Medical Microbiology
Department of Microbiology,HMU
第一篇 微生物学基础
第 9章 微生物感染的预防原则
微生物学教研室 吴凌
提纲
? 微生物感染的预防原则
?特异性免疫的分类 生物制品
? 细菌感染的特异性预防
?人工主动免疫常用的生物制品
?人工被动免疫的生物制品
? 病毒感染的特异性预防
?人工主动免疫预防
?人工被动免疫预防
? 真菌感染的预防原则
特异性免疫的分类
? 自然免疫
?自然 主动 免疫：隐性或显性感染
?自然 被动 免疫：通过胎盘或初乳获得母体抗体
? 人工免疫
?人工 主动 免疫：接种疫苗或类毒素等
?人工 被动 免疫：注射抗毒素或丙种球蛋白等
人工免疫
artificial immunization
? 用人工的方法给机体输入 抗原性物质 （如
疫苗、类毒素 等）或直接输入 免疫效应分
子 （如 抗体、细胞因子 等），使机体获得
特异性免疫力的方法
? 人工主动免疫 artificial active immunization
? 人工被动免疫 artificial passive immunization
人工免疫
? 人工自动免疫
artificial active
immunization
?疫苗（ vaccine）
?类毒素
? 人工被动免疫
artificial passive
immunization
?抗毒素
?抗菌血清
?血清丙种球蛋白
人工自动与被动免疫比较
区 别 点 人工自动免疫 人工被动免疫
免疫物质
接种次数
免疫力出现时间
免疫力维持时间
用途
抗原
1 ~ 3 次
慢（ 2 ~ 4 周）
长（数月 ~数年）
多用于预防
抗体或细胞因子
1 次
快（立即出现）
短（ 2 ~ 3 周）
用于治疗或应急预防
生物制品 biological product
? 人工主动免疫生物制品
?疫苗
?类毒素
? 人工被动免疫生物制品
?抗毒素
?丙种球蛋白
细菌感染的特异性预防
疫苗（ vaccine）
? 减毒活疫苗 （ attenuated live vaccine）
?卡介苗（ BCG）
? 灭活疫苗 （ inactivated vaccine）
?伤寒沙门菌与甲、乙型副伤寒沙门菌混合的三联疫苗
? 亚单位疫苗（ subunit vaccine）
? 基因工程疫苗（ gene engineered vaccine）
? 核酸疫苗（ nucleic acid vaccine）
类毒素（ toxoid）
? 细菌 外毒素 经 0.4％甲醛液 处理后，其毒性消失而
仍保留抗原性的生物制品
? 常用的类毒素
?白喉类毒素
?破伤风类毒素等
?白、百、破三联疫苗
人工被动免疫生物制品
? 抗毒素（ antitoxin）
?通常是用细菌 类毒素 给马多次注射后，取其免
疫血清提取 免疫球蛋白 精制而成
? 常用
?破伤风抗毒素
?白喉抗毒素
? 免疫球蛋白（ immunoglobulin）
病毒感染的特异性预防
人工主动免疫－病毒疫苗
? 减毒活疫苗（ attenuated live vaccine）
? 灭活疫苗（ inactivated vaccine）
? 亚单位疫苗（ subunit vaccine）
? 基因工程疫苗（ gene engineered vaccine）
? 基因工程亚单位疫苗（ gene engineered subunit vaccine）
? 基因工程载体疫苗（ gene engineered vectored vaccine）
? 基因缺失活疫苗（ gene deleted live vaccine）
? 核酸疫苗（ nucleic acid vaccine）。
? 合成肽疫苗（ synthetic peptide vaccine）
? 抗独特型疫苗（ anti-idiotype vaccine）
活疫苗（ Living vaccine）
?减毒活疫苗
?基于基因工程技术的新型活疫苗
?遗传重组活疫苗
?基因缺失活疫苗
?载体活疫苗
减毒活疫苗 (Attenuated vaccine)
? 自然或人工选择法（如 Ts株）对人低毒或无毒的
变异株，如脊灰、流感、麻疹的减毒株
? 优点：模拟自然感染，免疫效果好，局部 IgA。
? 理论上的缺点，实际工作中少见
?变异株可能回复到有毒力的野生株
?如果机体免疫缺陷，减毒株仍可能引起感染或并发症
?可能激活机体内其他病毒的感染
?减毒活苗可能引起持续感染
? 成功的范例,1961年我国应用脊灰疫苗，脊灰发
病率大幅度下降。 1980年天花病毒灭绝
遗传重组疫苗
? 将野毒株表面抗原基因与弱毒株其他基
因组合而获得减毒活病毒
? 适用于基因组分节段双链 RNA病毒，如
流感病毒、轮状病毒等
基因缺失活疫苗
? 利用 DNA重组技术，定向缺失病毒基因
组的某一区段，使病毒丧失毒力而保留
增殖能力和免疫原性
? 优点：疫苗株的遗传背景清楚，不易突
变回到野毒株
载体活疫苗
