理化學因子對病毒的作用-物理因子

一、溫度(一)溫度病毒在低溫下穩定，在高溫下易失活。大多數病毒可在0℃以下溫度下良好生存，特別是在幹冰溫度(-70℃)和液氮溫度(-196℃)下更可長期保持其感染性。相反，大多數病毒於55～60℃條件下在幾分鍾到十幾分鍾內滅活，100℃可在幾秒鍾內滅活病毒。有人對病毒的感染半衰期(infectioushalflife)進行了粗略的推算：60℃以秒計，37℃以分計，20℃以時計，4℃以天計，-70℃以月計，-196℃以年計。可見即使在哺乳動物的體溫(37～385℃)條件下也使大多數病毒較快滅活，隻因病毒在動物體或組織培養細胞內的增殖速度遠遠超過其死亡的速度，因而不被發覺而已。因此，病毒必須低溫保存。熱對病毒的滅活作用主要是使病毒蛋白質變性實現的。在有水分子存在時，熱的作用是使蛋白質分子運動加速，互相撞擊，肽鍵以及側鏈的化學鍵斷裂，蛋白質分子由有規律的緊密結構變為無序的、散漫的結構，大量疏水基因暴露於分子表麵，並互相結合成為較大的聚合體而凝固、沉澱。在幹燥的情況下，加熱則使蛋白質氧化。受到破壞的蛋白質，若為酶蛋白，則有可能造成病毒的複製、轉錄、翻譯終止；若為結構蛋白，則是使病毒粒子的完整性喪失，或者使病毒粒子不能與細胞受體結合、病毒不能脫殼或病毒成分不能裝配和釋放。熱對病毒囊膜也有降解作用。核酸對熱的抵抗力較強，溫度達到80～100℃時，病毒DNA雙鏈解開，但溫度時降低仍可複性。短時間的煮沸不能完全破壞核酸的結構。另一方麵，病毒核酸位於病毒粒子內部，熱的作用已被脂質囊膜和蛋白質衣殼所緩衝，使核酸結構對熱更加穩定。綜合來看，不同加熱溫度的滅活作用的機理不盡相同。輕度加熱(40～50℃)時，病毒蛋白外膜的完整性發生破壞。開始是通透性增高，隨後則裂解為單獨的形態亞單位。形態亞單位本

