安全科普：假如病毒感染了你

我們的一生
注定要與病毒搏斗


它們數量龐大
遍布陸地和海洋
以及我們呼吸的空氣
有科學家估測
僅海洋中的病毒顆粒就超過
10000000000000000000000000000000
即1×1031個
（病毒數量依據微生物學家Lita Proctor的估算；下圖大量紫色顆粒為中東呼吸綜合征冠狀病毒，附著在綠色的細胞上，掃描電鏡成像，后期著色，圖片源自@NIAID）
▼

它們行事狡詐
可以感染一切生物
可以突破種間屏障
在人與動物之間
跨物種傳播
（果子貍，SARS冠狀病毒的中間宿主，攝影師@鄒滔）
▼

它們手段殘忍
可以置人于死地
引發(fā)人類社會高度警惕
甚至嚴重的恐慌
（2020年1月27日，為防止新型冠狀病毒傳播擴散，農村開始封路，拍攝于浙江衢州，攝影師@拾城 朱駿）
▼

恐慌的人們
不知道病毒將如何對待他們
不知道自己的身體
將發(fā)生怎樣的變化
而本文就將為你揭示
這一切


Round 1
病毒的進攻


病毒是一種寄生物
它們沒有細胞結構
必須入侵人類等生物體
借助生物體的細胞進行增殖


因此
入侵
不擇手段地入侵
便是病毒唯一的目標
（流感病毒在細胞內完成增殖后，正從細胞表面出芽釋放，黃綠色為病毒，透射電鏡成像，圖片源自@NIAID）
▼

它們四處游蕩
尋找你身體的破綻
包括以皮膚和黏膜為主的
五大入侵方向
首先是你的


皮膚


皮膚覆蓋在我們的身體表面
與外界大面積接觸
然而皮膚的最外層
卻是由死細胞組成的角質層
極難突破
幾乎沒有病毒
能從這里入侵
（手掌及腳掌皮膚的表皮結構示意，其他部位的皮膚沒有透明層，制圖@趙榜/星球研究所）
▼

但是
當你被蚊蟲叮咬、貓狗抓咬
文身、擦傷、皮膚潰瘍
以及用不潔凈的針頭注射
均會令表皮防線出現漏洞
由蚊蟲傳播的登革熱病毒、寨卡病毒
以及由貓狗等動物傳播的狂犬病毒等
多種病毒
便會趁虛而入


所以
請愛護你的皮膚
切莫自毀長城
（蚊蟲叮咬示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）
▼

既然皮膚無法進入
那么同樣暴露在外的


眼睛


便成了第二個入侵方向
然而
包裹眼球的眼瞼（結膜）
每隔幾秒
便會掃過眼球一次
以其分泌物清洗眼球、清除外來微粒
讓病毒很少有機會感染眼睛


但是一些受污染的環(huán)境
仍有可能帶來危害
例如不潔凈的游泳池
或者用沾染病毒的手觸摸眼睛
或者空氣懸浮物中的病毒接觸結膜
本次新冠肺炎中
北大第一醫(yī)院呼吸內科主任王廣發(fā)
就被懷疑通過結膜感染
（這也是為什么醫(yī)護人員需要佩戴護目鏡甚至面罩的原因，下圖拍攝于湖北黃石市，攝影師@何戈）
▼

接下來的第三個入侵方向


泌尿生殖道


也沒有那么容易
以女性陰道為例
陰道上皮表層細胞不斷脫落
不利于病毒附著
且陰道中通常有黏液保護
對人體有益的乳酸菌
也會選擇在這里生活
創(chuàng)造出低pH的酸性環(huán)境
許多病毒對酸性環(huán)境敏感
只能退避三舍
（嗜酸乳桿菌，陰道菌群中的一種，圖片源自@Wikimedia commons）
▼