? 利用 DNA重组技术，将编码病毒抗原的基
因插入到另一无毒力的载体病毒，使之高
效表达
? 易建立多价疫苗
? 载体病毒常用的有痘苗病毒、腺病毒、
HSV-1
灭活疫菌（ Killed vaccine）
? 灭活全病毒疫苗
? 亚单位疫苗
? 合成肽病毒疫苗
? 基因工程疫苗
? 独特型病毒疫苗
? 核酸疫苗
灭活全病毒疫苗
? 物理或化学方法灭活病毒。适用烈性或易变
异病毒如乙脑病毒、狂犬病病毒、流感病毒
? 优点：生产简单、易保存运输
? 缺点
?需要大量培养病毒，成本高
?无局部抗体，不激活 CTL，可激活 TDTH
?甲醛灭活的麻疹病毒和 RSV疫苗可加重疾病，
机制不详
亚单位疫苗（ Subunit）
? 种类
?化学方法制备：如 HBsAg和流感 HA
?基因工程亚单位疫苗
? 优点
?不含病毒核酸，仅有能诱导中和抗体的衣壳
蛋白或包膜表面抗原。免除了回复突变和交
叉复活的可能
?消除肿瘤病毒的潜在的致癌作用
合成肽病毒疫苗
? 人工合成病毒保护性抗原决定簇肽段
? 优点
?制备容易，可大量生产，易保存，副作用少
? 理论与实践上的缺点
?免疫原性弱，使用时需要加佐剂。
?不同肽免疫活性有差异。
?部分肽只激发 B细胞表位，缺乏激发 TH细胞
的表位
基因工程疫苗
? 利用 DNA重组技术制备的生物制品。如将
编码病毒特异抗原的基因用适当的载体将
此基因带入大肠杆菌或真核细胞，使之表
达
? 研发成本高，生产成本低，下游工程复杂
核酸疫苗
? 将病毒基因导入 DNA载体（通常是带有真
核表达调控基因的质粒或病毒）,将重组
DNA导入机体,重组 DNA可以在细胞的转
录和翻译系统表达出目的蛋白
? 优点：同时刺激产生体液和细胞免疫，能
诱导 CTL活性，易生产，易保存
? 理论上缺点：安全性尚待考察
? 目前仅在实验研究中，尚未投放市场
独特型病毒疫苗（ Idiotype）
? 基于 Jerne的免疫网络学说，内影像组抗体
中含有与抗原一致的表位序列，又称抗独
特型抗体疫苗
? 特别适合于
?不能培养或培养困难、产量极低的病原体
?直接用病病制备有潜在危险的，如 Retrovirus
?免疫原性弱，且不能用重组技术生产的抗原
人工被动免疫预防
? 胎盘丙种球蛋白
? 人血清丙种球蛋白
? 特异性免疫球蛋白
?乙型肝炎免疫球蛋白
真菌感染预防
? 无特异性的相应疫苗
?真菌的 表面抗原性弱,无法制备有效的预防性疫苗
? 皮肤癣菌感染
?注意皮肤卫生；保持鞋袜清洁、干燥；避免与患者及
其污染的物品直接接触
? 深部真菌感染
?提高机体的免疫力
? 真菌性食物中毒
?严禁销售和食用发霉的食品
小结
? 微生物感染的预防原则
?特异性免疫的分类 生物制品
? 细菌感染的特异性预防
?人工主动免疫常用的生物制品
?人工被动免疫的生物制品
? 病毒感染的特异性预防
?人工主动免疫预防
?人工被动免疫预防
? 真菌感染的预防原则
抗病毒药物
抗病毒药物 （ Chemotherapy）
Bacteria
? Many antibiotics
? Highly selective
Viruses
? Use host cell metabolism
? Selectivity difficult
? Toxicity
Chemotherapy
Key is selectivity
Other problems
? Toxicity
? Rapid excretion
? Rapid metabolism
? Poor absorption
Chemotherapy
Ideal Drug
? Water soluble
? Chemically and metabolically stable
? Easily absorbed (apolar)
NOT
?Toxic
? Carcinogenic
? Allergenic
? Mutagenic
? Teratogenic
Chemotherapy
Therapeutic index (T.I.)
Minimum dose toxic to cell
Minimum dose toxic to virus
Effective drug,T.I,= 100-1000
Chemotherapy Principle
Interfere with:
? A specific viral function e.g,enzyme
? A cellular function that the virus needs so that it
cannot replicate
If interfere with cellular function either:
? It must be crucial to virus but not the cell
or
? Only the virus-infected cell must be killed
(activation of drug in the infected cell only?)
