基因诊断与性病/巨细胞病毒感染症

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巨细胞病毒感染感染人类巨细胞病毒(human cytomlegalovirus,HCMV)的一种全身感染综合征。因被感染细胞变大,核内和胞浆内出现包涵体,故本病又称巨细胞包涵体病(Cytomegalic inclusion disease,CID)。巨细胞病毒感染症可分两种类型,一种是唾液腺病毒症,是无症状限局性感染,婴幼儿较常见;另一种是全身感染,主要侵犯婴儿,比较少见。但由于性俗的改变,成人由性行为感染此类病毒在西方国家较为常见,故已归为性传播性疾病

目录

第一节 病原学

CMV属于疱疹病毒群,是人类疱疹病毒组中最大的一种病毒,其形最大由162个壳粒(capsomer),正20面体构成。有典型的疱疹病毒结构。CMV只能在人纤维母细胞培养中增殖,而不能在其他动物细胞中生长,增殖非常缓慢,初次分离需一个多月才能出现特殊的细胞;细胞变园,膨胀,细胞及核巨大化,核周围出现一轮“晕”的大型嗜酸性包涵体。

CMV在20%乙醚中最多存活2小时。pH<5时,或置于56℃30分钟,或紫外线照射5分钟可被充分灭活。CMV的感染性对冻融或存于-20℃或-50℃均不稳定,10%的家用漂白粉可使其感染性明显降低。

第二节 CMV基因组结构

CMVDNA为线性双链分子,约235-240kb,长度为56-76nm,其分子量为150-160×103KDa,不同种属的CMv DNA分子量基本相同。各毒株DNA有80%同源序列,通过限制性酶谱可区分不同毒株。CMV与其他疱疹病毒一样,具有1个长的单一序列(UL)及1个短的单一序列(US)。UL和US的相连处及两端均为DNA重复序列。UL约115×103KDa,约占16%。UL两端的两个反向重复序列约占90%;US两端的两个反向重复序列约占2%。由于UL及US可以两种方向存在,则CMv DNA具有4种分子异构型,但除人类巨细胞病毒(HCMV)及鼠CMV外,其它动物CMV无异构型存在。CMvDNA只有一个单向性的IE启动子复合体,其可指导多个基因的表达。CMV基因组至少能编码氨基酸残基数100以上的多肽200余种,包括原始基因产物,中间产物及终未产物。

巨细胞病毒基因组的重复序列对其复制、基因表达方向以及与细胞相互作用的方式可能有重要意义。用核酸外切酶处理双链巨细胞病毒DNA可形成粘性末端而接连成环状,这一特点可能与该病毒的转化作用和潜在的致癌性有关。

第三节 感染途径

CMV感染在全世界分布,人是CMV的唯一宿主。不同国家及不同经济状况感染率不同。成人CMV感染和免疫功能有密切关系。如因器官移植而接受免疫抑制剂治疗者,常因所供器官和输入血液中有潜伏病毒,或免疫抑制使潜伏的病毒活化而发病,艾滋病患者的CMV感染发病率高。

传染源是病人及其急性带毒者,病毒可由乳汁、唾液及尿排出,可持续数周到几年,人类易于感染,传播途径多种多样。属于性传播性疾病。多从精液,宫颈分泌物,泪液及粪便(口腔性欲,吻肛)感染所致。(见表1)

同源性CMV感染是输血和器官移植的一种严重危害,多次输血或一次大量输血使原发和再发感染的危险性增高,输入含白细胞血液的危险性更高,器官或骨髓移植术后CMV感染率也高。

CMV感染途径(环)表 表1

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第四节 发病机理

初次感染后,CMV将在宿主细胞中无限期存在成潜伏状态。可能累及多种组织器官,尸检提示肺、肝、胰、唾液腺、中枢神经系统及肠也可能是病毒潜伏场所。先天性感染的严重程度,与缺乏产生沉淀抗体的能力和T细胞对CMV的应答有关。儿童和成年人感染CMV后,在外周血中出现具有抑制细胞表型的活化T淋巴细胞,如果宿主的T细胞功能受损,潜伏的病毒就可能复活并引起多种症候群。组织移植后发生的慢性刺激,为CMV活化,诱发疾病提供了条件。某些针对T细胞的强烈免疫抑制剂如抗胸腺细胞球蛋白,与临床CMV症候群高发率有关。此外,CMV在功能上可作为辅助因子,使潜伏感染的HIV活化。

