致與病毒搏斗的你！

本文曾于2020年首發(fā)

近期，許多人體內(nèi)的免疫系統(tǒng)

正在與病毒進行搏斗

為方便了解“戰(zhàn)況”，特重發(fā)此文

祝大家早日康復(fù)

我們的一生

注定要與病毒搏斗

它們數(shù)量龐大

遍布陸地和海洋

以及我們呼吸的空氣

有科學(xué)家估測

僅海洋中的病毒顆粒就超過

10000000000000000000000000000000

即1×1031個

（病毒數(shù)量依據(jù)微生物學(xué)家Lita Proctor的估算；下圖大量紫色顆粒為中東呼吸綜合征冠狀病毒，附著在綠色的細(xì)胞上，掃描電鏡成像，后期著色，圖片源自@NIAID）

▼

它們行事狡詐

可以感染一切生物

可以突破種間屏障

在人與動物之間

跨物種傳播

（果子貍，有研究認(rèn)為它是SARS冠狀病毒的中間宿主之一，攝影師@鄒滔）

▼

它們手段殘忍

可以置人于死地

引發(fā)人類社會高度警惕

甚至嚴(yán)重的恐慌

恐慌的人們

不知道病毒將如何對待他們

不知道自己的身體

將發(fā)生怎樣的變化

而本文就將為你揭示

這一切

Round 1

病毒的進攻

病毒是一種寄生物

它們沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)

必須入侵人類等生物體

借助生物體的細(xì)胞進行增殖

因此

入侵

不擇手段地入侵

便是病毒唯一的目標(biāo)

（流感病毒在細(xì)胞內(nèi)完成增殖后，正從細(xì)胞表面出芽釋放，黃綠色為病毒，透射電鏡成像，圖片源自@NIAID）

▼

它們四處游蕩

尋找你身體的破綻

包括以皮膚和黏膜為主的

五大入侵方向

首先是你的

皮膚

皮膚覆蓋在我們的身體表面

與外界大面積接觸

然而皮膚的最外層

卻是由死細(xì)胞組成的角質(zhì)層

極難突破

幾乎沒有病毒

能從這里入侵

（手掌及腳掌皮膚的表皮結(jié)構(gòu)示意，其他部位的皮膚沒有透明層，制圖@趙榜/星球研究所）

▼

但是

當(dāng)你被蚊蟲叮咬、貓狗抓咬

文身、擦傷、皮膚潰瘍

以及用不潔凈的針頭注射

均會令表皮防線出現(xiàn)漏洞

由蚊蟲傳播的登革熱病毒、寨卡病毒

以及由貓狗等動物傳播的狂犬病毒等

多種病毒

便會趁虛而入

所以

請愛護你的皮膚

切莫自毀長城

（蚊蟲叮咬示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

既然皮膚無法進入

那么同樣暴露在外的

眼睛

便成了第二個入侵方向

然而

包裹眼球的眼瞼（結(jié)膜）

每隔幾秒

便會掃過眼球一次

以其分泌物清洗眼球、清除外來微粒

讓病毒很少有機會感染眼睛

但是一些受污染的環(huán)境

仍有可能帶來危害

例如不潔凈的游泳池

或者用沾染病毒的手觸摸眼睛

或者空氣懸浮物中的病毒接觸結(jié)膜

（這也是為什么醫(yī)護人員需要佩戴護目鏡甚至面罩的原因，下圖拍攝于湖北黃石市，攝影師@何戈）

▼

接下來的第三個入侵方向

泌尿生殖道

也沒有那么容易

以女性陰道為例

陰道上皮表層細(xì)胞不斷脫落

不利于病毒附著

且陰道中通常有黏液保護

對人體有益的乳酸菌

也會選擇在這里生活

創(chuàng)造出低pH的酸性環(huán)境

許多病毒對酸性環(huán)境敏感

只能退避三舍

（嗜酸乳桿菌，陰道菌群中的一種，圖片源自@Wikimedia commons）

▼

突破陰道防線的是

人類的性行為

性行為時

陰道上皮組織被破壞或磨損

病毒便獲得了侵入內(nèi)層的機會

臭名昭著的

人類免疫缺陷病毒

(HIV，也稱艾滋病毒)

甚至可以不待磨損

直接從上皮細(xì)胞中“擠身而過”

片刻歡娛之間

你就中招了

（HIV以人類免疫系統(tǒng)的淋巴細(xì)胞為入侵目標(biāo)，下圖黃色球形即淋巴細(xì)胞表面的HIV，掃描電鏡成像，圖片源自@VCG）

▼

第4個入侵方向為

消化道

這里的環(huán)境對病毒而言

依然“惡劣”