Chemotherapy
Viral enzymes
Nucleic acid polymerases
? DNA-dependent DNA polymerase - DNA viruses
? RNA-dependent RNA polymerase - RNA viruses
? RNA dependent DNA polymerase (RT) - Retroviruses
? Protease
? Integrase
? Neuraminidase
Chemotherapy
1962 Idoxuridine （疱疹净）
? Pyrimidine analog
? Toxic
? Topical - Epithelial herpetic keratitis
1983 Acyclovir （无环鸟苷）
? Purine analog
? Sugar modification
? Chain terminator
? Anti-herpes
? Selective to virus-infected cells
1990?s Protease inhibitors
Chemotherapy
Amantadine（金刚烷胺）, 1966
Rimantadine,1993
Only effective against ‘flu A (200mg/day)
? Marginally effective therapeutically
? Prophylaxis,Reduce flu by 90%
Since disease usually mild and avoidable not used much
here
Chemotherapy
Nucleic Acid Synthesis
Polymerases are often virally encoded
Other enzymes in nucleic acid synthesis
e.g,THYMIDINE KINASE in Herpes Simplex
Thymidine Kinase
Viral or cellular
thymidine kinase
adds first
phosphate
PO4PO4PO4
Cellular kinases add
two more
phosphates to form
TTP
Chemotherapy
Why does Herpes simplex code for its own
thymidine kinase?
TK- virus cannot grow in neural cells because
they are not proliferating (not making DNA)
Although purine/pyrimidines are present,
levels of phosphorylated nucleosides are low
Allows virus to grow in cells that are not
making DNA
“Thymidine kinase” is a misnomer
Deoxynucleoside kinase NON-SPECIFIC
Chemotherapy
Need for activation restricts drug to:
? Viruses such as HSV that code for own
thymidine kinase
? Virus such as cytomegalovirus and Epstein-
Barr virus that induce cells to overproduce
their own thymidine kinase
? In either case it is the VIRUS-INFECTED
cell that activates the drug
Chemotherapy
Nucleotide analogs
Sugar modifications
Base modifications
Selectivity
? Viral thymidine kinase better activator
? Cellular enzyme may not be present in non-
proliferating cells
? Activated drug is more active against viral DNA
polymerase that against cell polymerase
Chemotherapy
Guanine analogs
Acyclovir =
acycloguanosine =
Zovirax
Ganciclovir = Cytovene
? Activated by viral TK
? Activated ACV is
better (10x) inhibitor
of viral DNA
polymerase than cell
DNA polymerase
Excellent anti-herpes drug
Chemotherapy
ACV acts in two ways,
? Competes with GTP
? Chain terminator
Good anti-herpes drug
P
P
P
P
Normal DNA synthesis
P
P
P
P
P
ACG
P-P-P
Termination
ACV acts in two ways,
? Competes with GTP
? Chain terminator
Selective:
? Virus phosphorylates
drug
? Polymerase more
sensitive
Chemotherapy
Adenine arabinoside (Ara-A)
Problems, Severe side effects
? Resistant mutants (altered polymerase)
? Chromosome breaks (mutagenic)
? Tumorigenic in rats
? Teratogenic in rabbits
? Insoluble
Use,topical applications in ocular herpes simplex
Chemotherapy
Adenine arabinoside
? HSV encephalitis
? Neonatal herpes
? Disseminated herpes zoster
? Hepatitis B
Poor in vivo efficacy:
DEAMINATION
Chemotherapy
Other sugar modifications:
