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2024-09-16
新冠病毒如何重塑我們對細胞與免疫的認 知?《細胞之歌》
512 期
Author 作者
編輯部
新冠病毒
SARS-COV2
免疫啞火
當一種微小的微生物開始跨越世界,由一個大陸躍入另一個大陸時,幾乎沒有任何意義。正如耶魯大學的病毒學家岩崎明子(Akiko Iwasaki)告訴我的,類似 SARSCOV2的冠狀病毒在人類之間已經流傳了幾千年,但從沒有造成這樣的破壞。它的某些表親病毒,如SARS和MERS,比COV2更致命,但它們很快就被控制住了。在 SARS-COV2 和人類細胞之間的相互作用有什麼特性,使這個病毒突如其來地引發了全球大流行?
來自德國一家診所的醫療報告透露了兩個線索,乍看之下,幾乎沒有任何不祥之兆。二○二○年一月(回想起來,在那短暫的平靜中,我們多麼天真,多麼自信啊;一個不到一百公分高的矮子能要求多大的王國?),一名三十三歲的慕尼黑男士與一位來自上海的女士進行商務會議。幾天後,這名男子生病了,他發燒、頭痛,有類似流感的症狀。他在家休養,後來又回去工作,與其他幾位同事開會。他發燒、頭痛——但很快就康復了。這看來就像是日常感染,是普通感冒的常見病例。
幾天後,慕尼黑的醫院打電話給這名男士:那位上海女士在返回中國的班機上生病了,她的 SARS-COV-2 檢測呈陽性,但教人困惑的是:她和他見面時似乎很健康,一直到兩天之後,她才發病。簡而言之,她在出現症狀前就把病毒傳染給了這名男士。先前沒有人可以告訴她或者和她會面的人說,她已經攜帶了病毒,不可能根據她的症狀進行隔離或檢疫,以阻止病毒。
在這名男子接受病毒檢測時,謎團更深了。當時他的症狀已經減輕;他已經回到工作崗位,感覺良好。但用他的痰液檢測病毒時,卻發現他是正在沸騰的傳染大鍋:他的每一毫升唾液裡,有一億個傳染性的病毒顆粒;只要他咳嗽幾聲,就可能讓整個房間充滿具有強烈傳染性的隱形濃霧。他同樣也在沒有明顯症狀的情況下傳播病毒。
在繼續追蹤接觸者時,病毒的第二個不祥特徵出現了:這名男士已經感染了另外三人。病毒的「傳染性」——決定傳染成長過程的關鍵因素,至少為三。如果一個人可以感染三個人,那麼傳染的成長必然是指數級的。三、九、二十七、八十一。在二十個週期內,這個數字就會達到三十四億八千六百七十八萬四千四百零一——大約是全球人口的一半。
無症狀/症狀出現前傳播。指數成長。這兩個大流行的關鍵因素已經透過那份看似無害的報告確定。第三個因素很快就會十分明顯:不可預測的神祕致命性。到那個時候,誰還沒看過武漢那位勇於揭露首批病例的眼科醫師用手機拍的顆粒狀照片?他大汗淋漓,喘著氣與最後奪去他性命的肺炎戰鬥。隨著感染的蔓延,舉世開始意識到它可怕的殺傷力:在西雅圖、紐約、羅馬、倫敦和馬德里,加護病房塞滿了病人,死亡人數不斷上升。同樣急切的問題出現了:症狀前感染的方式是什麼?為什麼在有些人身上只造成相對輕微感染的病毒,在其他人身上卻會變得如此致命?
