全 文 ：第27卷 第3期
2015年3月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 27, No. 3
Mar., 2015
文章编号：1004-0374(2015)03-0406-11
DOI: 10.13376/j.cbls/2015053
收稿日期：2014-12-08
基金项目：国家自然科学基金项目(30630002，31321001，31400142)；中国科学院战略性先导科技专项(B类)
(XDB11030400)；国家重点基础研究发展计划(“973”项目) (30060002)
*通信作者：E-mail: huzh@wh.iov.cn
杆状病毒病毒粒子结构与口服感染和系统感染的关系
侯典海，王曼丽，邓　菲，王华林，胡志红*
(中国科学院武汉病毒研究所，武汉 430071)
摘　要：杆状病毒在其生命周期中形成了两种不同的病毒类型：出芽型病毒粒子 (budded virus, BV)和包埋
型病毒粒子 (occlusion derived virus, ODV)，其中 ODV负责口服感染，而 BV负责系统感染。它们又分别应
用于不同的生物技术领域，如 BV可用于杆状病毒表达载体，而富含 ODV的多角体主要用于生物防治。近
年来蛋白质组学的研究进展对 BV和 ODV的产生机理有了新的认识，现主要总结这方面的研究结果。
关键词：杆状病毒；出芽型病毒粒子；包埋型病毒粒子；口服感染；系统感染
中图分类号：Q939.4；R373 文献标志码：A
The structure differences of BV and ODV reflect
their function for systematic and oral infection
HOU Dian-Hai, WANG Man-Li, DENG Fei, WANG Hua-Lin, HU Zhi-Hong*
(Wuhan Institute of Virology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China)
Abstract: Baculovirus produces two phenotypes of progeny virions during its life cycle: budded virus (BV) and
occlusion derived virus (ODV). BV is responsible for systematic infection in the host and has been used widely as
foreign gene expression vector, while ODV is responsible for initiating oral infection and has been used for
biological control. Recently, the proteomics researches on BV and ODV have revealed the structural similarity and
differences between the two phenotypes. In this review, we summarize the relationship between the structure of BV
and ODV and their functions of oral and systematic infection, as well as the impacts on future research and
development.
Key words: baculovirus; budded virus (BV); occlusion derived virus (ODV); oral infection; systematic infection
胡志红，中国科学院武汉病毒研究所研究员、病毒学国家重点实验室副
主任、中国普通病毒保藏中心主任、系统病毒学学科组长。中国科学院“百人
计划”入选者，国家杰出青年基金获得者，百千万工程领军人才入选者， 国家
自然科学基金委“病毒与宿主相互作用的分子机理”创新研究群体带头人。兼
任中国微生物学会理事、中国微生物学会病毒学专业委员会副主任委员，
Journal of Invertebrate Pathology副编辑等。长期从事病毒学研究，通过研究病
毒与宿主的相互作用，发现生命科学的自然规律，并发展病毒应用技术。近年
来的研究方向包括：(1)自然界中病毒的多样性及其作用；(2)病毒与宿主相互
作用的分子机理；(3)出血热病毒的致病机理；(4)杆状病毒在生物防治及表达
载体等方面的应用研究等。
侯典海，等：杆状病毒病毒粒子结构与口服感染和系统感染的关系第3期 407
杆状病毒是昆虫特异性病毒，为了适应宿主昆
虫间断性暴发的生态学特性，杆状病毒在与宿主昆
虫的长期共进化过程中，形成了两种不同类型的病
毒粒子：一种为包埋型的病毒粒子 (occlusion derived