AZT
azidothymidine
DDI
dideoxyinosine
DDC
dideoxycytidine
Prodrugs,Famciclovir
Taken orally Converted by
Patient’s
metabolism
HSV thymidine kinase
P
Host kinase
P
P
Available as
topical
cream
SmithKlein-Beecham
Chemotherapy
Ribavirin（ 病毒唑 ）
? Guanosine analog
? Non-competitive inhibitor
of RNA polymerase in vitro
? Little effect on ‘flu in vitro
? Often good in animals but
poor in humans
? Aerosol use,respiratory
syncytial virus
Chemotherapy
May inhibit RNA cap formation
N
N
N
H
N
H2N
O CH3
O CH2 P P CH2
O
CH3P
base
May induce
mutations in
RNA viruses
Chemotherapy
Viral Protein synthesis,No inhibitors
Binding
FusionReverse transcription
Nuclear localization
Uncoating
Integration
Transcription
Splicing
RNA export
Genomic RNA
mRNA
Translation
Modification BuddingAssembly
Maturation
Endocytosi
s
Lysosome
Chemotherapy
Protein processing:
? Proteolysis
? Glycosylation
Chemotherapy
GAG Integrase Polymerase Protease
GAG/POL polyprotein
Chemotherapy
GAG Integrase Polymerase
Protease folds and cuts itself free
Chemotherapy
GAG Integrase Polymerase
Protease cuts at a site between the integrase and
polymerase
Chemotherapy
GAG Integrase
polymerase
Chemotherapy
Saquinavir
Chemotherapy
Saquinavir,In HAART Viremia
CD4+ cells
Ritonavir,In HAART
AIDS deaths 58%
Indinavir
Nelfinavir
HIV aspartyl protease inhibitors
Chemotherapy
Indinavir (Merke)
INDINAVIR + AZT + 3TC
No detectable HIV by PCR
20,000 - 11,000,000 RNA copies /ml
< 200-400 copies
Last > 1 year No replication No
resistance
Chemotherapy
Influenza
Requires neuraminidase to escape from cell
Requires neuraminidase to penetrate mucus
Zanamivir - RELENZA (fall 1997)
Neuraminidase inhibitor
Active against Influenza A and Influenza B
Chemotherapy After
neuraminidas
e inhibition,
?flu
hemagglutini
n binds to
sialic acid on
other virus
particles,
virus clumps
OR virus
sticks to
mucous in
Virus
hemagglutinin
sticks new virus
particle to sialic
acid on cell
surface
Virus cannot
escape from
infected cell
Neuraminidase of
virus removes
sialic acid from
cell surface
thereby releasing
virus
Chemotherapy
Zanamivir - Relenza
Neuraminidase inhibitor
Nasal spray
Shortens symptoms by a few days
Tamiflu,Oral neuraminidase inhibitor
抗病毒化学制剂
? 理论上病毒复制的任何环节都是抗病毒药
物发挥作用的 靶位置,但要区别病毒复制
与宿主细胞正常生理过程是很困难的。因
此大多数抗病毒药物的应用都有限制，甚
至对机体有毒性作用
? 抗病毒药的机制多是在药物进入宿主细胞
后受病毒的某种酶的作用形成具有抗病毒
活性的新的成份
抗病毒化学制剂的种类
? 核苷（酸）类似物
? DNA聚合酶（包括逆转录酸）抑制剂
? 蛋白酶抑制剂
? 免疫调节剂（干扰素）
核苷类似物
? 无环鸟苷（ Acyclovir,ACV）
?是鸟嘌呤或脱氧鸟嘌呤核苷类似物，
受病毒编码的胸腺嘧啶核苷激酶（
Thymine Kinase,TKase）的作用而
磷酸化，对病毒编码的 DNA聚合酶比
对宿主细胞的 DNA聚合酶有更强的抑
制作用
?主要用于疱疹病毒感染
? 阿糖胞苷（ Adenine arabinoside,Ara-A）
?在细胞内被磷酸化形成 Ara-ATP，后者
与 dTMP竞争抑制 DNA的合成，对 DNA
聚合酶也有作用
?用于疱疹病毒,HBV感染
DNA聚合酶抑制剂
? 叠氮胸苷（ Azidothymidine,AZT）
?对 逆转录 活性的抑制比对细胞 DNA聚合
酶敏感 100倍以上，故通过阻断前病毒
的合成而抑制逆转录病毒的复制
?用于 HIV感染的治疗，但 HIV能产生耐
药性（基因突变所致）
蛋白酶抑制剂
? 赛科纳瓦（ Saquinavir）
?HIV的 晚期蛋白酶将病毒子代大分子蛋白裂
解为 病毒结构蛋白（形成成熟病毒体核心成
份）和病毒逆转录酶分子。 Saquinavir抑制
晚期蛋白酶的活性，因此不成获得成熟病毒
