如果你對病毒的故事充滿好奇,你第一件想要知道的事情一定是病毒如何生活,如何入侵,以及入侵之后人體是如何生病的,還有新冠肺炎究竟是怎樣一回事。但是坦白地講,這些我都不想寫。
我們從誕生到學(xué)語,從上學(xué)到上班,從戀愛到生娃乃至老病,每一天都活在無法計數(shù)的病原體的包圍中。隨便一點(diǎn)空氣、水和食物,其中所蘊(yùn)含的微小生物都已經(jīng)不可勝計。它們拼命地想要從人體這個有機(jī)體中獲取哪怕一分一毫的食物。因此,這些入侵者們的故事其實(shí)并不稀奇,畢竟每種生物都在為了活著而不擇手段。這樣一來,人的免疫系統(tǒng)根本無法完全對抗那些快速改變自己以求存活的病原體。
圖片來源:veer圖庫
在古代,人們面對病原入侵只能依賴免疫系統(tǒng)這套新手套裝。因此面對烈性的傳染病無論是鼠疫、天花還是瘧疾,如果做不到完全隔離,那么最后的結(jié)局就只能全城死光。詹納醫(yī)生開創(chuàng)的疫苗方法是人類第一個被驗證有效的、大規(guī)模應(yīng)用的對抗病原入侵的科學(xué)方法。隨著科學(xué)的發(fā)展,越來越多的新型武器被開發(fā)了出來,人類升級了自身的裝備,在對抗病原入侵的時候能夠更加得心應(yīng)手了。下面我們就來認(rèn)識一下這些對抗病毒的人工超級武器。
疫苗:演習(xí)的藍(lán)軍
上次的文章中,我們已經(jīng)對疫苗的起源故事進(jìn)行了介紹。病毒都能夠刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的抗體,這些抗體能夠抓獲并最終清除病毒。而且人體的免疫系統(tǒng)還能夠利用一些記憶細(xì)胞來記住這些病毒的特征,如果它們再次入侵,那么就會快速引起免疫系統(tǒng)爆發(fā)式的抗體生產(chǎn),對這些入侵者猛烈進(jìn)攻然后一波帶走。
因此,只需要制造一些跟病原體相似但不會引起發(fā)病的滅活或減毒病毒,它們進(jìn)入人體之后扮演了“演習(xí)藍(lán)軍”的角色,讓免疫系統(tǒng)記住病原的特征。等到遇上了真正的敵人,免疫系統(tǒng)就可以輕車熟路地閃電出擊,消滅它們。
疫苗以及抗體最直接的優(yōu)點(diǎn)就是“物美價廉”,一旦研制成功,可以以較低成本為公眾提供非常有效的保護(hù)。各類病原體疫苗的研發(fā)都是莫大的人類福祉。舉例來說,新生兒所接種的各類疫苗,不但大大降低了新生兒死亡率,也在根本上保護(hù)了所有易感人群,使得很多疾病都得到了有效控制。例如筆者小時候生活在農(nóng)村,還有見過小兒麻痹或流行性腮腺炎的患者,現(xiàn)在已經(jīng)非常罕見了。
因此,針對各種傳染病,我們克服它的最終目標(biāo)就是針對其生產(chǎn)有效的疫苗。但是,研制疫苗并非一件容易的事情。疫苗研制需要尋找合適的滅活病原或者減毒病原,既要保證這些物質(zhì)足夠地“像“病原,從而能夠引起人的免疫記憶,又要保證它們不”是“病原,才能夠保證它們對人體無害。這個平衡點(diǎn)如果拿捏不好,是非常危險的,要么疫苗無效,要么疫苗本身成了病原。
想當(dāng)年美國的脊髓灰質(zhì)炎疫苗研發(fā)過程中就出現(xiàn)了疫苗減毒不徹底導(dǎo)致接種的患者死亡的案例。所以疫苗的研發(fā)要經(jīng)過反復(fù)的試驗和調(diào)整,上市要經(jīng)過嚴(yán)格的臨床檢驗,這就使得疫苗的研發(fā)周期變得很長。
病毒有兩種,一種稱為DNA病毒,一種稱為RNA病毒。前面我們提到,人體的免疫記憶是靠記住病原體特征來發(fā)揮作用的,而DNA是比較穩(wěn)定的物質(zhì),病毒在人體中繁殖的時候不容易出現(xiàn)突變,因此它的特征不容易改變。因此當(dāng)免疫系統(tǒng)記住了DNA病毒疫苗里的病毒特征之后,能夠長時間地輕易認(rèn)出并清除他們。
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但是,RNA病毒是會“易容術(shù)“的。RNA病毒在繁殖過程中會出現(xiàn)許多錯配和重組,不斷改變自己的特征,就好像給自己涂了迷彩,騙過了免疫系統(tǒng),使免疫系統(tǒng)捉摸不透它的特征。而疫苗研發(fā)需要精確把握病毒的關(guān)鍵特征,因此RNA病毒的疫苗研發(fā)更為困難。不幸的是,很多令人類非常頭疼的病毒都是RNA病毒,例如SARS病毒和這次的2019-CoV,以及埃博拉病毒、流感病毒、乙腦病毒和人免疫缺陷病毒。
舉例來說,得過水痘的人終生不會再得水痘,但得過流感的人,下一年仍有可能得流感。這是因為水痘是DNA病毒引起的疾病,而流感是RNA病毒引起的疾病。一年之內(nèi),流感病毒就已經(jīng)變得面目全非,你的免疫系統(tǒng)已經(jīng)不認(rèn)識它了,因此就會再次得病。所以依賴于人體免疫系統(tǒng)的疫苗自然也就很難有效了。
抗病毒藥物:迎難而上
上文我們說到,有些病毒具有很強(qiáng)的免疫逃逸能力,所以疫苗的研發(fā)會有困難。因此我們想到,能不能研發(fā)直接對抗病毒的物質(zhì)呢?
