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【第一期】(科海探秘)病毒在生物体内都干了什么? ——这些斗争细节你必须知道
【第一期】(科海探秘)病毒在生物体内都干了什么? ——这些斗争细节你必须知道
发布时间:2020/08/22

在新型冠状病毒肆虐的非常时期,哪些科学知识 和医学常识才能帮助我们打好这场防御之战呢?你 可能最想知道的是:病毒是什么?病毒是怎样入侵人 体的?又是怎样让人生病的?我们应该如何防御这 种从来没有见过的新型冠状病毒?如果这几天你正 好在感冒发烧,要不要去医院?在与病毒斗争的过程 中,科学家究竟学到什么? 


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病毒是怎样入侵人体的?


简单说来,病毒就是寄生虫。寄生虫就是靠自己 没法生存的物种,一定要依附一个宿主。这个宿主可 以是一个简单的细菌,可以是一个细胞,可以是一个 生物体,也可以是人类这样复杂的生物体。 


病毒是寄生虫,不依附于其他生物就没法存活、 没法繁殖、没法复制。 

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病毒的历史非常悠久,有生物的时候就有病毒 了,病毒是依附于生物而生存的。最简单、最古老的 病毒叫噬菌体,它是感染细菌的病毒。细菌虽然只有 一个细胞,但也是一种生物体,我们称之为单细胞生 物。 


要了解细菌如何入侵宿主,我们可以先来看看噬 菌体是如何入侵宿主细菌的。


噬菌体会先感染细胞细菌的表面,然后把自己的 DNA注入宿主细胞。 

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注入以后,噬菌体有两个选择:


1.将自己的基因隐藏在宿主的基因组里,也就是 潜伏下来。人类的基因组里就有很多病毒潜伏留下 的痕迹。这一感染途径又叫溶源。 


2.利用宿主细胞的能量和材料,复制新的病毒。 由于细胞内的能量和物资被病毒劫持,细胞往往就发生病变,最终导致破碎,病毒借此出逃的机会,就可以 继续去感染更多的细胞。这一感染途径又叫裂解。


这就是最简单的病毒入侵细菌细胞的过程。病 毒的种类虽然多种多样,也在发生变异,但其感染细 胞乃至感染生物体的逻辑都是一样的。 


在被病毒感染以后,细胞或生物体会坐以待毙 吗?当然不会。“魔高一尺,道高一丈。”那细菌中用来 对抗病毒入侵的工具是什么呢? 


大家可能听说过基因编辑婴儿出生的新闻,也通 过这些新闻听说过基因编辑工具CRISPR–Cas9。其 实基因编辑工具就是细菌用来对抗病毒的工具,这套 工具是科学家在细菌里发现的,有着数十亿年的历史。 

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细菌用这套工具来对抗病毒入侵,原理跟人体的 免疫系统对抗病毒是一样的。人体的免疫系统也非 常重要,每时每刻都在跟入侵的病毒、病菌作斗争。 


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病毒是如何让人体生病的? 


会导致人体生病的病毒有很多,不仅包括呼吸道 的病毒,还包括乙肝病毒等。这里给大家说明一下目 前最受关注的新型冠状病毒、感染呼吸道的感冒病毒 导致人们生病的过程。 


人体的呼吸道从上至下依次为鼻腔、气管、大气 管和肺。呼吸道分为两部分,一部分叫上呼吸道,主 要是脖子以上的部分,主要是鼻腔和气管;还有一部 分叫下呼吸道,主要是脖子以下的气管和肺。肺部分 为两叶,担负着从外界获取氧气的重要功能。 

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感冒其实有两种,这两种感冒影响的都是人体的 上呼吸道。 


第一种叫伤风感冒,比如因为受凉引起的病毒感 染,会导致上呼吸道的细胞被感染以后发生很多病 变,表现症状为鼻塞、流鼻涕、咳嗽。 


第二种叫流行性感冒,简称流感,是比较严重的 感冒。引起流感的病毒叫流行性感冒病毒,我们通常 会用英文和数字编码对其命名。2009 年的甲型 H1N1禽流感大家一定还记忆犹新,可以称得上是更 严重的、危害人类生存的一个大敌。 