认壳蛋白和逆转录酶，但对宿主细胞蛋白酶
没影响
?与逆转录酶抑制剂联合使用可以减低血液中
HIV的含量，延长存活期，但对细胞内的
HIV作用差
抑制病毒脱壳和装配
? 金刚烷胺：抑制病毒脱壳
? 用于流感治疗
Antiviral agents in clinical use
Acyclovir Nucleoside analogue HSV
Amantadine Uncoating and assembly Influenza A
Dideoxy-
nucleoside
Nucleoside analogue HIV
Foscamet Inhibition of polymerase CMV retinitis
Ganciclovir Nucleoside analogue CMV
Idoxuridine Nucleoside analogue HSV topical
Interferon-alfa Immunomodulator HBV & HCV
Penciclovir Nucleoside analogue HSV
Ritonavir Protease inhibitor HIV
Saquinavir Protease inhibitor HIV
Tribavirin Nucleoside analogue RSV
Zidovudine Nucleoside analogue HIV
Action site of antiviral agents
Replication
stage
Potential antivial
target
Example
Attachment Block virion
attachment
Down-regulation of
cellular receptor
Antibody to viral
binding site
Antibody to cell
receptor
Penetration
Uncoating
Stablize viral capsid
in endosome
Inhibit uncoating
Amantadine
Disoxaril,aridone
Viral Nucleic
acid synthesis
RNA & DNA
polymerase inhibitors
& chain terminators
Nucleoside analogues
(acyclovir,vidarabine)
foscamet
Replication
stage
Potential antivial
target
Example
Transcription &
RNA genome
Anti-sense Oligo---
Anti-gene Oligo---
Decoy RNA
Ribozyme
Decoy RNA means
RNA that is
corresponding to
regulatory region)
Translation &
protein
preocessing
Capping inhibitor
Translation inhibitor
Inhibitors of
glycosylation
Proteolytic cleavage
inhibitors
Interferons
Castanospermine
Saquinavir,ritonavir
Virion
Assembly
Nucleocapsid
assembly
Budding
Transdominant
mutant protein
Amamtadine
干扰素和干扰素诱生剂的应用
? IFN
? IFN诱生剂
?Poly I:C
?甘草甜素
?芸芝多糖
中草药
? 黄芪
? 板蓝根
Department of Microbiology,HMU
第一篇 微生物学基础
第 9章 微生物感染的预防原则
微生物学教研室 吴凌
提纲
? 微生物感染的预防原则
?特异性免疫的分类 生物制品
? 细菌感染的特异性预防
?人工主动免疫常用的生物制品
?人工被动免疫的生物制品
? 病毒感染的特异性预防
?人工主动免疫预防
?人工被动免疫预防
? 真菌感染的预防原则
特异性免疫的分类
? 自然免疫
?自然 主动 免疫：隐性或显性感染
?自然 被动 免疫：通过胎盘或初乳获得母体抗体
? 人工免疫
?人工 主动 免疫：接种疫苗或类毒素等
?人工 被动 免疫：注射抗毒素或丙种球蛋白等
人工免疫
artificial immunization
? 用人工的方法给机体输入 抗原性物质 （如
疫苗、类毒素 等）或直接输入 免疫效应分
子 （如 抗体、细胞因子 等），使机体获得
特异性免疫力的方法
? 人工主动免疫 artificial active immunization
? 人工被动免疫 artificial passive immunization
人工免疫
? 人工自动免疫
artificial active
immunization
?疫苗（ vaccine）
?类毒素
? 人工被动免疫
artificial passive
immunization
?抗毒素
?抗菌血清
?血清丙种球蛋白
人工自动与被动免疫比较
区 别 点 人工自动免疫 人工被动免疫
免疫物质
接种次数
免疫力出现时间
免疫力维持时间
用途
抗原
1 ~ 3 次
慢（ 2 ~ 4 周）
长（数月 ~数年）
多用于预防
抗体或细胞因子
1 次
快（立即出现）
短（ 2 ~ 3 周）
用于治疗或应急预防
生物制品 biological product
? 人工主动免疫生物制品
?疫苗
?类毒素
? 人工被动免疫生物制品
?抗毒素
?丙种球蛋白
细菌感染的特异性预防
疫苗（ vaccine）
? 减毒活疫苗 （ attenuated live vaccine）
?卡介苗（ BCG）
? 灭活疫苗 （ inactivated vaccine）
?伤寒沙门菌与甲、乙型副伤寒沙门菌混合的三联疫苗
? 亚单位疫苗（ subunit vaccine）
? 基因工程疫苗（ gene engineered vaccine）
? 核酸疫苗（ nucleic acid vaccine）
类毒素（ toxoid）
? 细菌 外毒素 经 0.4％甲醛液 处理后，其毒性消失而
仍保留抗原性的生物制品
? 常用的类毒素
?白喉类毒素
?破伤风类毒素等
?白、百、破三联疫苗
人工被动免疫生物制品
? 抗毒素（ antitoxin）
?通常是用细菌 类毒素 给马多次注射后，取其免
疫血清提取 免疫球蛋白 精制而成
? 常用
?破伤风抗毒素
?白喉抗毒素
? 免疫球蛋白（ immunoglobulin）
病毒感染的特异性预防
人工主动免疫－病毒疫苗
? 减毒活疫苗（ attenuated live vaccine）
