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人體免疫力如何對抗病毒

2020年02月27日 19:54 | 來源:光明日報
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人類的歷史是一部與疾病包括病毒斗爭的歷史,,遠的例如天花病毒,,近的包括脊髓灰質(zhì)炎病毒,,我們?nèi)祟惗甲罱K戰(zhàn)勝了這些極其可怕的病毒,。在此過程中,,人類的免疫系統(tǒng)也在不斷進化,,變得越來越強大,。

在對付新冠病毒方面,,除了科學(xué)的對癥治療之外,,人體免疫系統(tǒng)發(fā)揮著怎樣的作用,?

1. 相同病毒與多種抗體生成

就本次新型冠狀病毒而言,大多數(shù)個體接觸到病毒后,,并無癥狀或僅出現(xiàn)輕微癥狀,,有的出現(xiàn)發(fā)熱胸悶等癥狀,,經(jīng)一段時間后自行好轉(zhuǎn);但是對于免疫功能不強或者低下者,,病毒感染卻是一場嚴峻考驗,。

截至目前,新型冠狀病毒感染已導(dǎo)致很多人出現(xiàn)感染性肺炎,。無論是政府部門,、科研團隊還是普通民眾,大家都在期盼抗體藥物的出現(xiàn),,而從SARS期間直接收集痊愈患者的血清治療重癥患者的實踐,,直接折射出抗體對于治療此類感染疾病的重要性。

誠然,,抗體是機體對抗病毒感染最重要的武器之一,,針對病毒的中和性抗體(英文名稱neutralizing antibody)一旦產(chǎn)生,不但量大而且持久,,從而高度有效地阻斷病毒進入細胞內(nèi),,而病毒不能進入細胞,就不能繁殖,、擴增,,細胞外的病毒就會逐漸自身分解,抗體神奇之處也就在于此,。

如果將滅活的病毒顆粒直接注射體內(nèi),,引發(fā)機體產(chǎn)生針對病毒的抗體,這便是傳統(tǒng)的疫苗,,產(chǎn)生預(yù)防接種的效果,,當(dāng)前新冠病毒的疫苗研發(fā),也是遵循這一基本原理,。

然而,,只要機體產(chǎn)生出抗體,就能控制住病毒,,這種想法可能僅僅是一種錯覺,,真實情況遠非如此,有些抗體甚至可以促進新冠肺炎發(fā)展,。那么,,這是危言聳聽,還是具有科學(xué)道理,?一個事實是,,許多新冠肺炎重癥患者體內(nèi)先前抗體已產(chǎn)生,為什么這些抗體不能控制住病毒,?這是由于抗體的復(fù)雜性所導(dǎo)致,。

機體有20種氨基酸,,化學(xué)共價鍵將一個一個的氨基酸連接在一起,形成長鏈,,這就是通常所說的蛋白質(zhì),。抗體是一種蛋白質(zhì)分子,,呈現(xiàn)樹杈樣Y字結(jié)構(gòu),,樹杈部分識別、結(jié)合抗原(通常是異己的蛋白質(zhì)),。自然界存在各種各樣的異己蛋白質(zhì),,抗體要識別它們,其樹杈部分也相應(yīng)是各種各樣的(生物學(xué)上稱樹杈部分為抗體的可變區(qū)),,乃至形成各種各樣的抗體,,但這些不同的抗體的樹干部分基本是相同的(生物學(xué)上稱之為抗體的恒定區(qū))。

新型冠狀病毒的核酸物質(zhì)RNA位于核心,,被核衣殼蛋白包裹,,再外面是一層包膜,包膜上有spike蛋白(放大后形狀類似釘子),、envelope蛋白即包膜蛋白、membrane蛋白即膜蛋白,。除了這些維持病毒結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)外,,病毒的核酸遺傳物質(zhì)還可以指導(dǎo)不參與病毒結(jié)構(gòu)的其他病毒蛋白的生成(這些病毒蛋白質(zhì)存在于被感染的細胞中,不存在于病毒顆粒中),。所有這些病毒蛋白質(zhì)都是異己的蛋白質(zhì),,對于任何一種異己的蛋白質(zhì),機體都有可能產(chǎn)生專門針對它的抗體,。因此,,新型冠狀病毒感染人群,個體體內(nèi)可以產(chǎn)生多種不同的針對病毒的抗體,。