第五节 免疫学

CMV感染可引起机体的免疫功能降低,特别是细胞免疫功能下降。CMV感染对胸腺发育及脾细胞单核吞噬细胞、NK细胞及CTL细胞的功能有着显着的影响。

一、对胸腺、脾脏的影响

实验室急性CMV感染的新生豚鼠,胸腺发育受抑,T细胞数减少,成年鼠感染CMV后,88%胸腺可检出CMV。

CMV感染致脾功能受影响,脾脏淋巴细胞对conA刺激的增殖下降,脾细胞产生的IL-2显着降低。

二、对免疫细胞的影响

CMV感染引起的免疫抑制与病毒在细胞内的复制有关。CMV可以在单核吞噬细胞、T细胞、B细胞及一些尚未确定的单核细胞中复制,其中单核吞噬细胞最易感染CMV,淋巴细胞在免疫反应中具有重要的调节功能和效应功能。CMV感染后,可引起淋巴细胞的多种免疫功能受损。

CMV感染多表现为急性单核细胞增多症。外周血淋巴细胞对有丝分裂原、CMV抗原和HSV抗原增殖反应减弱,诱导干扰素水平下降,CD4/CD8比值从1.7±0.7下降为0.2+0.2,T细胞活性降低.这种变化有的可持续相当长时间,病后10个月,大多数患者T细胞亚群比例仍未完全恢复正常。

CMV感染的免疫抑制作用主要是被病毒感染的大单核细胞和CD8细胞的功能异常所致。单核吞噬细胞在抗CMV免疫中起着枢纽作用,不但可以直接吞噬、杀伤病毒,更重要的是可以处理、提呈抗原,分泌细胞因子,调控和扩大免疫反应。当CMV感染后,单核吞噬细胞功能受到影响,CMV感染巨噬细胞引起其吞噬功能降低,细胞内氧自由基产生减少,FC受体补体受体的表达发生改变,且其抗原提呈功能降低,产生IL-1降低,对IL-1及IL-2的反应亦降低。Moses等用胸腺细胞增殖试验检测,IL-1活性降低,IL-1产生降低可引起TH/TS细胞比例失衡。

NK细胞有拮抗CMV扩散的作用。NK细胞积极参与了抗CMV感染的全过程,但存在高的NK活力不一定是保护性应答,而是活动性感染的证明。NK细胞虽不能阻止原发性CMV感染的出现,但一旦存在感染后,NK细胞能在CMV感染早期出现,有限制扩散、使感染局限的作用。NK细胞、CTL细胞是抗CMV的重要效应细胞。在CMV复制早期,感染性病毒体产生前,它们能裂解感染细胞,使病毒在细胞间扩散流产。在小鼠模型中,病毒作用了3-5天时,抗病毒效应由NK细胞介导,NK细胞活性可由IFN增强。6-21天,脾、外周血存在CTL细胞的杀伤活性。NK细胞、CTL细胞活性的高低决定了机体对CMV感染的敏感性及感染恢复的难易性。但CMV感染时,NK细胞及CTL细胞活性亦受到严重影响。此外,特异性细胞免疫有阻止CMV感染再发作用。有人检测了20个发生CMV感染肾移植受者T细胞应答,发现有14个有CMV细胞毒应答,而6个不出现细胞毒应答者有严重的临床后果。因此,特异性T细胞存在,有阻止CMV感染再发的作用。

三、抗体有降低CMV感染的毒力作用

机体受CMV的感染后,可出现多种抗体。乳汁、宫颈分泌物、唾液中尽管有特异性抗体出现,包括中和抗体。但仍能检出CMV,说明抗体并不能阻止病毒扩散。胎儿从母体被动获得的抗体不能阻断经宫内、产道或乳汁传播的感染。研究证明,致死性CMV攻击前,在小鼠腹腔或静脉注入0.2ml高效价抗CMV球蛋白,可完全保护动物免于死亡。1个月后再用CMV等二次攻击,动物仍全部存活,表明抗体有降低CMV的毒力作用。

