微生物與免疫學｜病毒學總論與DNA病毒

(1) 病毒與其他微生物的差異

病毒（virus）是絕對細胞內寄生的感染因子，本身沒有細胞構造，也沒有核糖體與產生能量的酵素系統，離開宿主細胞就無法合成蛋白質或製造 ATP。

• 核酸單一：一個病毒顆粒只含 DNA 或 RNA 其中一種，不會兩者同時存在；細菌、黴菌則兩者皆有。
• 組合複製：病毒先分別合成核酸與蛋白質，再組合（assembly）成新顆粒，不以二分裂法增殖。
• 抗生素無效：病毒沒有細胞壁與自己的核糖體，抗生素作用的標的都不存在，治療需用抗病毒藥物。
• 大小：多數病毒約 20～300 nm，須用電子顯微鏡觀察；痘病毒最大，微小病毒最小。

病原體由小到大的順序為：傳染性蛋白質 ＜ 病毒 ＜ 細菌 ＜ 黴菌、原蟲。傳染性蛋白質只由蛋白質構成、不含核酸，是已知最小的病原。

(2) 病毒顆粒的構造

• 核酸核心：攜帶遺傳訊息，可為單股或雙股、線狀或環狀；單股 RNA 又分正股與負股。
• 蛋白殼：蛋白殼（capsid）由許多殼粒（capsomere）排列而成，保護核酸；對稱形式有二十面體、螺旋狀與複雜型。核酸加上蛋白殼稱為核蛋白殼（nucleocapsid）。
• 套膜：部分病毒在核蛋白殼外還有套膜（envelope；試題也寫外套膜、鞘膜），沒有套膜者稱無套膜病毒（naked virus）。

(3) 套膜的特性

套膜是病毒在出芽（budding）離開細胞時，從宿主細胞膜、核膜或內質網膜帶走的脂質雙層，膜上鑲嵌病毒自己製造的醣蛋白突起（spike）。這些醣蛋白負責與標的細胞受體結合及膜融合，也是中和抗體的主要標的。

因為含脂質，套膜病毒怕乾燥、酸、膽汁、乙醚與清潔劑，離開宿主後很快失去感染力，多靠飛沫、血液、性接觸等直接方式傳播。無套膜病毒的蛋白殼較耐乾燥、胃酸與膽汁，能在環境中存活較久，因此經糞口途徑傳染的病毒以無套膜病毒居多，例如 A 型肝炎病毒、輪狀病毒、諾羅病毒、腺病毒。

(4) 分類基礎與組織趨向性

病毒依核酸種類與股性、蛋白殼對稱型與有無套膜來分類。人類 DNA 病毒除微小病毒為單股 DNA 外，大多是雙股 DNA；B 型肝炎病毒則是部分雙股的環狀 DNA。

組織趨向性（tropism）指病毒偏好感染特定細胞或組織，決定因素包括：細胞表面是否有對應受體（最重要）、細胞內是否有病毒基因表現所需的特殊轉錄因子，以及溫度、pH 等物理屏障（例如鼻病毒偏好溫度較低的上呼吸道）。細胞膜脂質組成的差異影響很小。

(1) 六個步驟

1. 辨識標的細胞並附著（attachment）：病毒表面蛋白與細胞受體專一結合。
2. 穿入（penetration）：以胞吞作用或套膜與細胞膜融合進入細胞。
3. 去殼（uncoating）：蛋白殼被移除，核酸釋出；從去殼到新病毒組合完成之前，細胞內找不到完整、具感染力的病毒，這段時間稱為晦暗期（eclipse period）。
4. 巨分子合成：先表現早期蛋白（多為複製所需酵素），再複製基因體，最後合成晚期結構蛋白。
5. 組合（assembly）：核酸與蛋白殼組裝成新病毒。
6. 釋出（release）：套膜病毒多以出芽釋出，無套膜病毒多藉細胞溶解釋出。

(2) 病毒向宿主借用什麼

所有病毒都必須使用宿主細胞的核糖體進行轉譯（translation）來製造病毒蛋白，這是唯一「每一種病毒都要借用」的機轉。轉錄與 RNA 剪接則不一定：多數 RNA 病毒在細胞質以自己的 RNA 聚合酶複製，不經宿主轉錄系統。