突破陰道防線的是
人類的性行為
性行為時
陰道上皮組織被破壞或磨損
病毒便獲得了侵入內層的機會


臭名昭著的
人類免疫缺陷病毒
(HIV，也稱艾滋病毒)
甚至可以不待磨損
直接從上皮細胞中“擠身而過”
片刻歡娛之間
你就中招了
（HIV以人類免疫系統(tǒng)的淋巴細胞為入侵目標，下圖黃色球形即淋巴細胞表面的HIV，掃描電鏡成像，圖片源自@VCG）
▼

第4個入侵方向為


消化道


這里的環(huán)境對病毒而言
依然“惡劣”
它們先是在口腔中遭遇
能殺傷很多病毒的唾液
當到達胃部
又會碰到胃酸與消化酶


好不容易到達腸道
膽汁又將它們殺個幾乎片甲不留
而且腸道中眾多的有益菌群
也增加了病毒攻城掠地的難度
可謂層層設防
（消化道“防線”示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）
▼

能在這種條件下生存下來的病毒
往往得有點特殊技能
可以造成腸胃炎的輪狀病毒
擁有三層蛋白質保護殼
從而保護它抵消
消化道“惡劣”環(huán)境的影響
尤其是嬰幼兒
他們的腸道菌群尚不完善
免疫系統(tǒng)也還未發(fā)育成熟
一旦病毒入侵腸道
便極易引發(fā)腹瀉
（輪狀病毒的三層蛋白質外殼，制圖@趙榜/星球研究所）
▼

而尷尬的是
對于成年人而言
HIV也會通過消化道進入
只不過是從“反方向”
這個方向幾乎不會遇到阻礙
因為他們選擇的是“肛交”


肛交時
直腸的上皮組織很容易被撕裂
HIV就這樣“破門而入”
如入無人之境
這正是男同性戀人群
需要警惕艾滋病傳播的原因
（人體直腸結構示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）
▼

說完皮膚、眼部、泌尿生殖道和消化道
接下來的第5個入侵方向
則是病毒們最"喜聞樂見"的一個
即


呼吸道


大量病毒
選擇從這里入侵
（呼吸道主要病毒示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）
▼ 以肺部為例
人類的肺部擁有約3億個終末肺泡
展開后總面積高達100平方米
吸入的氣體就在這100平方米中
充分接觸、交換
被病毒入侵的機率
大大增加
（人體肺部結構示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）
▼ 但呼吸道也并非毫不設防
其表面覆蓋有纖毛
還有一層黏液包裹
一些病毒顆粒被黏液捕獲
由纖毛推入咽喉
隨即被吞咽
或被咳出
從而失去入侵的機會
（呼吸道上皮組織結構示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）
▼

皮膚、眼部、泌尿生殖道
以及消化道、呼吸道
這便是病毒的5大入侵方向


了解了這些
想必你也已經明白
你的身體已經為病毒
設置了重重防線
只要你注意保護
以及改善個人衛(wèi)生和生活習慣
還是有很多機會阻止病毒的入侵


你的敵人強大、陰險、狡詐
但是你知彼知己
也就有了御敵之道
（病毒入侵的5大方向，制圖@鄭伯容/星球研究所）
▼ 然而
之前的你
可能并沒有意識到這一點
殘暴的歡愉終將引來殘暴的結局
病毒還是沖進了你的體內


是時候啟動
下一個防御系統(tǒng)了
即先天免疫系統(tǒng)
來試試吧，禽獸們


Round 2
人類的反擊


先天免疫系統(tǒng)
之所以稱為“先天”
是因為它是人類歷經百萬年進化后
為每個人類成員配備的
與生俱來的防御系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要由三支大軍構成


當病毒進入人體
受到攻擊的細胞立即發(fā)出“警報”
隨后
一支“警戒部隊”便登場了
即


干擾素警告系統(tǒng)


