該死的免疫系統上:天生的殺手
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撰文 | 商周漫畫 | 小窩責編 | 程莉
我們是一群病原體,包括多個物種:有小到一般顯微鏡下看不見的病毒,顯微鏡下可以看得見的細菌和真菌,以及大到人類肉眼可見的寄生蟲。在人類的眼裡,我們臭名昭著。他們一方面在竭盡全力地尋找對付我們的各種藥物,另一方面還整天嚷嚷著要提高免疫力。這簡直就是不想讓我們活了,所以我們也沒有必要對人類客氣。對於人類不斷開發出來對付我們的藥物,因為不懂,我們只有被動挨打的份,然後等慢慢積累經驗再反抗。不過對他們的免疫系統,我們倒是挺熟悉,今天就在這裡曝光一下這該死的免疫系統。
機關重重的城牆
和所有「高級生命」(人類給命名的,我們要加上引號)一樣,人類的身體是由一層「皮」包裹著的。所以,我們要進入他們的身體,必須要想辦法突破這層皮。這可不是一件容易的事情,打個比喻吧,就像攻城先要攻下城牆一樣。而且這皮還不是簡單的城牆,從某種意義上來說,它是為對付我們而精心設計的。人類包裹身體的皮分為兩類,一是在外面的皮膚,二是在裡面的粘膜。二者的設計有很大的不同,就像兩類不同的城牆。
皮膚的表皮是由很多層緊緊相連的上皮細胞組成的,就像由多層磚頭砌成的城牆。這樣的城牆就連空氣和水都不能進去,更別說是我們了。但皮膚也不是沒有弱點,它最大的弱點是長期暴露在外,所以容易受傷,比如刺傷、燒傷和一些昆蟲的咬傷等。這個城牆出現傷口的時候,我們的機會也就來了。
相比於皮膚,粘膜對於我們來說是更大的舞台。第一,因為它的面積遠遠大於皮膚,廣泛地分布在人類的呼吸道、消化道、生殖道和泌尿道里。第二,和皮膚很不相同的是,粘膜只有一層上皮細胞,就像只由一層磚頭砌成的城牆。您可別誤會了,粘膜不像皮膚那樣厚可不是因為要對我們仁慈,而是為他們自己著想的,比如方便吸收東西。
皮膚和粘膜對付我們的手段很多,大致可以分為三種類型。按照人類中專門研究免疫的專家的說法,分別是物理屏障、化學屏障和微生物屏障。屏障這個詞我們不愛聽,我們把那三個類型的手段分別叫作力量型、技巧型和智慧型。
先說力量型吧,也就是被人類稱為物理屏障的東西,包括上皮細胞——它們通過密不透風的連接將我們拒之門外。另外,有些上皮細胞,比如呼吸道的上皮細胞上,還會長出一些叫纖毛的東西,這些纖毛朝著一個方向排列。當我們在那裡不安分的時候,呼吸道就會分泌粘液來對付我們,然後這些排列有序的纖毛會把我們混在這些分泌物里排出去。這樣的分泌物,也就是人類稱為膿痰和鼻涕的東西。濃痰和鼻涕很難看,聽說不少人不喜歡。我們還真是希望有一天人類能滿足這些愛美的人而設計出抑制濃痰和鼻涕分泌的藥物來,這樣我們就不會被從人體里驅逐出去了。在不能製造這種分泌物的消化系統和和泌尿系統里,人類則有另一種方法來對付我們。這種方法說起來很簡單,就是通過飲食和排泄過程產生由上到下或由內到外的衝擊力。
所以說,上面提到的這些驅逐我們的方法都是力量型的,簡單粗暴。但這些力量型的方法對我們的確也造成不小的麻煩,我們有些兄弟就是這樣被驅逐出境的。
比力量型聰明一點的是技巧型,也就是被人類稱為化學屏障的玩意。在粘膜和皮膚上皮細胞的外面覆蓋著一層由上皮細胞分泌的粘液,它就像圍繞著城牆的護城河,但這是一條沒有橋的護城河,所以我們要攻城必須從這條河裡游過去。但要從這條河裡游過去可不容易,因為這條護城河裡可不是一般的液體。一方面這些粘液的酸鹼度讓我們很不適應,比如胃液就酸的讓我們很難受。大多數人類只知道胃液是用來消化食物的,但其實它還可以讓我們很多兄弟失去生命。