它們先是在口腔中遭遇

能殺傷很多病毒的唾液

當(dāng)?shù)竭_胃部

又會碰到胃酸與消化酶

好不容易到達腸道

膽汁又將它們殺個幾乎片甲不留

而且腸道中眾多的有益菌群

也增加了病毒攻城掠地的難度

可謂層層設(shè)防

（消化道“防線”示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

能在這種條件下生存下來的病毒

往往得有點特殊技能

可以造成腸胃炎的輪狀病毒

擁有三層蛋白質(zhì)保護殼

從而保護它抵消

消化道“惡劣”環(huán)境的影響

尤其是嬰幼兒

他們的腸道菌群尚不完善

免疫系統(tǒng)也還未發(fā)育成熟

一旦病毒入侵腸道

便極易引發(fā)腹瀉

（輪狀病毒的三層蛋白質(zhì)外殼，制圖@趙榜/星球研究所）

▼

而尷尬的是

對于成年人而言

HIV也會通過消化道進入

只不過是從“反方向”

這個方向幾乎不會遇到阻礙

因為他們選擇的是“肛交”

肛交時

直腸的上皮組織很容易被撕裂

HIV就這樣“破門而入”

如入無人之境

這正是男同性戀人群

需要警惕艾滋病傳播的原因

（人體直腸結(jié)構(gòu)示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

說完皮膚、眼部、泌尿生殖道和消化道

接下來的第5個入侵方向

則是病毒們最"喜聞樂見"的一個

即

呼吸道

大量病毒

選擇從這里入侵

（呼吸道主要病毒示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

以肺部為例

人類的肺部擁有約3億個終末肺泡

展開后總面積高達100平方米

吸入的氣體就在這100平方米中

充分接觸、交換

被病毒入侵的機率

大大增加

（人體肺部結(jié)構(gòu)示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

但呼吸道也并非毫不設(shè)防

其表面覆蓋有纖毛

還有一層黏液包裹

一些病毒顆粒被黏液捕獲

由纖毛推入咽喉

隨即被吞咽

或被咳出

從而失去入侵的機會

（呼吸道上皮組織結(jié)構(gòu)示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

皮膚、眼部、泌尿生殖道

以及消化道、呼吸道

這便是病毒的5大入侵方向

了解了這些

想必你也已經(jīng)明白

你的身體已經(jīng)為病毒

設(shè)置了重重防線

只要你注意保護

以及改善個人衛(wèi)生和生活習(xí)慣

還是有很多機會阻止病毒的入侵

你的敵人強大、陰險、狡詐

但是你知彼知己

也就有了御敵之道

（病毒入侵的5大方向，制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

然而

之前的你

可能并沒有意識到這一點

殘暴的歡愉終將引來殘暴的結(jié)局

病毒還是沖進了你的體內(nèi)

是時候啟動

下一個防御系統(tǒng)了

即先天免疫系統(tǒng)

來試試吧，禽獸們

Round 2

人類的反擊

先天免疫系統(tǒng)

之所以稱為“先天”

是因為它是人類歷經(jīng)百萬年進化后

為每個人類成員配備的

與生俱來的防御系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由三支大軍構(gòu)成

當(dāng)病毒進入人體

受到攻擊的細(xì)胞立即發(fā)出“警報”

隨后

一支“警戒部隊”便登場了

即

干擾素警告系統(tǒng)

干擾素是一種信號蛋白

它產(chǎn)生于受感染細(xì)胞的內(nèi)部

可以抑制該細(xì)胞的合成功能

防止被病毒用于自我復(fù)制

（下圖是被牛痘病毒感染的細(xì)胞，藍色熒光標(biāo)記的圓形是宿主細(xì)胞的細(xì)胞核，而細(xì)胞核旁邊的藍色區(qū)域則是病毒進行復(fù)制、裝配的“病毒工廠”，圖片源自@VCG）

▼

另一方面

它也會被輸送到細(xì)胞外表

向周圍的細(xì)胞發(fā)出預(yù)警

“你們很可能被入侵”

“請隨時準(zhǔn)備關(guān)閉合成功能”

“以免被病毒利用”

與此同時

第二支大軍

真正的“攻擊部隊”也開始出動

即

吞噬細(xì)胞

顧名思義

即負(fù)責(zé)“吞食”病毒等有害物質(zhì)的細(xì)胞

（人體主要吞噬細(xì)胞示意，制圖@趙榜/星球研究所）

▼

其中

巨噬細(xì)胞

是吞噬細(xì)胞家族中的大胃王

它們平時處于

“四處閑逛偶爾進食”的“靜養(yǎng)”狀態(tài)

