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免疫系统防御病毒入侵人体研究讨论

2020-07-04 178 上传者：管理员

摘要：病毒是拥有自身的遗传物质和蛋白质外壳，依赖于宿主细胞的一种寄生物。病毒的个子很小，只有红细胞直径的1/50左右，离开活体细胞不能自我复制，只能“入侵”到其他生命体的细胞内才能复制自己的遗传物质和构筑自己的蛋白质外壳，重新组装为新的病毒后，将细胞破坏，从细胞内释放出来后继续侵入其他细胞，以完成传宗接代。

关键词：
人体免疫系统
入侵人体
病毒
病毒入侵
防御现状
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人类是病毒选择攻击的目标之一，据统计，能够感染人体并致病的病毒达100多种，然而人体为了自身的生存和健康必然会奋起反击防御病毒的“入侵”，并试图消灭之，这个防御病毒的功能就由人体免疫系统来完成。一旦病毒试图入侵人体，免疫系统和它之间的战争就已经打响，这是一场持之以恒的战争，硝烟从远古弥漫至今，并且还将继续下去。

一、病毒入侵

病毒想要侵入人体，也并非那么容易。皮肤是覆盖在人体表面的天然物理屏障，其最外层是由角质细胞组成的角质层，极难突破，就像护卫城池的城墙。然而，因为人体需要与外界环境进行物质和能量交换，所以并非没有薄弱环节，狡诈、机敏的病毒就四处游荡，寻找破绽，伺候突破。

我们先来看看病毒是如何突破人体第一道防线的。当人被蚊虫叮咬、猫狗抓咬、发生擦伤、皮肤溃疡或用不洁针头注射时，都会令皮肤防线发生漏洞。由蚊虫传播的黄热病毒、寨卡病毒、登革热病毒，以及由猫狗等动物传播的狂犬病毒等均可乘虚而入。

暴露在外的眼睛是第二个入侵的途径。然而，遮盖眼球的眼睑每隔几秒会眨眼一次，泪腺分泌泪液反复冲刷眼球，清除外来微粒，病毒一般很少有机会经眼结膜入侵。但是，受污染的环境仍有可能为病毒的入侵打开方便之门，例如不洁净的泳池、沾染病毒的手去揉搓眼睛，或附着在悬浮物中的病毒沾染结膜。

第三个入侵途径是泌尿生殖道，不过病毒想从这里突破也没那么容易。以女性阴道为例，阴道黏膜上皮细胞不断脱落，不利于病毒附着。阴道中又有黏液保护，而且生活在这里的乳酸菌会创造出酸性环境，许多病毒不耐受酸性环境，只能退避三舍。最容易突破阴道防线的是人类的性行为，性行为时阴道上皮组织被磨损，病毒便获得了侵入阴道壁的机会。臭名昭著的艾滋病毒（human immunodeficiency virus,HIV）甚至可以不待磨损就能直接从上皮细胞间隙中“跻身而过”。

病毒第四个入侵的途径是消化道，这里的环境对病毒而言仍然“恶劣”。它们先是在口腔中遭遇杀伤能力强大的唾液，唾液内的溶菌酶同样也能够绞杀病毒；当逃过口腔到达胃部时又会碰到胃酸和消化酶；好不容易到达肠道，胆汁又将它们杀个片甲不留。而且肠道中还有众多有益菌群，也增加了病毒攻城略地的难度，可谓层层设防。可以造成胃肠炎的轮状病毒，拥有三层蛋白质保护壳，从而保护它抵御消化道“恶劣”环境的影响。尴尬的是，HIV也会通过消化道进入，只不过是从直肠。

第五个入侵途径则是病毒最喜闻乐见的，那就是呼吸道，大量病毒选择从这里入侵。以肺部为例，人类的肺部拥有3亿个肺泡，展开后总面积高达100平方米，足有两室一厅那么大，吸入的气体就在这100平方米的肺泡表面积中充分接触，并与肺泡壁内毛细血管内的血液进行气体交换，在这里被病毒入侵的概率大大增加。但呼吸道也并非毫不设防，其支气管的表面覆盖有纤毛，还有一层黏液包裹，黏液内还有分泌型IgA，当病毒入侵时，一些病毒颗粒被黏液捕获，由纤毛反推至咽喉，要么随痰排出体外，要么被吞咽进入消化道，从而失去入侵的机会。鼻病毒、流感病毒、冠状病毒、沙粒病毒、汉坦病毒等都是由呼吸道入侵的，痘病毒、麻疹病毒、风疹病毒、腮腺病毒等则经呼吸道入侵继而周游全身。

