艾滋病的流行和预防是高中生物学教学中要求的一部分,但是受篇幅的限制,高中教材对这部分内容介绍得很少,所以导致部分教师在教学时常出现一些认识上的误区。

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误区一:HIV侵染人体细胞时,只有其RNA可以进入细胞

HIV病毒粒子呈球形,表面有包膜,由脂双层和蛋白质(包括信号肽、gp41、gp120)构成,其中跨膜糖蛋白gp41和表面糖蛋白gp120组成病毒与宿主细胞受体的结合位点。最中央为病毒核心,呈中空锥形,内部主要由两条相同的正链RNA、反转录酶、整合酶、蛋白酶等组成。人教版高中生物学教材必修2中提到:T2噬菌体侵染细菌时,DNA进入到细菌的细胞中,而蛋白质外壳仍留在外面。受此内容影响,部分教师会想当然地认为,HIV侵染人体细胞时也是将蛋白质外壳留在细胞外,只将其RNA注入细胞。实际上,不同的病毒,侵染细胞的方式是不同的。动物病毒进入宿主细胞的方式主要有两种:一是无囊膜的病毒,宿主细胞以主动“胞饮”的方式使病毒进入细胞,如腺病毒;二是有囊膜的病毒,通过其囊膜与宿主细胞质膜融合的方式进入细胞,如HIV,或通过胞饮作用进入细胞,然后再与胞饮囊泡的膜融合进入细胞质中,如流感病毒、辛德毕斯病毒等。HIV通过包膜蛋白gp120与T4淋巴表面的CD4分子结合,此外还需要辅助受体CCR3及CCR8等参与,以膜融合方式进入细胞。在细胞膜上病毒粒子脱去衣壳,基因组和酶类留在核心。所以,HIV侵染人体细胞时,除病毒颗粒ssRNA2个拷贝外,反转录酶、整合酶等蛋白质也进入了宿主细胞。

误区二:HIV在宿主细胞中增殖时,所需的酶均由宿主细胞提供

众所周知,病毒是彻底的寄生物。因其自身没有独立的代谢与能量转化系统,必须利用宿主细胞的结构(如核糖体)、原料、能量与酶系统,才能进行增殖。所以,不少师生认为,在增殖过程中,HIV仅提供核酸作为模板,而所需的原料、能量、酶则都由宿主细胞提供。实际上,在增殖过程中,病毒所需酶的来源不尽相同。HIV的RNA基因组进入细胞后首先进行反转录,利用病毒粒子中携带的反转录酶将RNA转变成一个DNA拷贝。随后,在自身携带的整合酶作用下,将病毒的cDNA整合到宿主的染色体DNA上,形成原病毒。原病毒可随宿主细胞分裂时染色体的复制,而传给子代细胞。整合的原病毒DNA在宿主细胞RNA聚合酶作用下转录成RNA,这些RNA分子随后借助宿主细胞翻译产生蛋白质外壳、包膜蛋白和反转录酶,所有这些和RNA基因组一起装配成新的病毒颗粒。

所以,HIV病毒在增殖过程中所需的酶并非都由宿主细胞提供。反转录酶、整合酶是病毒粒子自身携带的,原病毒DNA复制所需的DNA聚合酶、转录所需的RNA聚合酶等则是由宿主细胞提供的。

误区三:HIV的反转录过程发生在宿主细胞的细胞核中

部分教师会误认为,HIV的反转录过程发生在宿主细胞的细胞核中。产生这种错误认识的根源是:细胞核中染色体的DNA不能通过核孔进入细胞质,同样HIV的RNA在细胞质中反转录形成的双链DNA,也无法通过核孔进入细胞核。事实是,HIV的RNA基因组进入细胞后,在细胞质内,利用病毒粒子中携带的反转录酶将2条RNA基因组中的一条转变为单链DNA(cDNA),形成一个DNA/RNA杂合双螺旋。随即,RNA后随链被反转录酶去掉,然后反转录酶再以cDNA链为模板形成一个线性双链DNA[5]。随后这个双链DNA通过核孔进入细胞核中,并在病毒粒子携带的整合酶的作用下整合进了宿主基因的一个随机选择的位点上。那么,HIV的DNA拷贝是如何通过核孔复合体进入细胞核的呢?这与核孔复合体的功能特点有关。核孔复合体是核质交换的双向选择性亲水通道,是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体。染色体直径在200nm以上,而核孔复合体进行主动运输时孔径在20nm左右,所以染色体是不能穿过核孔的,而DNA螺旋直径是2.0nm,可以通过核孔。病毒反转录形成的DNA在相关定位信号肽的引导下,转移到核孔复合体处,引起核孔复合体有关蛋白质构象的改变,使DNA通过核孔进入细胞核内。所以,HIV的反转录是在细胞质中进行的,形成的DNA以主动运输方式通过核孔复合体进入细胞核。

误区四:HIV只侵染人体T淋巴细胞

人教版高中生物学教材必修3中有这样一段话:艾滋病是由于HIV侵入人体后与T淋巴细胞相结合,破坏T淋巴细胞,使免疫调节受到抑制,并逐渐使人体的免疫系统瘫痪。由于对这块内容的误读,部分教师会认为HIV只侵染人体T淋巴细胞。病毒的吸附和侵入依赖于病毒蛋白和细胞受体的相互作用。HIV囊膜蛋白SU的主要受体就是细胞表面的CD4分子。在HIV直接感染的细胞的表面存在独特的病毒识别受体CD4,此类型受体可以和病毒包膜表面的糖蛋白gp120相互识别,从而使病毒的外膜蛋白gp120与宿主细胞上的趋化因子受体CXCR4或者CCRS进行结合,进而完成病毒与宿主细胞的稳定附着和入侵。因此,HIV主要感染CD4+T细胞,也可以感染脑小胶质细胞、巨噬细胞、B淋巴细胞、树突状细胞等细胞膜表面具有CD4受体的细胞。除此之外,细胞培养实验揭示了其余几种HIV侵入细胞的机制。细胞培养实验结果表明,HIV-1可以通过细胞间的接触运输到CD4-上皮细胞。肠黏膜、子宫颈、子宫上皮细胞的活组织样品检查结果显示,在不受任何损害的情况下,这些组织的细胞也可感染病毒。体外培养条件,HIV病毒可以感染许多类型的人细胞,并且在人体几种不同组织中也发现了少量的HIV病毒。所以,HIV主要感染CD4+T细胞,也可以感染脑小胶质细胞、巨噬细胞、B淋巴细胞、树突状细胞等细胞膜表面具有CD4受体的细胞,还可能感染多种类型CD4-人细胞。

误区五:人体感染HIV后能够立即检测出

根据HIV的传播途径,容易引起HIV传播的行为就属于高危行为。目前,没有任何保护措施的性行为是艾滋病传播途径中最主要的高危行为。那么,发生高危行为后,是否能够立即检测出感染了HIV?实际上,发生高危行为后,即便感染了HIV,也不能立即检测出。因为从病毒进入人体到可以检测到核酸和抗体都需要一定的时间,这段时间就称为“窗口期”。通常情况下,核酸检测的窗口期为1—4周,抗体检测的窗口期一般为4—12周。目前,最常用的检测方法是抗体检测,由于窗口期的客观存在,对于大多数感染者而言,需要经过4周左右时间才能检测到抗体。尽管窗口期无法确定感染情况,但是病毒可能已经在体内增殖,同样具有传染性。所以,由于窗口期的客观存在,对于大多数感染者而言,不能立即被检测出来,需要经过一段时间后,才能进行HIV感染的诊断。