当病毒入侵人体

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当病毒入侵人体

·方舟子·

如果我们把人体当成一个国家,它所处的并不是一个非常和平的国际环境。周围到处是病毒、细菌、真菌、原生动物……各种有可能让人生病的病原体随时准备入侵人体掠夺人体里的资源。为了保护人体的安全,人体建造了一道屏障——皮肤——将自己与周围环境隔离开,就像是在国境上建了一座长城。但是,正如长城偶尔会被攻破,皮肤也会因为创伤而让病原体乘虚而入。而且,正如长城没有把整个国家都围起来,人体外表也并不是完全都由皮肤保护,为了能与外界有物质交换——呼吸、摄食、排泄……有些部位有开口,或只有比皮肤更脆弱的黏膜,例如呼吸道,病原体很容易从这些部位进入人体。

因此,想一直御敌人于国门之外是不现实的,人体还需要有抵御敌人入侵的第二道防线。它们是人体的巡逻兵,主要是一些白细胞,特别是中性粒细胞,随着血液循环在人体各处巡逻,随时发现、消灭入侵之敌。这些入侵细胞或血液的敌人——微生物——都很小、很不起眼,这些巡逻兵怎么知道它们遇到的是敌人而不是自身的细胞呢?病毒、细菌、真菌、原生动物的表面都有特殊的生物化学成分(例如病毒表面的糖蛋白,病毒里面的双链RNA,细菌细胞壁上的肽聚糖、脂肽),这些成分是人体细胞没有的,白细胞表面上有特殊的蛋白质(受体)能识别这些成分,一旦它们发现遇到的小东西表面上有这些成分,就像见到了穿着不同军服的人,就知道遇上敌人了。

巡逻兵发现敌人后,立即行动起来。它们释放细胞因子,让敌人周围的组织发生炎症,相当于建了围墙围堵敌人不让其扩散。同时,它们释放出信号,把巡逻部队都召集过来一起杀敌。怎么杀呢?最主要的方法是把敌人“吃掉”——把病原体吞噬到细胞里,将它们“消化”掉。它们还有别的杀敌方法,例如“投毒”——释放干扰素阻止病毒的复制。

这个反应非常迅速,而且广谱,不管遇到什么样的敌人,都用同样的方式对付。这是人与生具来的免疫方法,所以叫天生免疫。但是老是这么干,就很容易被敌人发现弱点,进化出对付它的办法。在长期的你死我活的较量过程中,能够成功入侵人体的病原体都已掌握了一两种对付巡逻兵的小窍门,例如让自己隐身,不容易被巡逻兵发现。等到被发现的时候,病原体已经大量繁殖,一时半会儿杀不完了。

所以光靠中性粒细胞这些巡逻兵往往是没法歼灭敌人的,它们还必须去请救兵,主要是向淋巴细胞求援。淋巴细胞有几种,其中有一种是自然杀手细胞,这是非常凶狠的杀手,遇到细胞就杀,除非细胞穿着我军“制服”(细胞表面上特殊的抗原——“主要组织相容性复合物”),因为没有穿着我军制服意味着是入侵的敌人,或者是已经被敌人入侵、征服的我军,都该被杀。甚至,我军并没有被敌人入侵,但是叛变了——发生癌变,这时候也不穿制服,也会被自然杀手细胞杀死,所以它还有抗癌的作用。

但是自然杀手细胞虽然凶猛,和中性粒细胞一样效率不高。所以更重要的是,要请求淋巴细胞派出特种兵。特种兵需要针对特定的病原体做特殊训练,这种免疫不是先天具有的,所以叫适应性免疫。特种兵有两支部队,一支在胸腺做新兵训练,叫T细胞(T是胸腺(thymus)的缩写),一支平时驻扎在脾脏和淋巴结,叫B细胞。白细胞首先找的是T细胞。为了让T细胞知道敌人长什么,以便它们能精准地杀敌,白细胞要把敌人的特征交给T细胞:白细胞在吃了病原体之后,会留下一部分“尸体”——抗原片段,把它作为敌人的特征证据交给T细胞部队。T细胞部队根据这个特征,大量地克隆针对它的T细胞准备去杀死它。这些杀手T细胞的杀敌方式简单粗暴,是把已被病毒入侵的细胞“赐死”,细胞死了,病毒也就没法复制了。为了避免健康的细胞也被“赐死”,T细胞部队在派出杀手T细胞之前要对它们做严格的训练,最终只有1%的杀手T细胞通过了训练被派出去,剩下的没能通过训练的杀手T细胞全都自杀。

