病毒概述

作者:Laura D Kramer, PhD, Wadsworth Center, New York State Department of Health
已审核/已修订 1月 2025
看法 进行患者培训

病毒是微生物中体积最小的一类,直径通常从0.02到0.3 μm,虽然最近发现几个非常大的病毒可达1 μm(巨病毒、潘多拉病毒)。病毒无所不在,人体通过多种方式来限制其传播:先天耐受、初级免疫和疫苗、卫生保健和一些公共卫生安全措施、还有就是有预防作用的抗病毒药物。有几百种病毒可以感染人体。

病毒的复制完全是依赖于细胞(细菌,植物或动物)。一些病毒有一个由蛋白质和脂质组成的外膜,包围着蛋白质衣壳复合物,其中含有基因组 RNA 或 DNA,有时还有病毒复制第一步所需的酶。

病毒的分类主要是根据其基因组序列,考虑到其基因组的性质和结构以及复制方法,而不是根据其引起的疾病(见 国际病毒分类委员会(ICTV))。因此,存在的DNA病毒和RNA病毒;每种类型可以具有遗传物质的单链或双链。单链RNA病毒进一步分为正链和负链RNA病毒。正义 RNA 病毒具有单链 RNA 基因组,可作为信使 RNA (mRNA),直接翻译产生氨基酸序列。负义 RNA 病毒具有单链负义基因组,该基因组必须首先合成互补的正义抗原组,然后用于制造基因组负义RNA。

病毒的基因组很小;RNA病毒基因组范围从3.5个千碱基(一些反转录病毒)到27个千碱基(一些呼吸道肠道病毒),而DNA病毒的基因组范围从5个千碱基(一些细小病毒)到280个千碱基(有些痘病毒)。这种可控的大小与现有的核苷酸测序技术进展结合在一起,意味着部分和全病毒基因组测序将成为疾病暴发的流行病学调查的重要组成部分。

某些单链、正链RNA病毒被称为逆转录病毒,它们使用一种截然不同的复制方法。逆转录病毒的例子就是人免疫缺陷病毒和人T细胞白血病病毒。逆转录病毒通过逆转录病毒创建复制其RNA基因组的双链DNA(原病毒),并将其被插入到宿主细胞的基因组中。逆转录通过携带在病毒外壳内的逆转录酶完成。一旦前病毒整合到宿主细胞的DNA,则使用典型的细胞机制进行转录,以产生病毒蛋白和遗传物质。

如果生殖细胞被逆转录病毒感染,整合的原病毒可以形成内源性逆转录病毒,并传播给后代。人类基因组的测序表明,人类基因组中大约有8%由内源性逆转录病毒序列组成 ,提示过去人类的进化过程中曾遭遇过逆转录病毒(1)。一些专家推测,一些不明原因的疾病,如多发性硬化,某些自身免疫性疾病和各种癌症可能由内源性逆转录病毒引起的。一些内源性的人类逆转录病毒仍然保持转录活性并产生功能性蛋白(例如,有助于人类胎盘结构的合胞体蛋白)(2)。

因为RNA的转录与DNA的转录相比没有相同的错误检查机制,RNA病毒,特别是逆转录病毒,尤其容易发生突变。

病毒感染机制是病毒首先通过细胞表面的一个或多个受体分子附着于宿主细胞上。然后病毒DNA或RNA进入到宿主细胞,从外壳中脱离(脱壳),并且在特定酶的作用下在宿主细胞内大量复制。DNA病毒一般在宿主细胞核内复制,而RNA病毒通常在细胞质中复制。新合成的病毒成分组装成一个完整的病毒颗粒。宿主细胞通常死亡,释放新的病毒感染宿主的其他细胞。病毒复制的每个步骤涉及不同的酶和底物,并提供了一个干扰感染进程的机会。

