病毒与人类的战争: 人类守望者
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病毒与人类的战争: 人类守望者

2020年02月21日 07:00:00
来源:科学大院

如果你对病毒的故事充满好奇,你第一件想要知道的事情一定是病毒如何生活,如何入侵,以及入侵之后人体是如何生病的,还有新冠肺炎究竟是怎样一回事。但是坦白地讲,这些我都不想写。

我们从诞生到学语,从上学到上班,从恋爱到生娃乃至老病,每一天都活在无法计数的病原体的包围中。随便一点空气、水和食物,其中所蕴含的微小生物都已经不可胜计。它们拼命地想要从人体这个有机体中获取哪怕一分一毫的食物。因此,这些入侵者们的故事其实并不稀奇,毕竟每种生物都在为了活着而不择手段。这样一来,人的免疫系统根本无法完全对抗那些快速改变自己以求存活的病原体。

(图片来源:veer图库)

在古代,人们面对病原入侵只能依赖免疫系统这套新手套装。因此面对烈性的传染病无论是鼠疫、天花还是疟疾,如果做不到完全隔离,那么最后的结局就只能全城死光。詹纳医生开创的疫苗方法是人类第一个被验证有效的、大规模应用的对抗病原入侵的科学方法。随着科学的发展,越来越多的新型武器被开发了出来,人类升级了自身的装备,在对抗病原入侵的时候能够更加得心应手了。下面我们就来认识一下这些对抗病毒的人工超级武器。

疫苗:演习的蓝军

上次的文章中,我们已经对疫苗的起源故事进行了介绍。病毒都能够刺激免疫系统产生相应的抗体,这些抗体能够抓获并最终清除病毒。而且人体的免疫系统还能够利用一些记忆细胞来记住这些病毒的特征,如果它们再次入侵,那么就会快速引起免疫系统爆发式的抗体生产,对这些入侵者猛烈进攻然后一波带走。因此,只需要制造一些跟病原体相似但不会引起发病的灭活或减毒病毒,它们进入人体之后扮演了“演习蓝军”的角色,让免疫系统记住病原的特征。等到遇上了真正的敌人,免疫系统就可以轻车熟路地闪电出击,消灭它们。

(图片来源:veer图库)

疫苗以及抗体最直接的优点就是“物美价廉”,一旦研制成功,可以以较低成本为公众提供非常有效的保护。各类病原体疫苗的研发都是莫大的人类福祉。举例来说,新生儿所接种的各类疫苗,不但大大降低了新生儿死亡率,也在根本上保护了所有易感人群,使得很多疾病都得到了有效控制。例如笔者小时候生活在农村,还有见过小儿麻痹或流行性腮腺炎的患者,现在已经非常罕见了(手动暴露年龄)。

因此,针对各种传染病,我们克服它的最终目标就是针对其生产有效的疫苗。但是,研制疫苗并非一件容易的事情。疫苗研制需要寻找合适的灭活病原或者减毒病原,既要保证这些物质足够地“像“病原,从而能够引起人的免疫记忆,又要保证它们不”是“病原,才能够保证它们对人体无害。这个平衡点如果拿捏不好,是非常危险的,要么疫苗无效,要么疫苗本身成了病原。想当年美国的脊髓灰质炎疫苗研发过程中就出现了疫苗减毒不彻底导致接种的患者死亡的案例。所以疫苗的研发要经过反复的试验和调整,上市要经过严格的临床检验,这就使得疫苗的研发周期变得很长。

病毒有两种,一种称为DNA病毒,一种称为RNA病毒。前面我们提到,人体的免疫记忆是靠记住病原体特征来发挥作用的,而DNA是比较稳定的物质,病毒在人体中繁殖的时候不容易出现突变,因此它的特征不容易改变。因此当免疫系统记住了DNA病毒疫苗里的病毒特征之后,能够长时间地轻易认出并清除他们。

(图片来源:veer图库)

但是,RNA病毒是会“易容术“的。RNA病毒在繁殖过程中会出现许多错配和重组,不断改变自己的特征,就好像给自己涂了迷彩,骗过了免疫系统,使免疫系统捉摸不透它的特征。而疫苗研发需要精确把握病毒的关键特征,因此RNA病毒的疫苗研发更为困难。不幸的是,很多令人类非常头疼的病毒都是RNA病毒,例如SARS病毒和这次的2019-CoV,以及埃博拉病毒、流感病毒、乙脑病毒和人免疫缺陷病毒。举例来说,得过水痘的人终生不会再得水痘,但得过流感的人,下一年仍有可能得流感。这是因为水痘是DNA病毒引起的疾病,而流感是RNA病毒引起的疾病。一年之内,流感病毒就已经变得面目全非,你的免疫系统已经不认识它了,因此就会再次得病。所以依赖于人体免疫系统的疫苗自然也就很难有效了。

抗病毒药物:迎难而上

上文我们说到,有些病毒具有很强的免疫逃逸能力,所以疫苗的研发会有困难。因此我们想到,能不能研发直接对抗病毒的物质呢?