? 灭活疫苗（ inactivated vaccine）
? 亚单位疫苗（ subunit vaccine）
? 基因工程疫苗（ gene engineered vaccine）
? 基因工程亚单位疫苗（ gene engineered subunit vaccine）
? 基因工程载体疫苗（ gene engineered vectored vaccine）
? 基因缺失活疫苗（ gene deleted live vaccine）
? 核酸疫苗（ nucleic acid vaccine）。
? 合成肽疫苗（ synthetic peptide vaccine）
? 抗独特型疫苗（ anti-idiotype vaccine）
活疫苗（ Living vaccine）
?减毒活疫苗
?基于基因工程技术的新型活疫苗
?遗传重组活疫苗
?基因缺失活疫苗
?载体活疫苗
减毒活疫苗 (Attenuated vaccine)
? 自然或人工选择法（如 Ts株）对人低毒或无毒的
变异株，如脊灰、流感、麻疹的减毒株
? 优点：模拟自然感染，免疫效果好，局部 IgA。
? 理论上的缺点，实际工作中少见
?变异株可能回复到有毒力的野生株
?如果机体免疫缺陷，减毒株仍可能引起感染或并发症
?可能激活机体内其他病毒的感染
?减毒活苗可能引起持续感染
? 成功的范例,1961年我国应用脊灰疫苗，脊灰发
病率大幅度下降。 1980年天花病毒灭绝
遗传重组疫苗
? 将野毒株表面抗原基因与弱毒株其他基
因组合而获得减毒活病毒
? 适用于基因组分节段双链 RNA病毒，如
流感病毒、轮状病毒等
基因缺失活疫苗
? 利用 DNA重组技术，定向缺失病毒基因
组的某一区段，使病毒丧失毒力而保留
增殖能力和免疫原性
? 优点：疫苗株的遗传背景清楚，不易突
变回到野毒株
载体活疫苗
? 利用 DNA重组技术，将编码病毒抗原的基
因插入到另一无毒力的载体病毒，使之高
效表达
? 易建立多价疫苗
? 载体病毒常用的有痘苗病毒、腺病毒、
HSV-1
灭活疫菌（ Killed vaccine）
? 灭活全病毒疫苗
? 亚单位疫苗
? 合成肽病毒疫苗
? 基因工程疫苗
? 独特型病毒疫苗
? 核酸疫苗
灭活全病毒疫苗
? 物理或化学方法灭活病毒。适用烈性或易变
异病毒如乙脑病毒、狂犬病病毒、流感病毒
? 优点：生产简单、易保存运输
? 缺点
?需要大量培养病毒，成本高
?无局部抗体，不激活 CTL，可激活 TDTH
?甲醛灭活的麻疹病毒和 RSV疫苗可加重疾病，
机制不详
亚单位疫苗（ Subunit）
? 种类
?化学方法制备：如 HBsAg和流感 HA
?基因工程亚单位疫苗
? 优点
?不含病毒核酸，仅有能诱导中和抗体的衣壳
蛋白或包膜表面抗原。免除了回复突变和交
叉复活的可能
?消除肿瘤病毒的潜在的致癌作用
合成肽病毒疫苗
? 人工合成病毒保护性抗原决定簇肽段
? 优点
?制备容易，可大量生产，易保存，副作用少
? 理论与实践上的缺点
?免疫原性弱，使用时需要加佐剂。
?不同肽免疫活性有差异。
?部分肽只激发 B细胞表位，缺乏激发 TH细胞
的表位
基因工程疫苗
? 利用 DNA重组技术制备的生物制品。如将
编码病毒特异抗原的基因用适当的载体将
此基因带入大肠杆菌或真核细胞，使之表
达
? 研发成本高，生产成本低，下游工程复杂
核酸疫苗
? 将病毒基因导入 DNA载体（通常是带有真
核表达调控基因的质粒或病毒）,将重组
DNA导入机体,重组 DNA可以在细胞的转
录和翻译系统表达出目的蛋白
? 优点：同时刺激产生体液和细胞免疫，能
诱导 CTL活性，易生产，易保存
? 理论上缺点：安全性尚待考察
? 目前仅在实验研究中，尚未投放市场
独特型病毒疫苗（ Idiotype）
? 基于 Jerne的免疫网络学说，内影像组抗体
中含有与抗原一致的表位序列，又称抗独
特型抗体疫苗
? 特别适合于
?不能培养或培养困难、产量极低的病原体
?直接用病病制备有潜在危险的，如 Retrovirus
?免疫原性弱，且不能用重组技术生产的抗原
人工被动免疫预防
? 胎盘丙种球蛋白
? 人血清丙种球蛋白
? 特异性免疫球蛋白
?乙型肝炎免疫球蛋白
真菌感染预防
? 无特异性的相应疫苗
?真菌的 表面抗原性弱,无法制备有效的预防性疫苗
? 皮肤癣菌感染
?注意皮肤卫生；保持鞋袜清洁、干燥；避免与患者及
其污染的物品直接接触
? 深部真菌感染
?提高机体的免疫力
? 真菌性食物中毒
?严禁销售和食用发霉的食品
小结
? 微生物感染的预防原则
?特异性免疫的分类 生物制品
? 细菌感染的特异性预防
?人工主动免疫常用的生物制品
?人工被动免疫的生物制品
? 病毒感染的特异性预防
?人工主动免疫预防
?人工被动免疫预防
? 真菌感染的预防原则
抗病毒药物
抗病毒药物 （ Chemotherapy）
Bacteria
? Many antibiotics
? Highly selective
Viruses
? Use host cell metabolism
? Selectivity difficult
? Toxicity
Chemotherapy
Key is selectivity
Other problems
? Toxicity
? Rapid excretion
? Rapid metabolism
? Poor absorption
Chemotherapy
Ideal Drug
? Water soluble
? Chemically and metabolically stable
? Easily absorbed (apolar)
NOT
?Toxic
? Carcinogenic
? Allergenic
? Mutagenic
? Teratogenic
Chemotherapy
Therapeutic index (T.I.)
Minimum dose toxic to cell
Minimum dose toxic to virus
Effective drug,T.I,= 100-1000
Chemotherapy Principle
Interfere with:
? A specific viral function e.g,enzyme
? A cellular function that the virus needs so that it
cannot replicate
If interfere with cellular function either:
? It must be crucial to virus but not the cell
or
? Only the virus-infected cell must be killed
(activation of drug in the infected cell only?)