另外,粘液里的一些蛋白也讓我們煩得很。比如說抗菌肽,它們就像子彈,能在我們身上打出窟窿來,讓我們衰竭而亡。還有溶菌酶,從名字上看你就知道它是幹什麼的了,我們也就不用多做解釋了。看到這裡您可能會問了,像抗菌肽和溶菌酶這樣的武器,會不會傷到人類自己呢?我們倒真的希望這樣,但很遺憾,答案是不會,因為這些武器是專門針對原核生物的。您知道,我們中的大多數兄弟都是原核生物,而人類自己卻是真核生物。所以不得不說,這些是高明的辦法,這也是我們把這些武器稱為技巧型的理由。
更厲害的是智慧型武器,也就是人類說的微生物屏障。在人類粘膜和皮膚上的粘液外圍,覆蓋著一層微生物,包括很多不同種類的細菌。這些細菌和我們是同類,都是原核微生物。可是這伙原核生物跟我們不是一夥的,倒和人類成了難兄難弟。它們不僅不會侵犯人類,還為人類服務。比如在人類消化系統的粘膜上就有大量這樣的細菌,它們會幫助人類消化食物。當然它們也不是白幫忙,因為人類會回饋給它們賴以生存的空間和食物。為人類打工也就算了,畢竟也是一種生存手段,大家都要活命的。但讓我們不能忍受的是它們還會幫助人類來對付我們。比如它們覆蓋了粘液外表層,擠占我們的生存空間和食物;更討厭的是它們有時還會分泌一些抗生素,也是用來對付我們的。人類當然喜歡這樣的微生物,還給了它們一個很好聽的名字:益生菌群。可我們卻要毫不客氣地說,它們是原核生物中的敗類、漢奸。不過話又說回來,雖然我們痛恨這些細菌中的敗類,但這卻也的確說明了人類免疫系統的厲害,充滿了智慧。
這些具備力量、技巧和智慧的皮膚和粘膜,就像裝備良好的城牆,機關重重。但我們當然也不是吃素的,所謂「魔高一尺,道高一丈」,在一定條件下,我們中的大多數兄弟還是能夠攻破這樣的城牆的。我們使用的方法各種各樣,在這裡就不泄密了。
但和打仗攻城不同,打仗時攻破了城牆就基本上大功告成了,而對我們來說攻破城牆卻只是苦難的開始。
城牆裡的埋伏
我們的部分兄弟好不容易攻破了人類的城牆,本以為接下來會輕鬆一些,至少也應該可以喘口氣吧。可是我們錯了,因為城牆裡已經設計好了埋伏,讓我們又是吃盡了苦頭。
要具體說遭遇,各個兄弟遇到的情況可能會有所不同。我們的兄弟按照在人體內的生活習性可以分為兩大類:細胞外微生物和細胞內微生物。前者包括寄生蟲、大部分真菌和細菌,以及少量排放到細胞外的病毒;後者包括小部分真菌和細菌,還有絕大部分病毒。
先說細胞外的兄弟們吧。其實可能您也知道,我們這些兄弟大都是可以生活自理的物種,從日常生活到繁殖後代都自己來。我們來到人類體內只是因為這裡吃住都比較習慣。當然,我們對人類這個東家的確也不太厚道,吃人家的住人家的到頭來還要做出傷害人家的事情來。但人類對我們卻是更殘忍,看那架勢就像非要把我們趕盡殺絕一樣。
就拿我們一個生活在細胞外的細菌兄弟為例來說吧,它進入了城牆後首先面臨的就是一個叫巨噬細胞的東西。光看著名字估計您就能大概想像出巨噬細胞的模樣來。沒錯,就是那種很大而且會吃掉我們的細胞,我們叫它「絞肉機」。這個絞肉機平時就埋伏在城牆底下,等細菌兄弟一來,它張嘴就吃了。一旦被這個絞肉機吃下,我們就要面臨多種兵器的絞殺。首先是活性氧,活性氧是一種像火一樣的武器,能燒傷我們的身體;還有能消化我們的各種酶,這些酶就像刀劍,對我們肆意切割。