也不是所有病毒都自備核酸聚合酶。乳突病毒、多瘤病毒等小型 DNA 病毒完全依賴宿主細胞的 DNA 與 RNA 聚合酶；腺病毒、疱疹病毒、痘病毒則自己編碼 DNA 聚合酶；其中疱疹病毒的 DNA 聚合酶正是 acyclovir 的作用標的。

(3) 依基因體型式的複製策略

(1) 病毒對細胞的影響

• 溶解性感染：病毒大量複製後細胞死亡，如脊髓灰白質炎病毒。
• 持續性感染：細胞不死，持續少量釋出病毒，如慢性 B 型肝炎。
• 潛伏感染：病毒基因體留在細胞內但幾乎不製造病毒顆粒，日後可再活化，疱疹病毒是代表。
• 轉形感染：細胞不死亡反而獲得無限增殖能力（永生化，immortalization），可形成腫瘤，見第 6 章。

細胞病變效應（cytopathic effect, CPE）是病毒在培養細胞或組織中造成的形態變化，可作為診斷線索：細胞變圓脫落、形成多核巨細胞（融合細胞，如 HSV、VZV、麻疹病毒），或出現包涵體（inclusion body），例如 CMV 的核內「貓頭鷹眼」包涵體、狂犬病病毒在細胞質形成的 Negri 小體。

(2) 無症狀感染

許多病毒感染不出現症狀，但無症狀者仍可排出病毒、成為傳染源。不同病毒發生無症狀感染的比例差異很大；慢性病毒感染也可能造成肝硬化等明顯疾病；初期無症狀不代表後期就輕微，例如 HIV 感染多年後才進入愛滋病期。

(3) 傳播途徑

• 呼吸道：飛沫或空氣，如流行性感冒病毒、VZV。
• 糞口途徑：以耐酸、耐膽汁的無套膜病毒為主。
• 血液與性接觸：B 型肝炎病毒可經血液與性接觸傳染；HPV、HSV-2 主要經性接觸（皮膚黏膜直接接觸）傳染。
• 病媒：蟲媒病毒必須能在病媒蚊體內複製（生物性傳播），如登革病毒、日本腦炎病毒。
• 垂直感染：母體傳給子代，可經胎盤（CMV、德國麻疹病毒、微小病毒 B19）、產道（HSV-2、B 型肝炎病毒）或哺乳（HTLV-1）。

在族群中阻斷病毒散播最有效的方法是疫苗接種，天花能被根除就是全球接種的成果。

(4) 干擾素的抗病毒作用

被感染的細胞會分泌第一型干擾素（IFN-α、IFN-β）。干擾素不直接殺死病毒，而是作用於鄰近細胞，使其進入抗病毒狀態：誘導蛋白激酶 PKR 抑制轉譯起始，並活化 RNase L 分解病毒 mRNA；同時增加 MHC 第一類分子表現、活化自然殺手細胞。干擾素具宿主物種專一性，但不具病毒專一性。先天免疫的其他細節見免疫系統組成與先天免疫單元。

(5) 實驗室診斷

• 核酸檢測：PCR 等分子方法，靈敏度高，臨床最常用。
• 抗原檢測：快篩、免疫螢光，速度快。
• 血清學：特異性 IgM 代表近期感染；急性期與恢復期 IgG 力價上升 4 倍以上亦具診斷意義。
• 病毒培養：觀察 CPE；電子顯微鏡與組織切片可看病毒顆粒與包涵體。

疱疹病毒是有套膜的雙股 DNA 病毒，在細胞核內複製，最大共同特徵是初次感染後終身潛伏，在免疫力下降或壓力時再活化。考題最愛問「潛伏在那裡」與「引起什麼病」。

(1) 單純疱疹病毒與水痘帶狀疱疹病毒

單純疱疹病毒（herpes simplex virus, HSV）與水痘帶狀疱疹病毒（varicella-zoster virus, VZV）都潛伏在感覺神經節的神經元，不是潛伏在皮膚細胞或造血幹細胞。病毒沿感覺神經軸突逆行到神經節，再活化時順著神經回到皮膚。

