首页>蔚辽的个人专栏> 青少年科普

流感,流感疫苗——我们需要做得更好丨核心概念

主讲: 蔚辽 2017/5/11

    流行性感冒(流感)是一个全球性的问题,每年,世界上七分之一的人口受到感染。这种病毒不仅感染人,还感染动物,比如鸡和猪,这对农场会产生破坏性的影响。如果我们感染了流感病毒,我们的身体已经进化到可以阻止同一种病毒的再次感染(我们称为免疫反应)。我们可以通过疫苗,利用免疫反应来保护我们抵御流感。但我们现在面临的问题是,流感病毒可以改变它的外衣,使我们的身体无法辨认它。目前的研究正在寻找克服这种病毒变异的方法,从而减少流感患者的数量。


哎呀,我感冒了

    流感是由流感病毒引起的疾病,严重的可以致命。幼儿和老人感染后病情会十分严重。每年有十亿人,即地球上每七个人中的一个,会感染流感,在数年后,这个数量会更多。在过去100年中,有四次大流行性流感(称为大流感)爆发,分别在1918年、1956年、1976年,离我们最近的一次是2009年。1918年“西班牙大流感”是第一次世界大战夺去的生命的5到10倍(第一次世界大战中有1000万人死亡;1918的流感导致5000万-1亿人死亡)。在你有生之年发生另一次大流行性流感的可能性非常高,这正是科学家试图阻止发生的。


流感病毒

    你知道吗?除了人类,流感病毒还可以感染鸡、猪、狗、鸭、猫、鹅、骆驼、雪貂、马、海豹和鲸鱼。广义上说,病毒是由两种东西组成的,蛋白质核酸(核酸是基因构成的)。蛋白质在基因周围形成一层皮毛,这种外壳保护它们免受环境的侵害,并帮助病毒感染细胞。流感病毒有多种类型,我们根据病毒表面出现的两种蛋白质对其进行分类(图1)。这两种蛋白质被称为血凝素和神经氨酸酶。这些蛋白质根据其特定的形状被赋值,我们对其进行排列组合,例如 H1N1 或 H5N1。流感病毒表面的不同蛋白质组合对流感病毒感染的动物种类有重要影响。例如,有一种鸡病毒(H5N8型)可以感染的鸟类种群,但这种病毒却不太可能导致人类感染。这是因为人的肺和鸡的肺被不同类型的糖分子所覆盖,称为唾液酸,而禽流感病毒只与禽类唾液酸结合。


图1 流感病毒

    图说:像所有生物一样,流感也有基因。当病毒繁殖时,病毒会复制其基因,但并非所有的复制品都与原始病毒相同,这有助于流感病毒发生急剧变化并导致大流行的能力。病毒表面有两种蛋白质:血凝素(HA)和神经氨酸酶(NA)。这些蛋白质结合的方式有助于病毒的命名,例如 H1N1。


    流感病毒表面蛋白质的差异也改变了人体识别病毒的方式。这些蛋白质也影响疫苗的工作,影响疾病的严重程度,并影响病毒的传播速度。要了解这些蛋白质是如何影响流感病毒的行为的,还要了解一些其他的概念。


“从我们身上偷”——寄生

    所有生物具备的同一个特征就是它们的复制能力(复制它们自己)。构成身体的细胞不断地复制自己来代替那些被清洗、刮伤或损坏的细胞。复制是一个经过仔细控制的过程,需要在每个细胞中通过一种叫DNA的化学物质写入一本指令书。DNA中的指令称为基因。但是,病毒,包括流感病毒,缺乏基因,这导致他们不能像细胞一样复制自己,所以它们不得不劫持它们感染的细胞进行自身的复制,因为这是它们生长的唯一方式。病毒被描述为专性寄生虫,这就是说它们必须依靠其他细胞而生存。比如,流感病毒感染了鼻子和肺部的细胞,即呼吸上皮细胞,它会从呼吸道上皮细胞,像个海盗一样溜到一艘船上,在这个过程中他可以复制自己,产生新的病毒,感染其他细胞。有些病毒非常擅长劫持细胞,他们可以杀死你,因为他们把你的身体变成一个巨大的病毒工厂,以致它不再能够正常工作。


为什么我有这样的感觉?

    当你感染了流感病毒,你觉得不舒服,有两个原因。

    ·病毒正在从你的身体中窃取能量和资源,在这个过程中,病毒杀死了感染的细胞,这样病毒就可以从细胞中逃脱,从而在其他地方引起更多的感染。

    ·感染触发机体的防御机制——免疫应答。许多与流感相关的症状是必要的,这是身体对抗病毒产生的副作用(这些副作用通常是不舒服的),包括:

    a.鼻涕(技术术语是杯状细胞增生)。清扫鼻子和肺部的污物和病毒。

    b.温度(或发烧)。病毒在37°C的正常体温下生长得最好,所以当我们发烧的时候,身体正在试图制造热量并杀死病毒。

    c.腺体肿胀和扁桃体炎。存放免疫系统细胞的专门器官称为淋巴结。在淋巴结中,免疫细胞相遇交谈,并被激活以对抗入侵者。为了对抗入侵的病毒,我们的身体需要增加免疫细胞在系统中的数量,所以这些免疫细胞在淋巴结和扁桃体中复制,正是这种复制使我们感觉腺体肿胀或扁桃体发炎。


打好仗

    免疫反应的目标是:定位感染和清除感染。所有的生物,包括细菌、植物、果蝇、鳗鱼和人类,都有某种免疫系统。随着机体变得越来越复杂,免疫系统也越来越复杂。免疫系统面临的主要问题是分辨好与坏。事实上,病毒杀死细胞时会对免疫系统发出警报,告诉免疫系统有一些不好的事情发生了。这个警报触发一系列的事件,使身体抵御感染。我们的身体已经进化出了一些巧妙的技巧(图2)来战胜病毒:

