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[闲聊] 病毒是如何进入人体细胞的？

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∥高傲的发霉 发表于 2021-11-3 16:17:57 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
你好，首先需要明确的是，不同病毒进入不同细胞的方式可能都是不同的。比如噬菌体的宿主是大肠杆菌，这和我们一般人体感染的病毒很不一样；有包膜和无包膜的病毒进入细胞的方式差别也很大。但大体上病毒进入细胞首先都需要至少两个过程：受体结合和脱衣壳。
某种病毒不太可能能入侵所有种类的细胞，这是由于不同病毒需要借助于细胞表面特定的受体蛋白从而挑选适合自身增殖的靶细胞进行感染。所以病毒侵染细胞的第一个步骤就是和细胞表面的受体结合，然后启动一系列过程，最终将自身的遗传物质注入细胞内，靠核心的遗传物质（DNA或RNA）完成病毒的增殖周期后续步骤：遗传物质复制、新的蛋白合成等等。
由于题主所述的是人体细胞，我们可以举个例子来阐述一下病毒入侵细胞的过程。这里要举的病毒是RSV，中文名称是呼吸道合胞病毒，是一种至今无疫苗，但是是造成婴幼儿呼吸道感染的最主要的感染病毒之一，尤其是欠发达地区，是造成婴幼儿呼吸道感染并致死的主要因素之一，也是众多跨国药企迫切想要攻克的病毒之一。

病毒是如何进入人体细胞的？ 第1张图片
上图显示的是RSV的病毒结构示意图（a）和病毒基因组（b）。可以看出，RSV是一种包膜病毒，中间是单链ssRNA作为遗传物质并且结合了N、P、L蛋白，膜外表面主要是G蛋白、F蛋白和SH蛋白，其中SH蛋白是离子通道，不直接参与病毒的入侵，我们主要讨论G蛋白和F蛋白。

病毒是如何进入人体细胞的？ 第2张图片
上图显示的是RSV的完整生命周期，从入侵细胞到最后成熟出胞的过程，而入侵发生在最开始。简单来说，病毒首先识别到靶细胞表面的受体，然后与之结合，结合之后细胞发生内吞（也就是细胞膜凹陷下来把病毒包裹起来），病毒被内吞到细胞后，实际上还在一个膜泡里，此时病毒的包膜和这个膜泡本身的膜发生融合，然后病毒脱衣壳，将ssRNA释放到细胞内。此后ssRNA发生复制并表达相应的病毒蛋白，病毒蛋白在细胞膜上完成组装并包裹复制的ssRNA从而形成成熟的病毒再次出去寻找靶细胞。
简而言之，对于RSV来说，进入人体细胞的过程就是病毒结合受体，细胞发生内吞，病毒发生膜融合，释放遗传物质至胞内，完成进入的过程。

病毒是如何进入人体细胞的？ 第3张图片
再往细节来看，就可以具体研究一下刚刚提到的G蛋白和F蛋白。两个蛋白在病毒进入细胞的过程中发挥着不同的功能。例如上图，G蛋白是扮演蓝色的角色，F蛋白是绿色的角色。蓝色的G蛋白主要负责寻找到靶细胞表面的受体并与之发生结合；绿色的F蛋白是一种三聚体构象，起初是类似一个拳头一样蛰伏在，当G蛋白和受体结合之后，F蛋白即发生结构变化，就像是拳头的手伸出来一样，直接插入细胞的膜里面，将细胞的膜和病毒的膜拉近在一起，从而发生膜融合的过程。
简而言之，G蛋白负责结合受体，病毒被内吞，F蛋白发生结构变化，伸手将病毒和细胞表面拉近距离，介导膜融合，完成自身ssRNA的释放过程。
类似的情况也发生在冠状病毒中，比如MERS病毒，也就是中东呼吸综合征病毒，跟SARS和新冠病毒相似。其病毒进入细胞的过程也很有意思：

病毒是如何进入人体细胞的？ 第4张图片
如上图所示，MERS病毒表面的S蛋白分为S1和S2（跟新冠差不多，相信大家经历了几个月的新冠信息轰炸，已经基本了解了新冠病毒这家伙的很多基础知识了吧），也是一个三聚体。S1属于头部，主要负责和靶细胞表面的受体结合（MERS的受体是DPP4，不是ACE2）。结合受体之后，下面的S2开始发生结构变化：S2又分为几段，其中主要是HR1和HR2发生变化。HR1和HR2原本是一根直杆的样子，当发生受体结合之后，就开始发生弯折，使得HR1和HR2距离逐渐靠近，并同时也拉近了病毒和细胞表面的距离，然后当距离足够进的时候，就发生了膜融合，之后MERS的RNA基因组也就进入到了细胞内部。
在举个例子：腺病毒。

病毒是如何进入人体细胞的？ 第5张图片
上图显示了腺病毒进入细胞并释放其遗传物质DNA到胞内的过程。不同于上述两种RNA病毒，也不同于上述两种包膜病毒，腺病毒是无包膜的DNA病毒，因此差别在于没有了膜融合的过程，其DNA还不能仅仅释放到细胞质，还必须释放到细胞核才能稳定遗传。
因此，腺病毒首先同样是和细胞表面的受体结合（上图中的CAR受体），然后同样细胞发生内吞过程。内吞到胞内之后，内吞的膜泡发生裂解，在细胞质中释放出病毒，然后病毒去寻找细胞核核膜上的核孔，然后在核孔位置发生脱衣壳，释放出DNA到细胞核，完成进入细胞的过程。
由此可见，不同病毒进入人体细胞既有共性（结合受体、内吞、脱衣壳等），也又个性，需要具体问题具体分析。


