2020 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎“丙型肝炎病毒”相關(guān)試題分析

江蘇

2020 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予分別來自美國、英國和美國的科學(xué)家Harvey J.Alter、Michael Houghton 和Charles M.Rice，以表彰他們在“發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒”方面所做的杰出貢獻。筆者收集了“丙型肝炎病毒”相關(guān)生物試題，并做簡要分析，以便讀者進一步了解丙型肝炎病毒的致病機理及預(yù)防、治愈措施。

圖1 諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎三位獲獎?wù)邎D片

1.丙型肝炎病毒概述

（1）類型：丙型肝炎病毒（HCV）是引起丙型肝炎的病原體，屬于RNA 病毒。

（2）檢測：患者查出丙型肝炎病毒抗體陽性時，需要進行HCV-RNA 檢測，HCV-RNA 是定量探測血液中丙肝病毒的方法。

（3）傳播：丙型肝炎病毒主要通過輸入含丙肝病毒的血制品、與吸毒的人共用靜脈注射器等方式感染及傳播，也可通過母嬰及性途徑傳播。

（4）危害：丙肝病毒進入人體之后會大量生長繁殖，還會“劫持”正常的肝細(xì)胞，將肝細(xì)胞變成“人質(zhì)”，不但自己破壞肝細(xì)胞，還會導(dǎo)致免疫系統(tǒng)“誤殺”肝細(xì)胞，這樣就引發(fā)了丙型病毒性肝炎（以下簡稱丙肝）。此外，丙肝和乙肝一樣，也會有幾個月的潛伏期，可進展為急性或慢性肝炎，主要表現(xiàn)為乏力、黃疸、腹脹、腹痛和精神下降等，如果不進行抗病毒治療，最終會從肝炎發(fā)展到肝硬化、肝癌等，危及生命。但也有少數(shù)人無癥狀，稱為HCV 攜帶者，很少發(fā)展為重癥肝炎或肝衰竭患者。

（5）治愈：值得慶幸的是，隨著直接抗病毒藥物（DAA）的研發(fā)成功，目前丙肝在臨床上已有特效藥物，患者經(jīng)過8～12周的規(guī)范治療，95%以上的丙肝病人可以徹底被治愈。

2.丙型肝炎病毒相關(guān)試題分析

2.1 HCV 的結(jié)構(gòu)與增殖

【例1】丙肝是由丙型肝炎病毒（HCV）通過血液等傳播途徑引起的急性肝炎。下列關(guān)于丙型肝炎病毒的敘述正確的是 （ ）

A.該病毒體內(nèi)只有核糖體一種細(xì)胞器

B.該病毒的可遺傳變異類型包括基因突變、基因重組

C.HCV 徹底水解可以得到氨基酸、核糖、磷酸和4種含氮堿基

D.抗生素等抗菌劑是治療丙型肝炎常用的藥物

【答案】C

【解析】病毒為非細(xì)胞生物，無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，故選項A 錯誤；丙型肝炎病毒增殖過程中遺傳物質(zhì)RNA 發(fā)生的變異屬于基因突變，而基因重組通常發(fā)生在有性生殖過程中，故選項B 錯誤；丙型肝炎病毒是引起丙肝的病原體，屬于RNA 病毒，由RNA 和蛋白質(zhì)組成，蛋白質(zhì)徹底水解的產(chǎn)物為氨基酸，RNA 徹底水解的產(chǎn)物有6 種：核糖、磷酸、4 種含氮的堿基（A、U、G、C），故選項C 正確；抗生素等抗菌劑具有抑菌或殺菌作用，主要是針對細(xì)菌和放線菌，而對病毒無效。治療病毒感染應(yīng)選用干擾素，干擾素能戰(zhàn)勝多種病毒引起的感染，包括水痘、肝炎和狂犬病等，故選項 D 錯誤。

【例2】丙型肝炎病毒（HCV）是一種RNA 病毒，其侵染肝細(xì)胞的過程如圖2所示。下列敘述錯誤的是（ ）

圖2 丙型肝炎病毒侵染肝細(xì)胞示意圖

A.利用藥物降低肝細(xì)胞膜的流動性，可降低HCV 對肝細(xì)胞的侵染

B.過程②需要DNA 聚合酶參與

C.過程③所需的tRNA 和氨基酸來自肝細(xì)胞

D.HCV 的蛋白質(zhì)外殼需經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工，否則可能沒有識別肝細(xì)胞的功能