但當(dāng)病毒出現(xiàn)

巨噬細(xì)胞便會如觸電般活躍起來

大口吞食入侵者

（巨噬細(xì)胞正在吞食細(xì)菌，僅作示意，掃描電鏡成像，圖片源自@NIAID）

▼

如果入侵者數(shù)量過多

巨噬細(xì)胞還會召喚其他吞噬細(xì)胞

前來助陣

中性粒細(xì)胞

便是最大的一支生力軍

成年人體內(nèi)的中性粒細(xì)胞

總兵力可以高達200億只

（病原體被中性粒細(xì)胞的胞外陷阱所捕獲，掃描電鏡成像，圖片源自@NIAID）

▼

除了“預(yù)警部隊”“攻擊部隊”

考慮到許多病毒表面缺少“抓手”

不利于吞噬細(xì)胞吞食

先天免疫系統(tǒng)又貼心地組建了

第三支大軍

負(fù)責(zé)補充輔助的“助攻部隊”

即

補體系統(tǒng)

補體系統(tǒng)的補體蛋白大量出動

粘在入侵者的表面

一番“修飾”后

巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞

對病毒狼吞虎咽得更方便了

（補體的調(diào)理作用示意，制圖@趙榜/星球研究所）

▼

不過

也不要小瞧這些助攻手

許多時候它們也會直接出手

通過在病毒表面打孔

讓病毒裂解

堪稱“生撕活剝”

警戒部隊、攻擊部隊、助攻部隊

三支大軍緊密配合

病毒們損失慘重

但是此時的你

也相當(dāng)不爽

你的神經(jīng)系統(tǒng)

開始促使體溫升高

升高的體溫再次加速免疫細(xì)胞

向感染區(qū)遷移

這種現(xiàn)象便是

發(fā)燒

（黑龍江大慶市一發(fā)熱門診，攝影師@王理達）

▼

為了向戰(zhàn)斗部位輸送援軍

你的血管舒張、血流加快

毛細(xì)血管充血

導(dǎo)致你的膚色發(fā)紅

甚至出現(xiàn)紅斑

血管的通透性增加

血管中的細(xì)胞和體液

更容易向周圍組織滲透

從而引發(fā)組織腫脹

如果是鼻腔腫脹

就會令你感到鼻塞

鼻腔血管中的液體不斷滲出

又令你鼻涕大增

激戰(zhàn)中死去的細(xì)胞

則會變成膿涕

（流涕的癥狀在人群中十分常見，下圖為2018俄羅斯世界杯小組賽，巴西隊教練蒂特擤鼻涕被抓拍，圖片源自@VCG）

▼

另一些化學(xué)物質(zhì)

還會刺激神經(jīng)末梢

造成肌肉疼痛

紅、熱、腫、痛

以上所有反應(yīng)被稱為

炎癥反應(yīng)

是你的身體對抗入侵者的體現(xiàn)

當(dāng)你忍受炎癥

似乎勝利在望

但是道高一尺，魔高一丈

病毒在斗爭中不斷提高技能

與免疫系統(tǒng)對抗

包括

以驚人的速度復(fù)制增殖

天下武功，唯快不破

流感病毒、鼻病毒在6-7個小時內(nèi)

就可以在一個細(xì)胞內(nèi)

復(fù)制成千上萬的個體

（甲型流感病毒H1N1亞型，曾引發(fā)1918年“西班牙流感”，死亡人數(shù)超過5000萬人，圖片源自@VCG）

▼

腺病毒更是可以在一個細(xì)胞內(nèi)

制造多達10萬個病毒顆粒

是大多數(shù)病毒的10-100倍

可謂“基建狂魔”

此時即便先天免疫系統(tǒng)

已經(jīng)消滅了許多病毒

但是病毒根本不在乎傷亡

它們是擁有集群優(yōu)勢的狂熱分子

（腺病毒，具有二十面體的外形結(jié)構(gòu)，圖片源自@VCG）

▼

還有些病毒

則以其人之道，還治其人之身

它們找到了干擾“干擾素生產(chǎn)”的方法

比如麻疹病毒、輪狀病毒

（輪狀病毒，其外殼表面有大量刺突，圖片源自@VCG）

▼

總之

這是一場“非人”的入侵

病毒的任何策略

都?xì)埲潭侠?/p>

幸運的是

正當(dāng)你手足無措之時

數(shù)個“偵察兵”悄然來到了你身體的軍火庫

一個隱藏的防御系統(tǒng)

被驚醒了

聽！

這是適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的怒吼！

Round 3

決戰(zhàn)