2. 部分抗體缺乏抗病毒效應(yīng)

既然機體產(chǎn)生了針對病毒的多種抗體,,那么每種抗體是否都發(fā)揮抗病毒的保護作用?答案是否定的,。

抗體要發(fā)揮抗病毒的作用,,前提條件是抗體要識別并結(jié)合病毒顆粒。但是,,非結(jié)構(gòu)的病毒蛋白不存在于病毒顆粒中(存在于被感染的細胞內(nèi)),,因此,針對這一大類病毒蛋白質(zhì)的抗體,,其實是沒有抗病毒作用的,。

那么,,抗體針對存在病毒顆粒中的蛋白質(zhì)(所謂針對,通俗講就是一個蘿卜一個坑,,這種抗體特異性地結(jié)合這種蛋白質(zhì)),,是否就有抗病毒作用?答案是,,只有針對病毒表面蛋白質(zhì)的抗體才可能產(chǎn)生抗病毒的效果,。

新型冠狀病毒表面是一層包膜,針對包膜里面的病毒蛋白質(zhì),,抗體無法接觸到,,因此,這部分抗體也不具有抗病毒的效應(yīng),。

總之,,病毒顆粒感染機體后,體內(nèi)可產(chǎn)生針對病毒蛋白質(zhì)的多種不同的抗體,,但大多數(shù)抗體其實沒有抗病毒的作用,,只有識別病毒顆粒表面蛋白質(zhì)的抗體,才可能有抗病毒作用,。

3. 有效抗體抗病毒的作用方式

識別病毒顆粒表面蛋白質(zhì)的抗體,,能夠產(chǎn)生抗病毒作用,那么這些抗體發(fā)揮作用的途徑又是如何,?

冠狀病毒顆粒致病是通過病毒顆粒表面spike蛋白(釘子蛋白)與肺部上皮細胞表面的一種稱為血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin-converting enzyme 2,,ACE2)的蛋白質(zhì)結(jié)合,ACE2隨后發(fā)生形狀結(jié)構(gòu)的變化,,導(dǎo)致病毒進入細胞內(nèi),,并利用細胞自身的氨基酸分子、核苷酸分子以及脂類分子,,通過化學(xué)反應(yīng)合成新的病毒顆粒,,這些新的病毒顆粒釋放到細胞外,利用同樣的方式,,感染周圍正常的細胞,。針對spike蛋白的抗體,結(jié)合病毒顆粒表面的spike蛋白,,阻斷spike蛋白與ACE2的結(jié)合,,這也就阻斷了病毒進入細胞。這種針對spike蛋白的抗體,,就是所謂的中和性抗體,。中和性抗體通過阻止病毒入侵細胞,而發(fā)揮保護作用,是抗體發(fā)揮抗病毒效應(yīng)的主要力量,。冠狀病毒表面還有包膜蛋白以及膜蛋白,,但是這兩種蛋白質(zhì)可能并不介導(dǎo)病毒進入細胞,因此,,抗體與包膜蛋白或者膜蛋白結(jié)合,,可能不影響病毒進入細胞,但是如果這種結(jié)合影響到spike蛋白的構(gòu)象(三維空間結(jié)構(gòu)),,使得spike蛋白與ACE2不能很好結(jié)合,,則可以妨礙病毒進入細胞(這種情況的可能性偏低)。針對包膜蛋白或者膜蛋白的抗體,,其與病毒表面的相應(yīng)蛋白結(jié)合后,,即便不影響spike蛋白介導(dǎo)病毒進入肺上皮細胞,但是卻可以介導(dǎo)機體免疫細胞對病毒顆粒的吞噬,。這是由于吞噬細胞表面有特定的蛋白質(zhì)(稱為Fc受體),,能夠識別抗體的樹干部分,即恒定區(qū),。這樣抗體,,通過其可變區(qū)與病毒結(jié)合,通過其恒定區(qū)與吞噬細胞結(jié)合,,從而大大促進了吞噬細胞對病毒顆粒的吞噬,,而被吞噬的病毒在吞噬細胞內(nèi)被分解清除。