Chemotherapy
Viral enzymes
Nucleic acid polymerases
? DNA-dependent DNA polymerase - DNA viruses
? RNA-dependent RNA polymerase - RNA viruses
? RNA dependent DNA polymerase (RT) - Retroviruses
? Protease
? Integrase
? Neuraminidase
Chemotherapy
1962 Idoxuridine （疱疹净）
? Pyrimidine analog
? Toxic
? Topical - Epithelial herpetic keratitis
1983 Acyclovir （无环鸟苷）
? Purine analog
? Sugar modification
? Chain terminator
? Anti-herpes
? Selective to virus-infected cells
1990?s Protease inhibitors
Chemotherapy
Amantadine（金刚烷胺）, 1966
Rimantadine,1993
Only effective against ‘flu A (200mg/day)
? Marginally effective therapeutically
? Prophylaxis,Reduce flu by 90%
Since disease usually mild and avoidable not used much
here
Chemotherapy
Nucleic Acid Synthesis
Polymerases are often virally encoded
Other enzymes in nucleic acid synthesis
e.g,THYMIDINE KINASE in Herpes Simplex
Thymidine Kinase
Viral or cellular
thymidine kinase
adds first
phosphate
PO4PO4PO4
Cellular kinases add
two more
phosphates to form
TTP
Chemotherapy
Why does Herpes simplex code for its own
thymidine kinase?
TK- virus cannot grow in neural cells because
they are not proliferating (not making DNA)
Although purine/pyrimidines are present,
levels of phosphorylated nucleosides are low
Allows virus to grow in cells that are not
making DNA
“Thymidine kinase” is a misnomer
Deoxynucleoside kinase NON-SPECIFIC
Chemotherapy
Need for activation restricts drug to:
? Viruses such as HSV that code for own
thymidine kinase
? Virus such as cytomegalovirus and Epstein-
Barr virus that induce cells to overproduce
their own thymidine kinase
? In either case it is the VIRUS-INFECTED
cell that activates the drug
Chemotherapy
Nucleotide analogs
Sugar modifications
Base modifications
Selectivity
? Viral thymidine kinase better activator
? Cellular enzyme may not be present in non-
proliferating cells
? Activated drug is more active against viral DNA
polymerase that against cell polymerase
Chemotherapy
Guanine analogs
Acyclovir =
acycloguanosine =
Zovirax
Ganciclovir = Cytovene
? Activated by viral TK
? Activated ACV is
better (10x) inhibitor
of viral DNA
polymerase than cell
DNA polymerase
Excellent anti-herpes drug
Chemotherapy
ACV acts in two ways,
? Competes with GTP
? Chain terminator
Good anti-herpes drug
P
P
P
P
Normal DNA synthesis
P
P
P
P
P
ACG
P-P-P
Termination
ACV acts in two ways,
? Competes with GTP
? Chain terminator
Selective:
? Virus phosphorylates
drug
? Polymerase more
sensitive
Chemotherapy
Adenine arabinoside (Ara-A)
Problems, Severe side effects
? Resistant mutants (altered polymerase)
? Chromosome breaks (mutagenic)
? Tumorigenic in rats
? Teratogenic in rabbits
? Insoluble
Use,topical applications in ocular herpes simplex
Chemotherapy
Adenine arabinoside
? HSV encephalitis
? Neonatal herpes
? Disseminated herpes zoster
? Hepatitis B
Poor in vivo efficacy:
DEAMINATION
Chemotherapy
Other sugar modifications:
AZT
azidothymidine
DDI
dideoxyinosine
DDC
dideoxycytidine
Prodrugs,Famciclovir
Taken orally Converted by
Patient’s
metabolism
HSV thymidine kinase
P
Host kinase
P
P
Available as
topical
cream
SmithKlein-Beecham
Chemotherapy
Ribavirin（ 病毒唑 ）
? Guanosine analog
? Non-competitive inhibitor
of RNA polymerase in vitro
? Little effect on ‘flu in vitro
? Often good in animals but
poor in humans
? Aerosol use,respiratory
syncytial virus
Chemotherapy
May inhibit RNA cap formation
N
N
N
H
N
H2N
O CH3
O CH2 P P CH2
O
CH3P
base
May induce
mutations in
RNA viruses
Chemotherapy
Viral Protein synthesis,No inhibitors
Binding
FusionReverse transcription
Nuclear localization
Uncoating
Integration
Transcription
Splicing
RNA export
Genomic RNA
mRNA
Translation
Modification BuddingAssembly
Maturation