先天免疫系統(tǒng)“廣譜性”顯著

其工作方法是

“使用相同的武器，防御不同的病毒”

雖然可以消滅大部分入侵者

但是對特殊的、罕見的

以及“藝高人膽大”的狠角色

則顯得力不從心

適應(yīng)性免疫系統(tǒng)

則改換策略

“使用不同的武器，防御不同的病毒”

來一個，打一個

你的肉身

就是這么強大

（兩大免疫系統(tǒng)特點示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

它由兩支特種部隊組成

但因殺傷力太過強大

稍有不慎便可能傷及自身

造成組織損傷，甚至危及生命

所以調(diào)用這兩支部隊必須得有憑證

那么，憑證從哪里來呢？

前文提到的“偵察兵”

就擔(dān)當(dāng)了取得憑證的任務(wù)

它們由少量巨噬細(xì)胞、樹突細(xì)胞等組成

在前線戰(zhàn)場“肢解”部分入侵者后

迅速撤出戰(zhàn)場

并將入侵者身體的一部分

送達適應(yīng)性免疫系統(tǒng)

這，就是憑證

（一個吞噬細(xì)胞正將病毒蛋白向多個T細(xì)胞傳遞，這個過程被稱為“抗原呈遞”，中間為吞噬細(xì)胞，圖片源自@VCG）

▼

拿到憑證的第一特種部隊

T細(xì)胞

立即對入侵者的殘肢展開研究

T細(xì)胞因在胸腺（Thymus）中成熟

而以胸腺第一個英文字母命名

在我們的身體中

擁有300億個這樣的T細(xì)胞特種兵

它們身懷各異的絕技

針對性擊殺某種特異的病毒

（T細(xì)胞攻擊受感染細(xì)胞概念圖，灰色為T細(xì)胞，圖片源自@NIAID）

▼

經(jīng)過比對

最能對付該病毒的那些T細(xì)胞被選中

特種兵生產(chǎn)工廠隨即開動

以該T細(xì)胞為原型

大量生產(chǎn)新的特種兵

殺傷性T細(xì)胞

（cytotoxic T lymphocyte，CTL）

殺傷性T細(xì)胞出動

逐個掃描感染區(qū)的細(xì)胞

試圖尋找被病毒入侵的細(xì)胞

并殺死它們

（3個殺傷性T細(xì)胞正在“圍攻”中間的癌細(xì)胞，藍色標(biāo)記的是細(xì)胞核，紅色標(biāo)記的是含有殺傷性化學(xué)物質(zhì)的囊泡，如同“死亡之吻”，攻擊被病毒感染的細(xì)胞同理，圖片源自@NIAID）

▼

而此時

被病毒入侵的細(xì)胞也深明大義

它們在表面放出一種蛋白質(zhì)

向殺傷性T細(xì)胞疾呼

“向我開炮”

于是

殺傷性T細(xì)胞將一種酶

注入被入侵的細(xì)胞

從而“毒死”后者

或者幫助后者啟動“自殺程序”

與細(xì)胞內(nèi)的病毒同歸于盡

是為細(xì)胞凋亡

（殺傷性T細(xì)胞工作原理示意，制圖@趙榜/星球研究所）

▼

緊接著

吞噬細(xì)胞將死亡的細(xì)胞

連同病毒一起吞下

干干凈凈、了無痕跡

清除了受感染的細(xì)胞

但在細(xì)胞外還有大量的病毒顆粒存在

這時候就需要第二特種部隊

B細(xì)胞

出場了

它因在骨髓（Bone marrow）中發(fā)育成熟

而以骨髓的第一個英文字母命名

在我們的身體中

擁有30億個B細(xì)胞特種兵

同樣針對不同的病毒

練就各自不同的本領(lǐng)

（下圖粉色的為B細(xì)胞，掃描電鏡成像，圖片源自@VCG）

▼

當(dāng)B細(xì)胞拿到憑證經(jīng)過比對

最能有效消滅某種病毒的某些B細(xì)胞被選中

特種兵生產(chǎn)工廠再次開動

不過這次工廠克隆出的細(xì)胞

不再直接奔向戰(zhàn)場

而是把自己變成生產(chǎn)機器

生產(chǎn)出專門針對某種病毒的蛋白質(zhì)

抗體

（B細(xì)胞分化為漿細(xì)胞，漿細(xì)胞開始大量產(chǎn)生抗體，即圖中Y型的小顆粒，概念圖，圖片源自@VCG）

▼

抗體可以結(jié)合到病毒表面

讓病毒失去入侵細(xì)胞的能力

也可以幫助補體標(biāo)記病毒

利于吞噬細(xì)胞的吞食

甚至還可以通過胎盤

進入胎兒體內(nèi)

