非融合型（NSI型）或慢/低型: 即在细胞培养中病毒复制慢，滴度低，不导致细胞融合，大多数HIV分离株属于NSI型。,艾滋病病毒分类,9,分子型,根据HIV对辅助受体利用的特性对HIV进行了新的分型，即HIV的分子型，主要将

5、HIV分为R5型和X4型。R5型病毒通常只利用CCR5受体，X4型病毒常常同时利用CXCR4、CCR5和CCR3受体，有时还利用CCR2b受体。,艾滋病病毒分类,10,病原学特性,HIV对高温敏感，煮沸可迅速灭活，室温下液体环境中HIV可存活15天，被HIV污染的物品至少3日内有传染性，液体（即使含10%血清）中的HIV加热5610分钟即可灭活。37时，以下消毒剂处理10分钟，可灭活HIV，70%酒精、10%漂白粉、2%戊二醛、4%福尔马林、35%异丙醇、0.5%来苏和0.3%过氧化氢等。,11,病毒结构,艾滋病病毒（HIV）是单链RNA病毒属于逆转录病毒（retrovirus）科慢病毒（le

6、ntivirus）亚科,12,AIDS viruses: Colored scanning electron micrograph of a T-lymphocyte blood cell (green) infected with HIV (red).,13,电镜下结构,HIV病毒体呈球形，直径约100-120nm。成熟的HIV-1呈现一致密的圆锥状核心和一个病毒包膜,14,HIV结构,HIV呈20面体立体对称球形颗粒表面有72个刺突状结构的糖蛋白GP41,GP120,15,分为包膜与核心两部分GP41蛋白横跨类脂双层，GP41外端连接GP120包膜下有一层基质蛋白P17附着脂质双层膜的内层

7、（起稳定作用）,P 17,类脂双层,16,gp120 与 CD4 分子及部分T细胞和巨噬细胞上的趋化因子受体结合 gp41 促进病毒与细胞膜的融合,包膜蛋白:提供病毒的空间构想的物质基础，保护病毒基因组,弹性脂质双层由宿主细胞膜构成,双功能酶由DNA聚合酶及核糖核酸酶构成利用病毒RNA逆转录生成cDNA每个病毒颗粒包含两个RNA分子,蛋白酶组装新的病毒颗粒整合酶介导病毒基因组与宿主基因组的整合,HIV-I解剖学,17,HIV 基因组结构,启动转录,核心蛋白（核壳膜）,编码代谢酶,编码受体结合蛋白,9800 bp,功能辅助基因,结构基因,env基因：gp120，gp41gag基因：p17，p24

8、，p7,调节基因：tat 、rev,ol基因：逆转录酶，蛋白酶，整合酶,功能辅助基因：调节结构基因、功能基因转录与表达,HIV基因组,HIV 基因组结构,18,HIV,核衣壳核心蛋白P24基因组RNA:和其它逆转录病毒基因组一样为二倍体基因，核心内有两条相同的单链RNA链由氢键将两个RNA分子连接成70sRNA逆转录酶（P66/51）和整合酶P32,P17,P24,19,gag基因的结构及Gag蛋白功能,gag基因编码病毒核心蛋白，翻译时首先形成一个分子量大约为55 kd的前体蛋白（p55）然后在HIV蛋白酶的作用下裂解成p17、p24、p15三个蛋白质P24和p17分别参与构成HIV颗粒的内

9、壳和内膜，p15进一步裂解成与病毒RNA结合的核壳蛋白p9和p7 HIV具有高度变异性，其GP120上V3环区的变异引HIV在感染不同阶段使用不同的辅助受体，从而增大了HIV逃脱人体免疫系统攻击的可能性。,20,ol基因的结构及功能,ol基因编码病毒复制所需的酶类p66蛋白为逆转录酶p32蛋白则为整合酶（intergrase，INT）从pol基因和gag基因重叠区内起始的一段序列为pro基因，它编码蛋白p22（蛋白酶），p22在在裂解上述HIV蛋白前体形成终末成熟蛋白的过程中起主要作用（成熟蛋白酶位10 kD）,21,env基因的结构及功能,env基因先编码一个88 kd的蛋白质，经过糖基化后

