病毒的故事——(30)中和抗體與疫苗升級

現在,我們就來回答上一期的問題,病原體到底是如何致病的?

病毒的故事——(30)中和抗體與疫苗升級

說白了,無論是微生物還是病毒,它們與人類的關係都是寄生物與宿主的關係,也就是一方想奪取資源,另一方要守護資源。人體當然有一些富裕的資源,沒有這些冗餘的話,你怎麼能捱餓,怎麼能生病呢。也可以說,冗餘其實相當多,足夠養很多在體內寄生的東西。事實上,本來就養了很多,人體內細菌的數量,可能比我們自身的細胞都多,而病毒,更是數不勝數。不過,這總有一個限度,和平共生者與貪婪寄生者之間的界限就在於這個限度。如果不加以控制,病原體就會突破這個限度,肆無忌憚的繁殖,大量奪取宿主的資源,以至於宿主資源緊缺,難以維持正常生存。

人類當然不可能坐以待斃,因此也演化出了一套複雜的免疫系統,用於對付那些入侵的病原體。免疫系統最基本的工作可以歸納為兩個,一是識別病原體,二是消滅病原體。在健康人的身體中,消滅病原體的能力不成問題,問題在於,如何準確、快速的識別病原體。如果識別的不準確,負責消滅病原體的細胞找不到敵人,無法發揮作用,還有可能把正常細胞當作攻擊對象,大水衝了龍王廟。如果識別的不及時,免疫大軍還沒有跟上,病原體已經大量繁殖,就再也難以消滅了。

病毒的故事——(30)中和抗體與疫苗升級

抗體,就是免疫系統生產出來用於識別病原體的東西。像一個Y字型的變形金剛,變形金剛的兩個胳膊,也就是Y的兩個分叉上,有許許多多的小機關,每一種小機關,專門抓取一種特定的結構。而各種病原體的表面有種類繁多的結構,Y字形抗體只要能牢牢抓住病原體表面的任何一個結構,就相當於抓住病原體本身。Y字型的下半部分,則負責和殺傷細胞結合。於是,通過抗體,殺傷細胞就可以抓住病原體了。
不過,有一些病原體十分狡猾,即使抗體已經抓住了它表面上的某一個結構,它依然可以通過其他部分把遺傳物質注入要感染的細胞中。就好像你抓住了小偷一隻手,他的另一隻手還是可以幹壞事。這也就是很多抗體不起效果的原因。此外,還有更兇險的情況,有些病原體甚至可以利用抗體增強它們感染細胞的能力,抗體反而成了窩藏病毒的特洛伊木馬,比如呼吸道合胞病毒;還有更危險的情況,病原體通過抗體直接感染免疫細胞,導致你的免疫系統崩潰,比如最大名鼎鼎的艾滋病毒。

所以啊,抗體並不是萬能的,不僅常常沒有效果,有時還起反效果。可是,我們之前說過的天花疫苗,炭疽疫苗,狂犬疫苗等等那些我們熟知的疫苗,又為什麼能立竿見影的起到保護效果呢?這是因為是,這些疫苗所激發的,可不是普通的抗體,而是中和抗體。只有中和抗體,才是我們最需要的抗體。

病毒的故事——(30)中和抗體與疫苗升級

所謂中和,就是抗體與病原體相結合的部位,恰恰是病原體用來感染細胞的關鍵位置。就好像給小偷的雙手綁上繩子,即使讓他自由行動,他也沒辦法偷東西了。中和抗體牢牢抓住病原體感染細胞的關鍵位置,病原體就失去了入侵細胞的能力,即便大量留在血液裡,也不過是一些沒用的垃圾,自然會被清除。中和這個詞,也就是中和了病原體毒性的意思。不知道大家有沒有注意到,有了中和抗體,其實已經不需要殺傷細胞出馬,中和抗體自身就解決了問題。大部分病原體被中和後從暴民變成平民,只剩下少量的病原體進入細胞,就容易對付多了。


既然中和抗體這麼好,怎樣才能產生中和抗體呢?這就是抗體的進化,免疫系統一開始是隨機產生各種抗體的,因為外界的病原體多種多樣,而且難以預測。免疫系統必須保證能最大限度的適應任何情況,產生的抗體越多樣,就越有可能在需要的時候找到有效抗體。當病原體進入身後,免疫系統就會根據病原體的樣子調整抗體的生產,最終進化出中和抗體,並大量生產中和抗體。只不過,很多時候免疫系統還來不及進化出中和抗體,病毒就已經大肆繁殖和入侵了。

所以我們注射的減活或者滅活疫苗,就是為了讓免疫系統提前開始訓練,針對這種病原體產生出中和抗體。這個記憶會被留在身體內。等下次真正感染病原體時,免疫系統就可以調取記憶,快速形成大量中和抗體,讓病原體繳械投降。疫苗的關鍵作用,就在於給免疫系統足夠的時間,產生我們最想要的中和抗體。

病毒的故事——(30)中和抗體與疫苗升級

那麼現在,人類知道了哪些抗體才是我們最需要的抗體。疫苗即將獲得再次升級。病原體上本來有許多的結構和模型,也就對應了許多的抗體。但我們只需要中和抗體,能不能想辦法更快速的激發中和抗體呢?能,這種新升級的疫苗就叫做亞單位疫苗。亞單位的意思就是一個不完整的病原體單位,其實就是隻把專門用來入侵細胞的關鍵部分做出來就行了,這樣免疫系統也就只針對這個部分產生抗體,而這種抗體,就是最為有用的中和抗體。
不過,要單獨模擬病原體的關鍵結構,也不是一件容易的事。需要對蛋白質三維空間構型解析,還需要再想辦法批量製作,所以亞單位疫苗的開發需要技術,也需要時間。對於像此次新冠病毒這樣來勢洶洶的疫情,就有點遠水解不了近渴的意思。於是,科學家們又找到了一個更巧妙的辦法:其實不需要已經組裝好的蛋白結構,而只需要組裝那部分蛋白結構的說明書就行了。這就是核酸疫苗。我們知道,這次的新冠病毒是RNA病毒,RNA和DNA一樣都是遺傳物質,它們就是組裝蛋白質的說明書。

新冠病毒的RNA序列早在今年一月份就完成了測序,向全世界公開。科研人員首先需要確定新冠病毒入侵細胞的關鍵結構在哪,是哪些蛋白,如何組成。然後再找到生產那段蛋白的序列就可以了。最後,把那一段核酸序列做成疫苗,注入身體。這種核酸疫苗進入身體後,藉助我們的細胞器,製造出那些特殊的結構蛋白,進而直接激發出最有效的中和抗體。所以新冠疫苗的研發週期就可以大大縮減。今天,也就是3月9日,我剛好看到一條新聞,有一種新冠病毒RNA疫苗已經進入臨床三期實驗了。估計今年有望上市。

其實,這次新冠病毒的疫苗並非很難開發的疫苗,所以有望在今年內出爐。而最難的,是HIV疫苗,也就是針對艾滋病毒的疫苗,過去幾十年中,全世界每年數億美金的投入依然沒有研發出有效疫苗。難點在哪呢?解決的希望又在哪呢?我們下回再說。


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