第六节 临床表现

CMV感染的自然史很复杂,在原发性感染以后排毒,往往持续数周、数月甚至数年,然后感染转为潜伏。常有复发感染伴重新排毒。甚至在原发感染后很多年,潜伏病毒再激活,也可能有不同抗原性病毒株的再感染。CMV感染的临床表现与个体免疫功能和年龄有关。从表2所示,不论从垂直感染、平行传播或医源性感染所出现的症状体征都是多种多样的。

表2 CMV感染症临床经过与病型(Baerlocher等)

1.新生儿感染(先天性)
a.重症型:黄疸贫血肝脾肿大血小板减少性紫癜,侵犯中枢神经,肺炎心肌炎
b.轻症型:假死心脏肥大,高胆红素血症
2.出生后无症状期,乳儿期再感染CMV(先天性/后天性?)
a.全身型
b.呼吸系型(百日咳样)c.肝脾肿大
d.胃肠型
e.肾型?
3.后天型
a.流感
b.单核细胞增多症
c.呼吸系型
d.胃肠型
e.肝炎
f.因特殊医疗防御能力低下
g.无症型?
4.1、2、3项的后果即精神、运动发育迟缓

关于后天性CMV感染症,在临床中常见于输血后的单核细胞增多症,由于免疫功能缺陷而发生血管网膜炎、肺炎以及消化道感染。并且大多数患者合并格-巴氏综合征。

第七节 诊断

单靠临床表现不能诊断CMV感染,从临床标本中分离出病毒,同时抗体呈出4倍以上增加或持续抗体滴度升高,将有助于诊断。

一、病毒分离

最好用唾液、尿液、生殖道分泌物、乳汁和白细胞,接种到人的成纤维细胞内繁殖和分离,细胞病变效应(CPE)在1天或数周后出现,经固定和HE染色后可观察到巨细胞,核内有内包涵体,核周晕圈及嗜酸性胞浆内包涵体,很象“猫头鹰眼”(owl′s eye)亦可用单克隆或多克隆抗体的荧光染色等方法检查。

二、血清抗体检测

最常用的有补体结合试验(CF)、间接免疫荧光试验(IIF)、免疫酶试验(EIA)、间接血凝试验(IHA)和放射免疫试验(RIA)等检测CMV-IgG和IgM抗体。当单份血清标本已确定既往有CMV感染时,应当立即留血清标本,以及间隔2周、4周、8周再留血清标本,结合病毒分离可作原发感染诊断。

三、DNA探针

已广泛应用于检测CMV,其中以32P标记的探针敏感性最高,对某些标本来说,杂交方法可能比病毒分离更敏感。

四、聚合酶链式反应(PCR)

(一)标本的采集及处理

采集的标本包括患者的血液、尿,以及腺体组织等。由全血制备的血沉棕黄层(buffy coats)可保存于-80℃;尿液标本可保存于液氮中。冻存标本应避免反复冻融。

尿液标本经2500r/min离心10min,以除去细胞碎片,收集上清液。由于尿液中含有PCR抑制剂,因此需用聚乙二醇(PEG6000)进行预处理:50μl尿上清与50μl 20%PEG6000和25μl 2mol/L NaCl混合,置冰浴中6h;15000r/min离心30min收集沉淀。再于6400r/min离心3min;尽可能吸去上清,将沉淀悬浮于蒸馏水中。该悬液可直接用于PCR扩增;扩增时应于100℃加热10min,迅速置冰浴中冷却。

(二)模板DNA的制备

1.由血液标本制备模板DNA

方法A:向血清中加入NaCl使最终浓度为150mmol/L;取10μl 此血清于70℃处理45s后即可直接进行PCR扩增。

方法B:由血沉棕黄层(BCP)制备:① 用PBS洗涤BCP两次,收取沉淀。②加入500μl 6mol/L盐酸胍,匀浆。③ 加入30μl 10mmol/l EDTA,10mmol/L NaCl,30μl20% Sarcosyl和5μl 蛋白酶K(10mg/ml),混合均匀,60℃反应1h。④加入1130μl 的乙醇,-20℃沉淀1~2h。⑤ 离心收集DNA沉淀。⑥用70%乙醇洗两次,最后将沉淀悬浮于少量10mmol/L Tris-HCl,1mmol/l EDTA中。置4℃备用。

