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面对病原体 免疫系统的使命是尽量不过度反应

来源:马特 2020-07-13 17:12   http://www.yybnet.net/

【编者按】

免疫系统是人体必不可少的防御系统,它守护着我们对抗疾病,治愈伤口,维持秩序和平衡。经过几千年的发展,它已经过不断的磨炼,以面对几乎无限的威胁。然而,尽管免疫系统是如此复杂精妙,但它依旧容易因疲劳、压力、营养不良甚至过度卫生等因素而受到损害。是的,它是一种脆弱而神奇的武器。在《优雅的守卫者》一书中普利策奖得主马特·里克特为我们讲述了关于人类免疫系统的故事。本文摘编自该书,由澎湃新闻经中信出版集团授权发布。

请想象一个狂欢节——一场完全开放的、来者不拒的盛典。而这, 就是你体内的生命正在经历的。

细胞聚集在你的体内,大多数都在它们自己的区域或器官内忙着处理关乎生存的工作。尽管忙碌,但一切都是那么高效、有序——血液在脉动,化学物质在流动运转,身体状态随着运动、温度、思考、情绪、年龄和疾病而改变,无形的生命机器执行着遗传密码中封装的指令。

在这数以亿计的细胞中,保洁员和工人也静静地聚集在生命的狂欢节里,吞噬着碎屑,偶尔有组织被损伤或破坏后,帮助重建和修复脚手架——它们也是免疫系统的一部分。哨兵和间谍亦如此,它们混迹在我们的细胞中,接收信号,与一个又一个分子擦肩而过,同时收集数据,看似被动实则时刻保持着警惕。新生长的组织是癌吗?器官受损了吗?细胞分泌的化学物质是否暗示着身体的某些部位受到了压力、睡眠不足或受到胁迫?

免疫系统一直在狂欢中寻找那些不受欢迎的入侵者。我们体内的狂欢节是否被病原体(病毒、细菌或寄生生物)造访?它们或许是我们不小心吸入的,从皮肤伤口进入的,又或许是上完厕所没洗干净沾上的,在地铁上蹭上的,抑或是在揉鼻子时从手背转移来的。与我们体内安分守己的正常细胞不同,这些病原体生来就要穿越边界,深入原生组织,扩散、侵蚀和繁殖。

一旦进入体内,病原体就会与我们的细胞混合、繁殖,形成一个菌落。它会占据派对的一个角落并扩散开来。此时,一个或多个一线免疫系统细胞便能察觉到危险。这些细胞包括中性粒细胞、自然杀伤细胞和树突状细胞等,它们都是消防队员。接下来,人体出现肿胀、疼痛和发烧,即炎症反应。生命狂欢时,一场酒吧斗殴就这样爆发了——但这还算不上一场全面战争,因为它是相对可控的,而你的免疫系统的目标就是保持这种状态。

然而,情况往往是复杂的。

举例来说,当免疫细胞大量出现并吞噬感染时,炎症就会加剧。一些免疫细胞在这个过程中会自毁。另一些则会立即押解俘虏到淋巴结这一防御中心接受评估。在那里,感染的情报会由一群T细胞和B细胞共享。它们可谓免疫系统里最厉害的战士了;事实上,它们也算得上是世界上最高效的生物结构。T细胞和B细胞之所以如此与众不同,原因就在于其高度的专一性。你体内数十亿个T细胞和B细胞中的任何一个,都是为了识别某种特定的感染而通过基因变异而来的。一旦某个T细胞或B细胞找到了其邪恶的另一半,即导致感染的幽灵,它就可以做出先天反应,开展迅速有效的防御,召集经过针对训练的守卫者向特定的抗原反扑。爆炸!内爆!毒气攻击!这下轮到好人吞掉坏蛋了!

听起来是个好消息,对吧?请别高兴得太早。

要维持生命狂欢节的和平并没有那么容易,这其中往往伴随着危险。 对于正在生病的人来说,炎症反应可不好玩,它可以把我们置于险地。免疫反应可能伴随着疲劳、发烧、发冷、不适和疼痛。对数百万人来说,过度的免疫反应本身就是一种慢性疾病。这就是为什么在所有可能的情况下,免疫系统的首要任务是维护和平。过度使用武力的后果往往不好,冲突会造成伤害,狂欢也会被打断,整个派对都会陷入焦虑——生命失去了平衡。

在面对病原体时尽量不过度反应,这是免疫系统必须完成却又几乎不可能完成的使命,毕竟这些病原体也是经过演化磨炼才得以生存的。它们是狡猾的、暴力的,有时甚至是愚蠢野蛮的节日破坏者。

请允许我向你们介绍这些反派以及它们所带来的挑战。它们的种类繁多,至少有上千种;它们形态各异,拥有自己的战术和武器。当我试着想象它们的范围时,我脑海中浮现出了《星球大战》原著中的场景——汉·索洛最后在莫斯·埃斯利酒吧与赏金猎人发生的一场激烈的打斗。那里的派对充斥着邪恶和古怪的人物:球根状大脑外露的管乐队成员、长着圆锥犄角的猩猩般的外星人、多刺绿脑袋的赏金猎人等。它们是连环杀手和自杀式袭击者——埃博拉病毒、葡萄球菌、禽流感病毒、肺炎病毒或细菌、梅毒螺旋体、天花病毒、脊髓灰质炎病毒等。

