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【工作细胞】流感病毒有这么厉害吗?

2020-08-30 21:45 作者:biokiwi  | 我要投稿

写在前面:2018年8月,在我们刚刚创建biokiwi公众号的时候,恰逢动画《工作细胞》热播,我们就借着动画中提到的内容写了几篇科普,但是没意识到可以发在B站专栏,错过了最佳时期。马上《工作细胞》剧场版就要在日本上映了(9月5日),就借此机会给大家重温一下《工作细胞》第一季的知识点吧!(炒冷饭实锤)

第二篇文章是关于流感病毒,需要复习的同学可以先看看《工作细胞》第3集:


本文作者 无奶树 | 公众号 biokiwi

本文关键词 流感病毒 


之前我们提到了最近热门的动画,《工作细胞》,并给大家介绍了超级可爱的血小板,但是我们的细胞可不仅仅只有血小板哦!在面对有害细菌和病毒时,细胞之间相互合作,才能真正帮助我们对抗疾病。


动画中的第三集,就很系统的给我们介绍了如何对抗流行性感冒病毒(influenza virus),以及细胞们如何通力合作的故事。大家想必对其中naïve T细胞的成长、巨噬细胞小姐姐温(cu)柔(bao)地解决病变细胞或者B细胞的抗(shui)体(qiang)攻击印象深刻,但是,今天想要给大家介绍的主角,是作为反派的,流感病毒。(其实是因为作者不想看免疫学)

仔细观察那些病毒(红色帽子)上的突起,大家可以看到有两种不同的结构,这应该就是两种病毒表面的结构血凝素(HA)和神经氨酸酶(NA),也就是我们常说的“H*N*流感”中的H和N啦。


流感病毒在身体里是怎么被控制的?

关于这个问题其实在动画中已经很完整的体现了,这里给大家温习一下。

关于病毒的消灭,最主要是依靠我们的免疫细胞,包括动画提到过的杀手T细胞、效应T细胞、B细胞、记忆细胞等等。

但在刚开始发现病毒时,是需要一个让这些细胞知道,到底是什么病毒或细菌的过程的,这一过程称作抗原呈递,这其中就有巨噬细胞(macrophage)树突状细胞(dendritic cells)的任务。

巨噬细胞小姐姐在动画中挥舞柴刀,横扫病原,而在现实中也是很“凶残”的,她还有一个重要的功能就是发现抗原,然后启动免疫反应。
绿色衣服的清(fu)秀(hei)小哥哥就是树突状细胞了,住在一棵树里也是非常形象了,但其实是人家本体长得像树杈啦。他参与了大多数免疫调控的过程,包括抗原呈递以及调节因子释放等等,起着非常重要作用。

而在抗原被识别之后(所谓抗原是指一些致病的病菌、病毒等),身体的免疫系统也会紧接着开始发挥作用,杀手T细胞、效应T细胞、B细胞等等就开始出现了。

这位拿着抗(shui)体(qiang)的小哥哥就是B细胞了,抗体是一种可以与特定抗原结合,并与之对抗的物质,但是针对不同的抗原会有不同的抗体,这也是为什么在最后面对A型流感病毒时,B细胞说自己要去换抗体的原因。

而之后身体的一系列反应,包括你感冒时会经历的,体温上升,感到很冷(恶寒),然后后面会开始冒汗,以及打喷嚏,还有没有胃口等等,其实都是身体针对流感做出的一系列反应,虽然让你难受,但其实是为了你好。

将发烧比作拿开水烫病原,将喷嚏咳嗽比作火箭发射,这些有趣而又形象的类比是我觉得工作细胞能做到有趣地科普的重要原因之一。

这里不得不提醒大家,在观看视频时有弹幕提到“用抗生素”,抗生素是一种针对细菌的有效药物,但并不是针对病毒,所以当你咳嗽感冒时一般是不建议随便使用抗生素的。(如果有机会,我们以后可以讲一讲抗生素和超级细菌的故事)


流感病毒到底是什么样子的?

