艾滋病病原学及发病机理课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2024/9/1,1,HIV,的病原学和发病机制,2023/9/71HIV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,Kaposi,s,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,CD4,1986,：,国际病毒命名委员会决定命名,1987:,发明药物,AZT,1993: AZT + ddI,1996,：2,RTI + 1 PI = HAART,1997: 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,.,2世界艾滋病的历史回顾1981-1982: 美国CDC首次报,3,一、病原学,3一、病原学,4,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,4艾滋病病毒的发现和命名艾滋病首次在美国CDC l981年6,5,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，症状轻，存活期长。,艾滋病病毒分类,5艾滋病病毒分类从毒株种类分为 HIV-l和HIV-2，目前,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,6艾滋病病毒分类病毒基因分型,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。,7我国HIV-1主要流行株已经发现的有A、B（欧美B）、B,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,8病毒的生物型（1）融合型（SI型）或快/高型:艾滋病病毒分,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,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,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,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。,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,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（,lentivirus,）亚科,11病毒结构艾滋病病毒（HIV）是单链RNA病毒,12,AIDS viruses: Colored scanning electron micrograph of a T-lymphocyte blood cell (green) infected with HIV (red).,12,13,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,13电镜下结构,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,GP120,14HIV结构HIV呈20面体立体对称球形颗粒,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（起稳定作用）,P 17,类脂双层,15P 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,16gp120 与 CD4 分子及部分T细胞和巨噬细胞上的趋,17,HIV,基因组结构,gag,pol,env,vpr,rev,nef,vif,tat,vpu,LTR,LTR,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,，,gp41,gag,基因：,p17,，,p24,，,p7,调节基因：,tat,、,rev,pol,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,17HIV 基因组结构gagpolenvvprrevnefv,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,gp 41,gp 120,env,基因编码蛋白,脂质双分子层,RNA,逆转录酶,蛋白酶,gag,基因,编码蛋白,Pol,基因,编码蛋白,P17,P24,18HIVgp 41gp 120env基因编码蛋白脂质双分子,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。,19gag基因的结构及Gag蛋白功能 gag基因编码病毒核心,20,pol,基因的结构及功能,pol,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,）,20pol基因的结构及功能 pol基因编码病毒复制所需的酶类,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,21env基因的结构及功能 env基因先编码一个88 kd的,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。,22调节基因的功能TAT：是一种转录反式激活因子，有72个氨,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,23VPR：诱导细胞周期G2期阻滞及蛋白复合体整合前的核转运,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,24是病毒基因组两端（5端和3端）的长末端重复序列（lo,25,HIV-1,和,HIV-2,主要基因产物,25HIV-1和HIV-2主要基因产物,26,免疫系统三大功能的生理和病理表现,功能,生理性反应,病理性反应,免疫防御,清除病原微生物及其他抗原,超敏反应（过度）免疫缺陷病（不足）,免疫自稳,清除损伤或衰老的细胞，免疫网络调节免疫应答,自身免疫病,免疫监视,清除突变或畸变的恶性细胞,肿瘤发生，持续病毒感染,二、艾滋病的免疫学和发病机理,26免疫系统三大功能的生理和病理表现 功能,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）削弱或破坏时，人体容易发生机会性感染,正常免疫系统,27T细胞调节免疫系统：杀死带有特定目标抗原的细胞正常免疫,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,28病毒复制周期概述病毒包膜识别宿主细胞,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,291. gp120 与 CD4 分子结合HIV对细胞的识,30,穿膜,病毒核心,(,衣壳和基因组,),进入宿主细胞浆,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,RNA,基因组制备,ssDNA,2.,病毒,l,核糖核酸酶降解,RNA,3.,病毒,DNA,聚合酶复制,ssDNA - dsDNA,4. 