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身边的科学 九问新型冠状病毒
文章来源:中国青年报     作者:    发布时间:2020-02-11 09:44    点击量:79    

  图为新型冠状病毒3CL水解酶的高分率晶体结构。上海科技大学免疫化学研究所和中国科学院上海药物研究所抗2019-nCoV冠状病毒感染联合应急攻关团队供图

漫画:曹一

漫画:王鹏

漫画:刘道伟

  这个春节,一场始料未及的新冠肺炎疫情,打乱了人们对于鼠年的憧憬,不断滚动的疫情播报牵动着每个人的心。

  在这场战“疫”中,中华预防医学会感染性疾病防控分会常务委员兼秘书长、中山大学附属三院感染科副主任林炳亮除了参与医务工作,还不断通过互联网做科普。他向中青报·中青网记者透露,这些天面对的线上咨询最高时达上万人,是平日里的几十倍,“疫情突然,太多民众对这个疫情和病毒认识不足,不知道怎么办……”

  正如一位科研人员所说,很多人之所以表现出较强的担忧,是因为在这场没有硝烟的战争中,人们连“敌人”的底细都还没有摸清。那么,关于新型冠状病毒,我们究竟了解多少,其中哪些问题已经在科学界和医学界达成共识,哪些科学知识和医学常识又能帮助人们打好这场战“疫”?

  为此,中青报·中青网记者采访了多位科学家和医生,进行解惑。

  病毒怎么就盯上了人类

  有人说,如果把所有的病毒列出来,人类发展史看上去就是一部与传染病做斗争的历史:天花病毒、甲流病毒、登革热病毒、SARS冠状病毒、埃博拉病毒等,都曾夺走人类大量的生命。这些直径约10-300纳米之间的微生物,在人类不经意间就可以完成一次入侵,其表现形式可能是一个喷嚏,也可能是一次身体接触。

  “病毒会不断‘进军’各种宿主,这个宿主可以是一个简单的细菌,一个细胞,也可以是人类这样复杂的生物体。”中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究员仇子龙说,病毒简单来说就是“寄生虫”,不依附于其他生物就没法存活、没法繁殖。

  当一个病毒感染宿主细胞时,将走过6个步骤:吸附、侵入、脱壳、生物合成、组装和释放。首先是吸附,病毒通过“识别”宿主细胞膜表面特有的受体蛋白分子,来“盯上”目标细胞。然后开展侵入——要么通过某种方式进入宿主细胞,要么直接将遗传物质注入宿主细胞之内。

  接下来是脱壳,病毒的感染性核酸“脱下”蛋白质外壳,然后“马不停蹄”地进行生物合成——根据基因指令,借助宿主细胞提供的原料、能量和场所,来合成病毒的核酸和蛋白质;紧接着进行组装,新合成的病毒核酸和蛋白质,会组装成子代病毒;最后是释放,子代病毒释放到宿主细胞外。

  这一次来袭的新型冠状病毒,其入侵步骤也是如此。以第一步的“吸附”为例,该病毒所要识别的,是人类呼吸道和肺部细胞表面的“血管紧张素转化酶2”(ACE2)。中科院武汉病毒所研究员石正丽团队近日在《自然》杂志发文证实了这一点。

  截至目前,人们对新型冠状病毒的认识还很不够,尽管科学家在一些机理问题上取得一些进展,但还有很多临床表现尚未找到原因。

  新病毒比SARS狡猾在哪儿

  “狡猾!”“诡异!”这是林炳亮对新型冠状病毒的一个最初印象。

  他告诉记者,截至目前,人们对新型冠状病毒的认识还很不够,尽管科学家在一些机理问题上取得一些进展,但还有很多临床表现尚未找到原因,如潜伏期患者具有感染性、无症状患者也有感染性、某些患者特别是重症患者持续排毒时间较长等,都是其“狡猾”“诡异”之处。

  如今,科学家基于粪便已经检测出新型冠状病毒核酸,粪口传播途径的“可能存在”引发注意;此外,气溶胶传播途径的“可能存在”也陆续受到关注。林炳亮说,这些都在进行科学研究,相信很快会有结果。

  “认识它,自然是好事,对普通民众来说,如厕前后规范洗手,盖好马桶盖再冲水,小区检查下水道是否畅通,做到这些就会大大减少感染的机会。”林炳亮希望,通过后续加强临床治疗和科学研究,加深对新冠肺炎及病毒的认识了解,慢慢揭开它“诡异的面纱”。

  在他看来,这次疫情发展的速度和传播能力之所以如此强,有多方面的原因——

  一是新型冠状病毒感染的肺炎疫情初期流行时,人们对这个新疾病的传播途径认识不足,导致疫情扩散。二是新型冠状病毒感染的肺炎存在潜伏期感染和无(轻)症状感染患者,患者没有或仅有轻微症状,容易漏诊,如何找出这类传染源是疫情防控的一大挑战。最后一点,则是新型冠状病毒感染的肺炎作为一种新的疾病,人群普遍对它没有免疫力,导致疫情流行初期的“所向披靡”。

  而这,又牵出另一个追问:面对新冠病毒的来袭,人体的免疫系统究竟能起到何种作用?

