由于病毒缺乏复制所必需的酶系统，不具有合成自身成分的原料和能量，也没有核糖体，所以必须侵入易感的宿主细胞，以病毒基因组为模板，在DNA或RNA聚合酶的作用下，利用宿主细胞的酶系统、原料和能量，经过复杂的生化合成过程，复制出病毒的基因组；病毒的基因组再借助宿主细胞的核糖体转录、翻译出大量的蛋白质，最后经过装配，释放出子代病毒。这种以病毒基因组为模板进行复制的方式称为“自我复制”(self replication)从病毒进入宿主细胞开始，到最后释放出子代病毒，整个过程称为一个复制周期（replication cycle)。

一、病毒的复制周期

人和动物病毒的复制周期依次包括吸附、穿入、脱壳、生物合成及装配与释放5个阶段（图31-4)。各阶段发生的改变及周期的长短随病毒种类而异。

（一）吸附

吸附（adsorption)是指病毒附着于易感细胞表面的过程。此过程包括两个阶段：先是非特异性可逆结合阶段，是指病毒与细胞的静电结合过程，与Na⁺, Mg²⁺,Ca²⁺等阳离子浓度有关；后是特异性不可逆结合阶段，是指宿主细胞表面受体与病毒包膜或衣壳表面的配体即病毒吸附蛋白（VAP）特异性结合阶段，决定了易感细胞的类型。VPA与受体特异性吸附是非常重要的，根据这一点可确定许多病毒的宿主范围，不吸附就不能引起感染。脊髓灰质炎病毒的细胞表面受体是免疫球蛋白超家族，在非灵长类动物细胞上没有发现此受体，故脊髓灰质炎病毒能与灵长类动物神经细胞表面的相应受体结合，引起脊髓灰质炎。此外，HIV受体为CD4分子，鼻病毒的受体为细胞黏附分子-1(ICAM-1),EB病毒的受体为补体受体-2(CR-2)。病毒的吸附也受离子强度、pH值、温度等环境条件的影响。研究病毒的吸附过程对了解受体组成、功能、病毒的致病机理以及探讨抗病毒治疗等均具有重要意义。

（二）穿入

穿入（penetration)是指病毒核酸或感染性核衣壳穿过细胞膜进入胞浆的过程。穿入主要有三种方式。

图31-4病毒的复制周期

1．融合（fusion)病毒包膜与细胞膜在融合蛋白的作用下发生融合，将病毒的核衣壳释放至细胞质内。包膜病毒如正黏病毒、副黏病毒都以融合的形式穿入细胞。

2．吞饮（endocytosis）病毒吸附于易感细胞表面后，整个病毒体内陷于细胞膜内，形成类似于吞噬泡的囊泡，使病毒完整地进入细胞质内。裸病毒多以吞饮方式进入。

3．转位（transposition)少数裸病毒吸附干宿主细胞时，病毒衣壳蛋白多肽在细胞膜特定酶类的协助下，成分和结构发生改变并留在细胞外，而病毒核酸直接进入宿主细胞质内。如脊髓灰质炎病毒与受体吸附后，衣壳蛋白的多肽构型发生变化并对蛋白水解酶敏感，蛋白衣壳留在细胞膜外，病毒核酸可直接穿越细胞膜到达细胞质；转位穿入的方式也见于噬菌体。

（三）脱壳

脱壳（uncoating）是指病毒体脱去衣壳释放出核心的过程。多数病毒脱去衣壳后病毒核酸才能转录与翻译。穿入和脱壳是连续的过程，经融合和吞饮方式穿入细胞时已在溶酶体酶的作用下脱壳释放出核酸；经转位方式穿入细胞时即已脱壳。少数病毒的脱壳过程较复杂，这些病毒常在脱壳前，病毒核心的酶类已在起转录mRNA的作用。如牛痘苗病毒，当其复杂的核心进入细胞质后，病毒核心上的多聚酶先活化，合成病毒脱壳所需要的酶，以完成脱壳。

（四）生物合成

病毒核心基因组经脱壳释放到细胞质后，立即进入生物合成（biosynthesis）阶段，为病毒利用宿主细胞提供的大量低分子物质和能量合成病毒核酸和蛋白的过程。这一阶段用血清学方法和电镜检查在宿主细胞内找不到完整的病毒体，所以，此阶段又被称为隐蔽期(eclipse period)。各种病毒隐蔽期长短不一，如脊髓灰质炎病毒较短，只有3～4 h，而腺病毒则长达16～17 h。

病毒的生物合成过程大体包括三个阶段，即病毒早期蛋白的合成阶段、病毒核酸的复制阶段和病毒晚期蛋白的合成阶段。病毒蛋白质的合成同其他生物一样，包括转录和翻译。转录是以病毒核酸为模板形成mRNA的过程；翻译是在宿主细胞的核糖体上，以特异mRNA为模板，利用宿主维胞提供的原料合成蛋白质的过程。

