重大呼吸道传染疾病病毒基因组对称性特征探讨及定向给药疗法机制的研究

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进入21世纪以来,各种呼吸道传染疾病的发生,引起了世界范围的关注。首先是2003年的春季爆发了新型呼吸道传染病非典型肺炎(SARS)。研究表明,引起该病的病原体是一种新发现的属于冠状病毒科的单链RNA病毒。虽然人们对于SARS病毒做了大量研究工作,但是病毒的起源和进化的问题一直没有定论,在病毒的快速检测和治疗上也有很多问题。为解决上述问题,本文着眼于抓住遗传信息的整体特征,出于寻找对称性设计的思想,利用元胞自动机原理,选取合适的规则(rule=184),将核酸序列进行数字信号编码,使一维核酸序列衍生为二维图像,以寻找反映序列特征的对称性图案。将SARS病毒与其他冠状病毒的核酸二维图像进行比对后,发现在SARS病毒的RNA二维图像中有明显的V字形区域,所有SARS病毒核酸序列均可形成6个跨度较大的V字形区域,非SARS冠状病毒则无该特征图像。所以,将SARS基因组生成图像中的特殊纹理图案命名为SARS基因的二维指纹图谱,并认定RNA生成图像中的V字形图形反映的是区别SARS与非SARS病毒的一种局部对称性。该种局部对称性可以轻易地将SARS和普通冠状病毒区分开来,支持SARS为冠状病毒属的一个新亚类的观点,有利于病毒的检测和跟踪;从V字形的大小和位置来看,可以判断SARS和鸟类传染性支气管炎和(IBV)猪传染性肠胃炎病毒(TGV)亲缘关系比较近。   通过对SARS病毒基因可视化图谱细节的数学分析,发现184规则对核酸碱基A和U的变化比较敏感。V字形前半段以腺嘌呤为主,后半段以鸟嘧啶为主。在所有SARS病毒株的基因组中,相关区域的多聚A的数目高于多聚U。而在非SARS病毒里,其比例是相反的;而且大跨度的V字形绝非可以随机生成。因此,继续深入探讨这种大跨度上的A、U对称关系,对研究核酸高级结构以及病毒传染性毒力变化是有价值的。   在SARS病毒RNA序列中,虽然因为V字形局部对称的出现,有多聚A的数目高于多聚U的现象,但是全序列中A和U的总数却是最相近的。对各种冠状病毒基因全序列做求和函数曲线图后发现,SARS病毒核酸序列中,A、U含量是最平衡的,其次是TGV和IBV。这再次支持了SARS和IBV、TGV之间的亲近关系,也提示SARA病毒可能是种存在了很长时间的成熟病毒,之前只是没有与人有过接触而已。而IBV和TGV也许是从SARS演化而来。   SARS疫情过后,禽流感病毒的威胁又出现在世界各地,人们一直怀疑H5N1病毒引起比SARS疫情更为严重的灾难,在人群中出现爆发性流行的可能性。因此,H5N1致病性研究就成了热点。血凝素蛋白前体HA0成功裂解成两个亚单位HA1和HA2是病毒感染的必要条件。本文鉴于发现SARS病毒基因序列局部对称性特征的经验,对H5N1基因序列,采用216号规则得出二维生成图像。对比各种流感病毒HA蛋白的生成图的差异,发现H5N1、H5N2、H5N3图形相似,而H5、H3、H1、H7之间则差异显著。相似的生成图中,HA基因都有一个位置基本相同的黑色三角,而且该黑三角尺寸在H5N1是明显最大的。这个能把H5N1的HA和其他类型的HA区分开来的大黑色三角形,被称为H5N1-H5基因的指纹图谱。该三角形特征性地对应了一段长度大约为30bps,主要由核苷酸A和G组成的特征基因片段:CAAAGAGAGAGAAGAAGAAAAAAGAGAGGA,其翻译产物正好是血凝素蛋白的切割位点片段。分析所有流感病毒数的HA多肽序列,发现该切割片断的各种点突变类型可以按碱性氨基酸变化情况分为6类。统计其在时间和地域上的分布情况,发现突变的比例在逐年增加,特别是经典片断在消失中,新的突变类型在出现,含有的碱性氨基酸平均数目从7个减少到了6个。目前,新突变的切割片段与弗林蛋白酶结合自由能衰减幅度都不大,基本不对病毒的高致病性产生影响。但是如果更多点突变发生,则病毒的致病性有减弱趋势。   对于SARS、H5N1、H1N1这样的呼吸道传染病毒,运用信息学手段研究其遗传基因仅仅是亟需解决问题的一部分,更重要的是如何对抗其引发的大规模感染。对付病毒,还没有找到特效药。现有西医临床化疗方案,存在着明显副作用而且容易产生抗药性。对抗SARS爆发时,临床普遍使用的激素类药物产生了痛苦的教训。所以,寻找高效、低副作用的治疗方法成为重要课题。穴位注射大约始于中国20世纪50年代,是在经络腧穴上,适量注射液体药物,以治疗各类疾病的方法。临床和实验研究表明,穴位注射药物产生药理作用速度快、作用强,疗效与同药等剂量下静脉注射者相当或超过,显著强于皮下或肌肉注射。业内人士认为,经络有定向输送药物的能力,所以将穴位注射疗法运用到当前的抗呼吸道传染性疾病的治疗中,在不变动药物的前提下,将大大提高临床疗效减少药物的毒副作用。目前穴位注射虽然在临床上有大量的实践,其原理却远未明白。这是对推广该疗法的最大阻碍。根据药理学原理,药效强度依赖于药物在脏器组织内的分布。研究穴位注射疗法对药物在体内组织器官中分布的影响情况,将有助于揭示穴位注射的作用机理。本实验以足三里为穴位注射疗法的实验穴位,选择氯霉素为注射药物。选两组大鼠分别在足三里和非穴位对照点一次性注射氯霉素后,按不同时间点对血液和内脏组织取样,以色谱-质谱分析方法测定其药物浓度。结果发现,足三里穴位注射对血药浓度影响不大,但可以迅速而显著的提高胃组织的药物浓度并维持较长时间;也可以长时间显著提高小肠组织的药物浓度,但小肠中药物浓度峰值晚于胃脏。短时间里穴位注射就能改变内脏的药物分布状况,使胃组织的药物浓度超过心脏和小肠,仅次于脾脏。同时,也提高了脾脏的药物浓度。而对于其他器官组织,并无影响。所以本文认为穴位注射的药效,主要来于穴位主导的的药物靶向性输送的结果。该输药途径可能是由体液定向运动构成,合乎经络的走向。因此,可以为临床提供一条新的给药途径,并为经络的研究给出新的证据。
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