  人体如何反击病毒

  一种病毒要想入侵人类体内,要突破“重重防线”,而人体也终将发现它们的存在,然后“奋起反抗”——这就是人体的免疫机制。

  “打喷嚏、咳嗽、咳痰,这些都是免疫细胞与病毒作战的表现。”中国免疫学会副理事长、中国医学科学院基础医学研究所副所长黄波告诉记者,人类的呼吸系统尽管是一个与外界相通的开放系统,但这个系统从头到尾有多个环节,均部署免疫细胞“重兵把守”,防御病毒入侵。

  据他介绍,新型冠状病毒感染人体时,通过鼻腔和口腔进入到人体咽喉部后,将进一步蔓延气管及更细的支气管,进而到达肺泡。不过,这些病毒进入肺泡的每一步,都会遭到免疫细胞的“防御”和“监视”。

  具体来看,人体气道表面的大部分细胞,都含有“像刷子一样”的细长纤毛,这些纤毛表面还有能够分泌黏液的杯状细胞,这些黏液能够包裹病毒,并依靠纤毛向上推动,经气道从口腔内排出——这个过程就是人们日常所说的“咳痰”。当然,咳出的痰上,也就沾着不少病毒颗粒。

  “如果病人出现干咳症状,则在一定程度上说明,病毒突破气管、支气管部位的防线,侵入到了肺泡,肺泡部位的免疫细胞,同样会被激活。”黄波说,如此一来,一整套环节中的免疫细胞都会被激活,释放细胞因子如白介素-1、白介素-6和肿瘤坏死因子等,直接刺激体温调节中枢,导致机体发热。

  这也是为什么病毒感染后,人类会有发热症状,并且成为一个验证感染的关键指标。

  此外,病毒入侵肺泡后,如果引起大量肺泡上皮细胞死亡,其释放的死亡物质,还会进一步刺激免疫细胞,引发更强的发热反应——具体表现就是持续高热。

  “发热反应其实也属于人体的一种保护机制,一方面过高温度能够抑制病毒复制,另一方面,温度升高能够增强免疫细胞的防御能力。”黄波说。

  除了发热症状外,这次新型冠状病毒感染的部分病人,还出现了腹泻等胃肠道症状。黄波说,这是由于咽喉与食道相连,部分病毒可能通过咽喉部进入到消化道,通过感染肠上皮细胞以及激活肠道免疫反应,产生相关症状。

  不管年轻人免疫系统功能有多么好,不良生活方式如不规律作息、通宵玩手机、吸烟、饮酒以及旅途疲劳等,都能导致免疫功能临时紊乱,从而给病毒带来可乘之机。

  症状为何轻重不同

  那么,为什么感染者会有不同的反应症状?答案在于每个人体内免疫系统功能有强有弱。

  黄波告诉记者,大多数年轻患者表现为轻症,正是因为他们的肺部上皮细胞状态较为良好,对病毒入侵的天然反应迅捷有效。他们的免疫细胞功能完整、良好,即便被新型冠状病毒感染,也可能不出现临床症状或者症状非常轻微。

  老年人的情况则不然,随着年龄增长,人的机体功能开始退化,在应对病毒时,肺部上皮产生干扰素会“慢半拍”,产生的量也会少一些,这意味着,它们的免疫细胞释放干扰素以及吞噬病毒的能力会有所下降,于是人体整体抗病毒能力下降。

  “如果老年人还有心血管疾病、糖尿病等基础性疾病时,其免疫系统功能更是薄弱,抵御病毒的能力更差,更容易被病毒感染。”黄波说。

  目前来看,此次新型冠状病毒感染所致死亡患者,大多是老年人并且患有其他基础性疾病。

  黄波说,正是由于这些患者抗病毒的免疫力低下,从鼻腔、咽喉部到气管和支气管等诸多环节,未能将病毒“有效阻击”,使得病毒侵犯肺泡,导致共用的肺泡血管壁膜受损,血管里的血液进入到肺泡,导致缺氧,引发危重病情。

  当然,这并不意味着年轻人就可以高枕无忧了。

  在黄波看来,不管年轻人免疫系统功能有多么好,不良生活方式如不规律作息、通宵玩手机、吸烟饮酒以及旅途疲劳等,都能导致免疫功能临时紊乱,从而给病毒带来可乘之机。

  “人的症状轻重,也和入侵的病毒量有关。”黄波说,当病毒短时间内大量入侵机体时,即使是健壮的年轻人,其机体免疫系统也可能没法控制住全部的病毒。

  这时,人类免疫系统的“最佳助攻”——药物和疫苗就要登场了。

  药物研发急不得?