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,31病毒 RTase-DNA 聚合酶 根据病毒RNA基因组制,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）,32复制1.宿主 RNA 聚合酶指导前病毒转录,33,HIV-1,感染细胞的第一步是,gp120,与,CD4,受体结合,随后穿透细胞膜，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：,33HIV-1感染细胞的第一步是gp120 与CD4 受体结,34,被感染细胞,HIV,颗粒释放电镜图,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, FTC,DLV, NVP,EFV, TMC125, R278,SQV,RTV,IDV,NFV,APV,LPV,FOS,ATZ,TPV,TMC114,BCV,PL-100,Fusion,Integration,Viral protease,PA-457,拉替拉韦,T-20,TRI-1144,Entry inhibitors,Maraviroc,Vicriviroc,TNX-355,35RTProvirusProteinsRNARNARTVi,36,36,Six classes of ARVs now available,进入抑制剂,蛋白酶抑制剂,整合酶抑制剂,Adapted from classes),3636Six classes of ARVs now av,37,Available Antiretroviral Agents,Nucleoside Analogs,ddI, didanosine, VidexEC,ddC, zalcitabine, Hivid,AZT, zidovudine, Retrovir,d4T, stavudine, Zerit,3TC, lamivudine, Epivir,abacavir, Ziagen,FTC, emtricitabine, Emtriva,Nucleotide Analogs:,tenofovir, Viread,Non Nucleoside RT inhibitors,delavirdine, Rescriptor,nevirapine, Viramune,efavirenz, Sustiva,etravirine, Intelence,Protease Inhibitors,13. indinavir, Crixivan +/-r,14. saquinavir Invirase +r,15. ritonavir, Norvir,16. nelfinavir, Viracept,17. lopinavir +r, Kaletra,18. atazanavir, Reyataz +/-r,19. fos-amprenavir, Lexiva +/-r,20. tipranavir, Aptivus +r,21. darunavir, Prezista +r,Fusion Entry Inhibitors,22. enfuvirtide, Fuzeon,CCR5 Entry inhibitors,23. maraviroc, Selzentry,Integrase inhibitors,24. raltegravir, Isentress,37Available Antiretroviral Age,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,38造血系统细胞:T淋巴细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞、NK细胞,39,Dissemination and Reservoirs of HIV, Image from:,Kahn and Walker, M.D. NEJM 1998, Volume 339:33-39,July 2,39Dissemination and Reservoirs,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,40HIV在人体内的复制进入细胞HIV的易感细胞及其所致疾,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,41HIV 在体液内的含量 精液阴道液血液羊水唾液1 ml,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,.,42淋巴细胞是持续感染的病毒储存细胞,43,特异性免疫（为主）,非特异性免疫,抗,HIV,免疫反应,43特异性免疫（为主）抗HIV免疫反应,44,抗,HIV,的特异性,体液,免疫,HIV,病毒进入人体后,2,12,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,44抗HIV的特异性体液免疫HIV病毒进入人体后212周，,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,45抗HIV的特异性细胞免疫抗HIV的特异性T4细胞免疫反应,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。,46艾滋病的免疫病理HIV感染后主要引起的免疫病理改变:,47,第一期：原发感染期。以,T,4,细胞数量一过性迅速减少为特点。,第二期，无症状期：,T,4,细胞数量持续缓慢减少。,第三期，,AIDS,前期：,T,4,淋巴细胞数较快速的减少，,T,4,细胞数在,350/mm,3,-200/mm,3,。,第四期，,AIDS,期：,T,4,淋巴细胞数再次快速的减少,.,CD4,细胞数量的减少,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,48,1.,破坏增多,病毒感染的直接细胞毒作用,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,481.破坏增多病毒感染的直接细胞毒作用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,49CD4细胞耗竭的原因未被感染的CD4细胞的“无辜旁观者”,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,?,50游离的Gp120结合CD4 抗原，使没有感染的T4 细胞,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少,CD4,细胞数量的减少,512.生成减少HIV感染干细胞或诱导胸腺耗损，导致辅助性细,52,CD4+,细胞减少的机制,-,产生减少？,Memory CD4,thymus,memory,naive,thymus,AIDS,500,mm,3,病毒载量,1000,拷贝,ml ):,小于,5%,63HIV感染的四种转归 典型病程 (5-10年进展为艾滋,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（,IL,2,、,IFN,、,IL,12,）；,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。,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,65,谢 谢,65谢 谢,