你可能會問,為什麼 Covid-19 大流行的醫學謎團會位於這本談細胞生物學的書的中心?因為細胞生物學位於醫學奧祕的中心。我們所了解關於細胞及它們彼此的相互作用——先天免疫系統如何回應病原體;免疫細胞如何互相溝通;在肺細胞內頑強生長的病毒怎麼會造成症狀前感染而不驚動周圍的其他細胞;胃腸系統的細胞作為病原體的先遣反應者有什麼樣的反應,都必須重新思考和解析。疫情大流行需要進行多種解析驗證,而針對我們關於細胞生物學的知識作解析驗證也有其必要。不寫新冠病毒,我就無法完成本書。
二○二○年,一群荷蘭研究人員在尋覓可能提高對嚴重新冠病毒感受性的基因時,瞥見了答案。研究團隊找出來自不同家庭的兩對兄弟,總共四名年輕人,他們受到這種疾病異常猛烈的侵襲。基因定序顯示其中一對兄弟感應器,當細胞被病毒感染時就會「打開」。TLR7的活化接著會激發細胞的危險訊號——其中包括一種稱為第一型干擾素(type1interferon)的分子,以警示其他細胞增強它們抗病毒的防禦能力,並啟動免疫反應。
這個理論是,兩對兄弟的TLR7突變都使蛋白質喪失活性,或降低了功能,因此導致第一型干擾素(危險訊號)的分泌減弱,沒有偵測到入侵,警鐘未響,先天免疫系統從未能做出適當的反應。對病毒感染的早期先天細胞反應功能受損,使兩對荷蘭兄弟容易遭受由 SARSCOV2引起最嚴重的疾病形式。
科學家群起研究 SARS-COV2 及它與免疫的相互作用,於是出現了更有啟發性的線索。在紐約班.田歐佛(Ben tenOever)的實驗室,研究人員發現在感染後不久,病毒就會把被感染的細胞「重調程式」。二○二○年一月,我訪問田歐佛,這位當時四十歲,在西奈山醫院(Mount Sinai Hospital)工作的免疫學家告訴我:「這幾乎就像病毒劫持了細胞。」
細胞「劫持」牽涉到一種極其狡猾的伎倆:就在 SARSCOV2把細胞轉變為工廠,生產數百萬個病毒顆粒之時,它也在阻止受感染的細胞分泌第一型干擾素。在紐約洛克菲勒大學,讓-洛杭.卡薩諾瓦(Jean-LaurentCasanova)也得出了同樣的結論:他發現,最嚴重的SARS-COV2 感染病例發生在感染後缺乏引發功能性第一型干擾素訊號能力的病人身上,通常是男性。有時候,細胞生物學會產生最奇特最意外的結果。這些有嚴重新冠病毒的人,體內有預先存在對抗第一型干擾素的自體抗體,意即甚至在他們受感染之前,他們的身體就已經攻擊並使這種蛋白質失去功能。這些病人原本就已經缺乏第一型干擾素反應——但直到病毒來襲時,才發現他們的缺陷。對他們來說,新冠病毒感染帶來了一種早已存在,但以前看不出來的自體免疫疾病——一種潛伏的、不可知的恐怖自體毒性(對抗第一型干擾素——病毒的警鐘)只因遭 SARS-COV2 感染,才顯露出來。
這些研究開始像拼圖的圖片一樣拼湊在一起:在病毒感染了早期抗病毒反應已減弱的宿主時,最為致命——就如一位作家所描述:「進入沒上鎖房屋的劫掠者」。簡而言之,SARS-COV2 的致病性也許恰恰在於它能夠欺騙細胞,讓細胞以為它不會致病。
更多的資料滾滾而來。受感染的宿主細胞因為發出最初危險訊號的能力受損,不只成了「沒上鎖的房屋」,而且是不只一個,而是兩個警報系統失靈的沒上鎖房屋。它無法發出早期的警報(訊號中的第一型干擾素),而且在房子著火時,細胞猛然扣動了第二次強大警報的啟動器,發出另一系列的危險訊號——細胞激素,來召喚免疫細胞。一支不協調的細胞大軍——混亂、迷惑的士兵湧進感染位置,並開始地毯式轟炸,但這樣做太過度,太遲了。衝動好戰的免疫細胞排出各種毒素的霧雲來阻止病毒。對抗病毒的戰爭,正如病毒本身一樣——成為不斷升級的危機。
宿主肺部充滿液體;衰亡細胞的碎片堵住了氣囊。岩崎明子告訴我:「在通往新冠病毒免疫力的路上,似乎有個決定疾病結果的岔口。如果你在感染的早期階段安裝了堅固的先天免疫反應〔應該是經由完好無缺的第一型干擾素反應〕,你就可以控制病毒,因而病情較輕。否則,你肺部的病毒複製就會不受控制〔⋯⋯〕助長發炎之火,造成嚴重疾病。」岩崎用了一個十分生動的詞來形容這種過動、功能失調的發炎:她稱之為「免疫啞火」(immunological misfiring)。