两种感冒的共同点在于,伤风感冒跟流行性感冒 威胁的都是我们的上呼吸道。 


现在肆虐的新型冠状病毒跟2013年的SARS病 毒是同一类,都是冠状病毒。SARS病毒跟新型冠状 病毒的相似度达到85%以上,从生物学上看,两者是 非常相似的。基于这样的相似度,我们可以推断,现 在的新型冠状病毒是从SARS病毒演化而来的。 


SARS病毒跟新型冠状病毒致病的过程都是直接 进入人体的下呼吸道,直接感染肺部细胞。 


科学家和医生现在还没有完全搞清楚新型冠状 病毒是如何感染人体细胞的,只知道人体只要被 SARS病毒跟新型冠状病毒感染,肺部细胞产生的反 应就非常明显——肺部产生炎症,免疫系统被激活。 


更严重的是,这里的免疫系统不是被良性激活, 而是被异常激活,导致免疫系统的紊乱。由于我们的 机体从来没有见过这种病毒,所以它会错误地攻击人 体本身的细胞。 


那流感和冠状病毒是怎样让人们生病甚至失去生命的呢?流感每年都会导致很多人死亡。但流感 病毒本身并不会危及生命,真正威胁人生命的其实是 流感引起的并发症。大家可能还记得2018年有一篇 网文叫《流感下的北京中年》,作者的岳父在患上普通 的流感后,又产生了严重的肺炎,在短短的一两周之 内就去世了。 

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其实每年因为流感并发症死亡的人远远多于我们 现在所恐惧的新型冠状病毒带走的生命。流感病毒感 染了上呼吸道以后,一些致病细菌趁虚而入,就会产生 很多炎症,慢慢顺着呼吸道下去,最终引起肺炎。 


肺是很脆弱的器官,一旦形成肺炎以后很容易危 及生命。肺部有感染以后,抗生素很难渗透进去,因 为肺泡非常小,围绕肺泡的毛细血管非常细,治疗药 剂很难到达肺部深处,所以肺部感染很难用药。 

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你可能会想,病毒这么坏,把病毒杀死不就完了 吗?有什么药能杀死病毒吗?抗生素可以吗?实际 上,抗生素只能杀死那些引起并发症的细菌,而病毒 是寄生生物,没有细胞壁,抗生素无法直接作用于病 毒。 


严格说来,现在还没有任何一种药物能够杀死病 毒。 流感病毒和新型冠状病毒从生物学上看也是不 一样的,从下图中可以看出,两种病毒的外观都是不 一样的。 

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在这次疫情中,我们的敌人是新型冠状病毒,并 不是流感病毒。大家都知道,补充VC可以起到一定 的预防流感的作用,而流感跟冠状病毒没有关系,所 以现在补充VC并不能预防冠状病毒感染。 


流感每年导致人类死亡的数量远多于冠状病 毒。2009年,美国和墨西哥发生了严重的甲型H1N1 流感,有5 900万美国人感染,26.5万人住院,1.2万人 死亡,当时 WHO(世界卫生组织)第 1 次将其定性为 全球突发性公共卫生紧急事件(Public Health Emergency of International Concern)。这次事件的整体 死亡率约为万分之二,住院病人死亡率 4.5%。就在 近期,美国爆发的流感也导致 1 300 万人感染,12 万 人住院,目前有6 600人死亡,整体死亡率约为万分之 五,而住院病人死亡率达到了5.5%。 

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其实流感我们每年都会遇到,大家提到流感并不 会那么害怕。2003年,SARS中国大陆地区SARS病 毒引发的肺炎住院死亡率为7%。而现在新型冠状病 毒的致死率在2%左右,而我推断,在未来的一两个月 之后,在主要疫情得到控制之后,整体的住院死亡率 不会多于1%。对此,大家没有必要感到恐慌。 