VZV 再活化時沿單一皮節分布，出現單側帶狀排列的水疱與神經痛，就是帶狀疱疹（shingles）；HSV 再活化只是在原處反覆出現疱疹。治療可用 acyclovir、valacyclovir。

(2) EB 病毒

EB 病毒（Epstein-Barr virus, EBV）以 CD21（補體受體 CR2）進入 B 細胞並潛伏，主要經唾液傳染。青少年初次感染常表現為傳染性單核球增多症（infectious mononucleosis）：發燒、咽炎、頸部淋巴結腫大、脾腫大，血液出現非典型淋巴球，嗜異性抗體陽性。

EB 病毒是重要的致癌病毒：鼻咽癌（華南與臺灣好發的上皮性惡性腫瘤）、非洲型伯基特氏淋巴瘤（Burkitt lymphoma，常見 c-myc 基因轉位）、部分霍奇金淋巴瘤，以及器官移植後淋巴增生疾病。

(3) 巨細胞病毒、HHV-6 與 HHV-8

• 巨細胞病毒：巨細胞病毒（cytomegalovirus, CMV）是最常見的先天性病毒感染，可造成感音性聽力喪失、小頭症與腦室周圍鈣化；免疫抑制者可發生視網膜炎、肺炎；組織中可見貓頭鷹眼包涵體。
• HHV-6：引起幼兒玫瑰疹，嬰幼兒高燒數天，退燒後才出疹。
• HHV-8：又稱卡波西氏肉瘤相關疱疹病毒，好發於愛滋病人，也與原發性滲出性淋巴瘤有關。

(1) 腺病毒

腺病毒（adenovirus）是無套膜的雙股 DNA 病毒，蛋白殼呈二十面體並伸出纖維。感染以兒童與群居者（如軍營新兵）較常見，表現多樣：咽結膜熱（常與游泳池有關）、流行性角結膜炎、上呼吸道感染與肺炎、兒童腸胃炎（第 40、41 型）、出血性膀胱炎。

目前沒有核准的特定抗病毒藥物，以支持性療法為主。因無套膜，對環境與部分消毒劑耐受度高，院內須加強手部衛生與器械消毒。腺病毒能使囓齒類動物細胞轉形，但與人類癌症無明確關聯。

(2) 痘病毒

痘病毒（poxvirus）是體積最大的病毒，有套膜、雙股 DNA，是在細胞質內複製的 DNA 病毒。

• 天花病毒：天花病毒（variola virus）致死率高，只感染人類、沒有動物宿主，因此能靠接種痘苗病毒（vaccinia virus）疫苗根除；世界衛生組織於 1980 年宣布天花絕跡。現今病毒株只保存在實驗室，仍被視為生物恐怖攻擊的潛在威脅。許多動物痘病毒與天花病毒同屬正痘病毒屬、具共通抗原性，所以可用動物痘病毒製作疫苗。
• 猴痘病毒：猴痘病毒（monkeypox virus）引起猴痘（mpox），與天花病毒同屬正痘病毒屬，但是不同的病毒；天然宿主推測以囓齒類為主，猴子與人一樣只是偶然宿主，人與人之間也可經密切接觸、性接觸與飛沫傳染。JYNNEOS 是以高度減毒、無法在人體細胞內複製的痘苗病毒株（modified vaccinia Ankara, MVA）製成的活疫苗，可預防天花與猴痘；試題可能稱它為「減弱天花病毒株」疫苗，嚴格說原料是痘苗病毒而不是天花病毒本身。
• 傳染性軟疣病毒：只感染人類，造成中央凹陷的珍珠狀小丘疹，即傳染性軟疣（molluscum contagiosum）。

(3) 人類乳突病毒

人類乳突病毒（human papillomavirus, HPV）為無套膜、環狀雙股 DNA 病毒，專門感染皮膚與黏膜的鱗狀上皮，在基底細胞建立感染，隨上皮分化成熟才產生病毒；感染細胞可見核周空洞的空泡細胞（koilocyte）。

