21.3: 病毒感染的预防和治疗
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培养技能
- 识别影响人类的主要病毒性疾病
- 将疫苗接种和抗病毒药物作为治疗病毒的医学方法进行比较
病毒在包括人类在内的动物身上引起各种疾病，从普通感冒到脑膜炎等潜在的致命疾病不等（图\(\PageIndex{1}\)）。 这些疾病可以通过抗病毒药物或疫苗来治疗，但是有些病毒，例如艾滋病毒，既能够避免免疫反应，又能够变异以产生对抗病毒药物的耐药性。
预防疫苗
尽管我们的有效抗病毒药物数量有限，例如用于治疗艾滋病毒和流感的药物，但控制病毒性疾病的主要方法是疫苗接种，疫苗旨在通过增强对病毒或病毒家族的免疫力来预防疫情（图\(\PageIndex{1}\)）。 疫苗可以使用活病毒、杀死病毒或病毒的分子亚单位制备。 杀死的病毒疫苗和亚单位病毒都不会引起疾病。
活病毒疫苗是在实验室设计的，旨在使接受者几乎没有症状，同时为他们提供针对未来感染的保护性免疫力。 脊髓灰质炎是一种代表疫苗使用里程碑的疾病。 1950年代（杀死疫苗）和1960年代（活疫苗）的大规模免疫接种运动大大降低了这种疾病的发病率，这种疾病导致儿童肌肉麻痹，并在区域疫情发生时引起了普通民众的极大恐惧。 脊髓灰质炎疫苗的成功为常规发放针对麻疹、流行性腮腺炎、风疹、水痘和其他疾病的儿童疫苗铺平了道路。
活疫苗通常比杀死的疫苗更有效，使用活疫苗的危险在于，这些病毒会因背部突变而恢复其致病形式，但风险很小。 活疫苗通常是通过在实验室的组织中或在与病毒在宿主中习惯的温度不同的温度下培养 “野生型”（致病）病毒来减弱（削弱）该病毒来制造的。 对这些新细胞或温度的适应会诱发病毒基因组的突变，使其在实验室中生长得更好，同时抑制其在重新引入宿主中发现的疾病时引起疾病的能力。 因此，这些减毒的病毒仍然会引起感染，但它们的生长效果不佳，这使得免疫反应能够及时发展以预防重大疾病。 当疫苗在宿主中发生突变以使其重新适应宿主并可能再次导致疾病，然后在疫情中传播给其他人时，就会发生背部突变。 这种情况最近在2007年发生在尼日利亚，当时脊髓灰质炎疫苗的突变导致了该国脊髓灰质炎的流行。
一些疫苗仍在持续开发中，因为与其他病毒和正常宿主细胞相比，某些病毒（例如流感和艾滋病毒）具有较高的突变率。 对于流感，病毒表面分子的突变有助于生物体逃避在上一个流感季节可能获得的保护性免疫力，这使得个人每年都必须接种疫苗。 其他病毒，例如导致儿童疾病麻疹、腮腺炎和风疹的病毒，变异频率很低，以至于年复一年地使用相同的疫苗。
链接到学习
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用于治疗的疫苗和抗病毒药物
在某些情况下，疫苗可用于治疗活动性病毒感染。 其背后的概念是，通过接种疫苗，可以在不添加更多致病病毒的情况下增强免疫力。 就狂犬病而言，狂犬病是一种通过感染狂犬病病毒的动物的唾液传播的致命神经系统疾病，该疾病从动物咬伤到进入中枢神经系统的进展可能持续2周或更长时间。 这足以让怀疑自己被狂犬病动物咬伤的人接种疫苗，他们增强的免疫反应足以防止病毒进入神经组织。 因此，该疾病可能造成的致命神经系统后果得以避免，个人只需要从受感染的叮咬中恢复过来即可。 这种方法也被用于治疗埃博拉，埃博拉是地球上速度最快、最致命的病毒之一。 这种疾病由蝙蝠和大猿传播，可在两周内导致70-90％的受感染者死亡。 使用新开发的以这种方式增强免疫反应的疫苗，有希望受影响的人能够更好地控制病毒，从而有可能使更大比例的感染者免于快速而痛苦的死亡。
治疗病毒感染的另一种方法是使用抗病毒药物。 这些药物在治疗病毒性疾病方面的成功通常有限，但在许多情况下，它们已被用于控制和减轻各种病毒性疾病的症状。 对于大多数病毒，这些药物可以通过阻断病毒的一种或多种蛋白质的作用来抑制病毒。 重要的是，靶向蛋白必须由病毒基因编码，并且这些分子不存在于健康的宿主细胞中。 通过这种方式，可以在不损害宿主的情况下抑制病毒的生长。 有大量的抗病毒药物可用于治疗感染，其中一些是针对特定病毒的特异性的，而另一些则可以影响多种病毒。
已经开发出用于治疗生殖器疱疹（II 型单纯疱疹）和流感的抗病毒药物。 对于生殖器疱疹，诸如阿昔洛韦之类的药物可以减少活动性病毒性疾病的发作次数和持续时间，在此期间，患者的皮肤细胞中会出现病毒性病变。 由于病毒终身潜伏在人体的神经组织中，这种药物不能治愈，但可以使疾病的症状更容易控制。 对于流感，像达菲（奥司他韦）这样的药物（图\(\PageIndex{3}\)）可以将 “流感” 症状的持续时间缩短 1 或 2 天，但该药物并不能完全预防症状。 达菲通过抑制一种酶（病毒神经氨酸酶）起作用，该酶允许新的病毒体离开受感染的细胞。 因此，达菲抑制了病毒从受感染细胞向未感染细胞的传播。 其他抗病毒药物，例如利巴韦林，已被用于治疗各种病毒感染，尽管其对某些病毒的作用机制尚不清楚。