1929年,弗萊明發(fā)現(xiàn)了人類第一個抗生素——青霉素。后來人們逐漸發(fā)現(xiàn)了更多的抗生素,并且知道了這些抗生素并非是通過激活免疫系統(tǒng),而是直接針對細(xì)菌的生命活動過程進(jìn)行破壞,從而殺滅細(xì)菌的。如果把免疫系統(tǒng)比作盾,那么抗生素就是矛,讓人們在對抗細(xì)菌感染時有了主動進(jìn)攻的武器。受此啟發(fā),人們也希望能夠研發(fā)一類直接對抗病毒的化學(xué)物質(zhì)幫助人體對抗病毒。這些物質(zhì)就是抗病毒藥物。
常見抗病毒藥物的機(jī)理與抗生素的作用機(jī)理在原則上是一樣的,就是針對病毒活動的某個特定過程進(jìn)行抑制,從而抑制病毒活動。例如最近大家聽到比較多的奧司他韋,其作用原理是不讓病毒從宿主細(xì)胞里溜出去;再比如利巴韋林,其功能是阻止病毒的核酸復(fù)制,從而控制病毒的繁殖。
抗HIV藥物靶點(diǎn) 圖片來源:httpjerryljw.blogspot.com
與疫苗相比,抗病毒藥物的優(yōu)勢在于,疫苗更多只能做預(yù)防,而抗病毒藥物可以做治療;而且對于RNA病毒來說,目前來看抗病毒藥物比疫苗更靠譜一些。但是,抗病毒藥物的研發(fā)仍然要面臨很大的困難。
抗細(xì)菌的藥物抗生素針對的是比病毒大好多倍而且具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的細(xì)菌,體內(nèi)有非常復(fù)雜的生理活動,很多生理活動過程可以作為靶點(diǎn)來設(shè)計抗生素。所以抗生素們有的抑制DNA合成、有的抑制轉(zhuǎn)錄、有的抑制細(xì)胞壁合成、有的阻止細(xì)胞分裂,機(jī)理不一而足。
而病毒的情況則不同,對于多數(shù)RNA病毒來說,它的生理活動就只有入侵細(xì)胞——復(fù)制復(fù)制復(fù)制——離開細(xì)胞這樣簡單的循環(huán),留給研發(fā)人員的舞臺太小了,老虎吃天無從下口。
即便找到了合適的靶點(diǎn)進(jìn)行藥物設(shè)計,得到的藥物仍然要面臨耐藥性的考驗。耐藥性是我們常聽到的一個詞,主要原理是病原微生物由于自身突變,偶然獲得了對抗藥物的能力,而且沒有獲得對抗藥物能力的微生物被藥物殺死之后,留下了空間,使得耐藥的微生物大量繁殖。
因此我們常說,抗生素不能濫用,因為一旦一種細(xì)菌獲得了某種抗生素的耐藥性,他就會因為獲得了選擇優(yōu)勢而成為優(yōu)勢種;如果長期濫用,細(xì)菌會慢慢積累起針對各種抗生素的耐藥性,就會成為“超級細(xì)菌“,各種抗生素都傷它不得,一旦出現(xiàn)很難消滅。
細(xì)菌的耐藥性尚且不可小覷,就更不用說比細(xì)菌小的多的病毒了,尤其是本來就有著超強(qiáng)變異能力的RNA病毒。前面提到,RNA病毒在復(fù)制的時候會產(chǎn)生非常多的錯誤和重組,這可不是因為它粗心,而是因為這些錯誤可以給它帶來非?焖俚耐蛔,只要有一種突變可以逃過抗病毒藥物,那么它就能夠活下來。
這其實(shí)也印證了開頭的那句話:每種生物都在為了活著而不擇手段。這樣一來,許多抗病毒藥物基本都是只能壓制病毒(尤其是RNA病毒)的活動,無法完全殺死或消滅病毒。所以有效的抗病毒藥物的研發(fā)也不是一件容易的事。
所以在治療病毒感染的時候,人們會同時使用多種抗病毒藥物,有點(diǎn)類似于某著名武器“要你命3000”,這樣可以減小病毒逃脫藥物的概率(因為理論上來說只有同時獲得所有藥物的抗藥性的病毒才能逃脫,概率是很低的)。例如艾滋病治療中著名的“雞尾酒療法“就是利用了這個原理。
結(jié)語
說了疫苗和抗病毒藥物之后,我們發(fā)現(xiàn),兩者的開發(fā)都不容易。究其原因無非兩點(diǎn):一是病毒太小,只能寄生在細(xì)胞里;二是病毒變異迅速,無法針對。
總的來說,人們對于病毒的知識了解太少,遠(yuǎn)沒有人們對其它生物了解得多。相信未來終有一天人們能夠完美解讀病毒的全部特征,找到病毒們的“阿喀琉斯之踵“。
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