作为一个群体,它们被称为病原体,即引起疾病的罪魁祸首。人们很容易把病毒、细菌与病原体混为一谈,尽管其中一些的确是病原体,但并不意味着它们都是。数十亿的细菌生活在我们的体内,与我们和平共处。事实上,根据我所翻阅到的资料,大概只有1%的细菌可能会让你生病。你的体内很可能就有癌细胞,但它基本上不会掀起什么风浪。就像任何一个精彩的故事一样,有些角色总是善恶难辨的。

但是,如果不进行安检,不收押任何犯罪分子,那么情况将十分危险。

首先,我们来谈谈细菌。

它们可能是最早的生命形式之一,可以追溯到35亿年前。它们能够在早期存活下来的原因是,只要有食物来源,它们就能独立生长。任何一个细菌都是自给自足的小单元。它们很小,你可以把几千个细菌放进一个人体细胞中。但可别小瞧这些小小的细菌,它们不仅可能致命,更有改变人类历史的轨迹、塑造文化、改写时代的可怕的能力。14世纪的黑死病,就夺去了30%甚至更多欧洲人的生命。黑死病,或者说鼠疫,是由人类已知的最致命的病原体之一——耶尔森氏鼠疫杆菌引起的。它是一种由跳蚤传播的细菌,以1894年发现它的人亚历山大·耶尔森命名——如你所见,你应该对你发现的东西保持警惕。除此之外,这里还有一些你不想感染的细菌,包括大肠杆菌、沙门氏菌、破伤风杆菌、葡萄球菌和梅毒螺旋体。

接下来,就轮到病毒了。 细菌已经够小的了,但一个细菌里仍可以容纳数千个病毒。病毒中有一些是危险的,包括流感病毒、埃博拉病毒、狂犬病毒和天花病毒。病毒面临的一个挑战是,它们往往只有在首次侵入细胞并接管细胞自我复制的机制后,才能够繁殖和生长。

有一个关于病毒起源的理论可以解释它们的性质。细菌或许是最先出现的生命,然后才是其他更复杂的细胞。后来,一些细菌通过随机突变和演化,一点一点地将部分遗传物质抛弃,其中一些细菌形成了不那么复杂的生物体,并找到了一种感染细胞(包括哺乳动物细胞)并靠其生存的方式,于是,病毒存活了下来。另一种理论认为,病毒是从我们人类自身新陈代谢掉的细胞中剥离并演化而来的,它们找到了一种依靠我们人类细胞生存的方式。

可以说,我们这个时代最著名的病毒是人类免疫缺陷病毒,即HIV,它属于一个特殊的病毒类别——逆转录病毒。这些生物体有能力入侵细胞,并将自己整合到我们的DNA(脱氧核糖核酸)中,与我们混在一起。不难想象,从无数自身细胞中辨别外敌,对免疫系统来说是多么棘手的工作。与此同时,还有一个关键的问题:我们人类大约有8%的遗传物质来自逆转录病毒。这意味着,我们和这些病毒是混在一起的,它们是我们的一部分。从这一点上讲,它们不仅可能是有用的,甚至是必需的。 胎盘就是一个例子,根据某些理论,它可能就是由逆转录病毒演化而来,帮助在母亲和孩子之间传递分享物质。

最后,寄生生物。寄生生物比细菌还要复杂,而且它们的体形更大。它们是真核生物,往往被称为寄生虫,这是一种通俗的叫法,指还没有进化到植物或动物的生物体,包括一些蠕虫。加州大学旧金山分校的分子病毒学家埃里克·德尔瓦特向我介绍它们时,把它们称作“生命之树上的细小分支”。

寄生生物有时是致命的,如疟疾孢子虫、昏睡病锥虫以及在不卫生的条件下有巨大风险的贾第鞭毛虫。寄生虫像黑死病一样,可以通过其蛮横专行的能力塑造人类历史。疟原虫就是这样一种寄生虫,它在血液中迅速分裂,基本上可以占据整个循环系统。

细菌、病毒和寄生虫,这些不速之客具有一些重要的共同点。

那些最愚蠢的生物非常渴望繁殖,并常利用我们的身体来提供营养或复制,这使得它们最终会杀死我们——它们的宿主。从它们的角度来看,在理想情况下,它们会先感染我们,然后经由我们传染给其他人,不断地从一个人传到另一个人身上。但是它们很可能做不到这一点,所以它们会不停地自我复制,直到与我们同归于尽。一位免疫学家告诉我:“它们毫无节制的做法是很愚蠢的,这会害死我们大家。”