病毒感染的后果有很大的不同。很多病毒感染在短暂的潜伏期后引起急性期症状。但有一些感染是没有症状的或者仅引起轻微的症状。而有些潜伏在宿主体内,部分导致慢性疾病。

(参见病毒疾病的种类。)

病毒感染的时间特征

潜伏感染即病毒RNA或DNA留在宿主细胞中,很长一段时间不复制也不引发疾病,有时该状态长达数年。 潜伏感染的病毒可在无症状期传播,促进人与人之间的传播。 有时一个诱因(特别是免疫抑制状态下)都会导致再激活。

常见的潜伏感染病毒有:

埃博拉病毒似乎持续存在于人体的免疫豁免部位(例如,睾丸、眼睛)(3)。

在长时间的潜伏期后,病毒的再激活可导致中枢神经系统感染而引起某些疾病。这些疾病包括:

慢性病毒感染的特征在于持续的、长期的病毒脱落;比如先天性风疹病毒感染巨细胞病毒感染和持续性乙型肝炎病毒感染持续性丙型肝炎病毒感染艾滋病病毒可引潜伏集慢性感染。

病毒的传播方式

传播方式因病毒而异,有些病毒可以通过多种传播方式传播。

主要感染人类的病毒通常通过呼吸道传播。当感染者通过说话、打喷嚏或咳嗽排出呼吸道飞沫时,可能会发生这种情况,这些飞沫在短距离内传播,并通过眼睛、鼻子或嘴巴等粘膜表面感染其他人(例如,流感、呼吸道合胞病毒[RSV])。在空气传播中,飞沫或颗粒物长时间悬浮在空气中,并在被人吸入时引起感染(例如,麻疹、水痘-带状疱疹病毒)。SARS-CoV-2 可以通过飞沫或空气传播。

物体传播发生在当物体表面(例如,门把手、桌子、医疗设备)通过病原体的直接脱落或受感染个体的手接触(例如,诺如病毒、鼻病毒)而被污染时。

粪-口传播也很常见,当粪便物质污染食物、水或手,并且被摄入时就会发生(例如,诺如病毒、某些肠道病毒)。

血源性传播是通过血液或其他体液传播病毒(例如,艾滋病毒型、型、型和型肝炎病毒)。某些虫媒病毒也可以通过血液或体液传播,包括基孔肯雅热登革热西尼罗河病毒寨卡病毒。由于存在血源性病毒的风险,用于输血的血液会经过严格的检测(参见表传染病传播检测)。

母婴(垂直)传播可能发生在受感染的孕妇(通常是初次感染)向胎儿传播的过程中。传播也可能因分娩期间接触受感染的血液或阴道分泌物,或通过母乳传播而发生。

某些病毒的性传播可能通过血液或体液(例如,阴道分泌物、精液)经由黏膜接触发生(例如,人乳头瘤病毒、单纯疱疹病毒寨卡病毒埃博拉病毒)。

巨细胞病毒EB病毒 是通过组织移植传播的最主要病毒。其他此类病毒包括

许多病毒通过诸如蚊子(例如,基孔肯雅病毒寨卡病毒)和蜱虫(例如,蜱传脑炎病毒)等节肢动物媒介传播(参见世界卫生组织(WHO):媒介传播疾病)。昆虫也可作为细菌或寄生虫病原体的媒介,蝙蝠近年被认定为多种哺乳动物病毒的宿主,最常见为狂犬病毒,也包括其他严重人类感染病毒(例如SARS-CoV-2、埃博拉病毒)。

人畜共患病毒在动物中增殖,然后直接或通过媒介或中间宿主传播给人类。例如,中东呼吸综合征病毒(MERS-CoV)可以通过与受感染的单峰骆驼直接接触从骆驼传播给人类。鸟类是西尼罗病毒的主要宿主;以受感染鸟类为食的蚊子成为传播媒介,然后受感染的蚊子可以将病毒传播给人类和其他哺乳动物。

