原创 祁海 2020年6月28日 祁海 清华大学医学院免疫学研究所教授 今天我们显然不能让每个人都感染一次新冠病毒,我们都希望躺在沙发上不费任何力气就可以不得这样的疾病,这样的需求恰恰是推动科学进步的力量。
(本文的科学表述较多,前半部分会介绍一些必要的免疫系统的基础知识,后半部分会穿插最新的重要研究成果。强烈建议大家直接看视频,感受祁海老师的魅力!)
大家好,我是祁海,来自清华大学。今天我希望能够带大家比较轻松愉快地理解一下免疫力。
在过去的将近半年里,我们听到、看到了太多关于新冠病毒的消息。冠状病毒在显微镜下长得就像花冠一样,它用来侵入细胞的蛋白分子纤突蛋白,长得也像花冠。
病毒是一种不能在细胞外自己生活的生物,它需要通过纤突蛋白与细胞结合,从而进入到细胞里,利用细胞这个机器来合成更多病毒。新冠病毒有一个特点是感染力更强,其实就是因为它的纤突蛋白更容易被处理,使病毒更容易进入细胞。病毒进入细胞更快,感染就更快。 一个已经被病毒感染的细胞可以生产出好多病毒,并把它们释放出来,再去感染其他的细胞。▲这是一个发生在细胞与细胞之间,病毒感染的过程。最开始中心有一个亮亮的空洞,实际上这就是最先被病毒感染的细胞,如果不管它,它就会把旁边的细胞都感染。 这个感染过程就像在水中扔了一个小石头,泛起了层层涟漪。如果我们就让这个病毒在身体里这样无休止地繁殖,很快所有的细胞都会被感染。那么,我们有什么样的机制让病毒不会进行这样的感染呢?我们来看一下病毒侵入体内以后到底会发生什么。
屏障组织和固有免疫机制
最先发生抵抗的,是人体的屏障组织和固有免疫机制。什么是屏障组织呢?就是将我们身体与外界隔开的组织,比如皮肤是我们最大的屏障组织。而当我们在应对新冠病毒时,最主要的屏障组织是呼吸道上皮。 下图是呼吸道上皮的一个示意图,它由一些柱状的上皮细胞组成。这些细胞之间有非常紧密的连接,以防止我们从空气中吸进来的脏东西进入机体。呼吸道上皮有很多连接紧密的柱状的上皮细胞。这些上皮细胞连接紧密可以防止空气吸进来脏东西,同时屏障组织中的一些上皮细胞可以分泌粘液,这些液体比较粘稠,它可以粘住从空气里进来的脏东西和病菌或是病原。还有一些上皮细胞上面长着纤毛,有规律地摆动,它可以把这些潜在有脏东西的液体,从下部往上排,保护我们真正进行气体交换的肺,使其不受外界的影响。如果偶尔放进来一两个病菌,那么这些上皮细胞下的一些固有免疫细胞将发挥作用,比如说巨噬细胞(顾名思义就是那些吃东西的细胞),它试图把偶然漏进来的病菌或者病毒吃掉、消灭掉,保护我们不受病毒侵袭。所有的屏障组织都有一个特点,就是工作的时候你是注意不到它的,但是它不工作的时候你一定会注意到它。比如皮肤烧伤,最大的并发症是什么呢?其实是病菌感染,因为皮肤这个屏障组织损伤了,我们拦不住无所不在的病菌。那么我们平常会不会做出什么事情,会像烧伤一样对呼吸道上皮产生影响呢?我可以想到的一个是吸烟,它对上皮组织就是一种损害。所以吸烟的朋友可以想一想,实际上你抽烟的时候就是在不停地损害着你的屏障组织,降低你的免疫力。