2.由冰冻组织标本制备模板DNA:①用恒冷切片机切取一块~10μm冰冻组织块,置于1.5ml塑料管中。②加入10%用缓冲液配制的福马林。③ 10min后离心1~2min轻轻倾去上清液,沉淀用乙醇洗2次。④于室温干燥10~60min。⑤ 加入抽提缓冲液(100mmol/L Tris-HCl,4mmol/l EDTA、pH8.0,400μg/ml蛋白酶K),使刚好浸没沉淀物(约50~100μl);将沉淀捣碎。福马林固定的或石蜡包埋组织经脱蜡和干燥后也可按此处理。⑥37℃放置过液。⑦ 置沸水中7min灭活蛋白酶K。⑧离心收集上清,取1~10μl 即可进行PCR扩增。

3.由尿液标本制备模板DNA:①100μl 尿上清液与100μl 6mol/L异硫氰酸胍,7μl 2mol/LNaCl和20μl 玻璃粉悬液(DNa PREP,Asahi Glass Co,Tokyo)混合。② 室温放置10min后,6400r/min离心2min,收集沉淀。③沉淀用50%乙醇,10mmo/L Tris-HCl、pH7.4, 50mmol/L NaCl洗一次,6400r/min离心1min。④同样洗涤沉淀2次,收集沉淀。⑤ 加入50μl 蒸馏水,于55℃作用15min。⑥15000r/min离心2min,收集上清(含HCMV DNA),进行PCR扩增,将此悬液于100℃加热10min,并迅速于冰浴中冷却。

(三)引物及探针

引物及探针的设计是根据已发表的CMV的直接早期蛋白基因的启动子区和开始的4个外显子序列、晚期抗原gp64基因以及磷酸化蛋白pp71基因序列。常用的引物和探针列在表3中。

(四)PCR扩增步骤

1.10×反应缓冲液:100mmol/LTris-HCl、pH8.4,500mmol/l KCl,25mmol/L MgCl2,2mg/ml明胶

Taq DNA 聚合酶:5U/μl 。

10×dNTP:4种dNTP各2.0mmol/L。

引物:100pmol/L。

2.常规PCR扩增

10×反应混合物(50μl)反应缓冲液 5μl

10×dNTP 5μl

模板DNA 5μl

Taq DNA聚合酶 0.2μl (IU)

引物 各0.5μl

蒸馏水 3.8μl

加1~2滴矿物油。

将反应混合物于94℃加热5min;然后于95℃ 30s,55℃40s,72℃ 60s,扩增35~40循环。

表3 CMV PCR扩增所用的引物及探针

引物及探针 序列(5′→3′) 位置 片段大小
IE1 CCACCCGTGGTGCCAGCTCC 早期基因 159(bp)
IE2 CCCGCTCCTCCTGAGCACCC
IE3(探针) CTGGTGTCACCCCCAGAGTCCCCTGTACCCGCGACTATCC
LA1 CCGCAACCTGGTGCCCATGG 晚期gp64 139
LA2 CGTTTGGGTTGCGCAGCGGG
LA3(探针) TTCTTCTGGGACGCCAACGACATCTACCGCATCTTCGCCG
IE1a AGATCGCCTGGAGACGCCAT 早期外显子1 139
IE1b GGAATCCGCGTTCCAATGCA
IE2a ATGGAGTCCTCTGCCAAGAG 早期外显子2 72
IE2b CCGTGGCACCTTGGAGGAAG
IE3a GTGACCAAGGCCACGACGTT 早期外显子3 167
IE3b TCTGCCAGGACATCTTTCTC
IE4a ACAGATTAAGGTTCGAGTGC 早期外显子4 179
IE4b CAATACACTTCATCTCCTCG
IE4c TTACCAAGAACTCAGCCTTC 早期外显子4 158
IE4d GTGCGTGAGCACCTTGTCTC
IE4e TATACCCAGACGGAAGAGAAATTCA 早期外显子4 426
IE4f ATAAGCCATAATCTCATCAGGGGAG
Pp1a TAGCGCGCATACATCCCGAGTACAT Pp71基因 316
Pp1b ATGACGTTGCTCCGTGGAAAGAGACC Pp71