這個病毒為什麼或如何導致「免疫啞火」?我們不知道。它怎麼劫持細胞的干擾素反應?我們有一些提示,但沒有得到明確的答案。主要的問題是因為反應的時機——早期的損傷,接著是晚期的過動嗎?我們不知道。檢測受感染細胞中病毒蛋白質片段的T細胞扮演是什麼角色?對於防止病毒感染的嚴重程度,它們能否提供一些保護?有些證據顯示,T細胞免疫可以減輕感染的嚴重程度,但其他研究並不支持此說。我們不知道。為什麼病毒可以在男性身上導致更嚴重的病情?再一次地,我們有假設的說法,但缺乏明確的答案。為什麼有些人在感染後會產生有效的中和抗體,而有些人則不會?為什麼有些人受感染後會有長期的影響,包括慢性疲勞、頭暈、「腦霧」、脫髮、呼吸困難,以及其他一系列症狀?我們不知道。
大流行病讓我們了解流行病學,但它們也教導我們認識論:我們怎麼知道我們所知道的。SARS-COV2 迫使我們把最強大的科學手電筒射在免疫系統上,讓這個細胞群落以及在它們之間移動的訊號受到可說是歷來最嚴格的審查。但或許我們認為我們對 SARS-COV2 的了解僅限於我們對免疫系統已經了解的內容——即已知的知識。我們無法知道未知的未知。
或許這場大流行指出了我們理解上的另一個差距:或許其他病毒,如 SARS-COV2,可以用意想不到的方式扭曲免疫系統的細胞,使得它們可以致病,只是我們忽略了這些更深層的解釋(的確,我們知道巨細胞病毒或愛潑斯坦-巴爾病毒有這樣的機制)。我們告訴自己SARS-COV2 為什麼會如此狡猾劫持我們免疫系統的故事,或許是個徹底不完整的故事。我們對免疫系統真正複雜性的了解,有一部分塞回黑盒子裡。
科學尋覓的是真理。英國小說家莎娣.史密斯(Zadie Smith)的一篇散文中有一個令人難以忘懷的畫面,這幅漫畫畫的是查爾斯.狄更斯被他所創造的所有角色圍繞著:穿著不合身背心又矮又胖的匹克威克先生,戴著大禮帽、性好冒險的大衛.考柏菲德,全身髒兮兮,天真無邪的小耐兒。
史密斯這篇文章的內容是關於作家,尤其小說作家完全沉浸在她筆下角色的思想、身體和世界那種脫離自己的身體,進入另一個心靈中時,所感受到的體驗。那種熟悉,或者親密,感覺就像是「真相」。「狄更斯看起來並不擔心也不羞愧,」史密斯這麼描寫這幅漫畫。「他似乎並不覺得自己可能精神分裂症或有什麼其他毛病。他對自己的這種情況有個說法:小說家。」
現在想像一下另一個人物,只是他被半幽靈圍繞。其中一些「角色」——例如第一型干擾素、類鐸受體或嗜中性白血球,大部分是可見的,只是它們存在陰暗的光線之下,我們以為我們認識並了解它們,但事實並非如此。有些角色只投射陰影,有些則完全看不見,有些誤導我們,讓我們錯認它們的身分。我們周圍還有一些我們甚至感覺不到的角色,我們甚至沒見過它們,也沒有給它們取名字。
我也為這種情況取了個名字:科學家。我們觀察、我們創造、我們想像——但只能為現象找到不完整的解釋,甚至是我們透過自己的研究發現(部分)的現象。我們無法生活在它們的心靈中。
新冠疫情暴露了與我們周遭這些角色共同生活所需的虛心。我們就像狄更斯,只是包圍我們的是陰影、幽魂和騙子。正如一位醫師告訴我的:「我們甚至不知道我們不知道什麼。」
書 名|細胞之歌:探索醫學和新人類的未來
作 者|辛達塔.穆克吉(Siddhartha Mukherjee)
譯 者|莊安祺
出版社|時報
出版日期|2024年7月
我們得要了解細胞,才能了解人體。
我們需要它們,才能了解醫學。
但最基本的是,我們需要細胞的故事,來講述生命和我們自己的故事。
本書談的是細胞的故事,是發現包括人類在內,所有生物體都是由這些「基本粒子」構成的記述。這是關於這些自主的生命單位——組織、器官和器官系統合作,有條不紊地累積,能夠促成深奧形式的生理功能:免疫、生殖、知覺、認知、修復,和再生的故事。而反過來,它也是講述在細胞功能失調,使我們的身體由細胞生理變為細胞病理——細胞的功能障礙導致身體功能失常,會是什麼樣的故事。最後,這是關於我們對細胞生理學和病理學日漸深入的了解如何引發生物學和醫學革命,促成革命性的醫藥誕生,以及人類如何因這些醫藥而改變的故事。
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