在动画中我们看到被病毒感染的细胞,通过甩出去一大把“帽子”,就把周围的细胞都感染了。但是真实情况下流感病毒真的就这么轻易感染细胞吗?

流感病毒就好比一个你一旦戴上,就没办法摘下来的帽子。但其实一个细胞里不是只有一个病毒,一个病毒进入细胞后,会大量复制,然后再释放感染其他细胞。

这里给大家先科普一下病毒,大家知道病毒不同于一般的生物都拥有细胞,大部分只有非常简单的结构:蛋白质+DNA或者蛋白质+RNA,蛋白质主要用于保护自身以及感染细胞,DNA或RNA则是作为合成蛋白质的模板。

我们可以把病毒比作像动画中一样的会吸附在细胞头上的帽子,那么DNA或者RNA就是这个帽子的设计说明书,蠢蠢的细胞则会根据这个说明书制作“帽子”,帽子上的一些装饰有助于吸附在细胞上让你摘不下来。当然这是个简单的类比,真实的病毒种类和传染会更加复杂。

这是一个流感病毒的简单示意图,可以看到结构很简单,就是几种蛋白加上八段RNA的组合,但却能给我们带来灾难性的疾病。

而对于流感病毒,是一种RNA病毒,它有八个RNA片段,分别“指导”合成不同的蛋白质,其中有的用于织造“帽子”,有的则是“帽子”的组成部分,还有的是“帽子的装饰”。

这里介绍一下两个重要的“装饰”——血凝素(HA)和神经氨酸酶(NA),前者主要帮助病毒吸附在细胞上;后者则是在病毒复制完成后,切断病毒与细胞的联系。

而这两种蛋白质,则还包括很多亚型,比如HA就有15种亚型,NA则有9种亚型,他们的相互组合,就形成了我们熟知的H1N1,H7N9等流感病毒类型。


为什么流感病毒会突然变强?

在动画的结尾,突然出现了一个很厉害的流感病毒,原本看似很厉害的效应T细胞、B细胞对他无能为力。这其实是因为不同类型的流感病毒,他们的危害程度也是不同的。

流感病毒按照危害程度可以分为A、B、C三类,也就是我们常说的,甲型、乙型、丙型流感

甲型流感危害最大,可以造成世界范围的大流感,大家比较熟悉的09年的甲型H1N1流感,就是甲型流感之一;乙型流感则是会引发局部的流感爆发,但不会波及世界范围;而丙型一般不引起流行,也很少被人提及。

不难猜出,甲型流感是对大家危害最大的,因此在此也给大家讲讲历史上爆发的流感危机。

1918年的西班牙大流感,在当时是一种,一旦得病就无法治疗的可怕疾病。虽然叫西班牙大流感,但其实并不起源于西班牙,而是由于一战时期各国不愿意报道,怕扰乱民心,而只有西班牙对此进行了报道,因此得名。

杀伤力最强的,当属1918年的西班牙大流感,造成了当时超过5000万-1亿人的死亡。而这场流感却也是现代医学刚刚起步的阶段,人们刚刚知道怎么判别病原菌,知道怎么根据病原菌对症下药。面对这样的流感,科学家们拼尽全力,但是在那个连病毒都看不见摸不着的年代,科学家没有能发现导致的原因,最终以失败告终,只能等待流感病毒自身的缓解与消散。

但相对的,医学的发展也因此得到了促进,一系列重大的发现在那之后的二三十年间陆续出现,包括流感病毒的发现。同时各国开始更加重视公共卫生的建立,很多的疾病也因此得到预防。也不知道是祸是福呢?

图示是2009年流感的情况,黑色区域是有死亡病例的国家,红色则是有确诊病例但无死亡的国家,足以看出甲型流感流行的可怕。

在这之后,1957年爆发了亚洲流感,1968年爆发了香港流感。另外一场大家熟知的,就是最近的2009年甲型H1N1流感了。该流感爆发于墨西哥,之后相继214个国家地区有报道病例,最后死亡人数在1.5万人左右。相比于近百年前,人类已经进步了不少,但在这场战争中还是占不到优势。


为什么人们面对大流感显得如此无力?

