從病毒進化角度看,「群體免疫」靠譜嗎?

2020-12-03 動物志

針對防疫,某國的「群體免疫」政策引發了熱議,本文無意討論時政。只想從進化角度闡明病毒的終極目標,並簡單討論下「群體免疫」靠不靠譜。

病毒

01病毒的目標是什麼?

消滅宿主?別開玩笑了,它巴不得宿主好好活著呢。病毒結構超級簡單,只有遺傳物質核酸(DNA或RNA)加一個蛋白質衣殼,無法獨立進行代謝,藉助宿主細胞代謝產生的能量才能生存和增殖(病毒產生子代不叫繁殖,叫增殖)。宿主死光了,病毒也就完蛋了。

病毒目的很簡單,就是延續自己的基因,這點和其他生命沒有什麼區別。病毒和宿主的關係有些類似捕食者和獵物,前者依賴於後者存活。兩者的數量變化會呈現出先增先減、後增後減的模式,形成一個循環:病毒出現→宿主減少→病毒減少→宿主增多→病毒增多,實現動態平衡。

毒性強的病毒看起來很威風,結果呢?天花病毒厲害吧,歷史上曾殺死過數以億計的人,但卻被人類消滅了,成為史上第一種被人類消滅的病毒,這要歸功於愛德華·琴納醫生1798年發明的牛痘接種疫苗大範圍普及。

愛德華·琴納在給人們接種天花疫苗

伊波拉病毒可怕吧,目前唯一一種四級病毒(病毒按生物安全性等級由低到高分一到四級,愛滋病毒才是三級),在非洲出現了兩次,每次都屍橫遍野。但由於毒性太強反而不適合長期延續。要不是人類並非它的唯一宿主,它可能也和天花一樣永遠消失了,現在伊波拉病毒仍然潛伏在蝙蝠體內。

病毒與其他生命實體一樣,受自然選擇壓力,在進化中毒性也會減弱。澳大利亞人曾用黏液瘤病毒對付泛濫的穴兔,希望修復被兔子破壞的生態環境。一開始效果顯著,幾年就將兔子數量從6億隻削減到1億隻。然而隨後兔子抗性越來越強,病毒毒性越來越弱,1991年兔子數量恢復到3億隻了。

澳大利亞人又先後換了毒性更強的杯狀病毒和K5對付兔子,都未實現徹底消滅兔子的目標。現在人們已經意識到,病毒不想消滅兔子,也做不到。

在澳泛濫的歐洲穴兔

02病毒為什麼危害宿主?

既然病毒不想傷害宿主,那為什麼會導致宿主生病呢?實際上這是「自私的基因」作祟。每種生物的基因都希望自身永久延續,宿主不想把能量白給病毒用,更不能容忍病毒在細胞內增殖,就動用免疫系統對付病毒了,最常見的就是炎症。而病毒為了確保自己能安全借宿,也會表達一些毒蛋白對付宿主,使免疫機制不能正常運行,直至細胞裂解、凋亡。

宿主死於病毒感染,一部分是病毒表達的毒蛋白直接導致的,也有一部分是宿主過激的炎症造成的。炎症非常厲害,不僅消滅病毒,也消滅被病毒感染的細胞,如果炎症反應以嚴重損害機體為代價仍沒有消滅病毒,那麼病毒捲土重來或者發生繼發性細菌感染,就能要了宿主的命。

蝙蝠與人體細胞免疫機制的區別

這方面蝙蝠就明智得多了。蝙蝠的炎症是被削弱的,它不指望徹底滅了病毒,只要抑制住病毒過度增殖就可以了。而且蝙蝠細胞內幹擾素水平日常就非常高,即使病毒表達的毒蛋白破壞了一部分幹擾素,剩下的也足夠抑制病毒了。

正因為如此,蝙蝠才能攜帶如此多的可怕病毒而不生病,有伊波拉病毒、馬爾堡病毒和多種冠狀病毒等。蝙蝠並非百毒不侵,它只是經過長期演化已經適應了這些病毒而已,它感染外源性病毒也會生病的,比如狂犬病毒。

成群倒掛著休息的狐蝠

03病毒的終極進化

經過幾千萬年的自然選擇,病毒與蝙蝠和平共處,這就是最終進化形態了嗎?還不是。有一類病毒叫內源性病毒,它直接整合到宿主的基因組中去了,建立終身感染,隨著宿主基因複製而複製,並遺傳給子代。這類病毒不會對宿主產生任何危害,宿主也完全接納它了。

內源性病毒是一類逆轉錄病毒。有細胞生物的遺傳物質都是DNA,DNA轉錄成RNA,再翻譯成蛋白質,參與代謝活動。內源性病毒的遺傳物質是RNA,它有兩個酶特別厲害,逆轉錄酶把RNA逆轉錄成雙鏈DNA,整合酶負責將雙鏈DNA整合到宿主基因組中,形成沉默的原病毒,潛伏在細胞中。

多數內源性病毒已經因基因突變而失活,無法再重新組裝成病毒了,事實上它們也不需要再組裝了。有的內源性病毒甚至在宿主細胞內承擔一定功能,成為了轉座子。轉座子是一類特殊的基因序列,又叫跳躍基因,可以單獨複製或斷裂成環,對後續基因表達起重要調控作用。

人類DNA有5~8%來自病毒

有趣的是,人體有個AIM2基因片段就是內源性病毒。AIM2是細胞質DNA感受器,能發現入侵的病毒核酸,啟動炎症反應。原來的病毒現在居然承擔起了免疫的工作,看來它們已經徹底「投誠」,真把人體細胞當自己的家了。

據估計,人體內有9.8萬個內源性病毒片段,佔總序列的5-8%,其中很多在人類先祖還不是人的時候就已經住在細胞內了,有的可能已經存在上億年之久

內源性病毒就是最成功的病毒了,它不用再為如何感染宿主並對付免疫系統發愁了,它已經找到了一個永遠的家,世世代代可以住在這裡。

04「群體免疫」靠譜嗎?

病毒與宿主的接觸起初是致命的,然後轉變為友好的,最後變成內源性病毒整合到宿主DNA中,總的演化趨勢是這樣沒錯,然而這需要很久。穴兔最初接觸黏液瘤病毒死了5億隻,用了40多年才獲得對該病毒的群體免疫。我們人類的繁殖數量和速度均遠不如兔子,需要更久時間,死更多人才能群體免疫一種新病毒。我們承受得住如此慘重的損失嗎?顯然是不能。

黏液瘤病毒對澳洲穴兔的影響,隨時間推移越來越弱

千萬要注意,生物進化雖然是有方向的,由自然選擇決定,但進化永遠不以生物體意志為轉移。進化從來不是美妙的,這其中要有大量的不適者被淘汰,請問誰願意做這個被病毒淘汰的不適者?因此,雖然病毒不想消滅我們,我們一定要消滅病毒。

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