Q:病*是什么?
A:病*与细菌不是一样事物,但与细菌一样,都是非常常见的致病体,分布于几乎所有地方。病*的直径从20纳米至纳米(0.毫米至0.毫米)不等,是细菌直径的分之一,也是人体细胞平均直径的0分之一。如果把人体的细胞比作篮球的话,病*的大小就和针尖一样大小(参考Figure1)
Figure1
左始依次为艾滋病*(HIV)、大肠杆菌(E.coli)、红细胞、淋巴细胞。图中可以看到,与人体细胞相比艾滋病*已经被缩小成了一个点。
细菌感染人体的时候,因为其相对体积较大,不易进入细胞内部,故其一般是从外部侵蚀细胞,从而致病。然而病*感染人体的时候,因其体积较小,会进入人体细胞,在人体细胞内部使用细胞内的物质增殖,最终破坏细胞放出成千上万的病*再去感染下一批细胞。打个比方,如果把人体细胞比作苹果,细菌就是大青虫,从苹果皮开始把苹果吃掉;而病*则是小蛀虫,在果皮上开个洞进入苹果内部,从内部把果肉吃干净,并且在果肉里面产卵繁殖,最后剖开苹果以后果肉不见了,取而代之的只有一群新的小蛀虫(参考Figure2、3)。
Figure2
细菌感染示意图。绿色为细菌,红色为人体中的红细胞。细菌并不会进入细胞内部造成感染。
Figure3
病*感染示意图。可以看到病*从内部侵蚀细胞,最终破坏细胞外膜释放新一代病*。Q:病*是哪里来的?它又是怎么造成感染的呢?
A:病*的结构很简单,只有一串遗传信息和包裹遗传信息的一层或多层蛋白质壳,而人体细胞则比它高级、复杂很多(参考Figure4)。病*的起源众说纷纭,目前比较流行的三种说法是:
1.先有的病*再有的其他生命,病*是生命的起源;
2.病*是其他细胞断裂出来的碎片;
3.病*是由细菌细胞退化而来的。无论哪种说法是对的,可以肯定的是病*在生命诞生初期就已经出现并且发展壮大,而且可以感染包括细菌、真菌、古细菌、动物、植物等在内已知的所有生物种类。(Madiganetal.,)
Figure4
病*和动物细胞结构的比较图,可以看出动物细胞结构要比病*复杂许多。同时,病*的遗传物质只有一层薄薄的外壳包裹,易受外力损坏;而动物细胞的遗传物质则被牢牢地包裹在许多层结构的内部,不易受外界影响。
大名鼎鼎的艾滋病就是由人类免疫缺陷病*(艾滋病*、Humanimmunodeficiencyvirus、HIV)引起的。这种病*选择性地入侵人体免疫细胞,最终导致人体免疫系统瘫痪,造成艾滋病。HIV的历史并没有人们想象的那么短。相同类型的病*,猴免疫缺陷病*(SIV)已经存在了数万年,非洲的大猩猩和狒狒等灵长类动物几乎都携带此病*(Worobeyetal.,)。但是由于长期感染的原因,SIV病*已经不会对非洲灵长类产生危害病征,也不会缩短宿主寿命,可以说它们已经进化出了对SIV的天生免疫力。一般来说这种病*的宿主只有猴类,对人类没有感染能力,不能在人体细胞内部繁殖。艾滋病*则是从SIV之中进化出来的。某种SIV突变出能感染人类细胞的能力,并且在各种机缘巧合下(很可能是由于食用猴肉)进入人体。而人类则没有接触过这种病*,因而并没有任何天生抵抗力。所以这种在猴体内人畜无害的病*就会在人体内肆虐,造成非常严重的感染症。这次新型冠状病*(COVID-19)也很可能是与艾滋病*一样天然存在于诸如蝙蝠之类的野生动物体内,突变出了感染人类的能力,并且因种种机缘巧合下(食用或是亲密接触)进入人体,而人体却没有见过这种病*,引起严重的感染症。绝大多数病*并不是只能感染单一的器官,基本上只要是人体细胞都来者不拒。但是很多病*自身特化了对某种器官的感染力,导致其“更容易”进入、感染某个器官。比如说可以造成严重腹泻与呕吐的诺如病*就偏好感染肠道,流感病*则喜好呼吸道所以容易引起咳嗽、气管炎等症状。值得注意的是,病*是“喜好”某种器官,而不是只能感染某种器官。因此诺如病*也有可能在引起腹泻的同时引起呼吸道感染,流感病*也有较小几率可以引起心脏病与腹泻等症状。上述艾滋病*在感染初期很多感染者都会有咳嗽、喉咙肿痛等呼吸道感染症状,或是腹泻等消化系统感染症状;这次的新型冠状病*也会导致一部分感染者出现腹泻、恶心等消化系统感染症状。
Q:免疫系统是什么?免疫系统又是如何消灭病*感染的?