生物学中常说,“结构决定功能”,这就又涉及到了流感病毒的结构问题了。

我们知道病毒是按照它其中的“说明书”——DNA或者RNA来制造的,而流感病毒的“说明书”有八份(八段RNA),而在感染的过程中,不同类型的流感病毒可能会进入到同一个细胞,它们这八份“说明书”,就有可能互相交换一下,因此又产生了新的流感病毒类型。这一过程称为重配(Reassortment),而这样的重配,就导致了我们之前提到的血凝素和神经氨酸酶的结构发生了翻天覆地的改变,也就是所谓的抗原转变(antigenic shift)。除此之外,病毒还有很多改变自身的机制,此处就不赘述了。

图示的是我们之前提到的几次大流感,它们的发生其实很大的一个原因就是发生了RNA的重配,导致新型病毒的产生,但是反过来想,这其实也是流感病毒的进化,它们可以更好的存活下来了。

而当人面对这种已经“焕然一新”的流感病毒,体内的免疫细胞不能及时作出调整(就好像动画结尾那样),甚至会发生免疫细胞过激的反应(比如西班牙大流感中,死者多事青壮年,原因是自身免疫过激导致的)。一场新的流感大爆发,就此产生了。


那有什么办法可以预防或治疗?

其实对于我们之前提到的大流感,大家应该也注意到了,发生的周期往往达到几十年,我们平常面对的比较多的,还是局部爆发的季节性流感,那么有什么好的应对方法呢?

最好的预防方法,是打疫苗

这里可能有人会问了:之前不是说流感很容易发生变化吗?那流感疫苗不是也没办法一直有作用?事实确实如此,流感疫苗其实是卫生专家们,通过预测这一季度可能产生的流感病毒类型,针对性设计的流感疫苗。比如美国疾病预防与控制中心,针对美国2018-2019季度的流感季节,就推出了LAIV4等类型的疫苗,针对性预防可能爆发的H3N2流感。但至于是否需要每年都注射疫苗,则因人而异,具体信息可以查询相关正规网站。

那要是感染了流感病毒,有什么治疗方法吗?答案肯定是有的。

目前还在使用的抗病毒药物“达菲”

流感治疗的药物,究其根本,其实还是病毒的结构。当科学家们研究清楚了病毒的结构以及它感染的途径之后,便可以针对性的用药物来抑制这些途径。

比如我们之前提到过的神经氨酸酶,我们只要抑制这个酶的作用,便可以阻止病毒的释放,那么相对应的药物就是NA抑制剂,最被人所知的药物就是“达菲”。又比如病毒在进入细胞时,需要有一个细胞表面的通道的帮助,被叫做M2离子通道,当这个通道被抑制,那么病毒也就无法进入细胞了,而药物金刚烷胺就是以此为原理被运用的,可惜这一药物现在被发现有一定的抗药性,逐渐不被使用了。

因此如果患有流感大家也不必害怕,请及早前往正规医院诊断,听从医嘱,及时治疗。


为了便于大家阅读,关于流感的内容也就讲那么多,如果有想进一步了解的,可以在下方留言给我们。又或者有什么不懂的,也可以在下方留言。若是对内容觉得有趣的欢迎转发关注,工作细胞系列还会继续,欢迎大家继续关注。


参考资料:

  • 维基百科相关词条;

  • 美国疾病预防与控制中心-流感页面https://www.cdc.gov/flu/index.htm

  • 金伯泉. 医学免疫学.第5版[M]. 人民卫生出版社, 2009.

  • AlanJ.Cann. 分子病毒学原理[M]. 科学出版社, 2012.

  • 约翰·M.巴里. 大流感:最致命瘟疫的史诗[M]. 上海科技教育出版社, 2013.

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