皮肤、眼部、泌尿生殖道、消化道和呼吸道，这些便是病毒入侵人体的五大途径。诡异、狡诈的病毒在入侵的时候，其实你的身体已经为它们设置了种种防线，当病毒突破这道防线，于是战斗就转移到体内了。

二、免疫系统反击

人体的免疫系统是抵御外来者入侵、保障机体安全的防御部队。这支部队主要由两大军种组成，即先天免疫（非特异性免疫）和后天免疫（特异性免疫）。先天免疫系统是人类经历百万年演化后逐步形成的，是与生俱来的防御部队，当病毒进入人体后，先天免疫部队最先投入战斗。先天免疫部队主要有三大集团军组成，即“警戒部队”（细胞因子例如干扰素、白细胞介素等），“攻击部队”（巨噬细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞等），“助攻部队”（补体系统、C-反应蛋白等）。三大集团军紧密配合，协同作战，在人体内部对病毒的入侵实施第一轮全面反击。

三、吞噬细胞向多个T细胞抗原呈递

当病毒进入人体，受到攻击的细胞立刻发出“警报”，随后一支“警戒部队”便马上赶赴现场，即干扰素警告系统。干扰素是一种信号蛋白，它产生于受感染的细胞内部，可以抑制该细胞的合成功能，防止细胞被病毒利用进行复制。同时干扰素会跑到感染细胞的外表，向周围的其他细胞发出预警，“你们可能被入侵，请准时关闭合成功能，以免被病毒利用”。与此同时，另一支“警戒部队”白细胞介素，紧急把敌情通报给“攻击部队”中的巨噬细胞和自然杀伤（NK）细胞，并促成NK细胞迅速增兵以投入战斗。

于是，对病毒的总攻开始了。“攻击部队”的主力中性粒细胞和单核-巨噬细胞（包括外周血中的单核细胞和组织中的巨噬细胞等）开始出动了，它们分别在交通运输线上和病毒入侵的局部区域大规模地集结，对入侵的病毒进行猛烈地阻击并予以消灭。其中，单核细胞负责把守交通运输线，对在上面游弋的病毒进行剿杀，它可以投入的“兵力”最多，总数可达200亿，而单核-巨噬细胞系统可以吞噬和杀死大部分病毒以消灭敌人。

“攻击部队”的另一支就是NK细胞，它们被“警戒部队”的白介素召集并迅速复制，以足够的兵力投入前线。它们的任务是直接攻击被病毒感染的细胞，已被感染的细胞会发出“向我开火”的信号，NK细胞在接到警报后会将它们连同病毒一起击毙，并交给巨噬细胞清理战场。

考虑到许多病毒表面缺少“抓手”，不利于吞噬细胞攻击，先天免疫部队组建了第三军团，它们是负责辅助攻击的“助攻部队”。这支部队的主力是补体系统，补体是由肝细胞和巨噬细胞产生的一组球蛋白，补体蛋白大量出动，粘在入侵者表面，并帮它们装上“抓手”，这样病毒就更容易被巨噬细胞和单核细胞捕获并消灭。也不要小瞧这些“助攻部队”，许多时候它们也会直接出手，通过在病毒的外壳上打孔裂解，堪称“手撕病毒”。“助攻部队”中还有一支C-反应蛋白，它负责激活补体，加强“攻击部队”的战斗力，并且打扫战场，以免双方在战斗中阵亡的尸体影响正常人体细胞的功能。