A:人体免疫系统由巨噬细胞(吞噬细胞)、胸腺细胞(T细胞)、自然杀伤细胞(NK细胞)、骨髓细胞(B细胞)等组成,这些细胞常被称为白细胞或淋巴细胞。巨噬细胞可以吞噬进入人体还未造成感染的少量病*,因此很多人就算短时间内与流感病人接触或是进入感冒病人房间内也不会感冒(参考Figure5)。
Figure5
巨噬细胞吞噬病*,并将病*杀死后分解。
还有一种非常重要的细胞就是上文所述的自然杀伤细胞(NK细胞)。它最主要的功能是使细胞死亡分解。它们在平常是负责使老旧或损坏的细胞自然死亡,以新细胞替换旧细胞,保持人体机能正常。它们还有一个重要的功能就是杀死癌细胞。正常人体内每天都会自然产生0个左右的癌细胞,然而不是每个人都患有癌症,这就归功于NK细胞。它们在人体中巡逻,发现癌细胞以后就会将其在繁殖之前杀死,以免造成癌症(参考Figure6)。癌症得病率在中老年人中有所上升也是因为中老年人免疫系统衰弱,NK细胞数量减少,无法及时杀死疯狂分裂的癌细胞,导致癌细胞数量不受控制,引发癌症。近年来新开发,并在日本等多个国家投入使用的癌症疗法“免疫细胞疗法”也正是利用了人体自身的免疫细胞。通过这种最新的治疗方法可以提高人体内部NK细胞以及其他免疫细胞的数量,可以达到放疗化疗等传统疗法所达不到的良好效果。
Figure6
自然杀伤细胞正在杀死已经癌变的肿瘤细胞。左为自然杀伤细胞的一种(杀伤性T细胞),又为癌细胞。
在病*感染时,NK细胞也起到了至关重要的作用。如果病*已经感染了人体的话,光是吞噬细胞已经不起作用了。如上文所述,病*感染后病*是由内而外地侵蚀细胞,已经感染的病*在细胞内,无法直接杀死。这时,负责杀死细胞的NK细胞就会破坏已经感染的细胞,使其中的病*释放出来,再由B细胞(此时是浆细胞)释放的抗体杀死。这个过程会使许多已感染的细胞死亡,造成器官损伤,故表现为炎症等症状。由于人体绝大多数细胞是可替换的,所以很多伤害是可逆的,因此感染后的器官(如肺、肠等)会渐渐恢复原有机能。而参与过的B细胞有一部分会变为记忆细胞,一直存在于人体之内。只要人体再次受同样的病*入侵,它们就会立刻做出激烈反应,将感染消灭在萌芽之中。也因此国家才会号召已经治愈的新型冠状病*患者献血,血液中的记忆细胞会帮助未治愈的患者快速恢复。
Q:新型冠状病*会不会直接攻击人体免疫细胞?
A:新型冠状病*之所以被称为“肺炎病*”是因为它特别喜欢感染以肺部为首的呼吸器官。如上一节所说,病*可以感染多种细胞,其中当然也包括免疫细胞。新型冠状病*则除了引起肺炎之外也可引起诸如腹泻等症状,证明其也可以感染消化系统。而如果说他有没有能力感染免疫细胞的话,答案是理论上是可行的。但是这种病*与艾滋病*不一样,它没有辅助病*进入胸腺细胞的基因,所以他感染免疫系统的能力和流感病*没有什么区别,因此就像普通的感冒发烧不会让人的免疫系统瘫痪一样,新型冠状病*也不会引起免疫系统的瘫痪。
Q:为何一直说新型冠状病*没有特效药?