当然,这只是我个人的推测,也请大家拭目以待。 


从以上的数据来看,新型冠状病毒的毒性远不如 SARS。而且有了 2003 年 SARS 病毒的治疗经验以 后,相信我们能够更好地控制和治疗这次的新型冠状 病毒。 


大家都知道,2003年时,医生用了大量的激素来 对患者进行治疗,效果非常显著,但在激素的副作用 也对患者的身体造成了伤害,包括骨关节和软骨的坏 死,很多人最后被迫更换人工关节,身体状况非常糟 糕。在这次的疫情中,刚刚得到的消息是,在武汉,上 海华山医院的医疗队在非常严谨地控制激素用量,大 概是原来的1/10,这样就能有效减少副作用。

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怎样防御新型冠状病毒? 


最近经常有朋友来问我,这个病毒很厉害,如果 我待在家里哪儿也不去,会不会被传染? 


我可以肯定的告诉大家:不会,病毒是相互传染 的,不是自己长出来的。这次的新型冠状病毒是一种 很小的微生物,直径约为 100 纳米,大概是一根头发 丝的 1/1 000。这么小的颗粒自己是不会飞的,通常 都附着在粉尘和飞沫上。空气传播现象不存在。 

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了解了这个传播途径以后,我们就知道如何阻断 传播了。有接触传播,我们就勤洗手;有飞沫传播,我 们就戴口罩来阻挡。 


你可能会问,这样太被动了,我们能不能主动防御? 


还是以常见的流感病毒为例,北半球基本上每年 都会经历一场流感的浩劫,包括美国和中国。 


预防流感最有效的方法是注射流感疫苗。其主 要作用原理是用流感病毒表面的蛋白质来做抗原,然 后将其注射进人体,使人体产生相应的抗体。 


说到疫苗,大家可能会想到某些"注射一次、终身 管用"的疫苗,比如脊髓灰质炎疫苗。大家都知道,我 们小时候服用过的脊髓灰质炎糖丸就是一种疫苗,吃 了以后我们就不会患小儿麻痹症,一辈子只吃一次就 够了。 


而流感疫苗每年都得打,因为流感病毒是演化得 非常迅速的病毒,在每次的复制过程中不停突变,这 就导致今年的流感病毒跟去年的很不一样,所以每年 都会有新的流感疫苗问世。 

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 联系到现在的情况,我们要不要做冠状病毒的疫 苗,特别是新型冠状病毒的疫苗?当然要做。但是远 水解不了近渴。在烈性传染病传播的过程中,研发疫 苗通常来不及。 


以 SARS 为例,SARS 病毒传播过程最快的时间 是 2~3 个月时间,但是研发疫苗至少需要 9~12 个 月。研发疫苗必须保证其安全性和有效性,必须在细 胞上试,在动物身上试,然后才能进入人体试验。 SARS疫苗真正开始人体试验的时间是2004年,花了 近一年的时间。 


科学家们现在肯定要马上研制疫苗,但是指望他 们在短短的一两周、一两个月之内就投入使用是不现 实的,我们必须尊重科学规律。 


没有疫苗,又没有办法杀灭病毒,我们普通人该 怎么办呢?调动机体自身的免疫系统,增强自身的免 疫力,才是抵抗病毒最重要的方法。 

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在与病毒的斗争过程中, 科学家学到了什么?


第一,利用细菌的免疫系统。2012年,科学家发 现细菌用来对抗噬菌体的免疫系统很厉害。有4位科 学家把细菌的这套基因武器成功地改造成了基因编 辑系统,可以用来改变基因,改变DNA序列。这套基 因编辑系统非常强大,可以修改动植物的基因,最终 我们也可以用基因编辑的方法来修改基因缺陷,还可 以为人类治病。 

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第二,利用病毒来造福人类。

病毒始终是人类健康的大敌,那么有没有可能化 敌为友,让病毒为我所用呢?病毒的本领是把自己的 基因高效地放到宿主细胞里去,那么我们能不能利用 病毒携带基因的高效性来造福人类呢? 