綜上,,抗體發(fā)揮作用的途徑分為兩類:中和性表面抗體與病毒結(jié)合阻止病毒進入細胞(御敵于國門外),;非中和性表面抗體與病毒結(jié)合,介導(dǎo)免疫細胞吞噬,、清除病毒(殺敵于國門內(nèi))。

4. 抗體抗病毒不利的方面

非中和性表面抗體與病毒結(jié)合,,介導(dǎo)免疫細胞吞噬,,這種免疫細胞主要就是巨噬細胞(人體內(nèi)專職的吞噬細胞)。巨噬細胞將病毒吞入后,,病毒顆粒被包裹在一種稱為內(nèi)吞體的囊泡里面,,隨后內(nèi)吞體離開細胞表面向細胞中心移動,在此過程中與一種稱為溶酶體的囊泡融合,,而溶酶體內(nèi)含有各種各樣的水解酶,,能夠水解病毒,從而消滅了病毒,。

但在免疫系統(tǒng)進化出這樣一種抗病毒的機制的同時,,病毒也在進化,在利用一切手段逃過吞噬殺傷,。其中一種機制是,,在內(nèi)吞體與溶酶體融合之前,,病毒就逃離內(nèi)吞體。如何逃離呢,?內(nèi)吞體包裹病毒后,,內(nèi)吞體囊腔內(nèi)液體逐漸酸化(pH值降低),病毒可以借助酸化而脫去最外層的包膜,,裸露出病毒核酸,,并順勢將病毒核酸從內(nèi)吞體中轉(zhuǎn)運至細胞漿中,在細胞漿中病毒核酸可以進行復(fù)制,,形成新的病毒顆粒并被釋放至細胞外,。這樣,病毒借助表面抗體,,將免疫細胞轉(zhuǎn)變?yōu)椴《镜闹虚g體,,以逃逸免疫殺傷。

病毒在巨噬細胞的胞內(nèi)擴增可能還不是最糟糕的事情,,更壞的是,,病毒有可能通過巨噬細胞,促進炎癥風(fēng)暴,。

新型冠狀病毒對肺部細胞的損傷,,一般不會直接導(dǎo)致病人的死亡,導(dǎo)致病人死亡的主要原因是非特異性的免疫細胞過度激活,,釋放出大量促炎因子,,典型如白細胞介素-1、白細胞介素-6,、腫瘤壞死因子等,,形成所謂的細胞因子風(fēng)暴,學(xué)名為細胞因子釋放綜合征(cytokine release syndrome,, CRS),。CRS的病理損傷主要表現(xiàn)在毛細血管。毛細血管管壁是由單層血管內(nèi)皮細胞排列而成,,內(nèi)皮細胞之間縫隙小的僅1-2納米,,大的也只是5-8納米,這是由于內(nèi)皮細胞與內(nèi)皮細胞相接壤部分,,其表面均有眾多的連接蛋白,,彼此緊密連接,從而導(dǎo)致如此小的縫隙,。但是上述的促炎因子作用于肺組織的毛細血管內(nèi)皮細胞,,使得內(nèi)皮細胞表面不再表達或者大大降低連接蛋白的數(shù)量,這樣內(nèi)皮細胞間的縫隙,一下子變得非常大,,毛細血管內(nèi)的血液就從增大的縫隙間流出,,填充肺泡,這就是炎癥風(fēng)暴,。