1929年,弗莱明发现了人类第一个抗生素——青霉素。后来人们逐渐发现了更多的抗生素,并且知道了这些抗生素并非是通过激活免疫系统,而是直接针对细菌的生命活动过程进行破坏,从而杀灭细菌的。如果把免疫系统比作盾,那么抗生素就是矛,让人们在对抗细菌感染时有了主动进攻的武器。受此启发,人们也希望能够研发一类直接对抗病毒的化学物质帮助人体对抗病毒。这些物质就是抗病毒药物。

常见抗病毒药物的机理与抗生素的作用机理在原则上是一样的,就是针对病毒活动的某个特定过程进行抑制,从而抑制病毒活动。例如最近大家听到比较多的奥司他韦,其作用原理是不让病毒从宿主细胞里溜出去;再比如利巴韦林,其功能是阻止病毒的核酸复制,从而控制病毒的繁殖。

抗HIV药物靶点(图片来源:http://jerryljw.blogspot.com/ )

与疫苗相比,抗病毒药物的优势在于,疫苗更多只能做预防,而抗病毒药物可以做治疗;而且对于RNA病毒来说,目前来看抗病毒药物比疫苗更靠谱一些。但是,抗病毒药物的研发仍然要面临很大的困难。

抗细菌的药物抗生素针对的是比病毒大好多倍而且具有细胞结构的细菌,体内有非常复杂的生理活动,很多生理活动过程可以作为靶点来设计抗生素。所以抗生素们有的抑制DNA合成、有的抑制转录、有的抑制细胞壁合成、有的阻止细胞分裂,机理不一而足。而病毒的情况则不同,对于多数RNA病毒来说,它的生理活动就只有入侵细胞——复制复制复制——离开细胞这样简单的循环,留给研发人员的舞台太小了,老虎吃天无从下口。

即便找到了合适的靶点进行药物设计,得到的药物仍然要面临耐药性的考验。耐药性是我们常听到的一个词,主要原理是病原微生物由于自身突变,偶然获得了对抗药物的能力,而且没有获得对抗药物能力的微生物被药物杀死之后,留下了空间,使得耐药的微生物大量繁殖。

因此我们常说,抗生素不能滥用,因为一旦一种细菌获得了某种抗生素的耐药性,他就会因为获得了选择优势而成为优势种;如果长期滥用,细菌会慢慢积累起针对各种抗生素的耐药性,就会成为“超级细菌“,各种抗生素都伤它不得,一旦出现很难消灭。

微生物的耐药性(图片来源:煎蛋网)

细菌的耐药性尚且不可小觑,就更不用说比细菌小的多的病毒了,尤其是本来就有着超强变异能力的RNA病毒。前面提到,RNA病毒在复制的时候会产生非常多的错误和重组,这可不是因为它粗心,而是因为这些错误可以给它带来非常快速的突变,只要有一种突变可以逃过抗病毒药物,那么它就能够活下来。这其实也印证了开头的那句话:每种生物都在为了活着而不择手段。这样一来,许多抗病毒药物基本都是只能压制病毒(尤其是RNA病毒)的活动,无法完全杀死或消灭病毒。所以有效的抗病毒药物的研发也不是一件容易的事。

所以在治疗病毒感染的时候,人们会同时使用多种抗病毒药物,有点类似于某著名武器“要你命3000”,这样可以减小病毒逃脱药物的概率(因为理论上来说只有同时获得所有药物的抗药性的病毒才能逃脱,概率是很低的)。例如艾滋病治疗中著名的“鸡尾酒疗法“就是利用了这个原理。

结语

说了疫苗和抗病毒药物之后,我们发现,两者的开发都不容易。究其原因无非两点:一是病毒太小,只能寄生在细胞里;二是病毒变异迅速,无法针对。

总的来说,人们对于病毒的知识了解太少,远没有人们对其它生物了解得多。相信未来终有一天人们能够完美解读病毒的全部特征,找到病毒们的“阿喀琉斯之踵“。