干擾素是一種信號蛋白
它產生于受感染細胞的內部
可以抑制該細胞的合成功能
防止被病毒用于自我復制
（下圖是被牛痘病毒感染的細胞，藍色熒光標記的圓形是宿主細胞的細胞核，而細胞核旁邊的藍色區(qū)域則是病毒進行復制、裝配的“病毒工廠”，圖片源自@VCG）
▼

另一方面
它也會被輸送到細胞外表
向周圍的細胞發(fā)出預警
“你們很可能被入侵”
“請隨時準備關閉合成功能”
“以免被病毒利用”


與此同時
第二支大軍
真正的“攻擊部隊”也開始出動
即


吞噬細胞


顧名思義
即負責“吞食”病毒等有害物質的細胞
（人體主要吞噬細胞示意，制圖@趙榜/星球研究所）
▼ 其中
巨噬細胞
是吞噬細胞家族中的大胃王
它們平時處于
“四處閑逛偶爾進食”的“靜養(yǎng)”狀態(tài)


但當病毒出現
巨噬細胞便會如觸電般活躍起來
大口吞食入侵者
（巨噬細胞正在吞食細菌，僅作示意，掃描電鏡成像，圖片源自@NIAID）
▼

如果入侵者數量過多
巨噬細胞還會召喚其他吞噬細胞
前來助陣
中性粒細胞
便是最大的一支生力軍
成年人體內的中性粒細胞
總兵力可以高達200億只
（病原體被中性粒細胞的胞外陷阱所捕獲，掃描電鏡成像，圖片源自@NIAID）
▼

除了“預警部隊”“攻擊部隊”
考慮到許多病毒表面缺少“抓手”
不利于吞噬細胞吞食
先天免疫系統(tǒng)又貼心地組建了
第三支大軍
負責補充輔助的“助攻部隊”
即


補體系統(tǒng)


補體系統(tǒng)的補體蛋白大量出動
粘在入侵者的表面
一番“修飾”后
巨噬細胞、中性粒細胞
對病毒狼吞虎咽得更方便了
（補體的調理作用示意，制圖@趙榜/星球研究所）
▼

不過
也不要小瞧這些助攻手
許多時候它們也會直接出手
通過在病毒表面打孔
讓病毒裂解
堪稱“生撕活剝”


警戒部隊、攻擊部隊、助攻部隊
三支大軍緊密配合
病毒們損失慘重
但是此時的你
也相當不爽


你的神經系統(tǒng)
開始促使體溫升高
升高的體溫再次加速免疫細胞
向感染區(qū)遷移
這種現象便是
發(fā)燒
（黑龍江大慶市一發(fā)熱門診，攝影師@王理達）
▼

為了向戰(zhàn)斗部位輸送援軍
你的血管舒張、血流加快
毛細血管充血
導致你的膚色發(fā)紅
甚至出現紅斑


血管的通透性增加
血管中的細胞和體液
更容易向周圍組織滲透
從而引發(fā)組織腫脹


如果是鼻腔腫脹
就會令你感到鼻塞
鼻腔血管中的液體不斷滲出
又令你鼻涕大增
激戰(zhàn)中死去的細胞
則會變成膿涕
（流涕的癥狀在人群中十分常見，下圖為2018俄羅斯世界杯小組賽，巴西隊教練蒂特擤鼻涕被抓拍，圖片源自@VCG）
▼ 另一些化學物質
還會刺激神經末梢
造成肌肉疼痛


紅、熱、腫、痛
以上所有反應被稱為


炎癥反應


是你的身體對抗入侵者的體現


當你忍受炎癥
似乎勝利在望
但是道高一尺，魔高一丈
病毒在斗爭中不斷提高技能
與免疫系統(tǒng)對抗


包括
以驚人的速度復制增殖
天下武功，唯快不破
流感病毒、鼻病毒在6-7個小時內
就可以在一個細胞內
復制成千上萬的個體
（甲型流感病毒H1N1亞型，曾引發(fā)1918年“西班牙流感”，死亡人數超過5000萬人，圖片源自@VCG）
▼