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标签：人体细胞大肠杆菌噬菌体不一样一般人
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沙发
hmq2846548 发表于 2021-11-3 16:18:37 | 只看该作者
 
你好，首先需要明确的是，不同病毒进入不同细胞的方式可能都是不同的。比如噬菌体的宿主是大肠杆菌，这和我们一般人体感染的病毒很不一样；有包膜和无包膜的病毒进入细胞的方式差别也很大。但大体上病毒进入细胞首先都需要至少两个过程：受体结合和脱衣壳。
某种病毒不太可能能入侵所有种类的细胞，这是由于不同病毒需要借助于细胞表面特定的受体蛋白从而挑选适合自身增殖的靶细胞进行感染。所以病毒侵染细胞的第一个步骤就是和细胞表面的受体结合，然后启动一系列过程，最终将自身的遗传物质注入细胞内，靠核心的遗传物质（DNA或RNA）完成病毒的增殖周期后续步骤：遗传物质复制、新的蛋白合成等等。
由于题主所述的是人体细胞，我们可以举个例子来阐述一下病毒入侵细胞的过程。这里要举的病毒是RSV，中文名称是呼吸道合胞病毒，是一种至今无疫苗，但是是造成婴幼儿呼吸道感染的最主要的感染病毒之一，尤其是欠发达地区，是造成婴幼儿呼吸道感染并致死的主要因素之一，也是众多跨国药企迫切想要攻克的病毒之一。

第11张图片
上图显示的是RSV的病毒结构示意图（a）和病毒基因组（b）。可以看出，RSV是一种包膜病毒，中间是单链ssRNA作为遗传物质并且结合了N、P、L蛋白，膜外表面主要是G蛋白、F蛋白和SH蛋白，其中SH蛋白是离子通道，不直接参与病毒的入侵，我们主要讨论G蛋白和F蛋白。

第12张图片
上图显示的是RSV的完整生命周期，从入侵细胞到最后成熟出胞的过程，而入侵发生在最开始。简单来说，病毒首先识别到靶细胞表面的受体，然后与之结合，结合之后细胞发生内吞（也就是细胞膜凹陷下来把病毒包裹起来），病毒被内吞到细胞后，实际上还在一个膜泡里，此时病毒的包膜和这个膜泡本身的膜发生融合，然后病毒脱衣壳，将ssRNA释放到细胞内。此后ssRNA发生复制并表达相应的病毒蛋白，病毒蛋白在细胞膜上完成组装并包裹复制的ssRNA从而形成成熟的病毒再次出去寻找靶细胞。
简而言之，对于RSV来说，进入人体细胞的过程就是病毒结合受体，细胞发生内吞，病毒发生膜融合，释放遗传物质至胞内，完成进入的过程。

第13张图片
再往细节来看，就可以具体研究一下刚刚提到的G蛋白和F蛋白。两个蛋白在病毒进入细胞的过程中发挥着不同的功能。例如上图，G蛋白是扮演蓝色的角色，F蛋白是绿色的角色。蓝色的G蛋白主要负责寻找到靶细胞表面的受体并与之发生结合；绿色的F蛋白是一种三聚体构象，起初是类似一个拳头一样蛰伏在，当G蛋白和受体结合之后，F蛋白即发生结构变化，就像是拳头的手伸出来一样，直接插入细胞的膜里面，将细胞的膜和病毒的膜拉近在一起，从而发生膜融合的过程。
简而言之，G蛋白负责结合受体，病毒被内吞，F蛋白发生结构变化，伸手将病毒和细胞表面拉近距离，介导膜融合，完成自身ssRNA的释放过程。
类似的情况也发生在冠状病毒中，比如MERS病毒，也就是中东呼吸综合征病毒，跟SARS和新冠病毒相似。其病毒进入细胞的过程也很有意思：

第14张图片
如上图所示，MERS病毒表面的S蛋白分为S1和S2（跟新冠差不多，相信大家经历了几个月的新冠信息轰炸，已经基本了解了新冠病毒这家伙的很多基础知识了吧），也是一个三聚体。S1属于头部，主要负责和靶细胞表面的受体结合（MERS的受体是DPP4，不是ACE2）。结合受体之后，下面的S2开始发生结构变化：S2又分为几段，其中主要是HR1和HR2发生变化。HR1和HR2原本是一根直杆的样子，当发生受体结合之后，就开始发生弯折，使得HR1和HR2距离逐渐靠近，并同时也拉近了病毒和细胞表面的距离，然后当距离足够进的时候，就发生了膜融合，之后MERS的RNA基因组也就进入到了细胞内部。
在举个例子：腺病毒。

第15张图片
上图显示了腺病毒进入细胞并释放其遗传物质DNA到胞内的过程。不同于上述两种RNA病毒，也不同于上述两种包膜病毒，腺病毒是无包膜的DNA病毒，因此差别在于没有了膜融合的过程，其DNA还不能仅仅释放到细胞质，还必须释放到细胞核才能稳定遗传。
因此，腺病毒首先同样是和细胞表面的受体结合（上图中的CAR受体），然后同样细胞发生内吞过程。内吞到胞内之后，内吞的膜泡发生裂解，在细胞质中释放出病毒，然后病毒去寻找细胞核核膜上的核孔，然后在核孔位置发生脱衣壳，释放出DNA到细胞核，完成进入细胞的过程。
由此可见，不同病毒进入人体细胞既有共性（结合受体、内吞、脱衣壳等），也又个性，需要具体问题具体分析。
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