除了巨噬細胞這個絞肉機,細菌兄弟在進入城牆後很快會碰到的另一個難纏的埋伏是補體。補體是人類給取的名字,它包含很多個活躍在細胞外的功能相關的蛋白,我們把它們叫做「連環炸彈」。細菌兄弟進入城牆後便會引爆這些連環炸彈,引爆後的後果主要有三個。第一,這些炸彈能在細菌兄弟身上炸出洞來,有些細菌兄弟就是這樣被炸死的。第二,炸彈的一些碎片會粘在細菌兄弟身上,而這些碎片又能被巨噬細胞識別,從而增強那些絞肉機對我們的絞殺能力。第三,引爆後的炸彈冒出的煙霧(也就是人類稱為趨化因子的東西)也是一種信號,它能從人類血液中召喚更厲害的部隊到來。
說到這裡可能您又會問了:這樣厲害的絞肉機和連環炸彈會不會傷害人類自己呢?先說巨噬細胞這個絞肉機吧,據我們長期的觀察來看,這個問題的答案為是,也不是。說是呢,是因為我們的確見過它們吃掉人類自己的細胞,比如一些死掉的細胞;說不是呢,是因為它不會攻擊正常的人體細胞。所以總體上來說,這個絞肉機對人類本身沒有壞處。再說補體這個連環炸彈,也就奇怪了,它們好像對我們有特異的識別能力,只會被我們引爆。所以,儘管那些絞肉機和連環炸彈都比較兇殘,但它們知道有一道不能碰的紅線,就是不能傷害人體自身的正常細胞。這樣聰明的絞肉機和連環炸彈真是讓我們恨的牙根都癢,但也多少有些佩服。幸運的是,那根不能碰的紅線讓那些免疫系統的殺手們有些畏手畏腳,從而會降低它們對我們的殺傷威力,這便讓我們的兄弟有可乘之機。所以,雖然我們的兄弟有一些在這裡壯烈犧牲,但還有不少順利闖過這一關。
那些習慣在細胞外活動的兄弟闖過這一關後也不是就萬事大吉了,因為城牆內的埋伏可不僅是這些,更厲害的武器馬上就要來了。一旦事先埋伏在那裡的武器不能把我們完全消滅,免疫系統就要啟動另一組威力更大的武器了,其中最值得一提的是中性粒細胞。之前說過補體這個連環炸彈引爆後的一個功能就是釋放煙霧彈召喚更厲害的部隊到來,這些更厲害的部隊主要就是中性粒細胞。巨噬細胞這個絞肉機也有類似的求助功能,當它們自己有些力不從心的時候,會向中性粒細胞發出求援信號。
中性粒細胞是一些更加專業和恐怖的絞肉機。首先,它們的數量巨大,一個成年人體內每天會產生數十億計的中性粒細胞。其次,它們平均壽命最多就是幾天,而一旦從血液里衝鋒到組織里後,它們的壽命就只能用小時來計算了。所以它們是一群天生就不要命的傢伙,在和我們鬥爭的時候是以死相拼的。而且,中性粒細胞身上配有更為厲害的武器,比如它能產生更多的活性氧和溶菌酶,甚至它們在死的那一刻還會編織出一個網狀的東西把我們逮住。所以,這些裝備良好又不要命的傢伙才是可怕的殺手。
除了召集中性粒細胞到來外,巨噬細胞還會分泌其它多種細胞因子。這些細胞因子就像戰場上的信號燈,能指揮免疫系統的行動。比如有些細胞因子負責產生凝血因子把局部的血管封閉,從而把我們限定在局部區域進行打擊,就是人類所謂的「關門打狗」的戰術。再比如有些細胞因子是調節體溫的,通過升高體溫,也就是人類說的發燒,來限制我們的生存。即使是低燒對我們也是很麻煩的事情,因為會嚴重干擾我們的正常生活和繁衍。對人類來說,發燒其實也是一個「殺敵一百,自傷三十」的策略。因為它也會干擾正常人自身細胞的功能,從而讓他們自己也很不舒服。我們聽說有些人是很不喜歡發燒的,稍微有點低燒就趕緊用退燒藥。聽到這些我們當然是偷著樂了,因為退燒對我們是有好處的。至於對人類有沒有好處,我們就不告訴他們了,嘿嘿。