先天免疫部队的三大集团军“警戒部队”“攻击部队”“助攻部队”相互配合、全力歼敌，在双方激烈战斗的时候，人体司令部——大脑的体温中枢调高了“温控开关”。升高的体温一方面不利于病毒的复制，另一方面加快了运输系统转运兵力的速度，各路部队可以迅速向前线迁移、集结，这种体温升高的现象便是发烧。为了向战斗部位输送更多的援军，血管开始舒张，血流加快，毛细血管充血导致皮肤发红，甚至出现红斑。血管的通透性增强，血管中的细胞和体液不断渗出，造成组织肿胀。如果是鼻腔黏膜肿胀就会令人感到鼻塞，鼻腔血管中的液体不断渗出，又令人鼻涕大增，而激战中死去的细胞则会变成脓涕。另一些化学物质（如PGE2、缓激肽等）还会刺激神经末梢，引起热、红、肿、痛等所谓的炎症反应。其实，炎症就是免疫系统抵抗入侵者具体体现的一个方面。

然而道高一尺，魔高一丈。凶狠、残忍的病毒不断地提高战斗力和伪装能力，双方为了生存，竭尽全力，战争可能进入胶着状态。这是一场“非人道”的入侵，病毒的任何战略和战术都是狡猾和残忍的，正当先天免疫部队拼命抵抗而无计可施之时，数个“侦探兵”悄然来到了驻扎在另一些神秘军种的军营，一个待命的军种被动员起来并发出和病毒决战的怒吼，这个军种就是后天免疫部队（特异性免疫）。

四、双方决战

先天免疫部队，釆用以我为主的战术，就是使用相同的手段和武器防御不同的病毒。虽然可以消灭大部分入侵者，但是对特殊的、罕见的以及能力超强的狠角色则显得力不从心。后天免疫部队则改换战术，使用针对性武器，抵抗不同的病毒。

后天免疫特种部队由T淋巴细胞和B淋巴细胞组成供图/视觉中国

后天免疫部队由两支特种部队组成：一支是细胞免疫特种部队，由大名鼎鼎的T淋巴细胞组成；另一支是体液免疫特种部队，由身怀绝技的B淋巴细胞组成。因为这两支特种兵部队杀伤力都太过强大，稍有不慎便可能伤及自身，造成组织和器官的损伤，甚至危及生命。要调用这两支部队必须得有“兵符”，那么兵符从哪里来呢？前面提到的侦察兵就承担了取得兵符的工作，它们由少量巨噬细胞、树突状细胞等组成。在前线战场“肢解”部分入侵者，拿到入侵者身体特有的标志物，然后迅速撤出战场，并将这些标志物送达后天免疫部队。该病毒特有的标志物就是调动两支特种部队的“兵符”。这个过程被称为“抗原呈递”。

第一特种兵部队是在胸腺（thymus）这个军事基地中训练成熟的，所以叫T细胞。在我们的身体中，拥有300亿个这样的特种兵，他们个个英勇善战，针对性地击杀某种特异的病毒。T细胞拿到病毒的特异性标志物，立刻进行研究比对，最能对付该病毒的那些T细胞被选中。特种兵生产基地随即开工，以该T细胞为原型，大量生产新的特种兵——杀伤性T细胞（Tc）。Tc细胞出动后，逐个检查感染区域的细胞，试图找出那些被病毒入侵的细胞并杀死它们。而此时被病毒感染的细胞也深明大义，在表面释放出一种信号弹，示意Tc细胞“向我攻击”。于是，Tc细胞迅速定位这个细胞，并定向将一种酶注入这个细胞，从而毒死该细胞，或者帮助它启动“自杀程序”，与细胞内的病毒同归于尽，这就是“细胞凋亡”。紧接着，吞噬细胞将死亡的细胞连同病毒一起吞下，于是机体就干干净净，了无痕迹。

第一特种兵部队负责清除受病毒感染的细胞，在细胞外大量的病毒颗粒，就需要第二特种兵部队来对付了，这种特种兵因为在骨髓（bone marrow）这个军事基地中训练成熟，所以叫B细胞。在人体中拥有30亿个身怀绝技的B细胞，同样针对不同的病毒练就各自不同的本领。当B细胞拿到病毒的特异性标志物经过研究比对，选出最能有效消灭某种病毒的某些B细胞，在特种兵基地，以它们为模版再次开工生产。不过，这次工厂生产出的B细胞不再直接奔向战场，而是把自己变成浆细胞，而浆细胞能够生产出专门针对某种病毒的免疫球蛋白——抗体。