腺病毒更是可以在一個細胞內
制造多達10萬個病毒顆粒
是大多數病毒的10-100倍
可謂“基建狂魔”


此時即便先天免疫系統(tǒng)
已經消滅了許多病毒
但是病毒根本不在乎傷亡
它們是擁有集群優(yōu)勢的狂熱分子
（腺病毒，具有二十面體的外形結構，圖片源自@VCG）
▼ 還有些病毒
則以其人之道，還治其人之身
它們找到了干擾“干擾素生產”的方法
比如麻疹病毒、輪狀病毒
（輪狀病毒，其外殼表面有大量刺突，圖片源自@VCG）
▼

總之
這是一場“非人”的入侵
病毒的任何策略
都殘忍而合理


幸運的是
正當你手足無措之時
數個“偵察兵”悄然來到了你身體的軍火庫
一個隱藏的防御系統(tǒng)
被驚醒了
聽！
這是適應性免疫系統(tǒng)的怒吼！


Round 3
決戰(zhàn)
先天免疫系統(tǒng)“廣譜性”顯著
其工作方法是
“使用相同的武器，防御不同的病毒”
雖然可以消滅大部分入侵者
但是對特殊的、罕見的
以及“藝高人膽大”的狠角色
則顯得力不從心


適應性免疫系統(tǒng)
則改換策略
“使用不同的武器，防御不同的病毒”
來一個，打一個
你的肉身
就是這么強大
（兩大免疫系統(tǒng)特點示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）
▼ 它由兩支特種部隊組成
但因殺傷力太過強大
稍有不慎便可能傷及自身
造成組織損傷，甚至危及生命
所以調用這兩支部隊必須得有憑證
那么，憑證從哪里來呢？


前文提到的“偵察兵”
就擔當了取得憑證的任務
它們由少量巨噬細胞、樹突細胞等組成
在前線戰(zhàn)場“肢解”部分入侵者后
迅速撤出戰(zhàn)場
并將入侵者身體的一部分
送達適應性免疫系統(tǒng)
這，就是憑證
（一個吞噬細胞正將病毒蛋白向多個T細胞傳遞，這個過程被稱為“抗原呈遞”，中間為吞噬細胞，圖片源自@VCG）
▼

拿到憑證的第一特種部隊


T細胞


立即對入侵者的殘肢展開研究
T細胞因在胸腺（Thymus）中成熟
而以胸腺第一個英文字母命名
在我們的身體中
擁有300億個這樣的T細胞特種兵
它們身懷各異的絕技
針對性擊殺某種特異的病毒
（T細胞攻擊受感染細胞概念圖，灰色為T細胞，圖片源自@NIAID）
▼

經過比對
最能對付該病毒的那些T細胞被選中
特種兵生產工廠隨即開動
以該T細胞為原型
大量生產新的特種兵
殺傷性T細胞
（cytotoxic T lymphocyte，CTL）


殺傷性T細胞出動
逐個掃描感染區(qū)的細胞
試圖尋找被病毒入侵的細胞
并殺死它們
（3個殺傷性T細胞正在“圍攻”中間的癌細胞，藍色標記的是細胞核，紅色標記的是含有殺傷性化學物質的囊泡，如同“死亡之吻”，攻擊被病毒感染的細胞同理，圖片源自@NIAID）
▼

而此時
被病毒入侵的細胞也深明大義
它們在表面放出一種蛋白質
向殺傷性T細胞疾呼
“向我開炮”


于是
殺傷性T細胞將一種酶
注入被入侵的細胞
從而“毒死”后者
或者幫助后者啟動“自殺程序”
與細胞內的病毒同歸于盡
是為細胞凋亡
（殺傷性T細胞工作原理示意，制圖@趙榜/星球研究所）
▼