Endocytosi
s
Lysosome
Chemotherapy
Protein processing:
? Proteolysis
? Glycosylation
Chemotherapy
GAG Integrase Polymerase Protease
GAG/POL polyprotein
Chemotherapy
GAG Integrase Polymerase
Protease folds and cuts itself free
Chemotherapy
GAG Integrase Polymerase
Protease cuts at a site between the integrase and
polymerase
Chemotherapy
GAG Integrase
polymerase
Chemotherapy
Saquinavir
Chemotherapy
Saquinavir,In HAART Viremia
CD4+ cells
Ritonavir,In HAART
AIDS deaths 58%
Indinavir
Nelfinavir
HIV aspartyl protease inhibitors
Chemotherapy
Indinavir (Merke)
INDINAVIR + AZT + 3TC
No detectable HIV by PCR
20,000 - 11,000,000 RNA copies /ml
< 200-400 copies
Last > 1 year No replication No
resistance
Chemotherapy
Influenza
Requires neuraminidase to escape from cell
Requires neuraminidase to penetrate mucus
Zanamivir - RELENZA (fall 1997)
Neuraminidase inhibitor
Active against Influenza A and Influenza B
Chemotherapy After
neuraminidas
e inhibition,
?flu
hemagglutini
n binds to
sialic acid on
other virus
particles,
virus clumps
OR virus
sticks to
mucous in
Virus
hemagglutinin
sticks new virus
particle to sialic
acid on cell
surface
Virus cannot
escape from
infected cell
Neuraminidase of
virus removes
sialic acid from
cell surface
thereby releasing
virus
Chemotherapy
Zanamivir - Relenza
Neuraminidase inhibitor
Nasal spray
Shortens symptoms by a few days
Tamiflu,Oral neuraminidase inhibitor
抗病毒化学制剂
? 理论上病毒复制的任何环节都是抗病毒药
物发挥作用的 靶位置,但要区别病毒复制
与宿主细胞正常生理过程是很困难的。因
此大多数抗病毒药物的应用都有限制，甚
至对机体有毒性作用
? 抗病毒药的机制多是在药物进入宿主细胞
后受病毒的某种酶的作用形成具有抗病毒
活性的新的成份
抗病毒化学制剂的种类
? 核苷（酸）类似物
? DNA聚合酶（包括逆转录酸）抑制剂
? 蛋白酶抑制剂
? 免疫调节剂（干扰素）
核苷类似物
? 无环鸟苷（ Acyclovir,ACV）
?是鸟嘌呤或脱氧鸟嘌呤核苷类似物，
受病毒编码的胸腺嘧啶核苷激酶（
Thymine Kinase,TKase）的作用而
磷酸化，对病毒编码的 DNA聚合酶比
对宿主细胞的 DNA聚合酶有更强的抑
制作用
?主要用于疱疹病毒感染
? 阿糖胞苷（ Adenine arabinoside,Ara-A）
?在细胞内被磷酸化形成 Ara-ATP，后者
与 dTMP竞争抑制 DNA的合成，对 DNA
聚合酶也有作用
?用于疱疹病毒,HBV感染
DNA聚合酶抑制剂
? 叠氮胸苷（ Azidothymidine,AZT）
?对 逆转录 活性的抑制比对细胞 DNA聚合
酶敏感 100倍以上，故通过阻断前病毒
的合成而抑制逆转录病毒的复制
?用于 HIV感染的治疗，但 HIV能产生耐
药性（基因突变所致）
蛋白酶抑制剂
? 赛科纳瓦（ Saquinavir）
?HIV的 晚期蛋白酶将病毒子代大分子蛋白裂
解为 病毒结构蛋白（形成成熟病毒体核心成
份）和病毒逆转录酶分子。 Saquinavir抑制
晚期蛋白酶的活性，因此不成获得成熟病毒
认壳蛋白和逆转录酶，但对宿主细胞蛋白酶
没影响
?与逆转录酶抑制剂联合使用可以减低血液中
HIV的含量，延长存活期，但对细胞内的
HIV作用差
抑制病毒脱壳和装配
? 金刚烷胺：抑制病毒脱壳
? 用于流感治疗
Antiviral agents in clinical use
Acyclovir Nucleoside analogue HSV
Amantadine Uncoating and assembly Influenza A
Dideoxy-
nucleoside
Nucleoside analogue HIV
Foscamet Inhibition of polymerase CMV retinitis
Ganciclovir Nucleoside analogue CMV
Idoxuridine Nucleoside analogue HSV topical
Interferon-alfa Immunomodulator HBV & HCV
Penciclovir Nucleoside analogue HSV
Ritonavir Protease inhibitor HIV
Saquinavir Protease inhibitor HIV
Tribavirin Nucleoside analogue RSV
Zidovudine Nucleoside analogue HIV
Action site of antiviral agents
Replication
stage
Potential antivial
target
Example
Attachment Block virion
attachment
Down-regulation of
cellular receptor
Antibody to viral
binding site
Antibody to cell
receptor
Penetration
Uncoating
Stablize viral capsid
in endosome
Inhibit uncoating
Amantadine
Disoxaril,aridone
Viral Nucleic
acid synthesis
RNA & DNA
polymerase inhibitors
& chain terminators
Nucleoside analogues
(acyclovir,vidarabine)
foscamet
Replication
stage
Potential antivial
target
Example
Transcription &
RNA genome
Anti-sense Oligo---
Anti-gene Oligo---
Decoy RNA
Ribozyme
Decoy RNA means
RNA that is
corresponding to
regulatory region)
Translation &
protein
preocessing
Capping inhibitor
Translation inhibitor
Inhibitors of
glycosylation
Proteolytic cleavage
inhibitors
Interferons
Castanospermine
Saquinavir,ritonavir
Virion
Assembly
Nucleocapsid
assembly
Budding
Transdominant
mutant protein
Amamtadine
干扰素和干扰素诱生剂的应用
? IFN
? IFN诱生剂
?Poly I:C
?甘草甜素
?芸芝多糖
中草药
? 黄芪
? 板蓝根
