病毒世界中的非经典出芽与传播机制

《Annual Review of Biochemistry》：Nonlytic Egress and Transmission in the Virus World

病毒必须从复制的宿主细胞中逃逸以传播。传统分类将病毒分为包膜和非包膜两类，认为非包膜病毒必须通过细胞裂解释放。本文提出所有动物和植物病毒及许多古菌和细菌病毒均通过非溶解析放，利用宿主膜转运途径形成包膜包裹的病毒颗粒或外泌体释放，而非裂解宿主细胞。非溶解析放的优势包括：1）维持细胞完整性以持续产毒；2）提高感染 multiplicities；3）逃避先天和适应性免疫检测。文中系统分析了分泌途径、多泡体途径、自噬分泌、膜泡形成的非溶解析放机制，并探讨了其通过外泌体、病毒聚集体、胞间通道和多核细胞进行跨细胞传播的机制。研究显示，包膜和非包膜病毒均可通过类似宿主膜转运途径实现非溶解析放，挑战了传统病毒分类观念。

　　病毒必须从它们复制的细胞中逃逸，以实现传播和扩散。长期以来，病毒被分为包膜病毒和非包膜病毒两类：包膜病毒利用细胞膜运输途径进行逃逸，同时保持细胞完整性；而非包膜病毒则通常通过裂解细胞的方式进行逃逸。然而，最新的研究表明，无论是动物病毒、植物病毒，还是许多古菌和细菌病毒，它们的逃逸方式更倾向于非裂解性途径。这些非裂解性逃逸途径可以分为两类：一类是病毒在不离开细胞体的情况下进行传播，另一类则是病毒通过包膜包裹的形式被运输到细胞外环境。非裂解性逃逸途径为病毒提供了多种传播优势，包括提高感染率、对传播的病毒颗粒进行质量控制，以及逃避宿主的先天性和适应性抗病毒免疫机制。

在病毒的生命周期中，逃逸是一个关键步骤。它决定了病毒能否有效地传播到新的宿主细胞中，从而影响其传播效率和宿主感染的成功率。传统的分类方法认为，非包膜病毒必须通过裂解宿主细胞才能逃逸，而包膜病毒则通过芽生的方式非裂解性地分泌到细胞外。然而，这种观点并不完全准确。实际上，许多非包膜病毒同样可以利用非裂解性途径逃逸，并且这一过程不会导致细胞的破坏，反而有助于维持细胞的完整性。这使得病毒能够更有效地进行传播，同时减少免疫系统的激活和细胞内环境的破坏。

非裂解性逃逸途径的广泛应用与病毒的传播方式密切相关。对于许多病毒而言，非裂解性逃逸意味着它们可以在不破坏细胞的情况下将自身传播到其他细胞中，或者通过细胞外囊泡（extracellular vesicles）将病毒颗粒运输到更远的部位。这种机制为病毒提供了多个优势。首先，它有助于提高病毒的感染率。通过将多个病毒颗粒或病毒基因组一起运输，病毒可以更有效地突破宿主细胞的防御机制，实现更高数量的感染。其次，非裂解性逃逸为病毒提供了一种质量控制的机制。这包括只将具有感染能力的病毒颗粒释放到细胞外，而不是随机释放所有病毒颗粒。这可以避免非感染性病毒颗粒的无效传播，减少对宿主免疫系统的刺激。第三，非裂解性逃逸有助于病毒逃避宿主的免疫防御。通过包膜或细胞外囊泡的形式，病毒可以避免被抗体识别，从而在宿主免疫系统未察觉的情况下传播。

一些研究表明，非包膜病毒的逃逸并非总是通过裂解细胞完成。例如，像脊髓灰质炎病毒（poliovirus）和柯萨奇病毒（coxsackievirus）这样的病毒，它们在宿主细胞内进行复制和组装后，可以利用细胞内的非裂解性途径逃逸。这种逃逸过程可能发生在细胞死亡之前，且逃逸后的细胞仍然保持活性。这意味着病毒可以在宿主细胞存活的同时完成传播，从而避免免疫系统的激活。此外，一些病毒如轮状病毒（rotavirus）和诺如病毒（norovirus）在逃逸过程中可以利用细胞外囊泡将自身运输到其他细胞中，而这些囊泡本身并不破坏宿主细胞的完整性。这表明，非裂解性逃逸机制在病毒传播中具有重要的生物学意义。

对于动物病毒和植物病毒来说，非裂解性逃逸途径不仅限于细胞外囊泡，还包括通过细胞间通道、膜孔、纳米管、细胞融合形成的合胞体等途径。例如，植物病毒通过胞间连丝（plasmodesmata）在细胞之间传播，而动物病毒则可以通过形成合胞体（syncytia）实现细胞间的传播。这些机制使得病毒能够在不破坏宿主细胞的情况下传播，并且能够通过不同的方式适应不同的宿主环境。此外，病毒还可以通过利用宿主细胞的膜运输系统，如分泌途径、内吞途径、自噬途径等，将自身包裹在膜中，从而提高传播效率。

对于古菌和细菌病毒而言，非裂解性逃逸机制同样存在。例如，一些古菌病毒通过形成类似细胞膜的结构（如病毒相关金字塔，VAPs）进行逃逸，而不引起宿主细胞的裂解。这些结构允许病毒颗粒在不破坏细胞膜的情况下离开细胞。此外，某些细菌噬菌体（bacteriophages）也可以通过非裂解性途径进行逃逸，利用细菌的分泌系统将自身释放到细胞外，同时保持宿主细胞的完整性。这种逃逸机制在维持宿主细胞功能和促进病毒传播方面具有重要作用。

非裂解性逃逸机制的广泛存在表明，病毒在进化过程中已经发展出多种策略来适应不同的传播环境。这些策略包括利用宿主细胞的膜运输系统，通过细胞间通道传播，以及通过形成合胞体等方式进行传播。这些机制不仅有助于病毒提高传播效率，还能够减少对宿主免疫系统的刺激，从而增加病毒在宿主体内的存活率。此外，非裂解性逃逸还可以提高病毒的传播范围，使其能够感染更多的宿主细胞。

综上所述，非裂解性逃逸机制在病毒传播中具有重要的作用。它不仅为病毒提供了多种传播方式，还能够帮助病毒提高感染效率，同时减少对宿主细胞的破坏。随着对病毒逃逸机制研究的深入，我们对病毒如何利用这些机制进行传播的理解也在不断加深。未来的研究将有助于揭示更多关于病毒逃逸和传播的细节，为抗病毒治疗和疫苗开发提供新的思路和方向。