A:如上文所述,病*是进入细胞内部进行侵蚀的,而存活的人体细胞的最外层,细胞膜具有选择通过性,就是说水、二氧化碳等物质可以自由进入细胞,但药物的有效物质的分子较大,一般来说不易进入活细胞。因此很多药物对病*性感染其实是毫无作用的,因此这次新型冠状病*也报道需自身免疫力恢复。对抗这次疫情,其实最重要的是提高自身免疫力。新型冠状病*是一种RNA病*,即此病*的遗传物质为RNA,而包括人类的所有生物以及一部分病*(病*属不属于生物一直没有定论)的遗传物质则为DNA,要想在人体内部增殖,病*必须先把自己的遗传信息RNA转换成DNA。这里就用到了冠状病*致病的一个工具,反转录酶(逆转录酶)。反转录酶就像是一个转换器,可以把病*内的RNA转换成人体所承认的DNA,混入人体本身的DNA之中,进而蚕食人体细胞内部资源让病*增殖并且摧毁细胞。就好比一个拿着美元的商人(病*),进了一家中国的超市(人体细胞),想把里面所有的东西(细胞内的物质)都买空。这时反转录酶就像是美元兑人民币的兑换所一样,可以把商人手上的美元(RNA)换成超市收的钱,人民币(DNA),从而把超市里面的东西都搬空(破坏细胞)。因此我们对付病*感染的时候,可以把兑换所拆除,即让逆转录酶失效,这时商人就没法用手上的美元购买超市的东西了,换言之就是病*就无法利用人体细胞增殖了,从而达到抑制病*的效果。而能让反转录酶失效的就是反转录酶抑制剂。这次在泰国成功的实验就是利用了这种药物(原本是用来治疗艾滋病的),使得病人体内病*大幅减少从而达到迅速恢复的效果,可以说是一种特效药了。但是这个药作用于全身,有副作用,所以推广需要谨慎行事。此外这次美国药物瑞德西韦则是一种直接抑制RNA复制的药物,就是说把商人手上的美元来源停了,病*自然也就不能继续感染了。
Q:病*为什么会变异?新型冠状病*也会变异吗?
A:基因变异是生物的正常现象也是进化的原动力。遗传信息在自我复制的时候有很小的几率出错,因此产生不同形状以及不同结构的后代。孩子长得不像父母就有可能是基因突变的结果,而一个新物种的产生则一定是基因突变的结果。这个过程从生命诞生一开始就在不停得持续着,拥有遗传信息的病*也不例外。人类以及所有的真核生物(包括动植物以及真菌)的遗传信息(DNA)都很稳定,不容易出现突变;而病*的DNA或RNA则暴露在外没有保护,因此较易产生突变。RNA病*的遗传物质RNA结构比刚才所说的DNA要简单,不稳定,因此特别容易变异,产生新种病*(参考Figure4、7)。艾滋病*就容易在病人体内产生变异,进而产生有耐药性的新品种,往往在接受治疗后艾滋病人体内的病*容易变为很多种耐药病*,因此需要定期换药。新型冠状病*也是RNA病*,所以理论上变异率和艾滋病*是差不多高的,很可能现在就已经出现了很多种病*了,且今后很有可能出现耐药性品种。因此我们这次抗击新型冠状病*最重要的除了少接触以外,就是作息规律,增强自身免疫力,让病*无从下手。
Figure7
左为人类以及其他生物的遗传物质DNA,是双链螺旋结构,右为包括艾滋病*与新型冠状病*在内的部分病*的遗传物质RNA,是单链结构。双链结构的DNA受到损伤后只要留有一边的信息还在就可修复,而单链的RNA受到伤害了以后无法修复,只能“将错就错”,产生突变,所以其稳定性大不如DNA。
参考文献
[1]Madigan,M.T.,Bender,K.S.,Buckley,D.H.,Sattley,W.M.,andStahl,D.A.().Brockbiologyofmicroorganisms.
[2]Worobey,M.,Telfer,P.,Souquière,S.,Hunter,M.,Coleman,C.A.,Metzger,M.J.,Reed,P.,Makuwa,M.,Hearn,G.,Honarvar,S.,Roques,P.,Apetrei,C.,Kazanji,M.,andMarx,P.A.().IslandBiogeographyRevealstheDeepHistoryofSIV.,-.
Maria:旅日华侨、北外日语毕业、北海道大学硕士毕业、资深定制游创始人、资深日本房地产/投资移民行业专家、酒店/民宿经营者、精通四国语言()
日本投资、房地产业务顾问
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