身並不發生嚴重變化。但因病毒核酸暴露，在受較高溫度以及殘存的細胞成分中的核酸

酶的作用後滅活。因此，病毒粒子喪失感染性，但常繼續保持免疫原性。在60～70℃以上

高溫條件下，病毒粒子的蛋白外膜發生凝固，免疫原性喪失。凝固、硬化的蛋白外膜對內部

核酸呈現保護作用。因此，短時間的高溫作用可引起病毒粒子外膜結構的深刻變化，但病毒

核酸常不嚴重破壞。這樣的病毒粒子沒有免疫原性，且因病毒粒子的表麵構造發生改變，不

能正常吸附和侵入細胞，病毒核酸較難逸出，實際上也明顯降低或完全喪失了感染性。熱對病毒的滅活作用，受周圍環境因素的影響。蛋白質以及鈣、鎂等兩價離子的存在常可提

高某些病毒對熱的抵抗力。它們甚至在1mol/L的鹽溶液中，50℃加熱1小時也不滅活

。例如1mol/LMgCl2對小RNA病毒中的柯薩奇病毒、艾柯病毒和脊髓灰質炎病毒等小R

NA病毒以及

呼腸孤病毒具有明顯的穩定作用；1mol/LMgSO4對流感病毒、副流感染病毒、麻疹病毒和

風疹病毒，1mol/LNa2SO4對單純皰疹病毒具有穩定作用等等。病毒實驗室內經常利用

這一現象消除病毒製品中汙染的其它病毒，例如將脊髓灰質炎病毒懸浮於1mol/L的MgCl2

中，隨後50℃加溫處

理1小時，即可殺滅脊髓灰質炎病毒組織培養物中常見的汙染病毒，例如SV40病毒、

泡沫病毒和皰疹病毒等。蛋白酶和核酸酶的存在，則可提高熱對病毒的滅活作用。總的說來，大多數病毒與細菌的繁殖體相似，對熱的抵抗力不強，但

也有個別病毒抵抗力較

強，如腸道病毒，濕熱75℃30分鍾才能全部殺死之，而輪狀病毒要濕熱100℃下5分鍾

才能滅活。乙型肝炎病毒在60℃能存活10小時以上，85℃60分鍾才能殺死，煮沸1分鍾

能破壞

其傳染性，但不能完全破壞其抗原性，高壓121℃1分鍾才能將其抗原性徹底破壞；在幹熱

條件下，160℃

耐受4分鍾或180℃1分鍾方能完全將其滅活，目前認為對乙肝病毒的消毒應采用與細菌芽

胞相同的消毒措施，才能保證安全。溫度的劇烈變化，尤其是反複凍融常可使許多病毒很快滅活。因

此，保存病毒時必須盡快低溫冷藏，盡量避免凍融.

電離輻射中的X射線和γ射線都由光子組成，其運動速度與光速相同，它們作用於其它物

質後產生次級電子，次級電子再通過直接作用和間接作用，作用於病毒核酸(DNA

或RNA)而造成病毒失活。電離輻射的直接作用是物質吸收射線產生的次級電子直接作用於核酸分子，造成核酸分子電

離，

其價鍵斷裂；電離輻射的間接作用是射線首先作用於核酸分子周圍的水分子，形成自由基(O

H·、H·)和自由電子，通過自由基和自由電子間接地作用於DNA分子，使其損傷。圖5-1所

示為電離輻射對DNA分子的直接作用和間接作用。電離輻射的生物效應大約一半是由直接作

用產生的，另一半由間接作用所致。單鏈病毒對電離輻射的滅活作用比雙鏈病毒敏感約10倍，這是因為單鏈核酸任何部分的電離都可引起核酸分子斷裂，而雙鏈核酸隻在兩鏈相近的部位都被電離時整個分子才斷裂。體

積較大的病毒比體積小的病毒對電離輻射更敏感，生活在細胞係統中的病毒具有最大的抗輻

射性。據作者等測定，627C/kg(庫侖每千克)的γ射線可使組織培養物中馬傳染性貧血病毒完全失活。表5-1所示為電離輻射殺滅90%病毒的吸收劑量。由於電離輻射主要作用於核酸，對蛋白質的作用較小，比如通過電離輻射終止90%的酶活性，需20～100kGy，這一吸收劑量比滅活病毒的劑量(見表5-1)高約10倍，因此可以用電離輻射滅活病毒製備滅活苗。例如Ломинский等應用129～516C/kg的X射線處理雞瘟疫苗，便其完全滅活，用其給雞作免疫注射，可使接種雞耐過1000個致死量強毒的攻擊。Reitman等應用1032～2580C/kg的γ射線照射委內瑞拉馬腦炎病毒，製成滅活疫苗，對小白鼠和豚鼠作免疫試驗，也有很好的免疫原性。加入佐劑的這種滅活疫苗在給豚鼠作皮下免疫注射後，甚至可耐受100萬個致死量的強毒攻擊。但是電離輻射在破壞病毒的核酸的同時，畢竟還能破壞蛋白質，很難掌握適當的劑量——既能徹底滅活病毒核酸，又使蛋白質等抗原物質不被嚴重破壞的劑量。在上例中，如果將X射線劑量提高到774C/kg，則使雞瘟病毒的免疫原性完全喪失。因此，電離輻射在病毒滅活疫苗中的應用並不普遍。但是較低劑量的電離輻射，卻常用作病毒及其它一些微生物的誘變劑，並已取得一些明顯的效果。X射線對病毒的作用研究較少。最近(1995)發現，X射線可通過激活人免疫缺陷病毒(HIV)的長末端重複序列(LTR)而促進病毒在上皮樣細胞、成纖維細胞和淋巴樣細胞係中的表達，這種激活作用與X射線的劑量和作用時間有關。