緊接著
吞噬細胞將死亡的細胞
連同病毒一起吞下
干干凈凈、了無痕跡


清除了受感染的細胞
但在細胞外還有大量的病毒顆粒存在
這時候就需要第二特種部隊


B細胞


出場了
它因在骨髓（Bone marrow）中發(fā)育成熟
而以骨髓的第一個英文字母命名
在我們的身體中
擁有30億個B細胞特種兵
同樣針對不同的病毒
練就各自不同的本領
（下圖粉色的為B細胞，掃描電鏡成像，圖片源自@VCG）
▼

當B細胞拿到憑證經過比對
最能有效消滅某種病毒的某些B細胞被選中
特種兵生產工廠再次開動
不過這次工廠克隆出的細胞
不再直接奔向戰(zhàn)場
而是把自己變成生產機器
生產出專門針對某種病毒的蛋白質
抗體
（B細胞分化為漿細胞，漿細胞開始大量產生抗體，即圖中Y型的小顆粒，概念圖，圖片源自@VCG）
▼

抗體可以結合到病毒表面
讓病毒失去入侵細胞的能力
也可以幫助補體標記病毒
利于吞噬細胞的吞食
甚至還可以通過胎盤
進入胎兒體內
為脆弱的新生兒提供保護


可見
抗體一出
病毒也就基本走上了絕境
（抗體大量附著在病毒表面，使其失去感染能力，概念圖，圖片源自@VCG）
▼

在抗體的作用下
細胞外的病毒顆粒也終于被清除
現在
細胞內外，海晏河清
你的身體也恢復了正常


但是事情并沒有結束
一些B細胞與T細胞早就未雨綢繆
它們不再生產抗體及殺傷性T細胞
而是留存下相應的“檔案”
是為記憶B細胞和記憶T細胞


有了它們
當我們的身體再次遇到同樣的病毒
便會立即生產相應的抗體和殺傷性T細胞
在你幾無察覺的感染初期
便將病毒清除
這也正是人們感染某些病毒后
不會再次感染發(fā)病的原因
（面對相同的病毒記憶B細胞可以迅速產生大量抗體；下圖為概念圖，上部為B細胞，下部為病毒，圖片源自@VCG）
▼ 至此
想必你也已經清楚
皮膚等物理屏障
先天免疫系統(tǒng)、適應性免疫系統(tǒng)
構成了我們人體的三層防御體系
再加上記憶細胞的“存檔”
人體每經歷一次病毒的進攻
免疫系統(tǒng)就有可能獲得一次提升
正所謂
“殺不死我的，必使我更強大”


正是這樣的機制
讓人類在百萬年來
從絕大多數的病毒進攻中
生存下來
這也正是人體的強大之處
（人體三層防御系統(tǒng)功能示意，制圖@鄭伯容/星球研究所）
▼

但是
這樣的系統(tǒng)也存在明顯的bug
即


時間


適應性免疫系統(tǒng)雖然強大
但是一般需要一周甚至更長時間
才能生產出足夠的抗體和殺傷性T細胞大軍
這給病毒留出了可趁之機
它們往往
在適應免疫系統(tǒng)還沒有啟動前
便已經完成攻擊
我們體內就沒有形成相應的記憶細胞
導致病毒可以多次感染同一個人
（T細胞，適應免疫系統(tǒng)的“特種部隊”，黃色為血小板，圖片源自@VCG）
▼ 再者
人類向野生動物棲息地的擴張
使之前較少與人類接觸的動物
與我們發(fā)生聯(lián)系


