病毒感染人体是怎样引起疾病的?

据国家卫健委最新消息,截至1月21日24时,收到国内13个省(区、市)累计报告新型冠状病毒感染的肺炎确诊病例440例,报告死亡病例累计9例。

1960年诺贝尔医学和生理学奖得主彼得.米达瓦曾这样定义病毒:“病毒是被坏消息包裹着的一片核酸”。也就是说,病毒就是一点遗传物质——单一的核酸[脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)]和包裹此核酸的蛋白分子外壳所构成的遗传单位。换句话说,病毒是我们这个星球上最简单的可遗传形态。

在生物界,病毒、植物和动物是生物构成的三大群体,包括细菌和原虫在内的各种植物和动物都是由细胞组成的有机体。而病毒没有细胞结构,是绝对的寄生体,病毒以其内含的遗传信息去感染细胞并利用细胞的代谢“机器"不断大量地复制自己,靠被感染的细胞才能得以繁殖,复制出来的病毒又去感染新的细胞。不仅如此,病毒为了适应环境的变化,其基因会经常发生变异,毒力弱的会难以预料地变成毒力极强的;特别是两种或两种以上的病毒感染同一个细胞时,一种病毒的基因片段会与另一种病毒的基因片段通过基因重组或重配产生新的病毒,正是因为病毒结构简单、可变性大,使它们最容易改变毒力而成为有害的生物。

病毒有什么特点?

病毒的种类很多,在我们这个星球上,总共有多少种类病毒,目前尚未搞清楚。目前已被认识并分类的病毒大约有4000种,其中可能感染人体的、有医学意义的不过约1/10、400种左右。但我们已经知道,凡是有生命的地方都有病毒,都有可能给人类造成感染。

当然,植物、动物也不例外,都有相应的病毒和病毒病。一般说来,植物病毒不能感染人;可是有些病毒既能感染动物,也能感染人。这种人和动物都能传染的病毒叫作“人畜共患病病毒”,如狂犬病病毒、疯牛病病毒、禽流感病毒,等等。尽管不同病毒的大小结构、宿主范围等方面各不相同,但它们具有以下一些基本共性:

(1)病毒的体积很小(10~300nm),能通过最细的细菌滤器,一般需要使用电子显微镜、放大上万倍才能看见;

(2)病毒由保护性蛋白外壳包着的RNA或DNA基因组组成,在核壳之外多由脂蛋白外膜包裹;

(3)病毒只能在细胞内繁殖,完全依赖宿主细胞进行合成和提供能量,具有严格的细胞内寄生性;

(4)病毒在细胞内复制之前,先要脱掉外壳使其基因组解脱;

(5)病毒普遍对抗生素具有抵抗作用,所以用抗生索治疗病毒病一般无效或疗效甚微。

与其他生物相比,病毒的基因组较小,如麻疹病毒、脊髓灰质炎病毒、埃博拉病毒、汉坦病毒以及人类免疫缺陷病毒(HIV),它们的基因数量都在10个以下,而最大的天花病毒也只有200~400个基因。这些基因数量较多的病毒与最小的细菌所拥有的5000~1万个基因与人类细胞拥有的3~5万个基因相人类免疫缺陷病比,其遗传信息量显得微不足道。但即便只有这样少的基因,病毒也能把比其基因多千百倍的人体击垮!

病毒感染人体是怎样引起疾病的呢?