高危險型 HPV 的致癌基因產物 E6 與 p53 結合並促其分解，E7 與 Rb 蛋白結合使其失去抑制細胞週期的功能，加上病毒 DNA 嵌入宿主染色體，造成異生，最後發展成鱗狀上皮癌。16 型是子宮頸癌最常見的型別，也是口咽癌（扁桃腺、舌根）的主因之一；陰莖鱗狀上皮癌及其前驅病變同樣與 HPV 最相關。預防靠 HPV 疫苗與子宮頸抹片篩檢。

(4) 多瘤病毒

• JC 病毒：在免疫抑制者（愛滋病、器官移植、使用 natalizumab 等）再活化，感染製造髓鞘的寡突膠細胞，造成髓鞘脫失，即進行性多灶性白質腦病（progressive multifocal leukoencephalopathy, PML）。
• BK 病毒：潛伏於腎臟，移植病人可發生腎病變或出血性膀胱炎。

(5) 微小病毒 B19

微小病毒 B19（parvovirus B19）是最小的 DNA 病毒，為無套膜單股 DNA，專門感染紅血球前驅細胞。兒童感染造成傳染性紅斑（erythema infectiosum，又稱第五病），臉頰紅如被掌摑；成人可有關節炎；溶血性貧血病人可引發再生不良危象；孕婦經胎盤感染可導致胎兒水腫。

(6) B 型肝炎病毒的定位

B 型肝炎病毒是有套膜、部分雙股環狀 DNA 的肝炎 DNA 病毒，複製時需反轉錄酶。它在細胞核內形成共價閉合環狀 DNA；病毒本身不直接殺死肝細胞（肝損傷主要來自免疫反應），被感染的肝細胞可長期存活。部分病毒 DNA 嵌入肝細胞染色體，加上 X 蛋白（HBx）作用與慢性發炎造成的反覆再生，與肝細胞癌密切相關。血清標記與臨床病程見 RNA 病毒、肝炎病毒與 HIV 單元。

致癌病毒的共同點是感染後細胞不被殺死，病毒基因長期存在，使細胞永生化並累積突變。主要機轉有：病毒蛋白使抑癌基因 p53、Rb 失活（HPV、B 型肝炎病毒 X 蛋白）；病毒基因嵌入使宿主致癌基因活化（反轉錄病毒）；慢性發炎導致細胞反覆再生（B 型、C 型肝炎病毒）。

非病毒病原也可致癌：幽門螺旋桿菌（Helicobacter pylori）與胃癌、胃黏膜相關淋巴組織（MALT）的邊緣區淋巴瘤有關；埃及血吸蟲（Schistosoma haematobium）與膀胱鱗狀上皮癌有關。

傳染性蛋白質（prion；試題也寫普利昂蛋白、普利子蛋白）是不含任何核酸、只由蛋白質構成的感染因子。正常人腦神經細胞表面有正常構形的 PrP 蛋白，異常摺疊的 PrP（富含 β 摺板）接觸正常蛋白後會誘使其改變構形，連鎖累積成不溶性聚集物，使神經元死亡，腦組織呈海綿狀空泡變化，稱為傳染性海綿狀腦病。

(1) 主要特性

• 可濾過、具傳染性：能通過除菌濾膜，是最小的病原。
• 不引起免疫反應：異常蛋白與宿主自身蛋白序列相同，不產生抗體，病灶也沒有發炎反應，因此無法用血清學檢驗診斷。
• 極度耐受：煮沸 100℃、一般高壓滅菌、福馬林、紫外線與輻射都無法有效去除；須以延長的高溫高壓滅菌合併強鹼（如氫氧化鈉）等特殊程序處理。
• 潛伏期很長：數年至數十年，一旦發病則快速惡化，呈進行性失智與肌躍症，終至死亡。
• 無藥可治：目前只有支持性療法；疾病發生沒有季節性。

(2) 疾病與傳播途徑

庫賈氏病（Creutzfeldt-Jakob disease, CJD）大多數是散發型，與狂牛病無關；只有新型庫賈氏病和食入牛海綿狀腦病（bovine spongiform encephalopathy, BSE）致病原有關，屬人畜共通傳染。傳染性蛋白質可經受污染的器械、組織移植或食物攝入傳播。診斷依臨床表現、腦波、磁振造影與腦脊髓液檢查，確診需腦組織病理。