    ·干扰素:幸运的是,当身体被病毒入侵时,你的身体能够看到。在对病毒的反应过程中,身体制造化学物质告诉细胞警戒病毒并停止制造新的病毒。这些化学物质被称为干扰素,因为他们有干扰病毒生长的能力。回到上面提到的观点,你的细胞被病毒劫持,成为复制病毒的小工厂,干扰素是从身体发出信号,告诉工厂停止工作,从而阻止病毒复制。干扰素也提醒身体被感染,引发机体的防御机制,例如上述的鼻涕、发烧、和腺体肿大。

    ·先天免疫反应:机体有一些特殊的免疫细胞能够杀死病毒。这些细胞要么吞噬病毒(称为巨噬细胞),要么发现被感染的细胞并杀死它们(称为自然杀伤细胞),或者杀死血液中漂浮的病毒(称为中性粒细胞)。这三种细胞类型是在感染开始后的8-12小时内到达感染组织的早期反应物,它们的作用是抑制感染。

    ·适应性免疫反应:随后会有一波专门的免疫细胞,集中响应特定的病毒感染。这些细胞识别流感病毒的一个非常具体的方面,并帮助清除身体内任何残留的病毒。参与适应性免疫反应的细胞称为B细胞,产生抗体(见下文)和T细胞,它分为CD4细胞(帮助人体抵抗病毒)和CD8细胞(杀死其中含有病毒的细胞),这些慢作用细胞不但能够让你摆脱感染而且他们能够阻止你在未来再次感染同一病毒。


图2 流感病毒的免疫应答

    图说:流感感染后身体对抗有三个阶段:(1)干扰素反应:机体对任何一种感染都有快速反应,它产生一种叫干扰素的蛋白质,它能提醒免疫系统存在病毒,使机体做好战斗准备;(2)先天免疫反应:由对抗病毒感染的细胞组成,例如吞噬病毒的巨噬细胞和杀死受感染细胞的自然杀伤细胞;(3)适应性免疫应答:最终从体内移除病毒,并导致记忆,防止未来感染同一病毒。


愉快的记忆

    在击退了感染之后,身体有了一个巧妙的方法来阻止我们再次感染同一种病毒,它记得它以前看到过的病毒是什么样子,下次看到同样的病毒时,它的反应会更快更强。这个过程叫做免疫记忆,它解释了疫苗的工作方式。通过给某人注射流感疫苗,帮助身体做出免疫记忆反应。免疫记忆的两个关键部分:抗体和T细胞,保护我们在将来免受感染。


抗体

    抗体非常神奇。它们是免疫系统的自控导弹。抗体能够很好地识别蛋白质的形状,它们可以用来告诉你是否怀孕,可以治愈癌症,治愈关节炎等等。抗体的形状有点像大写字母Y,有两个识别事物的手臂和一个有其他重要功能的尾巴。


T细胞

    T细胞是巨大的,它们是免疫系统的嗅探犬,它们四处寻找受感染的细胞,当发现含有病毒的细胞时,它会以一种结构化的方式杀死这些细胞,就像烟囱被拆除一样。


疫苗

    说到疫苗,它们是减少感染的最有效的方法之一。1993年至2013年间,疫苗预防了3亿2200万例疾病和732000例死亡(根据美国疾病控制中心的数据)。有些疾病曾经普遍存在,但由于疫苗,你永远不会再遇到他们,例如小儿麻痹症。更令人惊奇的是,一种疾病——天花——已经完全被消灭了,这意味着再也不会有人感染天花了,这一切都归功于疫苗,当然,我们也有预防流感的疫苗。


一年有效

    但是,如果疫苗那么好,为什么每年都需要重复接种流感疫苗?这是因为流感病毒非常狡猾!它们会发生变异,会改变在其表面的蛋白质,从而避开免疫系统。这个过程是如何发生的呢?我们知道,细胞必须通过复制基因,从而产生新的细胞,继而做更多的副本。复制基因的过程有点像使用复印机,但想象一下,随着时间的推移,用复印机复印的质量将会下降,慢慢变得不可读。专业的说法是:DNA在拷贝中会出现错误,称为突变。我们的身体有办法检查副本,以确保他们是正确的(所谓校对)。如果是有错误的副本,通常会被删除。但是,流感病毒不擅长检查其自身复制的病毒,这意味着病毒可以迅速改变。这导致每年都有新病毒的出现,每年都需要新的流感疫苗。


    流感疫苗很好,但只有一年有效。当狡猾的流感病毒改变它的皮毛时,免疫系统将不能识别。这有点像因为某人剪了头发或换了一件新外套我们就没有认出他。更换流感疫苗是科研的方向。目前,科学家正在寻找一种通用流感疫苗,意味着你接种一次后就不需要再次接种。已经有结果表明,如果疫苗可以增加T细胞(CD8 T细胞),那么当你感染了病毒,你生病的时间就会缩短[1]。科学家现在正在进一步研究如何让这些病毒查杀T细胞进入肺部,以便他们在流感感染的情况下做好准备。


REFERENCE

[1] Lambert, L., Kinnear, E., McDonald, J. U., Grodeland, G., Bogen, B., Stubsrud, E., et al. 2016. DNA vaccines encoding antigen targeted to MHC class II induce influenza-specific CD8(+) T cell responses, enabling faster resolution of influenza disease. Front. Immunol. 7:321. doi:10.3389/fimmu.2016.00321

0
阅读(147) 评论(0) 分享到:
0/400
提交
以下书评由主编筛选后显示
最新 最热 书评管理99+ 共96条书评