【答案】B

【解析】丙型肝炎病毒在機體內(nèi)一旦與肝細(xì)胞表面受體結(jié)合，便會逐漸被細(xì)胞膜包裹并侵入細(xì)胞，即以胞吞的方式進入細(xì)胞，所以過程①與膜的流動性有關(guān)，利用藥物降低肝細(xì)胞膜的流動性，則可降低HCV 對肝細(xì)胞的侵染，故選項 A 正確；DNA 聚合酶參與的是DNA 的復(fù)制過程，而過程②為RNA 的復(fù)制則需要RNA 復(fù)制相關(guān)酶的參與，故選項B 錯誤；病毒侵染肝細(xì)胞后，在細(xì)胞中發(fā)生RNA的復(fù)制和蛋白質(zhì)的合成過程，原料均由肝細(xì)胞提供，故選項 C 正確；HCV 之所以能侵染肝細(xì)胞，與HCV 的蛋白質(zhì)外殼和肝細(xì)胞膜上受體特異性結(jié)合有關(guān)，HCV 的蛋白質(zhì)外殼需經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工、修飾，才具有特異性，故選項 D正確。

2.2 HCV 與人體免疫、健康的聯(lián)系

【例3】丙型肝炎是由丙肝病毒感染引起的疾病，在免疫系統(tǒng)的作用下，約有30%的感染者會自愈，而余下的70%會發(fā)展為不能自愈的慢性肝炎。在慢性肝炎患者體內(nèi)，肝細(xì)胞不斷被免疫細(xì)胞殺死，又不斷再生，長此以往，肝的一部分就會萎縮變硬，發(fā)展為肝硬化。

（1）在此過程中，人體往往是先通過______________________的作用來阻止病毒通過血液循環(huán)擴散，再通過____________________的作用來裂解靶細(xì)胞，使病毒因沒有藏身之所而被________消滅。丙肝病毒的檢測方法目前主要有_______________________________、____________________。

（2）研究人員從丙肝病毒的增殖機制入手研究開發(fā)出治療丙肝的藥物索非布韋，該藥物對丙肝病毒的清除率高達(dá)96%。

圖3 丙肝病毒增殖過程

①肝病毒的增殖機制如圖3 所示，丙肝病毒在機體內(nèi)一旦與肝細(xì)胞表面受體結(jié)合，便會逐漸被細(xì)胞膜包裹并侵入細(xì)胞，丙肝病毒進入細(xì)胞的這一過程是______，該過程具有特異性，體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有的______功能，也體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有______的特點。

②根據(jù)遺傳物質(zhì)單鏈RNA 能否作為翻譯蛋白質(zhì)的模板，可將RNA 病毒分為單鏈+RNA 病毒和單鏈-RNA 病毒，單鏈+RNA 病毒的+RNA 既能作為mRNA 翻譯出蛋白質(zhì)，又能作為模板合成-RNA，再以-RNA 為模板合成子代+RNA。結(jié)合圖3 丙肝病毒增殖過程，可知HCV 屬于__________（填“+RNA 病毒”或“-RNA 病毒”）在宿主細(xì)胞中可與+RNA 發(fā)生堿基互補配對的核酸是___________________。

③索非布韋進入肝細(xì)胞后，可以“偽裝”成尿嘧啶并參與病毒RNA 的合成過程，當(dāng)合成中的RNA 需要連接一個尿嘧啶時，索非布韋就會“冒充”尿嘧啶與之結(jié)合，使反應(yīng)無法進一步進行從而阻止了病毒RNA 的合成。該藥物對人體RNA 的合成不會造成影響，原因是______________________。

（3）有同學(xué)提出用放射性同位素標(biāo)記法分別標(biāo)記HCV 的RNA 和核衣殼蛋白質(zhì)，模仿蔡斯和赫爾希的實驗，能不能證明HCV 的遺傳物質(zhì)是RNA? _____________，理由是___________。

【答案】（1）體液免疫 細(xì)胞免疫 抗體 核酸檢測法 抗體檢測法 （2）①胞吞 控制物質(zhì)進出 一定的流動性 ②+RNA 病毒 -RNA 和tRNA ③人體的RNA 聚合酶可以區(qū)分出索非布韋和尿嘧啶 （3）不能 HCV 的RNA 和核衣殼蛋白質(zhì)是通過胞吞一起進入宿主細(xì)胞的，不便于單獨觀察、分析它們各自的作用