科学研究表明,病毒致病的途径有三种:

一是病毒或其蛋白质直接杀死细胞,某些病毒借助它们从细胞内向外释放的同时毁坏细胞;

二是病毒改变了细胞的功能,使细胞不能合成某种重要的蛋白质。例如,非致死性病毒感染某些细胞后,使其不能再生成足够的激素;

三是病毒破坏被其感染的细胞而产生各种免疫损害,机体对病毒产生的一些免疫反应可能误伤自身,例如病毒形成的抗原-抗体复合物沉积在血管壁或肾脏细胞上,可造成直接或间接的损害。

已知有多种病毒能够感染人类,但感染的情况差别甚大:有的有临床症状,有的则为亚临床感染或无明显临床症状;有的病毒感染是急性的或自限性的,能获得终身免疫;有的则处于潜伏状态,过一段时间或者在适当的条件下再变成活跃状态,有的对感染过并有部分免疫力者再度感染;有些病毒,如乙肝病毒,既能引起急性感染,也能发生慢性感染。其中,急性流行性病毒感染对人的影响最大,后果比较严重。如急性病毒性脑炎,发病率虽不太高,可是死亡率很高;相反,如病毒性流感等病毒病的死亡率较低,可发病率很高,能导致劳动力的损失。有些病毒病在短期内临床症状不明显,潜伏期有数年,甚至长达十年以上,如巨细胞病毒和风疹病毒感染就是这样。有的像疯牛病、艾滋病长时间不发病,一旦发病就几乎百分之百地致命。从临床表现来看,一些不同种类的病毒能产生相同的临床症状,如许多种病毒都能引起感冒的临床症状;如腺病毒、流感病毒、副流感病毒、腮腺炎病毒、 呼吸道合孢病毒、冠状病毒、鼻病毒等都能引起急性呼吸道感染;再如,肠道病毒(柯萨奇病毒、脊灰病毒、埃可病毒等)、虫媒病毒(圣路易脑炎病毒、东方马脑炎病毒、西方马脑炎病毒、委内瑞拉马脑炎病毒、流行性乙脑病毒)、狂犬病毒等都能引起中枢神经系统的疾病。也有的是一种病毒能产生完全不同的临床症状,如巨细胞病毒,在孕妇的子宫内被其感染能引起胎儿畸形;婴儿出生后小头、发育迟缓、耳聋、白内障、肝脾肿大等;而成人被其感染(HIV )了,则会引起传染性单核细胞增多症,有免疫抑制的病人感染后易发生全身扩散性感染。

病毒从哪里来?

有关病毒的起源问题至今仍然是个谜。曾有人提出“退化假说" :病毒的核酸可能由正常细胞基因演化而来。细胞经过基因配对、重组和长期变异,可能使病毒获得了自己的基因结构。平时,这些病毒在它们的宿主细胞里潜伏着,处于与细胞共生或近似共生的关系。但是,当病毒一旦从一个宿主转移到另一个宿主时会突发变异,形成新的基因混合体,这些先前与细胞共生的病毒就获得高水平的毒力。

如有的病毒学家怀疑一种狗瘟病毒或绵羊脱皮病病毒可能在跨过不同物种的障碍进入人体时遭受变异,从而变成人类的麻疹病毒。这个推测并非臆想,因为以上提到的这三种病毒的基因序列非常相似。这三种病毒相似的遗传结构很可能是由于人和家畜密切生活在一起造成的。同样,可能是某种猴病毒感染人而变成了人类的艾滋病病毒。这就是说,当一个病毒无论何时进入一个新的宿主,都有可能发生变异,变异之后的病毒就能引发新的严重传染病。虽然病毒性传染病很可怕,但是人类并不是无能为力,科学技术的发展使人类逐渐掌握了降服这些恶魔的法宝。疫苗目前是控制甚至消灭病毒性传染病最有效的手段,麻疹、脊髓灰质炎、风疹和某些病毒性脑炎都有了有效的疫苗,人类依靠痘苗已经消灭了天花。科学家也一直在寻找治疗病毒性传染病的药物,但就大多数急性病毒病来说,还缺乏有效的预防措施和治疗方法。因此,人类彻底战胜病毒瘟疫还需要付出艰苦的努力。

本文部分内容来自《知识就是力量》杂志

原作者/洪涛(中国工程院院士) 王健伟(中国疾病预防控制副研究员)

审稿/李斌(中国细胞生物学学会科普工作委员会主任、上海交通大学医学院免疫学研究所所长、研究员)