病毒和癌症

有些病毒具有致癌性,可直接导致或增加某些癌症的患病风险:

参考文献。

  1. 1.Suntsova M, Garazha A, Ivanova A, Kaminsky D, Zhavoronkov A, Buzdin A.Molecular functions of human endogenous retroviruses in health and disease. Cell Mol Life Sci.2015;72(19):3653-3675.doi:10.1007/s00018-015-1947-6

  2. 2.Dupressoir A, Lavialle C, Heidmann T.From ancestral infectious retroviruses to bona fide cellular genes: role of the captured syncytins in placentation. Placenta.33(9):663-671, 2012.doi:10.1016/j.placenta.2012.05.005

  3. 3.Schindell BG, Webb AL, Kindrachuk J.Persistence and sexual transmission of filoviruses.Viruses.10(12):683, 2018.doi: 10.3390/v10120683

病毒感染的诊断

病毒感染和相关疾病可以通过多种方式进行诊断,包括

病毒的实验室检测技术因病毒种类和医疗系统的可用资源而异。可供选择的方案有

  • 核酸扩增检测(NAATs),包括聚合酶链式反应(PCR)方法,可检测特定病毒

  • 病毒蛋白抗原检测

  • 血清学检测抗体

  • 病毒培养是在细胞培养中增殖病毒

  • 使用荧光标记抗体检测病毒抗原的直接荧光抗体 (DFA) 检测

主要是在特异性治疗可能获益时,或者当病原体可能成为公共健康威胁时,有必要进行明确的实验室诊断。在美国,大多数医院检验科可以检测多种病毒,但对于不常见的疾病(如狂犬病、东方马脑炎、人类细小病毒B19),标本必须送到州公共卫生检验实验室或CDC。根据病毒和检测方法的不同,可检测的样本包括血液、痰液、组织或其他标本。

NAATs 具有高敏感性和高特异性,结果可在1到2小时或12小时以上获得,具体取决于特定的检测方法。抗原检测通常用于快速筛查,有些可在 15 分钟内得出结果,但与核酸扩增检测 (NAAT) 相比,这种检测类型的灵敏度或特异性可能较低。DFA快速但仅适用于有限数量的病毒,并且与PCR相比灵敏度较低。病毒培养法使用较少,因为它需要更长的时间、更多的培训,有时还需要更高的控制级别,但它被认为是金标准测试。

急性期和恢复期的血清学检查对疾病诊断的特异度和敏感度都比较高,但是所需时间较长;对于某些病毒,特别是黄病毒,交叉反应使诊断变得困难。

电子显微镜(非光学显微镜)病理组织学检查有时可以检测到特征性的细胞变化。

具体的诊断程序,请参阅感染性疾病的实验室诊断

病毒感染的治疗

抗病毒药物

抗病毒药物的研发与应用进展迅速。抗病毒药物的机制可以针对病毒复制的各个阶段。他们可以是

  • 干扰病毒颗粒附着于宿主细胞膜或病毒核酸脱壳

  • 抑制病毒复制所需的细胞受体或因子

  • 阻断宿主细胞中产生的特定病毒编码酶和蛋白,这些酶或蛋白对病毒复制至关重要,对正常宿主细胞代谢却不是必需的

通常应用治疗性和预防性抗病毒药物来治疗疱疹病毒(包括巨细胞病毒)、呼吸道病毒 (包括新冠病毒)、HIV慢性乙型肝炎慢性丙型肝炎。然而,有些抗病毒药物对其他病毒也有疗效。一些抗HIV的药物在另外一些病毒感染如乙型肝炎时也有效。