virus, ODV)，另一种为出芽型的病毒粒子 (budded
virus, BV)。这两种病毒都由同一个基因组所编码，
出现在病毒感染周期的不同阶段，分别负责杆状病
毒的口服感染和系统感染。在自然界中，ODV被
包埋在由多角体蛋白或颗粒体蛋白所形成的包涵体
(occlusion body, OB)中，这种包涵体能够抵御较强
的外界环境变化，在土壤中存活数十年。当宿主昆
虫取食到包涵体时，在昆虫中肠的碱性环境下，包
涵体蛋白会特异性地降解，从而释放出 ODV。
ODV通过膜融合进入中肠上皮细胞，启动初始感
染 (也称口服感染 )。进入中肠上皮细胞的病毒经
过繁殖，产生出新的病毒粒子 BV，BV从中肠的基
底层出芽，进入气管及血腔，从而启动昆虫体内其
他组织的系统感染。因此，ODV特异性地负责口
服感染 (也称初始感染 )，而 BV负责系统感染 (也
称二次感染 )。ODV仅能特异性地感染昆虫的中肠，
而 BV可以感染除中肠以外的昆虫其他组织。
杆状病毒的应用主要表现在两个方面。一方面，
从 20世纪 30年代起，人们就注意到杆状病毒可以
防治农林害虫。随着 1975年第一个商品化生产的
棉铃虫病毒杀虫剂的问世，杆状病毒作为生物杀虫
剂的研究迎来了高潮 [1]，世界卫生组织和国际粮农
组织都推荐用杆状病毒进行害虫防治。另一方面，
杆状病毒在感染的极晚期，具有超高表达的两个基
因，多角体蛋白基因和 P10蛋白基因。人们利用极
晚期启动子，成功地构建了杆状病毒表达系统，在
昆虫细胞中利用杆状病毒表达系统进行了多种外源
基因的表达，使得杆状病毒表达系统成为当今最好
的真核表达载体之一，在蛋白质表达、疫苗生产等
领域得到了广泛的应用，还有望发展成为有效的基
因治疗载体 [2]。这两方面的应用，实际上利用了杆
状病毒的不同特性，如在生物防治领域，ODV的
口服感染特性尤为重要，而在载体表达方面，则主
要依赖 BV的细胞水平感染和传播特性。因此，对
ODV和 BV生物学特性的深入研究，不仅有助于理
解为什么 ODV能特异性感染昆虫中肠上皮细胞，
介导口服感染，而 BV可以感染不同的组织导致系
统感染，还将有助于发展具有更好特性的生物杀虫
剂和表达载体。本文将总结近年来蛋白质组学研究
对 ODV和 BV组成成分的解析结果，并结合杆状
病毒分子生物学研究进展，阐述 BV与 ODV的共
性及特性，进而为今后的杆状病毒基础研究及其应
用改良提供基础。
1　BV和ODV在细胞中的生活周期
在体外培养的细胞水平上，BV和 ODV 是在
杆状病毒感染细胞后的不同阶段分别形成的。目
前研究最为清楚的是杆状病毒的模式种苜蓿银纹
夜蛾核多角体病毒 (Autographa califorlica multiple
nucleocapsid nucleopolyhedrovirus, AcMNPV)。
AcMNPV感染宿主细胞，首先是 BV通过受体介导
的内吞进入细胞，在内吞体酸性环境下，BV的囊
膜与内吞体囊膜融合，释放出核衣壳。核衣壳可以
诱导胞内肌动蛋白 (actin)聚合形成 F-actin，核衣壳
沿着 F-actin抵达细胞核周边，然后通过核孔入核。
在细胞核内，核衣壳解聚，释放出基因组核酸，病
毒基因组在核内的病毒发生基质 (virogenic stroma,
VS区 )开始核酸的复制和子代核衣壳的组装。组
装好的核衣壳，将会被运转到核内膜的周边地带，
称环带区 (ring zone region, RZ区 )，在感染的早期，
核衣壳穿过核膜，进入细胞质，通过进一步运输抵
达细胞质膜，在细胞质膜的特定区域，包裹上病毒
编码的囊膜蛋白 GP64，出芽产生成熟的 BV。细胞
在感染的早期阶段 (24~48 h)主要生产 BV，而在感
染的晚期 (约感染后 72 h)，在目前尚不清楚的作用
机制下，核衣壳不再 (或仅少量 )出核，而是在环
带区由微囊泡包裹形成 ODV，最终被包埋在多角
体蛋白形成的包涵体 (多角体 )中。在杆状病毒的
生活周期中，大约只有 16%的病毒 DNA会用于产
生 BV，而余下的主要用于产生 ODV [3]。因此，BV
是在病毒感染细胞的早期通过质膜出芽形成的，而
ODV是在感染的晚期在细胞核内获得囊膜而形成，
两者核衣壳成分相同，而囊膜的形成地点和组分都
不相同。
2　BV和ODV的共同之处
为了深入研究 BV和 ODV的异同，本实验室
将 BV和 ODV分别纯化，然后将其囊膜和核衣壳
组分分离，再利用一系列蛋白质组学的方法鉴定其
囊膜和核衣壳组分，包括用相对定量标记质谱技术
iTRAQ等方法定位蛋白质的位置，并用大量的
Western Blot验证蛋白质的定位，获得了棉铃虫单核
衣壳多角体病毒 (Helicoverpa armigera single nucleocapsid
nucleopolyhedrovirus, HearNPV) BV和 ODV的蛋白
杰出女科学家专刊 第27卷408
质组分 [4]。
表 1显示了 BV和 ODV的组分分析结果，从
中可以看出，BV和 ODV有 21个共有蛋白，其中
3个为囊膜蛋白 (E18、E25和 vUbi)，其余的为核
衣壳或间质 (位于囊膜和核衣壳之间 )蛋白。对这
些共有蛋白的深入分析发现，其中多数为杆状病毒