【解析】（1）丙型肝炎是由丙肝病毒感染引起的疾病，在免疫系統(tǒng)的作用下，約有30%的感染者會自愈。在此過程中，體液免疫與細(xì)胞免疫密切配合，人體往往是先通過體液免疫來阻止病毒通過血液循環(huán)而擴散，再通過細(xì)胞免疫來裂解靶細(xì)胞，使病毒沒有藏身之所而被抗體消滅。丙肝病毒的檢測方法目前主要有核酸檢測法和抗體檢測法，這和新冠病毒（SARS-CoV-2）的檢測方法類似。（2）①仔細(xì)觀察圖3 丙肝病毒增殖過程，發(fā)現(xiàn)丙肝病毒在機體內(nèi)一旦與肝細(xì)胞表面受體特異性結(jié)合，便會通過胞吞方式逐漸被細(xì)胞膜包裹并侵入細(xì)胞，體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有控制物質(zhì)進出的功能。②結(jié)合圖3 丙肝病毒增殖過程可知，病毒進入肝細(xì)胞后，將其RNA 釋放到肝細(xì)胞中作為模板，在核糖體上合成蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)會被埋入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜中進行加工?？梢奌CV 單鏈RNA 能作為翻譯蛋白質(zhì)的模板,屬于單鏈+RNA 病毒。2020 年世界流行的新冠病毒也是單鏈+RNA 病毒。在宿主細(xì)胞中可與+RNA發(fā)生堿基互補配對的核酸是-RNA 和tRNA，體現(xiàn)+RNA 既能作為RNA 復(fù)制的模板，又能起到mRNA 的作用。③索非布韋進入肝細(xì)胞后，可以“偽裝”成尿嘧啶并參與病毒RNA 的合成過程，當(dāng)合成中的RNA 需要連接一個尿嘧啶時，索非布韋就會“冒充”尿嘧啶與之結(jié)合，使反應(yīng)無法進一步進行，從而阻止了病毒RNA 的合成。而該藥物對人體RNA 的合成并沒有造成影響，推測可能原因是人體的RNA 聚合酶能夠區(qū)分出索非布韋和尿嘧啶，使索非布韋“偽裝”無效。（3）由于HCV 的RNA 和核衣殼蛋白質(zhì)是通過胞吞一起進入宿主細(xì)胞的，不便于單獨觀察、分析它們各自的作用。這和T2噬菌體侵染大腸桿菌的過程不同，故用放射性同位素標(biāo)記法不能證明HCV 的RNA 和核衣殼蛋白質(zhì)哪一個是遺傳物質(zhì)。

【例4】丙型肝炎病毒（HCV）是一種RNA 病毒，研究者對感染HCV 后細(xì)胞中與HCV 增殖有關(guān)的產(chǎn)物以及細(xì)胞代謝產(chǎn)物進行了測量（如圖4），同時繪制出了HCV 對肝細(xì)胞代謝影響的示意圖（如圖5），“＋”表示該過程強于正常細(xì)胞，“－”表示該過程弱于正常細(xì)胞。

圖4 感染HCV 后細(xì)胞中有關(guān)產(chǎn)物的測量

圖5 HCV 對肝細(xì)胞代謝影響的示意圖

（1）對HCV 患者進行隔離治療，屬于傳染病防治措施中的_________________；對用于治療HCV 患者的醫(yī)療廢品集中處理屬于切斷傳染鏈中的________________。

（2）結(jié)合圖4 中信息用中心法則及其發(fā)展的表達(dá)方式寫出HCV 增殖的過程：______________。

（3）圖5 中物質(zhì)A 為____________________，物質(zhì)B 為_______________。

（4）結(jié)合圖5 可知，感染HCV 后對肝細(xì)胞糖代謝的影響體現(xiàn)在_____。

①葡萄糖徹底氧化分解加強

②葡萄糖轉(zhuǎn)化為脂肪的過程加強

③肝糖原的水解減弱

④肝糖原的合成減弱

⑤糖酵解加強

⑥葡萄糖轉(zhuǎn)化為氨基酸的過程加強

（5）由圖5 推測HCV 的感染會導(dǎo)致脂肪肝（癥狀為甘油三酯在肝細(xì)胞中堆積）的發(fā)病概率______（填“增加”或“降低”）。運用所學(xué)知識結(jié)合圖5 解釋導(dǎo)致這一結(jié)果的原因是___________。

（6）丙肝和乙肝一樣，如果不進行抗病毒治療，最終會從肝炎發(fā)展到肝硬化、肝癌等，危及生命。致癌病毒能夠引起細(xì)胞發(fā)生癌變，主要是因為它們含有病毒_____以及致癌有關(guān)的____序列。它們通過感染人體細(xì)胞后，將其基因組整合進入人的基因組中，從而誘發(fā)人的細(xì)胞癌變。