到目前为止，抗病毒药物最成功的用途是治疗逆转录病毒 HIV，这种疾病如果不加以治疗，通常会在感染后的 10-12 年内致命。 抗HIV药物已经能够控制病毒的复制，以至于接受这些药物的人的存活时间比未经治疗的人长得多。
抗HIV药物在HIV复制周期的许多不同阶段抑制病毒复制（图\(\PageIndex{4}\)）。 已经开发出抑制HIV病毒包膜与宿主细胞质膜（融合抑制剂）融合、将HIV病毒基因组转化为双链DNA（逆转录酶抑制剂）、病毒DNA整合到宿主基因组（整合酶抑制剂）的药物病毒蛋白（蛋白酶抑制剂）的加工。
当这些药物中的任何一种单独使用时，病毒的高突变率使其能够轻松、快速地对药物产生耐药性，从而限制了药物的有效性。 HIV治疗的突破是HAART的开发，这是一种高活性的抗逆转录病毒疗法，它涉及不同药物的混合物，有时也被称为 “鸡尾酒” 药物。 通过在病毒复制周期的不同阶段攻击病毒，病毒要同时对多种药物产生耐药性要困难得多。 尽管如此，即使使用联合HAART疗法，也有人担心，随着时间的推移，该病毒会对这种疗法产生抗药性。 因此，正在不断开发新的抗艾滋病毒药物，希望继续与这种高度致命的病毒作斗争。
日常连接：应用病毒学
对病毒的研究导致了各种治疗非病毒性疾病的新方法的开发。 病毒已被用于基因疗法。 基因疗法用于治疗遗传性疾病，例如严重联合免疫缺陷（SCID），这是一种可遗传的隐性疾病，儿童出生时免疫系统严重受损。 一种常见的 SCID 类型是由于缺乏一种分解嘌呤碱基的酶腺苷脱氨酶（ADA）所致。 为了通过基因疗法治疗这种疾病，从SCID患者身上提取骨髓细胞，然后插入ADA基因。 这就是病毒的用武之地，它们的使用取决于它们穿透活细胞并将基因带入活细胞的能力。 腺病毒（一种人类上呼吸道病毒）之类的病毒通过添加ADA基因被修饰，然后病毒将该基因输送到细胞中。 改良后的细胞现在能够产生 ADA，然后被送回给患者，希望能治愈它们。 使用病毒作为基因载体（病毒载体）的基因疗法虽然仍处于实验阶段，但有望治疗许多遗传疾病。 尽管如此，要使这种方法成为治疗遗传病的可行方法，仍需要解决许多技术问题。
病毒的另一种医学用途取决于其特异性和杀死它们所感染细胞的能力。 溶瘤病毒是在实验室中专门为攻击和杀死癌细胞而设计的。 自2005年以来，在中国的临床试验中，一种名为H101的转基因腺病毒已被用于治疗头颈癌。 结果令人鼓舞，与单独的化疗相比，化疗和病毒疗法相结合的短期反应率更高。 这项正在进行的研究可能预示着癌症治疗新时代的开始，在这个时代中，病毒经过精心设计，可以发现并特异性杀死癌细胞，无论它们可能在体内何处传播。
病毒在医学中的第三种用途取决于其特异性，涉及使用噬菌体治疗细菌感染。 自1940年代以来，细菌性疾病一直使用抗生素治疗。 但是，随着时间的推移，许多细菌对抗生素产生了耐药性。 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA，发音为 “mersa”）就是一个很好的例子，这种感染通常在医院感染。 这种细菌对各种抗生素具有耐药性，因此难以治疗。 使用针对此类细菌的特异性噬菌体将绕过它们对抗生素的耐药性，并特别杀死它们。 尽管格鲁吉亚共和国使用噬菌体疗法来治疗抗生素耐药细菌，但大多数国家尚未批准使用噬菌体疗法治疗人类疾病。 但是，当美国食品药品监督管理局批准向肉类喷洒噬菌体以消灭食物病原体李斯特菌时，这种治疗的安全性在美国得到了证实。 随着越来越多的抗生素耐药细菌菌株进化，噬菌体的使用可能是解决这个问题的潜在方法，而噬菌体疗法的开发引起了全世界研究人员的极大兴趣。
摘要
病毒在人类中引起各种疾病。 这些疾病中有许多可以通过使用病毒疫苗来预防，病毒疫苗可以刺激针对病毒的保护性免疫而不会引起重大疾病。 病毒疫苗也可用于活性病毒感染，增强免疫系统控制或消灭病毒的能力。 已经开发和使用了一系列靶向酶和病毒基因的其他蛋白质产物的抗病毒药物，但成功参差不齐。 已使用抗HIV药物的组合来有效控制病毒，从而延长感染者的寿命。 病毒在药物中有许多用途，例如用于治疗遗传疾病、癌症和细菌感染。
词汇表
- 衰减
- 疫苗研发过程中病毒的减弱
- 背部突变
- 当活病毒疫苗恢复为致病表型时
- 基因疗法
- 通过添加基因、使用病毒将新基因携带到细胞内来治疗遗传病
- 溶瘤病毒
- 专为感染和杀死癌细胞而设计的病毒
- 噬菌体疗法
- 使用特定细菌特有的噬菌体治疗细菌疾病
- 疫苗
- 病毒成分、病毒或其他产生免疫反应的因子的溶液变弱