1．病毒早期蛋白的合成阶段在病毒核酸复制之前合成的病毒蛋白质称为早期蛋白。早期蛋白是一类非结构蛋白，其功能是抑制宿主细胞自身的代谢，并提供病毒核酸复制所需要的酶类，如DNA聚合酶,RNA聚合酶和逆转录酶等。

2．病毒核酸的复制阶段由于DNA病毒和RNA病毒核酸类型及结构组成不同，其生物合成过程也存在差异。

(1) DA病毒核酸的复制：分双链DNA病毒（dsDNA）和单链DNA病毒（ssDNA)两种。

①双链DNA病毒：在DNA病毒中绝大多数为dsDNA病毒，其核酸复制过程是以亲代dsDNA为模板，在早期蛋白的作用下，采用半保留复制方式，大量生成与亲代结构完全相同的子代dsDNA。

②单链DNA病毒：极少部分DNA病毒为ssDNA病毒，其核酸复制过程是以亲代ssDNA为模板，在DNA聚合酶的作用下，合成互补链，形成±dsDNA作为复制中间型(replicative intermediate,RI)，之后解链，再以新合成的互补链为模板合成子代ssDNA，从而保证子代与亲代遗传信息的一致性。

(2)RNA病毒核酸的复制：RNA病毒分为单链（ssRNA）与双链（dsRNA)，其中单链RNA病毒又分为单正链RNA (+ssRNA）病毒和单负链RNA(-ssRNA)病毒。在RNA病毒中绝大多数为ssRNA病毒。

①+ssRNA病毒：碱基序列与mRNA完全相同的一类单链RNA病毒。这种病毒的RNA具有mRNA的功能，可直接附着于宿主细胞的核糖体上翻译出早期蛋白，主要为依赖RNA的RNA聚合酶，在该酶的作用下，以亲代+ssRNA为模板，合成与之互补的-ssRNA，形成±dsRNA．即RNA复制中间型(RNA RI)，然后解链，其中+ssRNA起mRNA作用再翻译出晚期蛋白（结构蛋白）。以-ssRNA作为模板，合成子代病毒的+ssRNA，如脊髓灰质炎病毒。

②-ssRNA病毒：碱基序列与mRNA互补的一类单链RNA病毒。这种病毒本身含有依赖RNA的RNA多聚酶，可直接以亲代-ssRNA为模板，催化合成与之互补的+ssRNA，形成±dsRNA，即RNA RI，然后解链，其中+ssRNA具有双向作用，既起到mRNA的作用翻译晚期蛋白，又作为模板合成子代病毒的-ssRNA，如流感病毒、副流感病毒、狂犬病病毒和腮腺炎病毒等多数包膜病毒。

③dsRNA病毒：其复制过程与dsDNA病毒不同，不遵循DNA半保留复制原则，子代的dsRNA全部为新合成的RNA。复制过程是依靠早期蛋白，以亲代dsRNA中-ssRNA为模板，复制出+ssRNA，再由新+ssRNA为模板，复制出新-ssRNA，合成全新的子代dsRNA

(3)逆转录病毒的复制：逆转录病毒含有+ssRNA和依赖RNA的DNA聚合酶（即逆转录酶），能以+ssRNA为模板合成与之互补的DNA链，形成RNA:DNA中间体。之后RNA:DNA中间体的RNA由细胞编码的RNA酶H水解去除，同时DNA链进入细胞核，在DNA多聚酶作用下，以它为模板合成与之互补的另一条DNA链而形成dsDNA。这一dsDNA分子整合于宿主细胞的染色体上，称为前病毒（provirus)，可随宿主细胞分裂增殖而传给子代细胞。前病毒还可在宿主细胞核内经依赖DNA的RNA多聚酶转录出病毒的mRNA与子代病毒的RNA。如人类免疫缺陷病毒（HIV）和人类嗜T细胞病毒（HTLV）属于逆转录病毒。

3．病毒晚期蛋白的合成阶段在病毒核酸复制后，以部分子代病毒核酸为模板转录，翻译出来的蛋白质称为晚期蛋白，即结构蛋白，为衣壳蛋白和包膜表面的蛋白质。病毒在合成衣壳蛋白时，首先合成一个大的蛋白（前体蛋白），再由蛋白酶将其降解为若干小的衣壳蛋白，为之后的组装做好准备。