干扰素

干扰素是一种复合物,当宿主细胞感染病毒或受到外界抗原的刺激产生应答后分泌出来。

不同的干扰素产生不同的效应,主要作用是在不干扰宿主细胞正常功能的前提下,阻断病毒RNA的转录和翻译过程从而阻止病毒复制。

在干扰素治疗期间,干扰素有时会与聚乙二醇结合(聚乙二醇化制剂),以实现缓慢、持续的释放。

干扰素抗病毒治疗的疾病包括

不良反应包括干扰素的副作用包括发热,寒战,疲劳,和肌肉疼痛。通常发生在第一次注射后的第7到第12小时,最长持续12小时。如果使用大剂量的干扰素还可能出现抑郁,肝损伤,骨髓抑制。

抗体

恢复期血清和 单克隆抗体 (单克隆抗体)可用于治疗某些病毒感染(例如扎伊尔 埃博拉病毒感染、呼吸道合胞病毒[RSV]、狂犬病病毒)。

预防病毒感染

疫苗

疫苗通过刺激人体的免疫系统来预防病毒感染或病毒引起的严重疾病。一般使用的抗病毒疫苗包括

腺病毒、天花猴痘疫苗是可用的,但仅用于高风险群体(例如,疫情期间的易感个体、军人)。

埃博拉疫苗用于疫情暴发期间及高风险人群接种。

登革热疫苗获准用于居住在登革热流行地区且经实验室确认曾感染过登革热的特定人群(另见美国疾病控制与预防中心(CDC):登革热疫苗)。

已经开发出多种SARS-CoV-2引起的 COVID-19 的预防疫苗,包括mRNA和其他类型的疫苗。

病毒性疾病可以通过良好的疫苗被根除。天花在1978年被完全根除,牛瘟(由人类麻疹病毒病毒密切相关的病毒所引起)在2011年被根除。广泛疫苗接种已使全球脊髓灰质炎接近消灭,但免疫不完全地区仍有病例。2022至2024年间,病例仅见于巴基斯坦和阿富汗(1)。 麻疹几乎已经从世界上某些地区根除,尤其是美洲,但由于麻疹传染性极强,并且疫苗接种覆盖并不全面,即便在被认为已根除的地区亦不全面,因此并不能被马上完全根除。

目前,疫苗研发和消灭其他具有重要临床意义的病毒感染(如HIV)的前景尚不明朗。

被动免疫

免疫球蛋白仅在有限条件下用于被动免疫预防治疗。它们可用于暴露前预防(如甲型肝炎)、暴露后预防(如狂犬病、水痘、乙型肝炎)以及疾病治疗(如牛痘性湿疹)。

针对RSV的单克隆抗体(nirsevimab)应用于预防所有母亲在孕期未接种RSV疫苗的婴儿的RSV感染,同时也建议用于8至19个月大且有RSV重症风险的少数幼儿。(See also CDC: Respiratory Syncytial Virus: Immunizations to Protect Infants).

针对SARS-CoV-2的单克隆抗体可用于那些免疫功能中度至重度受损且不太可能对COVID-19疫苗产生足够免疫反应的人群(参见COVID-19的预防:单克隆抗体)。

单克隆抗体用于治疗扎伊尔型埃博拉病毒引起的埃博拉病。

防护措施

许多病毒感染都可以通过常识性的保护措施进行预防(根据不同的传播方式采取不同的预防措施)。

重要措施包括

  • 洗手

  • 适当的食物准备和水处理

  • 避免与病人接触

  • 安全的性行为

  • 戴口罩

  • 适当时保持身体距离(例如,为了预防 COVID-19)

对于虫媒(如蚊、蜱)传播的感染,个人防护(如驱虫剂、合适的衣物、房屋纱窗、清除露天积水)至关重要。

对于埃博拉病毒感染 等传染病,避免接触患者的血液和体液(如尿液、粪便、唾液、汗液、呕吐物、母乳、羊水、精液和阴道液)是一项重要的保护措施。应避免接触埃博拉病毒感染康复者的精液,直到检测显示病毒已从他的精液中消失。

预防参考文献

  1. 1.World Health Organization (WHO).Poliomyelitis (Polio).Accessed December 11, 2024.

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