比如,有一些人患有因先天性基因缺陷引发的遗 传病,包括眼睛、血液、免疫细胞都有基因缺陷,我们 利用病毒的特点,改装病毒的基因组,不让病毒自己 复制,把坏的基因都删掉,把好的基因装进去,然后用 病毒作为载体,就像一辆小货车一样,拉着正常的基 因送到病人体内来给人治病呢? 

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这不是科学幻想,从 2016 年到 2019 年,用改造 过的这种无害病毒作为载体的基因药物,已经被用于 疾病治病,有很多基因治疗的药物已经上市了。 


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在这场疫情中,我们应该吸取哪些教训?


在这场防御新型冠状病毒的战役中,我们有许多 应该吸取的教训。第一,我们不太可能把病毒永远消 灭掉。病毒与生物体的斗争一直在进行,一直是此消 彼长的格局。在现代社会,较高的人口密度给流行传 染病的传播创造了一些客观条件,而我们想完全消灭 病毒是不太可能的。或许在几年、十几年或是几十年 之后,冠状病毒又会卷土重来。其中的科学原因可能 是我们还不知道病毒基因演化的规律,如果未来科学 家通过科学研究找到了病毒演化的规律,我们还有希 望完全制服病毒这种寄生虫,但目前的状况是不可 能。 


第二,要相信科学规律。新型冠状病毒引起的肺 炎考验着整个社会的公共卫生系统、应急系统,以及 每个人的心理健康。怎么来渡过难关?要相信科学 规律。疫情总会过去,我们现在要做的是战胜自己的 恐慌心理。 


第三,千万不要为了所谓的猎奇去找大自然中的 野生动物来食用或者饲养,结果只能是有百害而无一 利。 


第四,各级卫生系统的关键信息要及时共享,面 对危机各方都要建立应急机制。在此也呼吁大家,不 在疫区的话不要大量抢购、囤积医用口罩。如何应对 疫情也是对我们的个人素质的一种考验。 


我相信,人类与病毒的斗争还会一直继续下去, 但是我们跟17年前已经完全不一样了。等这次风波 过去,我们要从这次的疫情中继续学习的东西还有很 多。 


2003年抗击非典的时候,我很喜欢其中的一句口 号,叫做"守望相助"。而现在,我依然相信众志成城, 守望相助这8个字。 


不管你是身处疫区,还是在疫区之外,我们都需 要众志成城。 


最后,我想要特别致敬那些战斗在医护一线的白 衣天使们,为他们加油,相信我们一定能迎来战胜新 型冠状病毒那一天! 


健康小贴士: 


如果现在有点感冒发烧,要不要去医院?去医院 之前,你可以先问自己几个问题进行自检。 


第一,在最近两周之内有没有去过疫区?有没有 碰到过湖北省来的朋友?您的亲人有没有接触过湖 北来的朋友? 


第二,您所在的地区有多少个确诊病例?以上海 为例,我所在的闵行区只有两三例,那么我接触到病 毒的可能性就很小。 


第三,你近期去过人多的地方吗?有没有进入过 有着几十上百人的封闭空间,比如饭店、超市、商场? 如果没去过,那你被病毒感染的可能性是很小的。 


经过这三个问题的排除,你应该就不会太担心 了。但如果你正好遇上严重的感冒发烧,有患上肺炎 的症状,请一定要去医院。 


那怎么知道你是不是有肺炎症状呢?这个可以 通过检测血液中氧气的含量进行判断。现在有许多 运动手表都可以检测你的血氧饱和度,如果肺功能出 现了障碍的话,血氧饱和度就会下降。健康人的血氧 饱和度在95%以上,如果你看到自己的血氧饱和度低 于 92%,就要保持警惕,如果低于 88%,那就请你赶 快去医院。 


(作者系中国科学院脑科学与智能技术卓越创新 中心、神经科学研究所研究员)