（五）装配与释放

新合成的病毒核酸和结构蛋白在细胞核或细胞质内组装成病毒颗粒的过程称为装配(assembly)，而装配好的病毒颗粒从细胞内转移到细胞外的过程称为释放（release)。根据病毒的种类不同，在细胞内的装配部位和释放方式也不同。除痘病毒外，DNA病毒都在细胞核内装配：而RNA病毒中除正黏病毒外，大多数都在细胞质内装配。装配一般要经过核酸浓聚、壳粒积聚及装罐核酸等步骤，包膜病毒还需在核衣壳外包裹一层包膜。病毒装配成熟后释放的方式有以下几种。

1。破胞释放宿主细胞裂解而把病毒一次性全部释放到周围环境中。破胞释放主要见于裸病毒，如腺病毒、脊髓灰质炎病毒等。

2.芽生释放病毒以出芽方式释放到细胞外，宿主细胞通常不死亡，仍能分裂增殖，宿主细胞膜上可出现病毒基因编码的蛋白质，故可成为靶细胞而受到机体免疫系统的攻击。芽生释放见于包膜病毒，如疱疹病毒在核膜上获得包膜，流感病毒在细胞膜上获得包膜而成熟，最后以芽生方式释放。

3．其他方式有些病毒如巨细胞病毒，很少释放到细胞外，而是通过细胞间桥或细胞融合，在邻近的细胞间传播；逆转录病毒因其基因组整合到了宿主细胞染色体上，可随细胞的分裂而出现在子代细胞中。

二、病毒的异常增殖与干扰现象

（一）病毒的异常增殖

并非所有病毒感染细胞后都能正常增殖，也存在一些异常增殖的情况，原因可能出自病毒自身或被感染细胞，导致病毒进入细胞后复制增殖的某一阶段受阻，最终不能产生完整的有感染性的子代病毒体。顿挫感染和缺陷病毒感染就是两种典型的异常增殖。

1．顿挫感染（abortive infection)病毒进入宿主细胞后，若细胞不能为病毒增殖提供所需要的酶、能量及必要的成分，则病毒就不能合成白身成分，或者虽合成部分或全部病毒成分，也不能装配和释放出有感染性的病毒体，这种异常增殖称为顿挫感染。其中不能为病毒复制提供必要条件的细胞称为非容纳细胞（nonpermissive cell)。在非容纳细胞内病毒可以存在，但不能复制增殖，非容纳细胞可能对于另一种病毒就成为容纳细胞(permissive cell)，因此，非容纳细胞是相对而言的。另外，某病毒感染一种细胞能正常复制增殖，感染另一种细胞可能就会发生顿挫感染。例如，人腺病毒感染人胚肾细胞能正常增殖，若感染猴肾细胞则发生顿挫感染，而脊髓灰质炎病毒感染猴肾细胞能正常增殖。其中猴肾细胞相对于人腺病毒是非容纳细胞，而相对于脊髓灰质炎病毒则是容纳细胞。

2．缺陷病毒(defective virus）因病毒基因组不完整或者因某一基因位点改变，不能进行正常增殖，复制不出完整的有感染性的病毒体，此类病毒称为缺陷病毒。当缺陷病毒与其他病毒共同感染细胞时，若后者能为缺陷病毒提供所缺少的物质，就能使缺陷病毒完成其正常增殖过程，这种有辅助作用的病毒称为辅助病毒（helper virus)。例如，丁型肝炎病毒是一种缺陷病毒，必须在乙型肝炎病毒或其他嗜肝DNA病毒辅助下才能正常增殖，乙型肝炎病毒就是丁型肝炎病毒的辅助病毒。

（二）病毒的干扰现象

两种病毒感染同一细胞时，可发生一种病毒抑制另一种病毒增殖的现象，称为干扰现象（interference)。干扰现象可发生在异种、同种、同型或同株病毒之间。例如流感病毒的自身干扰，在同一病毒株中混有缺陷病毒，若与完整病毒感染同一细胞时，完整病毒的增殖受到抑制的现象称为自身干扰现象，发挥千扰作用的缺陷病毒称为缺陷干扰颗粒(defective interfering particle,DIP)。另外，干扰现象不仅在活病毒间可发生，在灭活病毒与活病毒间也可发生，表现为灭活病毒千扰活病毒的复制。干扰现象发生的原因可能是：①其中一病毒作用于宿主细胞，诱导其产生抑制病毒复制的蛋白质，即干扰素；②先进入的病毒破坏了宿主细胞的表面受体或改变了宿主细胞的代谢途径等，影响到后进入病毒的复制；③由DIP引起。病毒间于扰现象的发生对于病毒性疾病的控制能起到积极的作用，能够阻止、中断发病，或终止感染，使宿主康复，也是构成机体非特异性免疫的一部分。但是使用减毒活疫苗预防病毒性疾病时，若存在干扰现象则会影响疫苗的效果，所以，要注意疫苗的合理使用。