它们的另一个共同点是机动性。它们比其他细胞更容易在我们体内移动和穿过屏障。事实上,许多细胞很满足于待在它们生命狂欢节所在的区域或器官中,但病原体突破了屏障。例如,细菌那个叫作鞭毛的小尾巴,其上的小马达可以令它们骤然加速。具体来说,当沙门氏菌与食物一起被我们吞下时,它可能会利用这条尾巴驱动自己冲破肠道内壁,进入人体。它们天生就是侵略者。

下一个挑战,同时也是一个很大的挑战,就是这些生物体的高度可变性。

细菌和病毒复制非常快,细菌可以每20或30分钟繁殖一代,而有些病毒更快。每一次增殖都可能发生基因序列的改变、突变和移动,这些变化会使我们身体不认识原来的病毒或细菌,不知道如何防御这些外敌。而人类孕育新一代的生殖周期大约是20年。面对变化速度要快得多的生物体,我们几乎不可能在与它们的军备竞赛中取胜。

我们可以这样想象,细菌分裂得如此之快,如果不加以控制,它们可以在四天内占据我们的整个身体。而我们自己的细胞分裂相对较慢,每个细胞一天之内只能产生大约16个新细胞。这个数学结果似乎对我们不利。

一个人的身体怎么能应对如此多的威胁,包括那些可能目前根本不存在的威胁呢?想想看:我们的免疫系统需要应对的不仅是病原体增殖产生的快速突变,还有可能是来自太空的蛋白质生命。

这个难题被一系列简单的数学问题放大了,毕竟我们的基因数量有限。在20世纪70年代,学界认为人类基因组中包含大约10万个基因。但后来我们了解到的数字实际上要小得多,可能是1.9万或者2万。

既然如此,我们该如何保护自己呢?

“上帝有两个选择,”癌症医生告诉我,“他可以把我们变成10英尺高的粉刺,也可以赋予我们对抗10的12次方种不同病原体的能力。” 潜在的敌人的数量是万亿级的。

为什么是粉刺呢?因为粉刺里充满了白细胞,这些都是免疫细胞。简而言之,你可能是一个巨大的免疫系统,但除此之外,一无所有;或者,你可能拥有某种神秘的力量,拥有人类的所有其他特征,比如拥有大脑、心脏、器官、四肢,但仍然能够神奇地对抗无穷无尽的病原体。这也是免疫系统如此重要的原因。

与此同时,除了敌人的多样性和可变性,我们的免疫系统还面临着其他一些基本的挑战。

其中一个挑战与心脏有关。这个如此强大的中央循环系统能将血液快速地泵向全身,但同时也存在着风险。血液从头流到脚只需几秒钟,如果病原体进入血液,那么这种情况会很快发展成败血症——一种足以致命的血液感染。因此,免疫系统的一个主要作用正是防止我们的循环系统被感染。

另外,免疫系统之所以基本结构复杂,原因在于它要保护一个具有生长和治愈能力的生物体。组织必须不断再生,来替换受损或衰老的细胞。拿产房的简单例子来说:当疫苗穿刺婴儿的皮肤时,身体必须能够替换掉那一小块皮肤。当皮肤被刺破或被猫咬时也是如此。否则,我们就会像雨中的沙丘一样,一点一点地退化、被腐蚀。

为了治愈,我们的细胞必须分裂、增殖。这听起来很理所应当,也很简单,但这对免疫系统来说却是不稳定因素,因为它必须允许新的组织生长出来,同时还要非常小心地提防坏细胞那些腐朽、缺失、错误的突变,也就是癌症。

直到近些年,我们才了解到免疫系统有助于细胞分裂,可促进愈合和重建组织。但在帮助重建身体的过程中,免疫系统可能很难识别出坏的或突变的细胞,这些细胞看起来很像我们的细胞,其中大部分的确来自我们自身,但也有一部分是外来的。如果我们的免疫系统不能分辨这些区别,或者被癌症以其他方式欺骗,从而忽略了阻止恶性细胞分裂的信号,随之而来的就是癌细胞不受控制、野蛮的生长,破坏正常组织的结构和功能,免疫系统最终也会沦为恶性肿瘤的保护伞。

免疫系统的使命就像是在深渊之上走钢丝,险象环生。

生存取决于明辨敌我。免疫系统必须应对三大挑战:敌人的可变性、中枢循环系统在几秒钟内便能将血液输送到全身的高效性,以及治愈的需求。

免疫系统必须在不过激的情况下完成这一切,以免在这个过程中误伤我们。它的运作是如此微妙,它在维和部队帮助下所取得的成功是如此高效,简直像是魔法一般。在免疫学过去70年的发展中,我们一直在努力探究敌人的阴谋是如何得逞的,我们的防卫力量又是如何破解这些阴谋的。这段惊心动魄的探索之旅,从对免疫系统粗略的概念性理解开始,已经发展到了分子水平上。正因如此,我们现在才能用药物介入这个优雅的守卫机器,调控你的健康问题。《优雅的守卫者》,[美]马特·里克特著,秦琪凯译,中信出版集团2020年6月。(本文来自澎湃新闻,更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)

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