的核心保守基因所编码 (在所有杆状病毒中都存在 )
或为鳞翅目杆状病毒所共有。BV/ODV共有蛋白从
功能上可以分为以下几种类型。(1)参与核衣壳的
形成。如：VP39是主要的核衣壳蛋白，构成杆状
病毒的杆状核衣壳骨架 [54]；P6.9是 DNA结合蛋白，
通过与杆状病毒的双链环状 DNA基因组结合，浓
缩 DNA并将其装配到杆状的核衣壳中 [54]；38K是
一个与多种核衣壳蛋白发生相互作用的蛋白，推测
其参与到核衣壳的装配中 [8]；AC142、EC27和 C42
的缺失都会导致产生装配不完整的核衣壳 [9]，且由
于杆状病毒核衣壳的装配主要发生在 VS区，因此
推测这些蛋白应该主要集中在 VS区 (图 1)。(2)参
与核衣壳的运输。在杆状病毒生活周期中，新形成
的核衣壳需要被运输到 RZ区，然后通过出核形成
BV，或在感染晚期被微囊泡包裹形成 ODV。目前
已有研究表明，6个 BV和 ODV共有的蛋白可能参
与了这一运输过程：P12参与 actin的入核 [12]；P78/83
和 C42参与 actin的聚合及核衣壳的运输 [13, 55-56]；
VP80能与 F-actin相互作用，并运输核衣壳从 VS
区到 RZ区 [14]；AC66具有 actin结合结构域，并参
与核衣壳的出核及 ODV的包装 [15]；AC75可能也
参与了核衣壳的出核和 ODV的包装 [21]。(3)参与决
定 BV或 ODV的形成。FP25K是一个晚期表达的
蛋白，当 FP25K 缺失时，BV 的产量增高，而
ODV的形成减少，推测 FP25K在从形成 BV到形
成 ODV的转换中发挥关键作用 [16]。FP25K参与许
多 ODV囊膜蛋白的核运输 [57]，这是否是其调配
BV/ODV形成转换的原因尚有待进一步研究。GP41
是一个高度 O-糖基化的间质蛋白 [58]，研究表明
GP41变异可导致 BV出核受阻，BV无法产生 [17]。
E18和 E25都是 BV和 ODV 共有的囊膜蛋白，它
们都是病毒诱导的微囊泡的组份 [59-60]。E18是 BV
形成的必需基因 [18]，E25的缺失则导致 BV产量的
下降和无法产生 ODV[19]。(4)其他及功能未知蛋白：
PEP蛋白是多角体囊膜蛋白 [20]，它在 BV/ODV核
衣壳中的出现不知是否因为它还具有其他功能；
vUbi是病毒编码的与泛素 ubiquitin高度同源的蛋
白，但其功能目前还未知 [22]； HA44和 HA100是
group II杆状病毒特有的蛋白 [61]，HA100的缺失会
导致口服感染能力的下降 [62]；AC58/59的同源物
Bm47缺失并未显著影响 BV的感染，该蛋白可能
是非必需蛋白 [5]，但其具体功能仍不清楚。
3　BV和ODV的不同之处
BV与 ODV 最显著的不同在其囊膜上，表 1
中可以看出，BV和 ODV的囊膜成分有显著不同。
BV具有 3个特有的囊膜蛋白：膜融合蛋白 F、几
丁质蛋白酶 ChiA，以及一个功能尚不清楚的囊膜
蛋白 HA68 (AC74)。ODV囊膜上则有 11个特有蛋
白，这 11个蛋白中有 9个蛋白已报道与口服感染
相关。这些囊膜蛋白，一方面反映出 BV和 ODV
获得囊膜的方式不同，另一方面也决定了其组织感
染的特性。
糖基化质谱分析发现的所有 N-糖基化蛋白，
都只存在于 BV相关的蛋白中 (主要是囊膜蛋白 )，
而不存在于 ODV的蛋白中 [4]。N-糖基化在蛋白的
折叠与运输中发挥着重要的功能，推测这些 BV相
关蛋白可能在翻译过后会通过正常的内质网及高尔
基体进行 N-糖基化；而 ODV表面的囊膜蛋白则需
要在核糖体翻译之后，通过内质网，进入核外膜及
核内膜，最终通过微囊泡的形式，在环带区包裹在
ODV的表面 [63]。因此，推测 ODV囊膜蛋白的产生
形式使得它们缺少 N-糖基化修饰。
4　BV与系统感染
BV在虫体水平上能进行系统感染，而 ODV
则不具备系统感染的能力。在实验室培养的细胞中，
也只有 BV能够有效地感染，而 ODV的感染效率
是 BV感染效率的 0.1% [64]。这其中的主要原因是
BV上具有 ODV上所没有的膜融合蛋白。杆状病毒
BV的膜融合蛋白有两类，F蛋白和 GP64。F蛋白
被认为在杆状病毒的祖先中就存在，目前在杆状病
毒的除 δ杆状病毒属中都存在；GP64则仅在 α杆
状病毒属的 group I 病毒中存在，被认为是在杆状
病毒进化的晚期新获得的膜融合蛋白 [65-66]。相对于
F蛋白，GP64具有更强大的膜融合功能，因此，推
测这也是 group I 的 α杆状病毒相对来讲具有更广
的宿主特性，甚至能转染哺乳动物细胞的原因 [67]。
在 group I 病毒中，除了有 GP64存在外，还存在一
个退化的 F like蛋白，这些 F like蛋白丧失了被细
胞 Furin酶剪切的位点，从而不能暴露融合肽，失
去了膜融合的功能。以往的研究认为，F like 蛋白
侯典海，等：杆状病毒病毒粒子结构与口服感染和系统感染的关系第3期 409
表
1
棉
铃
虫
单
核
衣
壳
多
角
体
病
毒
的
B
V
和
O
D
V
的
蛋
白
组
分
及
其
定
位
和
功
能
的
总
结
类
别

