第四节 病毒DNA的复制合成
病毒DNA的复制机制由其基因组特征和宿主DNA复制系统共同决定。
一、病毒DNA复制
许多DNA病毒的基因组为双链环状DNA分子，其复制是在细胞核内由宿主细胞的DNA复制系统完成的。不同病毒DNA的复制过程不尽相同，以下介绍乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）复制机制。
1. HBV基因组 HBV-DNA是由两股不等长DNA链构成，含部分双链区的松弛环状DNA（rcDNA，图2-25）：长链L为负链DNA（表3-1，75页），记作（-）DNA，其5'端有共价结合的HBV DNA聚合酶（protein P，POL，有逆转录酶活性，70页）；短链S为正链DNA（表3-1，75页），记作（+）DNA，其5'端有18nt加帽RNA，为前基因组RNA（pgRNA）残留。HBV基因组其他信息及基因产物见第十章（277页）。
图2-25 乙型肝炎病毒rcDNA和cccDNA
2. HBV复制机制 包括吸附、穿入、脱壳、合成、包装释放等环节（图2-26）。
图2-26 乙型肝炎病毒生命周期
（1）HBV感染肝细胞，感染机制尚未完全阐明。研究发现牛磺胆酸钠共转运多肽（NTCP）是HBV受体（也是HDV受体），与L-HBsAg N端的preS1结合后内化，核衣壳（HBV-DNAHBcAg复合物）进入细胞质。肝细胞表面蛋白聚糖所含硫酸乙酰肝素促进HBV附着、内化。
（2）HBcAg的C 端结构域（CTD）含核定位信号，在肝细胞质中被蛋白激酶磷酸化后可募集输入蛋白α亚基，从而介导HBV-DNA-HBcAg通过核孔进入细胞核（第四章，130页）。
（3）HBV-DNA-HBcAg脱去HBcAg，负链5'端HBV DNA聚合酶和正链5'端加帽RNA被切除，由肝细胞DNA聚合酶κ和α、DNA连接酶等催化修补缺口，形成共价闭合环状DNA（cccDNA），进而募集核心组蛋白等，形成微型染色体，可进行不依赖肝细胞染色体的自主复制（图2-25）。
（4）以HBV-DNA负链为模板，在肝细胞RNA聚合酶Ⅱ的催化下合成四种mRNA，其中包括3.5kb的pgRNA。
（5）在内质网合成包膜蛋白（HBsAg）。
（6）在细胞质合成HBcAg（及分泌型HBeAg）、DNA聚合酶（POL）及X蛋白（HBxAg）。
（7）pgRNA和POL被HBcAg包裹形成核衣壳。
（8）合成rcDNA。
（9）在内质网、高尔基体内形成Dane颗粒并释放，同时有HBsAg构成的小球形颗粒和纤维状颗粒形成并释放（第十章，277页）。
3.病毒DNA合成的抑制剂 许多病毒有自己的DNA聚合酶，其中有些是抗病毒药物重要靶点，这类药物主要是核苷类似物，例如阿昔洛韦和拉米夫定。
（1）阿昔洛韦：又称无氧鸟苷，为鸟苷类似物，归类于抗感染药物（XS01A）和化疗药物（XD06）、核苷和核苷酸类全身用抗病毒药（XJ05AB），属于前药（prodrug），被病毒感染的细胞摄取之后，由病毒胸苷激酶（TK）催化磷酸化生成acyclo-GMP，进一步由细胞激酶催化磷酸化生成三磷酸化产物acyclo-GTP，然后通过两种机制抑制病毒DNA合成：①竞争性抑制病毒DNA聚合酶。②掺入病毒DNA，抑制延伸。阿昔洛韦与病毒TK的亲和力是细胞TK的200多倍，因而几乎只杀死感染细胞，可用于治疗单纯疱疹病毒（HSV）、水痘带状疱疹病毒（VZV）等的感染。同类药物还有更昔洛韦。G. Elion和G. Hitchings因为发明阿昔洛韦获得1988年诺贝尔生理学或医学奖。
（2）拉米夫定：为胞苷类似物，归类于核苷及核苷酸类逆转录酶抑制剂（XJ05AF）、艾滋病病毒感染的抗病毒药物（XJ05AR），属于前药，其三磷酸化产物抑制乙型肝炎病毒DNA聚合酶、艾滋病病毒逆转录酶，但也抑制细胞的DNA聚合酶。
二、噬菌体DNA复制
不同噬菌体DNA的复制方式不尽相同，这里仅介绍滚环复制。共价闭合环状DNA复制时有一股链被切断，形成的5'端被甩出，3'端由DNA聚合酶结合，以环状股为模板延伸合成。当3'端延伸合成时，5'端被连续甩出，好像环状模板在滚动，所以这种复制被形象地称为滚环复制（rolling circle replication），属于单向复制。甩出的DNA链有两种状况（图2-27）。
图2-27 滚环复制
1.作为模板指导不连续复制 得到双链DNA串联体（concatemer，又称多联体，是指以基因组为重复单位的串联DNA，或一组基因序列利用重组DNA技术构建的串联DNA），并按照基因组长度切割成可被包装的线性双链DNA，例如λ噬菌体和T4噬菌体。
2.不复制 得到单链DNA串联体，按照基因组长度切割，两端连接成环，得到单链环状DNA，例如ΦX174噬菌体和M13噬菌体。