3.套式(nested)PCR扩增:①反应混合物的组成同(2),仅引物为IE2a和IE4b(包括了整个外显子3,共721b),各100pmol。于94℃60s,52℃150s,72℃ 480s,扩增20循环。② 取2μl 上述扩增产物,各加100pmol的引物IE3a和IE3b补加其他试剂。然后,于94℃60s,52℃150s,72℃180s,扩增20循环。

(五)产物鉴定

扩增产物的分析可采用固相(滤膜)杂交和液相杂交试验。

1. 固相杂交:

① 预杂交液为3×SSPE,5×Denhardt,0.5%SDS和25%甲酰胺.含有扩增产物的滤膜于42℃预杂交30~60min。②加入标记探针(10cpm/μg,2ng/ml),杂交30~60min。③ 用0.2×SSPE,.01%SDS分别于室温洗涤滤膜3次,5min/次;于60℃洗一次,10min/次;再于室温洗一次以上,5min/次。④自显影。

2. 液相杂交及电泳分析:

① 取1/10体积的扩增产物与0.5~1.0pmol末端记的探针混合。②加入最终浓度为150mmol/L NaCl,10mmol/L磷酸钠及1mmol/L EDTA溶液,使总体积为20μl 。③ 95℃ 10min,然后于56℃ 60min。④ 离心10s加入样品缓冲液,于8%聚丙烯酰胺凝胶中进行电泳。⑤电泳毕,用溴化乙锭染色,然后对X线片曝光,自显影。

HCMV DNA分子很大,其碱基序列尚未全部搞清。虽然它的DNA的限制性内切酶片段长度具多形性,但是对其基因组的离散性还不清楚。用单一引物对进行PCR扩增,可鉴定90%的HCMV野型分离株;而采用针对不同HCMV序列的两套以上的引物对,则可检测几乎所有的病毒株。因此,可根据情况使用两对或两对以上的位于基因组不同区域的引物进行PCR检测。

在HCMV模板DNA制备过程中,有时会产生一些小片段DNA,在PCR反应时常导致一定水平的本底产物,从而影响对结果的判定。在这种情况下可采用套式PCR法,其基本原理就是靶DNA的扩增分为两步:首先利用一对引物,扩增包括靶DNA在内的长片段DNA;然后取少量的扩增产物,利用只针对靶DNA的引物再进行第二次扩增。通过控制每步中的扩增循环数,即可防止由小片段DNA引起的假阳性。这种方法也可避免产生假阴性结果。

PCR检测HCMV标本具有很高的敏感性。从HCMV感染的组织培养上清可检测到相当于几十个病毒的DNA分子或1~5PFU病毒的DNA序列。用非放射性寡核苷酸探针进行Southern杂交分析扩增产物,可从尿液标本中检测到1pgHCMv DNA序列的水平;利用该系统,在4×104个细胞中只有一个病毒基因组即可检测出,较斑点印迹杂交提高2×103倍。

PCR技术对HCMV感染的检测具有临床应用价值,因为体液中病毒DNA先于病毒感染的临床症状或血清学证据的出现,可作为HCMV感染的早期指标。由于HCMV可通过胎盘内感染、产道感染等途径传播,而且受感染的新生儿死亡率较高,因此利用PCR进行早期诊断及采取及时的治疗措施,对优生优育也有重要意义。利用这种方法,还可鉴定器官或组织移植手术中供体是否为HCMV与许多严重病症的关系。再者,PCR检测指标稳定,还可进行半定量分析,因此可作为评价各种抗病毒药物疗效的手段。

第八节 治疗

巨细胞病毒感染的治疗,可应用各种抗病毒制剂如GCV、抗巨细胞病毒的免疫球蛋白制剂、干扰素及转移因子等。但这些药物并不能解决根本问题,往往停药后病毒又潜伏地回升,鉴于此种病毒可能作为艾滋病的病因之一,各国学者均在致力于控制其感染的研究。最近,美国学者研制出两种活疫苗,初试后颇见效。一种是由AD169菌株研制成的;另一种是从TOWn菌株制成的,经非肠道给药后,已明显表现出有抗巨细胞病毒的效能,CMV抗体升高,导致免疫功能增强。

参看

32 生殖器疱疹 | 软下疳 32
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