蛋
白
名
称

保
守
性

功
能

定
位
B
V
及
O
D
V
共
有
蛋
白

V
P3
9（
A
C
89
)
核
心
基
因

参
与
核
衣
壳
形
成
[5
-6
]
B
V
/O
D
V
核
衣
壳

P6
.9
(A
C
10
0)

核
心
基
因

参
与
核
衣
壳
形
成
[7
]
B
V
/O
D
V
核
衣
壳

38
K
(A
C
98
)
核
心
基
因

参
与
核
衣
壳
形
成
[8
]
B
V
/O
D
V
核
衣
壳

H
A
9(
A
C
14
2)

核
心
基
因

参
与
核
衣
壳
形
成
[9
-1
0]

B
V
核
衣
壳
,O
D
V
间
质

EC
27
(A
C
14
4)

核
心
基
因

参
与
核
衣
壳
形
成
[9
]
B
V
/O
D
V
核
衣
壳

C
42
(A
C
10
1)

核
心
基
因

参
与
核
衣
壳
形
成
[9
] 及
核
衣
壳
运
输
[1
1]

B
V
/O
D
V
核
衣
壳

P1
2(
A
C
10
2)

鳞
翅
目
保
守
基
因

参
与
核
衣
壳
运
输
[1
2]

B
V
/O
D
V
核
衣
壳

P7
8/
83
(A
C
9)

鳞
翅
目
保
守
基
因

参
与
核
衣
壳
运
输
[1
3]

B
V
核
衣
壳
,O
D
V
间
质

V
P8
0(
A
C
10
4)

鳞
翅
目
保
守
基
因

参
与
核
衣
壳
运
输
[1
4]

B
V
核
衣
壳
,O
D
V
间
质

H
A
66
(A
C
66
)
核
心
基
因

参
与
核
衣
壳
运
输
[1
5]

B
V
核
衣
壳
,O
D
V
间
质

FP
25
K
(A
C
61
)
鳞
翅
目
保
守
基
因

参
与
B
V
/O
D
V
形
成
[1
6]

B
V
核
衣
壳
,O
D
V
间
质

G
P4
1(
A
C
80
)
核
心
基
因

参
与
B
V
/O
D
V
形
成
[1
7]