10、分子量增加至160 kd，这就是HIV包膜糖蛋白前体gp160。该前体蛋白在蛋白酶的作用下被切割成gp120和gp41，gp120暴露于病毒包膜之外，称为外膜蛋白，感染细胞时可与细胞的CD4受体蛋白相结合。gp41是跨膜蛋白，是嵌入病毒包膜脂质中的部分。当gp120与CD4受体结合后，其构象发生改变导致与gp41分离，暴露出的gp41可插入细胞膜，造成膜融合，使病毒核心被导入细胞,22,调节基因的功能,TAT：是一种转录反式激活因子，有72个氨基酸和(86-103)个氨基酸两种形式，两种形式的Tat都存在于被感染细胞的细胞核与核仁中。Tat与RNA结合。在HIV的5端,Tat通过与反式激活应答

11、元件（TAR）结合能上调HIV的转录高达1000倍以上。REV：是HIV第2种必需的调节因子，编码一种96kD的磷蛋白，主要定位于核内，rev结合于Rev应答元件(RRE)区域，促使病毒转录各种mRNA，由细胞核进入胞浆，并使其保持稳定。rev是慢病毒最保守的调节基因。,23,VPR：诱导细胞周期G2期阻滞及蛋白复合体整合前的核转运。NEF：下调细胞表面CD4、MHC-I类分子表达。增强病毒颗粒感染性。VIF：病毒感染性因子。但不能提高病毒颗粒产量。最近研究表明vif蛋白主要的功能是调节病毒复制、组装、出芽，成熟的vif蛋白可以特异性地与蛋白酶相互作用。 VPU：增加病毒颗粒感染性，通过与蛋白

12、酶体的结合促进CD4降解。在缺乏Vpu的情况下，大量新合成的病毒颗粒会滞留在被感染细胞的表面。,辅助基因的功能,24,是病毒基因组两端（5端和3端）的长末端重复序列（long terminal repeat，LTR）。含有起始子、增强子、TATA序列，以及多个与病毒及细胞调节蛋白反应的区域他们对病毒基因组转录的调控起关键作用。,LTR功能,25,HIV-1和HIV-2主要基因产物,26,二、艾滋病的免疫学和发病机理,27,T细胞调节免疫系统：杀死带有特定目标抗原的细胞B细胞识别特定抗原目标并分泌特定抗体吞噬细胞包括单核细胞和巨噬细胞补体系统包括25种蛋白质免疫系统被病毒（如艾滋病病毒）削弱或破

13、坏时，人体容易发生机会性感染,正常免疫系统,28,病毒复制周期概述,病毒包膜识别宿主细胞2. 病毒与宿主细胞结合，释放内容物宿主酶清除病毒包膜利用宿主酶复制病毒基因组 利用宿主酶制备病毒mRNA病毒mRNA的翻译（宿主酶）病毒蛋白的加工及包装病毒基因组的囊性包装9. 病毒颗粒组装及“出芽外排,29,1. gp120 与 CD4 分子结合gp120 空间结构变化, 回缩与某些趋化因子受体结合 3. gp41 外展，刺入细胞膜，籍此在细胞上锚定病毒4. 病毒开始与细胞膜融合,HIV对细胞的识别,30,穿膜,病毒核心 (衣壳和基因组) 进入宿主细胞浆,31,病毒 RTase-DNA 聚合酶 根据病毒

14、RNA基因组制备ssDNA2. 病毒l核糖核酸酶降解 RNA3. 病毒 DNA 聚合酶复制 ssDNA - dsDNA4. dsDNA 借助于宿主骨架蛋白迁移到细胞核 (浓度高达 20 M, 几分钟内完成)5. 病毒 dsDNA 随机整合到宿主DNA 位点上,逆转录过程,32,复制,1.宿主 RNA 聚合酶指导前病毒转录2. 宿主 酶指导 mRNA 转录，并制备病毒 RNA，病毒蛋白3. 病毒蛋白及 RNA 组装 (病毒蛋白酶)4. 成熟病毒颗粒以出芽方式释放, 这可能杀死宿主细胞（T 最容易死亡, 巨噬细胞可能存活数月）,33,HIV-1感染细胞的第一步是gp120 与CD4 受体结合, 随