如果病毒跨越了屏障组织,进入到了组织里,它就可以感染细胞并进行复制了。此时细胞里有一套机制会告诉自己已经被感染了,那么这个细胞会做什么呢?就像我们无助的时候会大喊救命,无助的细胞此时也会大声呼救,它呼救的方式是释放出一群Ⅰ型干扰素,想要干扰病毒在这个细胞内的复制。同时Ⅰ型干扰素还会影响到旁边的细胞,一方面试图让它们也增强这样的机制,防止被病毒感染得太厉害,另一方面会让旁边的细胞产生一种叫做细胞趋化因子的化学信号,来招募其它的免疫细胞来帮忙控制病毒感染。免疫细胞会被其他细胞招募,而它们之间也会互相招募互相帮忙,所有被招募来的细胞都将会继续分泌化学信号,然后继续招募更多细胞,这个过程我们叫做炎症。可能有些朋友一想到炎症,会说自己吃过抗炎药、消炎药,那么其实这里有一个概念上的差别。我们平常说的消炎,多数情况下实际上是抗生素直接去杀灭病原菌,没有了病毒侵入自然也就没有了产生炎症的过程。但是正常情况下,炎症其实是为了帮助你抵抗病毒入侵的。至少急性的炎症,实际上是我们和病毒作斗争的过程,是有利于我们的健康的。当然慢性炎症可能会导致很多其他的问题,这就是另外一个话题了。有了屏障组织和固有免疫机制以及炎症的过程,就可以在一定程度上抑制病毒的复制,那么这个过程够不够呢?肯定是不足以控制高速复制的病毒。 就像下面这三条曲线所表现的,代表病毒扩增的黄色曲线很快就会穿破红色和蓝色两道防线。
▲ 三条曲线反映了病毒扩增和两道防线的反应速度的比较。黄色:病毒复制的时候是一个指数增长的过程,感染速度非常快。 蓝色:固有的抗病毒机制很快就会对刺激做出反应,但是它其实并不知道来的刺激是不是病毒,所以它这个求救的状态其实只是去看一看,只是试图控制一下有损伤的地方而已。 红色:炎症反应,其实就是不同细胞互相招募的这种协同作用,虽然会放大一些抵抗,但是也只是一个乘积效果。 当固有免疫机制不足以抵抗病毒扩增时,病毒将继续扩散。它通过淋巴循环或者血液循环系统扩散到全身,这时我们就需要淋巴细胞的免疫来参与了。
淋巴循环实际上是我们身体里用来收集体液的一个系统。正常情况下,组织里的液体会靠肌肉的张力和收缩被挤到淋巴循环中,然后再回到血液循环里,维持一个平衡。在生活中,如果你长期卧床的话就容易浮肿,这就是因为有一些液体没有被及时收回来。▲ 淋巴系统示意图
淋巴结、脾脏、胸腺等都是淋巴器官,参与到淋巴循环和血液循环中。
在体液循环的过程中,有一些潜在的病毒信息正好被带进了循环经过的器官中,比如淋巴结和脾脏,它们产生的淋巴细胞就会被激活,可以来判断这些回收的液体中还有没有潜在的感染信息。
我们的身体里有成千上万的淋巴细胞,每个细胞都可能识别一种不同的病毒。当淋巴细胞捕捉到病毒信息时,它就停下来,也进行自我复制。比如下图中的绿色细胞,就是遇到病原体后产生反应的T淋巴细胞,简称T细胞。图中的绿色细胞实际上是在小鼠体内拍摄到的已和病原产生反应的T淋巴细胞。每一个白圈中,都有一个正在分裂的细胞。一个细胞变成两个,两个变四个,四个变八个,T细胞增殖是一个指数增长的过程。 这些T细胞不断地分裂,每一个细胞复制出来,显然它的子代跟它是一样的,比如如果这个T细胞可以识别新冠病毒,那么它分裂出来的子代也可以识别新冠病毒,于是在很短的时间里,我们就可以产生很多可以识别新冠病毒的T细胞。 之前我们提到的固有免疫反应其实是个线性过程,不足以抵抗病毒的增长,而T细胞增殖的过程,实际上是免疫反应里第一个进行指数增长的免疫过程。每一个细胞可以杀灭很多被病毒感染的细胞,从而追上同样是指数增长的病毒,这就是最简要的T细胞免疫过程。那这样我们是否就可以控制住病毒了呢?T细胞免疫有一个缺陷,就是只有细胞已经被病毒感染,T细胞才能识别并进行处理。而那些依然飘在外面的病毒,T细胞是看不见的。因此,控制病毒还需要另外一种淋巴细胞——B细胞。B细胞通过产生抗体,直接阻断那些飘在外面的病毒。 |