B
V
/O
D
V
间
质

E1
8(
A
C
14
3)

核
心
基
因

参
与
B
V
/O
D
V
形
成
[1
8]

B
V
/O
D
V
囊
膜

E2
5(
A
C
94
)
鳞
翅
目
保
守
基
因

参
与
B
V
/O
D
V
形
成
[1
9]

B
V
/O
D
V
囊
膜

H
A
44

gr
ou
p
II
保
守
基
因

未
知

B
V
/O
D
V
核
衣
壳

H
A
10
0
gr
ou
p
II
保
守
基
因

未
知

B
V
核
衣
壳
, O
D
V
间
质

H
A
51
(A
C
58
/5
9)

gr
ou
p
I及
大
多
数
gr
ou
p
II
保
守
基
因

未
知

B
V
/O
D
V
核
衣
壳

PE
P(
A
C
13
1)

核
心
基
因

多
角
体
囊
膜
蛋
白
[2
0]

B
V
/O
D
V
核
衣
壳

H
A
69
(A
C
75
)
鳞
翅
目
保
守
基
因

参
与
核
衣
壳
运
输
[2
1]

B
V
间
质
, O
D
V
囊
膜

vU
bi
(A
C
35
)
gr
ou
p
I、
G
V,
及
大
多
数
gr
ou
p
II
保
守
基
因

类
泛
素
蛋
白
，
未
知
[2
2]

B
V
/O
D
V
囊
膜
B
V
特
有
蛋
白

F(
A
C
23
)
鳞
翅
目
及
双
翅
目
保
守
基
因

参
与
系
统
感
染
[2
3]

B
V
囊
膜

C
hi
A
(A
C
12
6)

存
在
于
大
多
数
gr
ou
p
I及
gr
ou
p
II
及
少
量
G
V

参
与
系
统
感
染
[2
4]

B
V
囊
膜

H
A
68
(A
C
74
)
存
在
于
所
有
gr
ou
p
I及
部
分
gr
ou
p
II

参
与
B
V
的
形
成
[2
5]

B
V
囊
膜

FG
F(
A
C
32
)
鳞
翅
目
保
守
基
因

参
与
系
统
感
染
[2
6]

B
V
间
质

H
A
12
8(
A
C
17
)
gr
ou
p
I及
大
多
数
gr
ou
p
II
保
守
基
因

参
与
B
V
形
成
[2
7]

B
V
间
质

P4
8(
A
C
10
3)

核
心
基
因

参
与
B
V
/O
D
V
的
形
成
[2
8]

B
V
间
质

PK
IP
(A
C
24
)
gr
ou
p
I及
gr
ou
p
II
保
守
基
因

参
与
B
V
/O
D
V
形
成
[2
9]

B
V
间
质

M
E5
3(
A
C
13
9)

鳞
翅
目
保
守
基
因

参
与
B
V
的
形
成
及
出
芽
[3
0-
31
]
B
V
核
衣
壳

P2
6(
A
C
13
6)

gr
ou
p
I及
大
多
数
gr
ou
p
II
保
守
基
因

未
知

B
V
核
衣
壳

H
A
57

非
保
守
基
因

未
知

B
V
核
衣
壳

LE
F6
(A
C
28
)
鳞
翅
目
保
守
基
因

参
与
晚
期
转
录
[3
2]

未
知

G
P3
7(
A
C
64
)
gr
ou
p
I及
gr
ou
p
II
及
少
量
G
V
保
守
基
因

未
知

未
知
O
D
V
特
有
蛋
白

P7
4(
A
C
13
8)

核
心
基
因

口
服
感
染
必
需
基
因
[3
3]

O
D
V
囊
膜

PI
F1
(A
C
11
9)

核
心
基
因

口
服
感
染
必
需
基
因
[3
4]

O
D
V
囊
膜
杰出女科学家专刊 第27卷410
表
1
棉
铃
虫
单
核
衣
壳
多
角
体
病
毒
的
B
V
和
O
D
V
的
蛋
白
组
分
及
其
定
位
和
功
能
的
总
结
(续
)
类
别

蛋
白
名
称

保
守
性

功
能

定
位

PI
F2
(A
C
22
)
核
心
基
因

口
服
感
染
必
需
基
因
[3
4]

O
D
V
囊
膜

PI
F3
(A
C
11
5)