那么,,引發(fā)炎癥風(fēng)暴的細胞因子究竟是由什么樣的免疫細胞所釋放?巨噬細胞是罪魁禍?zhǔn)?。巨噬細胞是機體重要的一線防御細胞,,數(shù)量眾多。病毒感染巨噬細胞,,能夠迅速激活巨噬細胞,,誘導(dǎo)巨噬細胞釋放促炎因子,但當(dāng)病毒在巨噬細胞內(nèi)大量繁殖時,,巨噬細胞的激活就格外強烈,,能夠釋放超量的促炎因子,引發(fā)細胞因子風(fēng)暴,。

5. 非中和性表面抗體的效果取決于時相

既然病毒在巨噬細胞中繁殖,,存在給機體帶來巨大危害的風(fēng)險,那么非中和表面抗體是不是完全不好呢,?答案也不是,,取決于時相。

在病毒感染的早期階段,,巨噬細胞各方面功能完好,,吞噬抗體介導(dǎo)的病毒,更多的是在溶酶體中將其水解,,即便有部分病毒逃逸至胞漿,,巨噬細胞啟動的干擾素信號通路,也能夠有效抑制病毒的復(fù)制和擴增,。在病毒感染的中后期,,巨噬細胞不僅感受病毒的信號,而且感受各種細胞因子的信號,,巨噬細胞的功能出現(xiàn)變化,,病毒則利用可乘之機,,一方面逃逸至胞漿,;另一方面大量擴增,而大量擴增的病毒數(shù)量,,反過來迫使巨噬細胞被強烈激活,,進而釋放超量的促炎因子,造成對肺組織的損傷。

因此,,針對病毒表面蛋白,,中和抗體總是通過阻止病毒進入肺上皮細胞,而發(fā)揮保護作用,,但是非中和抗體主要是介導(dǎo)病毒進入巨噬細胞,,在早期階段發(fā)揮抗病毒作用,但在中后期可能主要是導(dǎo)致肺部免疫損傷,。

6. 機體清除病毒最終依靠T細胞

中和抗體是御病毒于細胞之外,,但對于已進入細胞內(nèi)的病毒是無能為力的,同時,,中和抗體也只能是大部分阻止病毒入侵細胞,,仍會有小部分或者一部分病毒進入細胞內(nèi)。對于躲藏在細胞內(nèi)的病毒,,其最終的殺滅依賴于人體內(nèi)的T細胞,。病毒在肺上皮細胞內(nèi),會將病毒蛋白的信息表達在被感染的細胞表面,,而T細胞則能夠識別被感染細胞表面的病毒蛋白信息,,從而對被感染的細胞發(fā)動攻擊,并將其殺滅,,其結(jié)局是被感染的細胞死亡,,躲藏在其內(nèi)的病毒也遭受被降解的命運。因此,,即便是中和抗體,,其也不是萬能的,但它卻能很好地掃除障礙,,讓T細胞發(fā)揮最后的臨門一腳,。

總之,對于新冠肺炎,,太多希望寄托于抗體,,但抗體并非一般理解的那樣簡單,即機體只要有了抗體就能夠?qū)⒉《厩宄?。對于抗體的復(fù)雜性,,甚至對疾病加重的一面,我們需要有足夠的認識,。同時,,這對于疫苗研發(fā)也有重要的指導(dǎo)意義,因為接種疫苗目的是讓機體產(chǎn)生抗體,,其實是要產(chǎn)生針對病毒顆粒表面蛋白的中和抗體,。將疫苗接種機體,,產(chǎn)生抗體很容易,但是要產(chǎn)生這種保護性中和抗體卻很不容易,,這給疫苗研發(fā)帶來巨大挑戰(zhàn),,我們應(yīng)持謹慎的態(tài)度,開展深入細致的工作,。如果大家明白了機體免疫系統(tǒng)對人體的保護機制,,明白了我們可以通過生活和飲食方式改善免疫,我們就可以減少新型病毒帶來的恐懼和無力感,。我們堅信,,人類的免疫系統(tǒng)將再次證明,它是消滅邪惡病毒,。(作者:黃波,,系中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院免疫系教授、中國免疫學(xué)會副理事長)


編輯:劉暢

關(guān)鍵詞:病毒 抗體 細胞 表面 抗病毒

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