  面对新型冠状病毒肺炎疫情发展的严峻形势,由各类机构和企业研发或筛选的“候选药物”“候选疫苗”频频被曝出,备受关注。那么对这类病毒,是疫苗的预防作用更明显,还是药物治疗的效果更佳?

  “疫苗解决的是保护易感人群、群体防护的问题,而药物仅仅是针对患者,是个体。”林炳亮在接受记者采访时说,从长远来看,应该以疫苗为主,这对疫情控制或发生意义重大;但现阶段来看,重点是早发现、早诊断、早治疗,所以尽早研发或找到有效治疗药物“很重要”。

  然而,新药的研发并不容易。

  “大家都希望能尽快有好的药物,来对付这突如其来的不速之客,但我们必须清楚地认识到,药物的研发、生产、应用有基本的规律和时间要求。”中科院上海药物所管丽专门在网上撰文,来回应人们对于特效药的迫切期待。

  一般情况下,新药研发从无到有,要历经药物发现、临床前研究和临床试验“三部曲”,最后才能进入医药市场用于治疗疾病。

  这其中,最后一步“临床研究”,则又细分为Ⅰ期临床试验、Ⅱ期临床试验、Ⅲ期临床试验和IV期临床研究即药物上市后监测4个阶段,细说起来可谓步步荆棘,成功者凤毛麟角。

  “很多人可能会有疑惑,紧急关头,我们不能缩短药物研发的时间和标准吗?”管丽说,可以加快研发速度,但仍要遵循新药研发规律。药物的研发是一项周期长、投资高、风险大的系统工程,每一个环节都来不得半点错误。

  管丽给出一组数据:一个创新药物从实验室研究到最终上市可能需要10年;据不完全统计,全球的各大制药公司对于一个创新药物的资金投入,从最初到研发上市花费金额平均高达20多亿美元;从实验室研发出潜在有效的化合物,到最终在临床确定有效,并能够应用到市场的药物,可能1万个活性化合物苗子中,才能有一个化合物最终上市。

  难度之大,可见一斑。

  在没有疫情暴发的情况下,科研人员从拿到实验室可用的疫苗开始,到疫苗可以商用,将历经一个“远大于一年”的漫长过程。

  分离疫苗毒株才迈出第一步?

  至于疫苗的制备,所需的时间可能更长。

  “前不久,新型冠状病毒的毒株已经分离出来,这为疫苗的研发提供了可能。”林炳亮说,一般来看,疫苗从研发到最终应用还要很长一段时间,希望越快越好。

  减毒活疫苗和灭活疫苗,是疫苗中的主要两类。这其中,前者顾名思义就是病毒经过各种处理后, 毒性减弱,但仍保留其免疫原性,将其接种到人类身上,引发机体免疫反应,达到预防作用。至于灭活疫苗,则需对病毒进行一次培养,彻底“杀死”该病毒同时保留其毒株特征。

  “这也是科学家要在疫情暴发初期,争取第一时间拿到活毒株体的一个原因。”中科院微生物所博士马越说,由于病原体的突变率不同,比较从不同病人身上分离得到的活毒株,也是一件非常重要的事。

  不过,即便科学家已经掌握了可用的疫苗毒株,从研发到可以注射防疫,还要历经很长一段时间。

  根据马越的说法,在没有疫情暴发的情况下,科研人员从拿到实验室可用的疫苗开始,到疫苗可以商用,将历经一个“远大于一年”的漫长过程。

  在疫情暴发的当下,这个时间或许会大大缩短,甚至会有“绿色通道”。不过马越说,“还是需要时间,科研人员争分夺秒,日夜奋战,就是在和时间赛跑。”

  理想的抗病毒药物,是既能作用于病毒增殖周期的某个或几个环节,予以干扰或阻断,又不影响宿主细胞的正常代谢。

  打败细菌的抗生素为啥不管用

  除了病毒,人类还有一个敌人——细菌,细菌感染曾一度成为人类最大的敌人,如当年被称作“黑死病”的鼠疫,3年时间就使欧洲人口减少三分之一。直到抗生素的发现和推广,人类才控制了细菌感染的暴发。

  面对这次新型冠状病毒肺炎疫情,有的人发出疑问:既然尚无特效药,为何不能用抗生素治疗?中科院微生物所科研专家对此回应道:抗生素对病毒是无效的,至于原因,则还要从细菌和病毒的结构不同说起。