核
心
基
因

口
服
感
染
必
需
基
因
[3
4]

O
D
V
囊
膜

PI
F4
(A
C
96
)
核
心
基
因

口
服
感
染
必
需
基
因
[3
5-
36
]
O
D
V
囊
膜

PI
F5
(A
C
14
8)

核
心
基
因

口
服
感
染
必
需
基
因
[3
7-
38
]
O
D
V
囊
膜

PI
F6
(A
C
68
)
核
心
基
因

口
服
感
染
必
需
基
因
[3
9]

O
D
V
囊
膜

O
D
V-
E6
6(
A
C
46
)
gr
ou
p
I,
及
大
多
数
gr
ou
p
II
和
G
V
保
守
基
因

参
与
口
服
感
染
[4
0]

O
D
V
囊
膜

V
P9
1(
A
C
83
)
核
心
基
因

参
与
核
衣
壳
形
成
及
口
服
感
染
[4
1]

O
D
V
囊
膜

H
A
72
(A
C
78
)
核
心
基
因

参
与
B
V
/O
D
V
形
成
[4
2-
43
] 及
口
服
感
染
[4
4]

O
D
V
囊
膜

SO
D
(A
C
31
)
大
多
数
鳞
翅
目
保
守
基
因

超
氧
化
物
歧
化
酶
, 未
知

O
D
V
囊
膜

V
P1
05
4(
A
C
54
)
核
心
基
因

参
与
核
衣
壳
形
成
[4
5]

O
D
V
核
衣
壳

EC
43
(A
C
10
9)

核
心
基
因

参
与
B
V
/O
D
V
形
成
[4
6-
48
]
O
D
V
间
质

V
LF
-1
(A
C
77
)
核
心
基
因

参
与
晚
期
转
录
及
D
N
A
包
装
[4
9-
50
]
O
D
V
间
质

P3
3(
A
C
92
)
核
心
基
因

参
与
O
D
V
的
包
装
和
B
V
的
出
核
[5
1-
52
]
O
D
V
间
质

H
A
74
(A
C
81
)
核
心
基
因

参
与
O
D
V
的
包
装
和
B
V
的
出
核
[5
3]