抗体可以结合到病毒表面，让病毒失去入侵细胞的能力；也可以帮助补体标记病毒，有利于吞噬细胞的吞噬；甚至还可以通过胎盘进入胎儿体内，为胎儿和脆弱的新生儿提供保护。抗体一旦出场，病毒也就基本上走上了绝境。在抗体的作用下，细胞外的病毒颗粒也终于被清除，在细胞内外，海晏河清，人的机体也恢复了正常。但是，事情并没有结束，一些B细胞与T细胞未雨绸缪，它们不再生产抗体及杀伤性T细胞，而是留下了相应的“档案”，那就是记忆B细胞和记忆T细胞。有了它们，当人体再次遇到同样的病毒，便会立即产生相应的抗体和杀伤性T细胞，在人毫无知觉的感染初期，就将病毒清除。这也是人们感染某些病毒后，一般不会再次感染发病的原因。

至此，想必我们已经清楚，皮肤、黏膜等物理屏障，先天免疫系统和后天免疫系统构成了人体的三层防御体系。再加上记忆细胞的存档，人体每经历一次和病毒的殊死搏斗，免疫系统就有可能获得一次升级，正所谓“杀不死我的，必使我更强大”。正是这样的机制，让人类在百万年来从绝大多数的病毒进攻中生存下来，这也正是人体的强大之处。

但是，这样的系统也存在缺陷，那就是时机。后天免疫虽然强大，但是一般需要一周甚至更长的时间，才能产生出足够的抗体和杀伤性T细胞，这给病毒留出了可乘之机，它们往往在后天免疫系统还没有启动前，便已经完成了攻击，甚至有可能在人体某个重要器官和先天免疫部队发生惨烈的战斗，导致病毒、免疫战士和一些正常细胞尸横遍野，血流成河，而导致器官功能受损，甚至器官衰竭。还有一种极端的情况，病毒来势凶猛，复制特别快，免疫部队竭尽全力也无法遏制病毒疯狂增长的势头，免疫细胞便使出撒手锏，大量释放细胞因子，就像在人体引爆了核弹，把病毒、感染细胞和正常组织细胞都化为灰烬，甚至导致人体脏器衰竭和死亡。

五、我们还有什么武器和病毒对抗

自人类诞生之时，人类和病毒的战争就已经开始，持续了百万年。从北宋时期开始，中国古人将天花病人的脓液或结痂接种到健康人身上，以预防天花。18世纪90年代，英国医生爱德华·詹纳（Edward Jenner）将种痘法予以改进，使用牛的天花病毒接种，称之为“种牛痘”。现在我们知道，牛的天花病毒对人不致病，但是可以利用记忆B细胞的特性，在感染天花病毒时，人体可以迅速产生对抗天花病毒的抗体。疫苗就此诞生了，天花成为人类历史上第一个被消灭的传染病。之后，人们开发了许多针对不同病毒的疫苗，然后由于某些病毒变异特别快，目前人们还不能针对每一个病毒，开发出相应的疫苗。

左：粉色的为B细胞

右：T细胞攻击受感染的细胞

随着现代医学的发展，我们还研发了许多抗病毒的药物，有的药物可以阻止病毒进入细胞，有的让病毒无法脱去蛋白外壳，有的则可以干扰病毒的复制，但是抗病毒药物的效果还不甚理想。

我们必须看到，直到1901年，我们才发现了第一个人类病毒——黄热病毒，我们对病毒世界的了解还远远不够，对自身免疫系统的了解也远远不够。我们根本无法预测下一场和病毒的战争在何时、何地发生。病毒在这个星球上存在了几十亿年，而且无处不在，而我们人类来到这个星球按最长估算，也只不过300万年。也许我们根本无法消灭病毒，也许我们也不能消灭病毒。那我们到底该如何与病毒相处呢？“反者道之动，弱者道之用”，也许人类真应该反思与病毒的相处之道了。我们一方面要通过科学来提升对病毒的认知，寻求人类避免被病毒伤害的方法，另一方面要建立人类与病毒在这个星球上长期共生共存、相互影响、共同演化的生存观。作为人类的个体，养成良好的健康生活习惯，提升自身的免疫力，永远是正确的选择。

秦铁军,马文领.全景呈现——免疫系统和病毒的星球大战[J].生命世界,2020(05):38-43.