  细菌拥有细胞壁,还有自己的核酸复制机器和核糖体——这就给了抗生素机会,抗生素只要针对这些靶点设计,就能保证杀伤细菌,而对人类副作用很小。

  相应地,病毒没有细胞壁,没有自己的核酸酶,也没有核糖体,它所有的功能都要依靠宿主细胞来完成。这意味着,即便研发出能够杀死病毒的抗生素,也没有太大意义——因为,这种抗生素在杀死病毒的同时,也杀死了病毒所吸附的宿主细胞。

  按照中科院微生物所科研人员的说法,理想的抗病毒药物,是既能作用于病毒增殖周期的某个或几个环节,予以干扰或阻断,又不影响宿主细胞的正常代谢。

  比如常见的药物“病毒唑”,就提供了大量核苷酸类似物,“偷梁换柱”地取代了正常的核苷酸,这让病毒失去了复制能力,起到了抑制病毒扩增的作用。

  科学家提醒道,面对病毒的治疗,人类至今尚未找到像抗生素一样普适性特效药,也因此,积极的治疗往往是调动人体自身的免疫能力去对抗病毒——因为只有生物本身,才真正懂得如何对抗生物。

  由于病毒会变异,二次感染有可能发生,但概率会非常低下。这主要是由机体免疫系统的本质以及病毒变异的部位所决定。

  会不会出现二次感染?

  截至2月9日24时,据31个省(自治区、直辖市)和新疆生产建设兵团报告,确诊病例35982例,累计治愈出院病例3281例。由于疫情还在持续,这些治愈者有可能再次接触到导致疫情的元凶——新型冠状病毒,他们会不会发生二次感染?

  黄波说,由于病毒会变异,二次感染有可能发生,但概率会非常低下。这主要是由机体免疫系统的本质以及病毒变异的部位所决定。

  具体来看,人类免疫系统由固有免疫系统和获得性免疫系统两大部分组成。当新型冠状病毒侵犯呼吸道黏膜,固有免疫系统中的巨噬细胞,就会迅速“吃掉”入侵的病毒。如果固有免疫防线没有被病毒攻破,免疫反应就会到此为止,病毒也就被打败了。

  如果固有免疫防线不幸被攻破了,获得性免疫作为“替补”,就会马上启动。获得性免疫是由T细胞和B细胞所介导,这两类细胞通常“定居”在机体的淋巴结和脾脏,它们一旦被激活,将显示极其强大的“杀毒”能力。

  按照黄波的说法,当T细胞、B细胞和病毒的战斗结束后,会留下不到5%的效应性T细胞、B细胞,这些细胞在机体内存活几年、几十年乃至终身,这些细胞被称作记忆性T细胞或记忆性B细胞。

  “由于当前缺乏特异性抗病毒的药物干预,新型冠状病毒肺炎患者康复基本上依赖于机体的免疫细胞——特别是激活的T细胞和B细胞。”黄波说,记忆性T细胞、记忆性B细胞会在体内长期存在,时刻监视最初感染机体的冠状病毒再次入侵,防止二次感染。

  通俗地说,这些记忆性T细胞或记忆性B细胞,在第一次见到病毒之后,即便过了多年,再次遇见该病毒,仍能够一眼认出,从而启动记忆反应。黄波说,这些细胞的记忆反应速度,如同固有免疫反应一样迅速,可以将再次入侵的病毒迅速控制住。

  人类的免疫系统将再次证明,它是消灭邪恶病毒的无冕之王。

  提高免疫力到底有多重要

  黄波认为,人类的历史是一部与疾病包括病毒斗争的历史,远的例如天花病毒,近的包括脊髓灰质炎病毒,我们人类都最终战胜了这些极其可怕的病毒。

  在这个过程中,人类的免疫系统也在不断进化,变得越来越强大。就此次新型冠状病毒而言,大多数个体接触到病毒后,并无症状或仅出现轻微症状,有的出现发热胸闷等症状,经一段时间后自行好转;但是对于免疫功能不强或者低下者,病毒感染却是一场严峻考验。

  对于这些人群,如何改善他们的免疫功能?

  黄波建议,除了规律作息,当前可以食用一些具有增强天然免疫功能的食物,如香菇、枸杞、灵芝粉、黑木耳等。这些食材富含植物的多糖,能够刺激天然免疫细胞表面,使得这些免疫细胞处于一种预刺激状态,从而加强对病毒入侵的监视。

  黄波通过记者呼吁:希望公众明白了机体免疫系统对人体的保护机制后,能减少新型冠状病毒带来的恐惧和无力感。他说,“我坚信,人类的免疫系统将再次证明,它是消灭邪恶病毒的无冕之王。”(记者 邱晨辉)



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