為脆弱的新生兒提供保護

可見

抗體一出

病毒也就基本走上了絕境

（抗體大量附著在病毒表面，使其失去感染能力，概念圖，圖片源自@VCG）

▼

在抗體的作用下

細(xì)胞外的病毒顆粒也終于被清除

現(xiàn)在

細(xì)胞內(nèi)外，海晏河清

你的身體也恢復(fù)了正常

但是事情并沒有結(jié)束

一些B細(xì)胞與T細(xì)胞早就未雨綢繆

它們不再生產(chǎn)抗體及殺傷性T細(xì)胞

而是留存下相應(yīng)的“檔案”

是為記憶B細(xì)胞和記憶T細(xì)胞

有了它們

當(dāng)我們的身體再次遇到同樣的病毒

便會立即生產(chǎn)相應(yīng)的抗體和殺傷性T細(xì)胞

在你幾無察覺的感染初期

便將病毒清除

這也正是人們感染某些病毒后

不會再次感染發(fā)病的原因

（面對相同的病毒記憶B細(xì)胞可以迅速產(chǎn)生大量抗體；下圖為概念圖，上部為B細(xì)胞，下部為病毒，圖片源自@VCG）

▼

至此

想必你也已經(jīng)清楚

皮膚等物理屏障

先天免疫系統(tǒng)、適應(yīng)性免疫系統(tǒng)

構(gòu)成了我們?nèi)梭w的三層防御體系

再加上記憶細(xì)胞的“存檔”

人體每經(jīng)歷一次病毒的進攻

免疫系統(tǒng)就有可能獲得一次提升

正所謂

“殺不死我的，必使我更強大”

正是這樣的機制

讓人類在百萬年來

從絕大多數(shù)的病毒進攻中

生存下來

這也正是人體的強大之處

（人體三層防御系統(tǒng)功能示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

但是

這樣的系統(tǒng)也存在明顯的bug

即

時間

適應(yīng)性免疫系統(tǒng)雖然強大

但是一般需要一周甚至更長時間

才能生產(chǎn)出足夠的抗體和殺傷性T細(xì)胞大軍

這給病毒留出了可趁之機

它們往往

在適應(yīng)免疫系統(tǒng)還沒有啟動前

便已經(jīng)完成攻擊

我們體內(nèi)就沒有形成相應(yīng)的記憶細(xì)胞

導(dǎo)致病毒可以多次感染同一個人

（T細(xì)胞，適應(yīng)免疫系統(tǒng)的“特種部隊”，黃色為血小板，圖片源自@VCG）

▼

再者

人類向野生動物棲息地的擴張

使之前較少與人類接觸的動物

與我們發(fā)生聯(lián)系

新病毒

從這些野生動物身上

不斷跳躍到人類

令我們的免疫系統(tǒng)應(yīng)接不睱

例如

世界上已知最恐怖的病毒之一

致死率超過50%的埃博拉病毒

便可能是從果蝠跳躍到人類的

（贊比亞卡?？▏夜珗@中的果蝠，圖片源自@VCG）

▼

而廣為人知的HIV

其1型病毒由黑猩猩跳躍到人類

從識別至今不過數(shù)十年時間

卻已經(jīng)感染了7500萬人

今天

全球每200個人不到

就有一個人攜帶該病毒

HIV會把自己的基因

整合到人類基因組中

并占有人類的免疫系統(tǒng)

造成該病毒的清除極為困難

（非洲利比里亞黑猩猩，圖片源自@VCG）

▼

更為嚴(yán)峻的是

現(xiàn)有的病毒通過基因突變、重組重配

也在不斷

進化

我們對病毒世界了解還遠遠不夠

我們對自身免疫系統(tǒng)的了解

也遠遠不夠

“登高極目方知天地之大

置己蒼茫乃知寸身之微”

路還很長

科學(xué)加油！人類加油！

在病毒的進攻中

請讓我們更加強大

（制圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

本文創(chuàng)作團隊

撰稿：所長

編輯：楨公子

設(shè)計：鄭伯容、趙榜、王申雯

圖片：謝禹涵、任炳旭

審校：風(fēng)子

專家審核：呂翔、李雷、冬冬

【參考文獻】

1. Lauren Sompayrac，《病毒學(xué)概覽》，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2016

2. S. J. Flint等，《病毒學(xué)原理》，化學(xué)工業(yè)出版社，2014

3. 周德慶，《微生物學(xué)教程》，高等教育出版社，2011

4. Lauren Sompayrac，《免疫學(xué)概覽》，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2016