紫外線屬電磁波輻射，但非電離輻射，其波長範圍為328～210nm，其最大殺病毒作用是265nm。紫外線所釋放的能量較低，穿透能力較弱，沒有電離輻射的殺病毒力強。紫外線照射DNA，可使胸腺嘧啶堿基之間形成二聚體(TT〖TX-〗)，這種二聚體是由兩個胸腺嘧啶堿基以共價鍵聯結成環丁烷的結構而形成(圖5-2A)，其它嘧啶堿基之間也能形成類似的二聚體(CT〖TX-〗、CC〖TX-〗)，但數量較少。紫外線照射RNA，也會使相鄰的尿嘧啶之間形成二聚體。另外，核酸吸收紫外線後，會發生其它多種結構形式的變化，如鏈斷裂、分子內或分子間交聯以及核酸和蛋白質之間的交聯等等(圖5-2B)。核酸結構的變化，使其不能複製和轉錄，導致病毒的滅活。但病毒蛋白質的免疫原性仍保持。應當指出，長時間的紫外線照射同樣可使病毒蛋白變性而喪失免疫原性。大多數病毒均可被紫外線滅活，但反轉錄病毒和埃博拉病毒(Ebolavirus)很難被紫外線殺滅。近年來發現，紫外線可激活人免疫缺陷病毒(HIV)的長末端重複序列(LTR)，進而促進病毒在在感染細胞係中的表達，這種激活作用與紫外線的劑量和作用時間有關。4硫胸腺嘧啶(s4T)是胸腺嘧啶的類似物，它能夠強烈地吸收紫外線(最大吸收峰為335nm)，當其摻入病毒核酸後，病毒則對紫外線更易感。Domi等發現，s4T摻入痘苗病毒和單純皰疹病毒的核酸後，以365nm的紫外線照射時，這兩種病毒會很快滅活90%以上。日光中到達物體表麵的紫外線，其波長一般在400～287nm之間。而紫外線燈發出的紫外線的波長，則大多是254nm。這種波長的紫外線幾乎可以無阻攔地通過病毒粒子的囊膜和衣殼，被病毒核酸所吸收，導致病毒核酸滅活。紫外線曾被用於滅活病毒疫苗，例如狂犬病疫苗的生產。但隨後發現，用紫外線滅活的疫苗進行人體或動物接種時，由於光複活作用(請見本書第五章)，經常導致感染性病毒的產生，因此，這種滅活方法已不再用於疫苗生產。紫外線還是一種常用的病毒誘變劑。

超聲波是指聲源振動頻率很高，超過20kHz的特殊聲波。現代醫學及生物學上應用的超聲波發生器都是根據壓電效應的原理製造的，即將壓電晶體(如石英)置於交變的電場中，並使電場方向和晶體的壓電軸方向一致，壓電晶體此時就沿一定的方向發生強烈的壓縮和拉伸，這種振動加於彈性介質時，後者發生交替的壓縮與伸張，從而產生縱波。如果外加的交變電場頻率在20kHz以上，則這種縱波就是超聲波。超聲波主要以強烈振蕩作用呈現其對病毒、其它微生物以及細胞的殺滅或破壞作用。煙草花葉病毒在經超聲波處理後，變為微細碎屑，喪失感染性，但仍保持其抗原性。應用大劑量超聲波處理痘病毒、狂犬病病毒和腦炎病毒，也獲得類似結果。但是總的說來，超聲波對病毒的滅活作用並不明顯。目前在病毒學實踐中，超聲波主要用於破碎細胞，使細胞內的病毒粒子釋出，以便收獲和提純病毒或者提取病毒成分。應用超聲波處理腦炎病毒等的血凝素抗原，能顯著提高血凝素效價，但其機理不明。也許是超聲波處理可使病毒粒子上(中)的血凝素蛋白充分暴露，從而提高血凝效價。