上面說的是在細胞外生活的兄弟們進入城牆後的遭遇,現在來說說我們那些生活在細胞內的兄弟。因為我們這些兄弟習慣在人類的細胞內生活,所以那些補體連環炸彈一般是炸不到它們的。另外,因為它們有一套在細胞內生存的本領,巨噬細胞即使吃掉它們也拿它們沒有什麼辦法。
比如說我們的病毒兄弟,它們可能直接進入到皮膚或粘膜的上皮細胞里,那麼補體這樣的連環炸彈和巨噬細胞這樣的絞肉機就拿它們就沒有辦法了。但是,躲到細胞裡面卻不意味著它們就安全了,因為另外一些可怕的武器早就在那裡等候著它們呢。一方面,被病毒侵入的上皮細胞會合成一種叫干擾素的東西,能干擾病毒的繁殖。另一方面,被侵入的上皮細胞還會分泌出一些特殊的細胞因子,向外界發出信號,召喚天然殺傷細胞的到來。顧名思義,天然殺傷細胞就是天然存在的殺手,它們通常在血液里流動巡邏,當發現危險信號時就會迅速趕到現場,打擊感染了病毒的細胞。或許您會問了,那天然殺傷細胞是如何區分細胞是否感染了病毒呢?這的確是個好問題,因為如果不解決這個問題,這個殺手就要濫殺無辜了。其實原理挺簡單,在一般正常人類細胞的表面有一種叫MHC一類分子的蛋白,這個分子能阻止天然殺傷細胞攻擊。而在感染了病毒的細胞上,這個MHC一類分子會發生變化,從而對天然殺傷細胞不再有抑制作用。說到這裡或許您又會說了:「你們病毒兄弟為什麼就那樣笨啊,讓那些細胞的MHC一類分子保持原樣不就安全了么?」我們的病毒兄弟當然沒有那樣笨,原因是如果讓那些MHC一類分子保持原樣,它們將迎來更厲害的攻擊。這是後話,我們在此暫且不提。
天然殺傷細胞不僅能直接秒殺被病毒感染過的細胞,還能幫助巨噬細胞殺傷一些我們生活在細胞內的兄弟。比如結核桿菌,它能進入巨噬細胞並在那裡好好地活著。當巨噬細胞拿它沒有辦法的時候,就會向天然殺傷細胞發出求助信號。然後這個殺手就會很快來到這些巨噬細胞身邊,為它們提供強有力的支持,巨噬細胞對結核桿菌的殺傷力就會大大增加。
這就是我們兄弟在攻城牆後的遭遇。您也看到了,無論我們兄弟是生活在細胞外還是躲進了細胞內,都會遭到免疫系統的埋伏和攻擊。機關重重的城牆,再加上城牆內的埋伏,都是被人類稱為「天然免疫系統」的一部分。雖然這個天然免疫系統殺害了我們不少兄弟,但我們依然要艱難地繼續前行。
其實如果您細心的話,也能發現這天然免疫系統有一些缺陷。那就是為了確保他們自己人不要無辜躺槍,所使用的手段大都是針對原核生物。所以,對於同樣是真核生物的寄生蟲老大哥,它們基本上沒有什麼辦法。對於我們分泌出的一些毒素小分子,它們也無能為力。最後,它們雖然能利用原核和真核生物的區別來區分自己和我們,但這種區別的特異性不是很高,這就意味著在攻擊的時候不能用力太猛,否則可能傷及自身。
正是因為這些天然免疫系統的內在不足,當然主要還是因為我們自己的聰明和頑強,我們的部分兄弟依然能向著攻城的目標繼續挺進。不過,我們前面要面臨的可就是萬丈深淵了,因為免疫系統用來對付我們的武器將要升級了。
我們即將面臨的是什麼呢?且聽下回分解。
(該文的最初版本曾於2015年在《新語絲》發表,並獲當年的新語絲科普文學獎。作者最近對該文進行了修改,並加上了漫畫插圖。)
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