15、后穿透细胞膜，并进行脱膜. 病毒 RNA 基因组反转录成前病毒DNA基因组，并整合到宿主细胞基因组内. 病毒成分的合成及包装、释放.,要点概述：,34,被感染细胞HIV颗粒释放电镜图,35,RT,Provirus,Proteins,RNA,RNA,RT,Viral maturation,Reversetranscriptase,RNA,RNA,DNA,DNA,DNA,Current antiretroviral targets and agents,ZDV, ddI,ddC, d4T,3TC, ABC,TDF, FTCDLV, NVP,EFV, TMC125, R278,SQVRTVIDVNF

16、VAPVLPVFOSATZTPVTMC114BCVPL-100,Fusion,Integration,Viral protease,PA-457,拉替拉韦,T-20TRI-1144,Entry inhibitors,MaravirocVicrivirocTNX-355,36,36,Six classes of ARVs now available,37,Available Antiretroviral Agents,Nucleoside Analogs ddI, didanosine, VidexECddC, zalcitabine, HividAZT, zidovudine, Retrovi

17、rd4T, stavudine, Zerit3TC, lamivudine, Epivirabacavir, ZiagenFTC, emtricitabine, EmtrivaNucleotide Analogs: tenofovir, VireadNon Nucleoside RT inhibitorsdelavirdine, Rescriptor nevirapine, Viramuneefavirenz, Sustivaetravirine, Intelence,Protease Inhibitors 13. indinavir, Crixivan +/-r14. saquinavir

18、Invirase +r15. ritonavir, Norvir16. nelfinavir, Viracept17. lopinavir +r, Kaletra18. atazanavir, Reyataz +/-r19. fos-amprenavir, Lexiva +/-r20. tipranavir, Aptivus +r21. darunavir, Prezista +rFusion Entry Inhibitors22. enfuvirtide, Fuzeon CCR5 Entry inhibitors23. maraviroc, SelzentryIntegrase inhibi

19、tors24. raltegravir, Isentress,38,造血系统细胞:T淋巴细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞、NK细胞、树突状细胞、胸腺细胞、基质纤维细胞等脑：胶质细胞、神经节细胞等肠：柱状和杯状细胞、结肠癌细胞等皮肤：郎格罕细胞、成纤维细胞其他：心肌、视网膜,对HIV易感染的人类细胞,39,Dissemination and Reservoirs of HIV, Image from: Kahn and Walker, M.D. NEJM 1998, Volume 339:33-39 July 2,40,HIV在人体内的复制进入细胞,HIV的易感细胞及其所致疾病：CD4+细胞 获得性免

20、疫缺陷综合征（AIDS）脑胶质细胞 HIV相关痴呆症肠上皮细胞 肠肿瘤、慢性腹泻、慢性肠道孢子球菌病皮肤的郎格罕细胞 卡波济肉瘤、斑丘疹心肌细胞 心肌炎 子宫上皮细胞 宫颈癌,41,HIV 在体液内的含量,精液11,000,阴道液7,000,血液18,000,羊水4,000,唾液1,1 ml体液内平均HIV-1颗粒含量,42,淋巴细胞是持续感染的病毒储存细胞已感染的个体估计有100万个CD4细胞含有稳定整合的前病毒,处于潜伏状态,当细胞被激活时能充分复制这些细胞在被激活前不产生病毒蛋白,可以逃避免疫攻击,且对抗病毒药物不敏感,是最终清除病毒的障耐.,43,特异性免疫（为主）非特异性免疫,抗HI