新病毒


從這些野生動物身上
不斷跳躍到人類
令我們的免疫系統(tǒng)應接不睱


例如
世界上已知最恐怖的病毒之一
致死率超過50%的埃博拉病毒
便可能是從果蝠跳躍到人類的
（贊比亞卡?？▏夜珗@中的果蝠，圖片源自@VCG）
▼

而廣為人知的HIV
其1型病毒由黑猩猩跳躍到人類
從識別至今不過數十年時間
卻已經感染了7500萬人
今天
全球每200個人不到
就有一個人攜帶該病毒


HIV會把自己的基因
整合到人類基因組中
并占有人類的免疫系統(tǒng)
造成該病毒的清除極為困難
（非洲利比里亞黑猩猩，圖片源自@VCG）
▼

更為嚴峻的是
現有的病毒通過基因突變、重組重配
也在不斷


進化


加速了病毒在物種之間的跳躍
1997年
人們第一次發(fā)現
基因重配后的禽流感病毒H5N1
居然感染了人類
之后又陸續(xù)發(fā)現了
H7N7、H9N2、H7N9等諸多亞型
可見進化之繁多
（2005年11月8日禽流感疫情下的一張當天的報紙，拍攝于上?；钋萁灰资袌?，攝影師@呂威）
▼

2002年-2003年
原本感染蝙蝠的冠狀病毒
傳播給果子貍并發(fā)生突變
突變后的病毒造成了嚴重的人類疫情
SARS
（2003年4月28日SARS疫情期間，西安公交公司給收回的錢消毒，攝影師@拾城 攝近求遠）
▼

而17年后的今天
這一幕居然又一次上演
新冠病毒已經造成數萬人感染
是現代中國最嚴重的公共衛(wèi)生事件之一
（2020年1月25日湖北G50高速黃石出口，防疫人員在測量進城人員體溫，攝影師@周?。?br> ▼

我們還有什么武器
與病毒對抗呢？


Round 4
下一場戰(zhàn)爭


從約1000年前的北宋時起
為了預防天花病毒的感染
中國古人將天花患者的膿液或痂
接種到健康人身上
是為種痘


18世紀90年代
英國醫(yī)生Edward Jenner
將種痘法予以改進
使用牛的天花病毒接種
是為牛痘


后來的人們終于知道
種痘相當于
利用記憶B細胞的特性
促使人體產生了對抗天花病毒的抗體
疫苗
就此誕生
（兒童計劃免疫接種，拍攝于吉林洮南，攝影師@邱會寧）
▼

此后
我們利用記憶B細胞的特性
生產出了針對不同病毒的更多疫苗
天花病毒也成為人類有史以來
徹底消滅的第一種病毒
這是人類抗擊病毒戰(zhàn)爭的里程碑


其中的關鍵就在于
我們對病毒和人體免疫系統(tǒng)的


科學認知


這是人類想要在病毒戰(zhàn)爭中取得勝利
所必須依賴的最強大的武器
（現在我們有了更多技術進行疾病的診斷和治療，下圖是正在進行胸部CT檢查的醫(yī)護人員，拍攝于新疆伊犁，攝影師@賴宇寧）
▼

如今
我們通過了解病毒的入侵方式
以及人體免疫系統(tǒng)的防御原理
在病毒入侵人體的各個環(huán)節(jié)“設卡”干擾
還研發(fā)出了許多抗病毒藥物


有的藥物成分
可以阻止病毒進入細胞
有的讓病毒無法脫去其蛋白質外殼
有的則可以干擾病毒的復制
這正是我們今天
對抗新冠病毒的堅實基礎
（2月9日米-171直升機運輸抗擊疫情的藥物和各類物資，從安徽亳州出發(fā)只用2.5小時就抵達湖北黃石，攝影師@何戈）
▼

但是我們也必須看到
直到1901年
我們才發(fā)現了第一個人類病毒
黃熱病毒
我們對病毒世界了解還遠遠不夠
我們對自身免疫系統(tǒng)的了解
也遠遠不夠


路還很長
也許我們無法預期
人與病毒的戰(zhàn)爭多久結束
但是
科學研究將是整個人類必須堅持的方向
也是中華民族想要走得更遠更堅實
所必須堅持的方向


“登高極目方知天地之大
置己蒼茫乃知寸身之微”


科學加油！
人類加油！
在下一波病毒來臨之前
請讓我們更加強大
（制圖@鄭伯容/星球研究所）
▼