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人体战场:病毒与疫苗

 昵称BbprGMTQ 2021-03-16

生命是什么?这个问题至今没有确切又科学的答案。

人们只是知道最初的生命起源于有复制能力的分子,在生命漫长的演化过程中,复制,始终是最底层的目的和逻辑。就像我们人类,两性繁殖就是一种复制,我们身体细胞的更新也是一种复制。复制需要原材料,所以人需要进食,进食的需要又生成采集狩猎这种摄取资源的需要,于是有生成适用于摄取资源的各种方式。究其根本,整个人类社会的所有文化和组织方式,其源头也就是复制。

只不过最原始的大分子在演化过程中并不是只走了一条路,动物演化出摄取现成资源的方式,植物演化出通过阳光自行生产的方式,而有的分子则演化出其他的方式,例如病毒。

病毒到底算不算生命?就这个问题都有争议。病毒没有细胞,大体上来说,它只有一段类似染色体的东西,记录着几条基因,以及一个包裹在外的蛋白质外壳。病毒自己没有复制的本事,它混进其他生物细胞,欺骗这些细胞帮它们复制自身。但多数病毒太简陋,它只是粗暴的要求复制自己,而不像生物机体里的其他细胞,在复制自身的时候会注明需要的副本份数,所以病毒一旦开始复制就停不下来,直至撕裂细胞,造成细胞死亡。生物身上死亡的细胞越来越多,健康就会受损。

病毒钻入细胞内部为害,生物体内的免疫力要消灭病毒,就只能把受到入侵的细胞整个消灭掉,所以如果病毒侵袭的细胞过多,免疫系统就会杀死大量细胞,造成器官损伤。于是,如果免疫系统不能及时压制病毒,那么就会造成危及机体生命的器官功能衰竭。2003年的SARS2019年的新冠肺炎,都属于这种情况。

很多人不大在意病菌和病毒的区分,它们其实是完全不同的两种东西。病菌是感染的主要原因,在青霉素发现之前,受伤后的感染是人类的噩梦。可是今天,各种各样的抗生素使我们可以直接杀死病菌。病菌是一种简单的细胞,抗生素可以作用于它的细胞膜、细胞壁、细胞器等等部位,也就是说它的可打击目标很多。相比之下病毒却太简单了,难以找到一种物质精确的作用于它,就像五百米外击中十环很艰难一样。所以直到今天为止,我们基本没有直接针对病毒的药物。本质上,今天人类对付病毒的方式,还是运用最原始的方式——自身的免疫力。

曾经天花是一种致死率极高的疾病,以至于玄烨能够继皇位,其中的一个原因是,他得过天花——因为人们发现得过天花而没有死的人,就不会再得天花了。这是为什么呢?

一般外来物很难进入细胞,细胞自身也有防护。但是细胞也是需要某些外来物进入的,所以就有细胞膜上的识别手段。而病毒进入人体后,会通过蛋白质外壳结构欺骗细胞,让细胞误以为是“合法来客”,得以进入细胞内。进入后,病毒用它的蛋白质特征诱骗核糖体给它复制蛋白质外壳,又通过别的方式诱骗RNA复制,然后再将两者组装,一个新病毒就出现了。

我们的身体在第一个病毒入侵的时候,就启动了免疫系统。免疫系统有很多种细胞,首先是巨噬细胞。巨噬细胞可以吃掉进入我们身体的任何外来物——灰尘、死亡的细胞、癌变的细胞、细菌、病毒等等。巨噬细胞还有一个重要的工作,它把病毒切碎以后,从这些碎片里挑出一个最具代表性的样本,然后顶在头上——就像汽车的车标,然后游走到淋巴结。淋巴结里常驻着一种免疫细胞叫T淋巴细胞,巨噬细胞带着病毒样本与T淋巴细胞对照,一旦对上合适的T淋巴细胞,这个细胞就会被激活,大量繁殖,形成一支专门针对这种病毒的免疫细胞大军,这支大军主要有两支部队,一支叫杀伤淋巴细胞,一支叫辅助淋巴细胞。

杀伤淋巴细胞可以识别遭到病毒入侵的细胞,并把患病细胞消灭掉。

辅助淋巴细胞通过B淋巴细胞——B淋巴细胞的功能是识别外来入侵物——核实病毒身份,然后产生针对性极强的浆细胞——这就是抗体,而被识别的蛋白质特则就叫做抗原。浆细胞的功能是附着在病毒的蛋白质外壳上,改变病毒蛋白质外壳特征,使得病毒无法再骗开细胞的大门。就这样,病毒无法入侵细胞,也就无法复制自己,也就被消灭一个少一个。

消灭病毒后,这支军队就会解散,但是会留下一小部分,包括T淋巴细胞和B淋巴细胞。这样当下一次这种病毒再次入侵的时候,免疫系统就能迅速反应,这也就是为什么得过天花的人不会再得天花的原因,因为反应迅速的免疫系统,在病毒导致症状之前,就已经把病毒消灭了。