（7）能否利用HCV 的遺傳物質(zhì)作為基因工程的載體？請說明原因_______________________。

【答案】（1）控制傳染源 傳播途徑

【解析】（1）傳染病防治的三個環(huán)節(jié)為控制傳染源、切斷傳播途徑、保護易感人群。對HCV 患者進行隔離治療，屬于控制傳染源；對用于治療HCV 患者的醫(yī)療廢品集中處理屬于切斷傳播途徑。

（2）通過圖4 分析，感染HCV 后細(xì)胞中與HCV 增殖有關(guān)的產(chǎn)物HCV RNA、HCV 蛋白明顯增加，則HCV增殖過程用中心法則表達(dá)方式可表示為

（3）圖5 為HCV 對肝細(xì)胞代謝影響的示意圖，葡萄糖為細(xì)胞呼吸最常利用的物質(zhì)，HCV 對肝細(xì)胞呼吸等過程產(chǎn)生明顯影響。物質(zhì)A 為細(xì)胞呼吸第一階段產(chǎn)物丙酮酸，物質(zhì)B 為甘油，甘油和脂肪酸將用于甘油三酯的合成。

（4）結(jié)合圖5 可知，感染HCV 后對肝細(xì)胞糖代謝的影響體現(xiàn)在葡萄糖徹底氧化分解（有氧呼吸）減弱；葡萄糖轉(zhuǎn)化為脂肪的過程加強；肝糖原的水解增強；肝糖原的合成減弱；糖酵解（無氧呼吸）加強；葡萄糖轉(zhuǎn)化為氨基酸的過程減弱。

（5）甘油三酯在肝細(xì)胞中堆積會導(dǎo)致脂肪肝。由圖5 推測HCV 的感染會使甘油三酯合成過程加強，脂肪肝的發(fā)病概率將會增加。而甘油三酯和載脂蛋白合成VLDL 的過程卻減弱，導(dǎo)致運出肝臟的甘油三酯減少，從而在肝細(xì)胞中積累，容易引發(fā)脂肪肝。

（6）致癌病毒能夠引起細(xì)胞發(fā)生癌變，主要是因為它們含有病毒癌基因以及致癌有關(guān)的核酸序列。它們感染人體細(xì)胞后，將其基因組整合進入人的基因組中，從而誘發(fā)人的細(xì)胞癌變。

（7）因為基因工程中目的基因為雙鏈DNA 片段，而HCV 的遺傳物質(zhì)為單鏈RNA 片段，兩者結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，目的基因也就無法插入到RNA 片段中。故HCV 的遺傳物質(zhì)不能作為基因工程的載體。

2.3 HCV、HIV、SARS-CoV-2 等病毒相關(guān)生物學(xué)知識的綜合考查

人類健康是高考命題關(guān)注的熱點話題。關(guān)心社會、關(guān)愛生命、崇尚健康文明的生活方式，是中學(xué)生應(yīng)盡的社會責(zé)任。從歷史上的天花病毒流行到流感病毒流行，再到近年來的HCV、HIV、SARS-CoV-2 等病毒流行都嚴(yán)重危害人類健康。它們侵染人體的傳播途徑有所不同，感染人體的部位及細(xì)胞種類不同，所導(dǎo)致的危害也不同。病毒增殖過程中遺傳信息的傳遞類型有差別，致病的機理也不同，在治療上所用的藥物及原理也就不同。感染病毒后，檢測方法目前主要有核酸檢測法和抗體檢測法，在感染的早期和患者康復(fù)后檢測的方法上也有所區(qū)別。以上系列問題都與病毒相關(guān)的生物學(xué)基礎(chǔ)知識密切相關(guān)。筆者建議教師進行病毒專題復(fù)習(xí)時首先進行知識梳理，建構(gòu)好概念圖示（如圖6），這也有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

圖6 病毒概念圖示

自然界中任何一種生物都存在生物多樣性的價值，病毒也不例外。從人體健康角度思考，可把病毒加工研制成相關(guān)的疫苗；從科研價值思考，病毒可用作基因工程的載體、細(xì)胞工程的促融劑、證明核酸是遺傳物質(zhì)的首選實驗材料等。

近年來，隨著《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》的實施和推進，新高考命題特點總體呈現(xiàn)為聚焦關(guān)鍵能力，彰顯時代精神，考查學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。命題取材關(guān)注社會熱點問題和生產(chǎn)、生活真實情境，體現(xiàn)出新材料、新情境、新問題導(dǎo)向和素養(yǎng)立意要求。這類試題往往題在書外，理在書中，具有“高起點，低落點”的特點。通過上述“丙型肝炎病毒”等類似熱點專題的復(fù)習(xí)訓(xùn)練，注重解題經(jīng)驗的積累，學(xué)生就能熟能生巧，不斷提高解題自信，從容應(yīng)試，取得好成績。