21、V免疫反应,44,抗HIV的特异性体液免疫,HIV病毒进入人体后212周，人体免疫系统即产生针对HIV结构蛋白的各种特异性抗体，并持续存在，包括抗GP120、GP41、p24、p18、RT、nef（负性因子）等抗体；除抗GP120的中和抗体具抗病毒作用（同源毒株）外，其他抗体均无保护性作用。特异性的体液免疫在对抗HIV感染中的作用是有限的,抗HIV免疫反应,45,抗HIV的特异性细胞免疫,抗HIV的特异性T4细胞免疫反应：分泌各种细胞因子，诱导B细胞产生抗HIV抗体，促进抗HIV的特异性CTL细胞的产生和成熟，活化巨噬细胞和NK细胞。抗HIV的特异性CTL：CD8+T淋巴细胞是特异性细胞免疫的

22、效应细胞，分泌各种细胞因子（TNF、IFN）杀死被病毒感染的靶细胞，还可通过某些化学趋化因子来抑制HIV繁殖。,抗HIV免疫反应,46,艾滋病的免疫病理,HIV感染后主要引起的免疫病理改变:1、CD4+ T 细胞数的减少；2、CD4+ T细胞功能障碍；3、异常的细胞免疫激活。,47,第一期：原发感染期。以T4 细胞数量一过性迅速减少为特点。第二期，无症状期：T4 细胞数量持续缓慢减少。第三期，AIDS前期：T4 淋巴细胞数较快速的减少，T4 细胞数在350/mm3-200/mm3。第四期，AIDS期：T4 淋巴细胞数再次快速的减少.,CD4细胞数量的减少,48,1.破坏增多,病毒感染的直接细胞

23、毒作用合胞体形成：单个感染细胞通过其表面的gp120与多个未感染的CD4分子融合形成多核细胞。,CD4细胞数量的减少,49,CD4细胞耗竭的原因,未被感染的CD4细胞的“无辜旁观者”毁灭：由于CD4分子吸附游离的gp120，致使对免疫袭击易感细胞凋亡：程序性细胞死亡。自身免疫机制，抗体交叉反应或对病毒的细胞免疫应答，以至杀灭未被感染的CD4细胞,CD4细胞数量的减少,50,游离的Gp120结合CD4 抗原，使没有感染的T4 细胞看着象感染细胞补体介导溶解可以解释未感染HIV的T4细胞的丢失,T4 细胞减少的机制破坏增加?,51,2.生成减少,HIV感染干细胞或诱导胸腺耗损，导致辅助性细胞生成减

24、少,CD4细胞数量的减少,52,CD4+细胞减少的机制-产生减少？,Memory CD4,thymus,memory,naive,thymus,AIDS,1x10,11,CD4 cells,Early HIV infection,Total # 2x10,11,CD4 cells,10,9,HIV/d,Naive CD4,Net Naive CD4 # 5x107/d,Ag,Losses:,10,9,cells/d,Net Naive CD4 # ?/d,53,3. 淋巴组织扣留外周的T4细胞,外周血的T4细胞滞留在淋巴组织中，即淋巴组织扣留了外周血中的T4淋巴细胞。T8细胞分泌的细胞介素、

25、干扰素（ IFN）干扰素能促使T4淋巴细胞由外周血向淋巴组织内转移。,CD4细胞数量的减少,54,T4细胞功能障碍及机制1,T4细胞免疫功能的缺失，包括IL2产生减少和丧失对特异性抗原（如结核菌抗原、巨细胞病毒抗原等）的反应活化能力易感染。先失去对HIV抗原反应的能力（如对HIV核壳蛋白p24），也失去对其他特异性回忆抗原的反应能力（如PPD、CMV、破伤风毒素等），AIDS期丧失对所有的刺激原的活化能力，包括对非特异性刺激。,CD4+T细胞功能障碍,55,T4细胞功能障碍及机制2,可能与：T辅助细胞1（Th1）细胞被T辅助细胞2（Th2）细胞代替、免疫耐受、抗原传递细胞（APC）功能受损等有