O
D
V
间
质

A
C
51

gr
ou
p
I及
gr
ou
p
II
保
守
基
因

未
知

O
D
V
间
质

A
C
26

gr
ou
p
I及
大
多
数
gr
ou
p
II
保
守
基
因

未
知

未
知

H
A
52
(A
C
60
)
gr
ou
p
I、
gr
ou
p
II
及
大
多
数
G
V
保
守
基
因

未
知

O
D
V
核
衣
壳

H
A
45

非
保
守
基
因

未
知

O
D
V
核
衣
壳

H
O
A
R

非
保
守
基
因

未
知

未
知
侯典海，等：杆状病毒病毒粒子结构与口服感染和系统感染的关系第3期 411
可能是进化上的一个遗留物，不具有任何功能，而
本实验室新近的研究表明，F like蛋白虽然丧失了
膜融合的功能，但仍在病毒入侵过程中发挥重要
作用，也许还起着结合蛋白的功能 [68]。无论是
GP64还是 F蛋白，它们单独表达都能介导细胞的
融合 [65, 69-70]。融合后的构像分析显示 GP64是属于
Glass III的膜融合蛋白 [71]，F蛋白和 GP64似乎利
用了不同的细胞受体 [72]，但这些受体目前还没有被
发现。
除了膜融合蛋白外，病毒编码的成纤维生长
因子 (viral fibroblast growth factor，vFGF) 在系统
感染中也发挥着重要作用。在感染中肠上皮细胞之
后，病毒需要穿透昆虫中肠的基底层 (basal lamina)
屏障，vFGF 在这一过程中发挥了重要作用：杆
状病毒感染中肠后，表达出的 vFGF 通过与 FGFs
受体结合，激活宿主的基质金属蛋白酶 (matrix
metalloproteases)和凋亡蛋白酶 (caspases)，进而启
动细胞凋亡，从而导致中肠基底层的降解和重排。
基底层的降解会导致气管细胞被出芽型的病毒感
染，病毒通过气管系统，在虫体中迅速扩散 [26]。
目前对 BV形成的分子机制了解得还不充分，
有 4个基因被报道与 BV的产量相关：ME53缺失
会导致 BV产量下降 99.99%[30]；Exon 0或 AC66的
缺失均能造成 BV产量下降 99%[15, 73]，其中 Exon 0
可以与 β-tubulin相互作用，而后者在BV的出芽中发挥
着作用 [74]；GP64的缺失会导致BV产量下降 98%[75]。
4　ODV与口服感染
与 BV介导系统感染不同，ODV特异性地感
染中肠的上皮细胞，而无法感染昆虫的其他组织，
这是由 ODV的囊膜组成所决定的。前面提到，
HearNPV的蛋白质组学研究显示，在 ODV 的表面
具有 11个 ODV的特有蛋白，这些蛋白中有 9个蛋
白是与口服感染相关的，其中 7个被称为口服感染
因子 (per os infectivity factors, PIFs)。PIF的定义为，
这些蛋白是口服感染的必需蛋白，但对 BV的感染
不需要，当基因组中缺失单个 pif的时候，BV的生
长和对虫体的系统感染不受影响，但口服感染的
功能完全丧失。P74是最早发现的 PIF，被称为
PIF0 [33, 76]，随后发现了 PIF1~PIF6 [34-35, 37, 39, 77-78]。这
些蛋白在杆状病毒中完全保守，同时还存在于裸病
毒 (nudivirus)、唾液腺肥大病毒 (hytrosavirus)、多
分 DNA病毒 (polydnavirus)，甚至在感染对虾的对
虾白斑病综合征病毒 (white spot syndrome virus,
WSSV)中发现，这些病毒都是感染无脊椎动物的
大的 DNA 病毒，提示 PIF 介导的口服感染机制是
一个古老的机制 [79]。
目前已知的病毒，一般都在中性或酸性的条件
下发生膜融合和入侵，而鳞翅目昆虫的中肠是充满
消化酶的碱性环境，因此，杆状病毒中肠感染的机
制应该比较特殊的。PIFs的作用机制尚不清楚，但
有研究表明，PIFs中的 PIF1、 PIF2、 PIF3会形成一
个核心蛋白质复合体，P74、PIF4以及 VP91等会
图1 BV和ODV的共有蛋白在其形成过程中的可能作用模式图
杰出女科学家专刊 第27卷412
与该蛋白质复合体有一定的结合 [79-80]。荧光追踪显
示 PIF1、PIF2以及 P74参与了病毒与中肠微绒毛
的最初结合及融合，而 PIF3则没有在这一步发挥
作用 [81]。目前，尚没有 PIF复合体的具体结构及在
中肠环境下如何激活的研究报道，AcMNPV的 P74
在中肠中经历了两次剪切过程 [82-83]，推测整个 PIF
复合体的剪切激活将是一个复杂而精细的调控
过程。
PIFs与中肠受体的相互作用在很大程度上决定
了杆状病毒感染昆虫的宿主范围。目前尚没有任何
关于中肠受体的报道，本实验室尝试利用不同种杆
状病毒的 PIFs来分别替代 HearNPV的 P74、PIF1、
PIF2、PIF3的研究显示，杆状病毒的 PIFs有很强
的宿主特异性，单独替换 PIF都会使重组病毒丧失