当然,免疫系统是一套庞大而复杂的工程,远比以上所说的复杂得多。很多时候在我们尚未感觉到的时候,病毒已经被清除。有的时候,免疫系统需要时间,例如感冒症状大致需要一到两周时间。另外,虽然我们总说增强免疫力,但事实上免疫反应却不是越强大越好,它也有个正常的幅度,过大就会造成问题,例如过敏现象本质上就是对某种物质免疫反应过大造成的。

关于病毒和免疫系统就说这么多,那么什么是疫苗呢?疫苗就是具有某种病毒的蛋白质特征的——也就是抗原——而又不会导致人生病的物质。

人类最早的疫苗就是牛痘,是用来消灭天花的疫苗。不过牛痘利用的是天然病毒的近似抗原,可以说具有相当高的偶然性,就像买彩票中了头奖,是不具备可复制性的特例。后来的人工疫苗,是使用巴斯德灭菌法,通过加热、脱水、氧化、迭代培养等一系列方式处理病毒,让病毒的毒性减弱,从而达到不会让人生病,却能激发免疫反应的方法。再后来这种方式有了些改进,即利用病毒残片作为特则激发免疫反应——而不是整个病毒。到了1980年代以后,基因工程的出现,使得人们可以不用再培养病毒,然后分离致病部分和它的外壳,而只需要制造病毒的蛋白质外壳,也就是它的特征,也就是抗原就可以了。其方式的原理很简单,一是控制生产病毒表面抗原的基因,二是找一个代理生产物,让它按照这个基因的指令生产抗原。

基因工程首先分析病毒基因组,鉴定出合成病毒表面抗原的那段基因,然后找到合适的宿主,例如酵母菌,对宿主进行基因编辑——把那段病毒基因“剪”下来,植入宿主细胞内。

基因工程同时为疫苗带来一种新思路。传统疫苗基本属于“体液免疫”,它无法进入细胞内部,只能清除漂浮在人体体液中的病毒,而对于进入细胞内的病毒,就另一方方式,即“细胞免疫”采取连细胞一起杀死的方式,这种方式可能带来很大的副作用,所以需要在较快的时间里清除病毒,因为时间越久副作用越大。但是只有少数几种传统疫苗能有限的激活细胞免疫。

基因工程就为疫苗带来新思路——让抗体钻进细胞——实现强劲的细胞免疫。一种方式是用可以进入细胞的病毒或病菌做载体,做载体的微生物进行基因处理,让它失去致病能力,同时又能带着抗原进入细胞,这样明显的标记可以有针对性的扑杀致病细菌。这种方式叫做载体技术。再后来的研究发现,可能连载体都省了,有些类型的基因片段可以自己钻入人体细胞,这种类型的疫苗叫基因疫苗。

基因工程产生一种新的疫苗研究方法——逆向疫苗学。如果研究某种病毒的疫苗,首先破译这种病毒的基因组,截取致病基因片段,植入宿主细胞,生产特征蛋白质,再把蛋白质注射入实验动物,产生抗体。再用抗体攻击研究的病毒,如果有效,那么这种抗体就是制造疫苗的种子。有了基因技术,人们还探索了别的可能。例如把多种基因组合在一种疫苗里,这样注射一种疫苗就可以防疫几种疾病,这样恰当的组合也是一种研究方向。

基因技术的问题在于太过新颖,安全检测的时间不够,技术要求高,相关的设施设备还在使用发明中,也没有现成的生产设备,尤其是基因疫苗,几乎完全要从零开始。而且,药物是给病人用的,而疫苗是给健康人的,有的慢性毒性需要长时间才能发现。所以,传统上新疫苗的开发周期一般在十到十五年。

新冠肺炎和SARS都属于冠状病毒,在SARS之前,传统的冠状病毒只能引发感冒的轻微症状,所以人类从来没有研究过冠状病毒疫苗,2003SARS爆发后才开始研发。后来由于SARS致病特征的猛烈性,使得感染者能够尽快被发现,所以几个月后疫情得以平息,自然界的SARS病毒被基本消灭,疫苗的研究也就转向了其他更加紧迫的方向。这次新冠肺炎疫情,人类关于冠状病毒疫苗的研究仅有SARA和中东呼吸综合征,疫苗研究困难,知识积累不足是一大原因。

新冠病毒也有自己的特征,它能给自己的蛋白质外壳上增加一种附加成分,聚糖。本来为免疫系统产生的抗体都有三维结构的特征,可以与病毒外壳上的某个三维结构准确镶嵌,从而达到确认病毒的目的。但是,如果病毒外壳上有太多的聚糖,就可能使得抗体无法完成镶嵌,也就识别不出病毒来。而这些聚糖只是附加物,它的位置和形状随时会变动。这样就令识别更加困难。冠状病毒疫苗研究的困难,与聚糖干扰有很大的关系。另外新冠病毒是RNA病毒,这种病毒的变异很快,理论上来说几个月就有可能变异出新的株型。

目前全球大约有一百多种新冠疫苗项目正在进行中。中国康希诺公司采取的是病毒载体技术,使用的载体是腺病毒。法国巴斯德研究院采取的也是载体技术,利用的是麻疹疫苗。美国麻省的摩登那药业研究的是针对新冠的基因疫苗。


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