26、关。,CD4+T细胞功能障碍,56,HIV感染后存在T淋巴细胞的高度激活，T4，T8细胞表达CD25、CD69、CD38、HLA-Dr和Fas（死亡因子）水平异常增高。且与HIV血浆病毒载量有良好的相关性。原因：1.细胞激活与病毒复制水平升高可能相互促进，病毒复制加速，产生的病毒抗原也越多，为T淋巴细胞的激活提供更多的刺激信号； 2.激活的T8细胞可以破坏被HIV感染的T4细胞，引起T4细胞计数的减少。,异常的免疫激活,57,T淋巴细胞的激活，一方面有助于HIV病毒的繁殖，也进一步加速了T细胞免疫功能的破坏。所以T淋巴细胞免疫激活的状况不仅可以衡量血浆病毒载量的变化，还可以预示随后T4细胞计数

27、减少的快慢。这些激活分子表达的变化，已经成为判断病情和药物疗效的重要指标。,异常的免疫激活,58,HIVinfection,J. Coffin, XI International Conf. on AIDS, Vancouver, 1996,艾滋病的病程就象一列迫近悬崖的火车病毒载量 = 火车的速度 CD4 计数 = 离悬崖的距离,59,单核巨噬细胞：其感染率远远低于CD4+T淋巴细胞。研究发现被HIV感染的单核巨噬细胞有播散HIV感染的作用，它可以携带HIV进入中枢神经系统。当一定数量的单核 巨噬细胞功能受损时，就会导致机体抗HIV感染和其他感染的能力降低。,HIV感染对其他免疫细胞的影响,

28、60,CD8+T淋巴细胞：CD8+T淋巴细胞有对HIV特异的细胞溶解能力，在HIV感染初期，具有抑制病毒复制和传播作用，当CD8+T淋巴细胞功能受损时HIV感染者病情发展。在HIV感染的进展期，HIV-1特异的细胞毒T淋巴细胞（CTL）的数目进行性减少，说明CD8+T淋巴细胞对HIV特异的细胞溶解活力的丧失。,HIV感染对其他免疫细胞的影响,61,B淋巴细胞：HIV感染后，可通过多克隆抗体激活B淋巴细胞，使外周血液中B淋巴细胞数量增加，使IgG和IgM的水平增高。同时B淋巴细胞对新抗原刺激的反应性降低。因此，在HIV感染进展时，化脓性感染增加，而对流感A病毒疫苗和乙肝疫苗的抗体反应降低。,HI

29、V感染对其他免疫细胞的影响,62,HIV侵入人体后首先与细胞表面含有CD4受体CD4+T淋巴细胞结合，进入细胞进行复制，部分整合于细胞染色体DNA中成为潜伏型；机体细胞免疫和体液免疫对HIV的抵抗作用，使感染初期的HIV低水平复制；在其他因素的作用下，潜伏的HIV被激活而大量复制，广泛侵入CD4+T淋巴细胞，使CD4+T淋巴细胞、单核 -巨噬细胞、B淋巴细胞、CD8+T淋巴细胞和NK细胞等功能受损，最后导致整个免疫功能缺陷，最终发生一系列顽固性机会感染和肿瘤的发生。,HIV感染后的发病机理可归纳如下：,63,HIV感染的四种转归,典型病程 (5-10年进展为艾滋病 ) : 70-80%长期存活病例 (进展到艾滋病期和典型一样，以后能稳定较长一段时间 ):病例极少快速进展病例 (2-3年): 10-15%长期无进展病例 (HIV感染超过十年，在未经抗病毒治疗的前提下，CD4+细胞500mm3,病毒载量1000拷贝ml ): 小于5%,64,长期存活者（长期不进展者）,长期存活的相关因素：感染了复制能力较弱的病毒株（nef缺失）；CD8+细胞抗病毒反应强；产生ThI型细胞因子（IL2、IFN、IL12）；可检测到自身毒株的中和抗体；人体强壮；缺少一个CCR5的等位基因，CD4+细胞上CCR5受体表达降低，影响NSI毒株的播散。,65,谢 谢,