口服感染能力 (待发表资料 )。如果今后希望通过
替换 PIFs来获得具有新的宿主范围的病毒，需要
考虑将全套的 PIFs整体替换。
ODV的形成过程中，一个关键步骤是核衣壳
在 RZ区被微囊泡包裹，形成有囊膜的 ODV。
ODV的囊膜蛋白一般具有核内膜定位信号 (inner
nucleus membrane sorting motif, INM-SM)，这个信
号一般由蛋白质 N-端长约 18个氨基酸的疏水区和
紧接其后的富含带正电氨基酸 (4~8个 )的肽段所组
成，能将表达出的蛋白定位到核内膜，并在病毒
感染的情况下定位到环带区及最终 ODV的囊膜表
面 [63]。在这一过程中，FP25K、E26以及宿主的
importin-α-16发挥了重要作用 [57, 84]。2014年，Wei
等 [85]研究发现，杆状病毒中还有一些蛋白在其 C-
端具有非典型的 INM-SM，它们也可以定位到核内
膜上。目前知道病毒编码的 AC93 [86]、AC76 [87]和
P48 [28]在核内微囊泡的形成过程中发挥了重要作
用。如果编码这些蛋白的基因缺失，核内微囊泡将
不能形成，核衣壳将不能包装成 ODV，有时也影
响核衣壳出核形成 BV [28, 86-87]。
6　BV与ODV的进化
在同一个病毒的生活周期中产生两种不同类型
的病毒粒子是杆状病毒在进化上所特有的 (不排除
其他的昆虫病毒也有类似途径 )，那么这种二项性
究竟是如何形成的？最早的祖先病毒是否只有一种
形式，如果只有一种形式，究竟是 BV还是 ODV？
有两方面的数据偏向 ODV是祖先病毒：首先，
PIFs的同源蛋白在许多非杆状病毒的无脊椎动物病
毒中发现，因此，它们可能存在于杆状病毒的祖先
病毒 [88]；其次，在现有的杆状病毒中，感染双翅目
的 δ杆状病毒和感染膜翅目的 γ杆状病毒在进化上
要早于感染鳞翅目的 α和 β杆状病毒 [89-91]，而目前
的数据显示 δ和 γ杆状病毒仅能感染昆虫的中肠，
不能形成系统感染 [54]。因此可以推测，最早的杆状
病毒是一种仅能感染中肠的病毒，后来才进化出了
可以系统感染的 BV。
如果从 ODV到 BV的进化假说成立，从细胞
水平的感染周期可以推测，最早的杆状病毒主要是
在核内形成和包埋的，后来由于某些分子机理的改
变，例如增加了 F蛋白，使得核衣壳有了出芽的特
性，而一些与 BV出芽相关的蛋白的基因，如 F蛋白、
FGF蛋白、 FP25K蛋白等，都应该是在进化稍晚的
阶段所获得的，这些推测尚有待证明。
7　总结和展望
BV和 ODV的结构解析，对深入研究杆状病
毒感染的分子机理和发展杆状病毒应用技术具有重
要的科学意义及指导价值。
在分子机理方面，首先，所发现的 BV和 ODV
共性蛋白为进一步剖析杆状病毒的包装及运输机理
奠定了基础。如前所述，可以初步将这些共性蛋白
定位在杆状病毒复制的不同阶段，随着其结构与功
能研究的深入，以及它们之间及其与宿主蛋白相互
作用研究的深入，将揭示杆状病毒包装与运输的分
子机理，其中杆状病毒核衣壳的形成机制、DNA
的包装机制，以及杆状病毒在核内与细胞骨架系统
的相互作用的运输机制等都可能带来全新的认识。
其次，BV和 ODV形成的调控机制一直是杆
状病毒研究的未解之谜，FP25K蛋白对 BV/ODV
形成的调控，以及它在 ODV囊膜蛋白核运输过程
中的作用，对下一步研究具有重要的参考价值；杆
状病毒的前期研究为发现蛋白在核内膜上的定位的
普遍机制发挥了重要作用，预期今后核内微囊泡的
形成机制及核衣壳出核机制的解析将成为研究的重
点，而这些研究有可能揭示病毒对真核细胞核膜的
调控机制。
ODV口服感染的分子机制是最近杆状病毒的
研究热点，PIFs及 PIF复合体的发现为口服感染机
制的研究奠定了基础，今后的研究重点将是受体的
发现以及 PIF复合体作用机制的研究。同样，杆状
病毒 BV受体的发现也是今后的研究重点。
在应用研究方面，口服感染和系统感染的关键
蛋白的揭示为今后杆状病毒的改良奠定了基础。杆
侯典海，等：杆状病毒病毒粒子结构与口服感染和系统感染的关系第3期 413
状病毒表达载体具有容量大和可塑性强等优点。前
期的研究结果发现，对于 BV在细胞水平上的感染，
很多 ODV相关蛋白是不需要的，因此，人们可以
通过去除基因组上与细胞水平感染无关的基因 (如
PIFs)，给外源基因腾出更多的空间，也可以使基因
组更小，复制和表达效率更高，这为杆状病毒载体
系统的改良提供了新的研究方向。在生物防治方面，
口服感染的复杂性使我们意识到要想人为地改变杆
状病毒的宿主范围，仅替换单个的 PIF将很难成功，
而需要发展一种技术，使多个 PIF的替换成为可能；
以前曾经有人提出用大量体外培养的方法生产病毒
杀虫剂，现在的知识使我们意识到，如果在细胞上
长期传代，有可能丢失 ODV中肠感染的特异因子，
因此，虫体大规模生产仍将是病毒杀虫剂今后生产
的主流方式。
[参　考　文　献]
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