杀手T细胞只能杀死细胞内的病毒,在细胞外游荡的病毒、病菌怎么办呢?这就要靠B细胞了。T细胞部队在派出杀手T细胞去杀敌的同时,还会派出助手T细胞去通知B细胞部队敌人来了。B细胞比T细胞更厉害,它不是通过让细胞自杀的方式间接杀死病毒,而是可以制造抗体直接杀死病毒。

抗体是一种蛋白质,形状像一个Y字形的叉子。这个叉子的开口处的氨基酸有不同的组合,每一种组合就是一种抗体,不同组合的叉子开口形状略有差异,能与不同的抗原结合。人体里已经预存了一百亿种不同的抗体,把一生中可能遇到的所有抗原全都囊括了。B细胞接到抗原片段后,拿预存的抗体去匹配,哪一种抗体与抗原结合得最好,就大量地克隆这种抗体。抗体杀病原体的效率取决于它针对的抗原在病原体上的位置。例如,冠状病毒表面上有S蛋白,这是它们打开细胞上的“锁”入侵细胞的“钥匙”。如果抗原片段刚好在S蛋白上,抗体跟它结合,就像用橡皮泥粘住了钥匙,病毒开不了锁,入侵不了细胞,就失去了毒性,这种抗体就叫中和抗体,是消灭病毒的高效方式。但是如果抗原片段在病毒外壳蛋白上,抗体与之结合就不能让它失去毒性,还需要调动别的细胞来杀死它,效率就比较低。

抗体有好几种不同的类型,它们的功能有所不同。B细胞接到抗原报告后一开始生产IgM抗体,在被感染几天后就开始生产,但是IgM的半衰期也短,只有几天,所以在感染两周之后IgM基本就没有了。另一种抗体IgG比较晚生产,但是数量多,而且半衰期长达3周,很快取代IgM成为消灭病原体最主要的抗体。

在把病原体消灭干净以后,人体的特种兵并不掉以轻心,在一段时间内仍然会继续产生针对它的IgG抗体,在血液里循环、巡逻,保护身体不会立即再度被同一种病原体入侵。抗体会继续生产多长时间,因人、因病原体而异,有的几个月,有的几年。所以如果一个人被病原体感染后即使没有症状,也还有可能在一段时间血液里都有针对它的抗体,通过检测抗体可以知道他被感染过。

即使抗体不再生产了,人体并非就对这种病原体没有免疫力了,因为免疫系统还有一种奇特的方式来保留对它的“记忆”。针对这种病原体的杀手T细胞,效率最高的会转变成记忆T细胞;携带针对这种病原体的中和抗体的B细胞有的也会转变成记忆B细胞,这样,同一种病原体如果再次入侵人体,由于淋巴细胞有了关于它的“记忆”,不用再走复杂的审批程序,会迅速制造针对它的杀手T细胞和中和抗体,立即将它消灭,特别是中和抗体,能在病毒入侵细胞之前就将其消灭,是更高效的预防再度感染的手段。所以同一种病原体的第二次入侵,往往还来不及对身体造成伤害就以快速失败告终,人体甚至没有觉得被感染。这种“记忆”能够持续多久,要看是针对什么样的病原体,有的只能持续几个月,有的能持续终身。

但是,经由感染病原体来获得针对它的“记忆”毕竟是一件很痛苦的事,而且风险也很大,有可能先被病原体打败、死亡了,即使最终打败了病原体,由于在作战过程中杀敌一千自损五百,对身体的伤害也很大。于是人们想到了一种几乎是零风险又没有什么痛苦、伤害的方法,使用死掉的病原体或者病原体的抗原片段,来刺激人体免疫系统产生对这种病原体的记忆,疫苗因此诞生。

2020.8.11.

(《科学世界》2020.9)

(XYS20200911)

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