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陽了時到底發(fā)生了什么2——從免疫角度怎樣防治感染

陽了時到底發(fā)生了什么1——針對病毒怎樣防治感染,食與心介紹了SARS-CoV-2病毒是怎樣侵入人體細(xì)胞和實(shí)現(xiàn)自身復(fù)制的過程,本期我們來了解人體免疫系統(tǒng)是怎樣招待這些“不速之客”的。


SARS-CoV-2感染中的第二方因素:人體免疫系統(tǒng)
——以消滅病毒為第一要務(wù)
除了最外層的共生微生物,人體免疫系統(tǒng)還包括兩大組分:先天免疫和獲得性免疫。先天免疫是非特異性的,針對一切感染;而特異性免疫系統(tǒng)可專門針對特定感染原,并在初次感染后保留對于感染原的記憶,再次接觸感染后能快速做出應(yīng)對。
當(dāng)新冠病毒突破微生物屏障和黏液屏障直接接觸到上皮細(xì)胞(比如口鼻或者腸上皮細(xì)胞)時,會與細(xì)胞表面的ACE2結(jié)合,開啟復(fù)制周期。了解微生物屏障和黏液屏障的作用可查閱為什么冬天更易感冒?什么促進(jìn)了病毒擴(kuò)散?什么降低了人體免疫?新冠病毒最新科研結(jié)果匯總——哪些日常生活因素能幫我們對抗病毒
感染后,人體最先做出免疫反應(yīng)的是先天免疫系統(tǒng),平均而言6-10天后才會產(chǎn)生足夠的特異性免疫細(xì)胞來抵抗病毒,有好的共生微生物和強(qiáng)勁免疫功能的人1-2天就結(jié)束戰(zhàn)斗,差的人會拖延一個月甚至幾個月。

1. 先天免疫系統(tǒng)與新冠病毒
人的鼻腔、鼻竇、咽喉、頰黏膜和支氣管上皮細(xì)胞、纖毛細(xì)胞、2型肺細(xì)胞、肺部巨噬細(xì)胞和肺內(nèi)支氣管上皮細(xì)胞中均有ACE2表達(dá),是新冠病毒初期感染時欺騙和綁架的目標(biāo)。
病毒入侵后,人體先天免疫系統(tǒng)使用各種模式識別受體 (PRR) 來檢測病毒的存在,主要有兩種機(jī)制檢測冠狀病毒:
  • 免疫細(xì)胞識別病毒。專門的免疫細(xì)胞如漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞可通過 Toll 樣受體 7 (TLR7) 檢測核內(nèi)體中傳入的病毒基因組 RNA,常規(guī)樹突狀細(xì)胞和髓樣細(xì)胞則通過TLR8識別。研究確認(rèn),TLR7和TLR8在肺組織中都有表達(dá),兩者均可誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子以響應(yīng) SARS-CoV(非典病毒) 和 SARS-CoV-2(新冠病毒)。TLR7 在腦、皮膚和淋巴組織中的表達(dá)水平高于肺,而TLR8 則主要在肺和淋巴組織中表達(dá)。
  • 受感染細(xì)胞識別病毒。在病毒復(fù)制過程中產(chǎn)生的雙鏈RNA中間體可以被 RIG-I 和 MDA5 等細(xì)胞溶質(zhì) RNA 傳感器或 RIG-I 樣受體 (RLR) 識別。這些銜接子激活干擾素調(diào)節(jié)因子(IRF3 和 7)及其核易位,而它們在此處結(jié)合干擾素啟動子。

病毒RNA與這些受體的結(jié)合會激活先天免疫系統(tǒng)的干擾素(IFN)級聯(lián)信號反應(yīng)。IFN-I包括IFN-α、IFN-β、IFN-ε、IFN-ω 和 IFN-κ,主要由呼吸道上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞 、自然殺傷 (NK) 細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞以及單核巨噬細(xì)胞產(chǎn)生。除了干擾素,IL-1β、IL-6和TNF-α等促多種炎癥細(xì)胞因子表達(dá)都會增加。
在感染早期,上呼吸道有效啟動干擾素反應(yīng)(IFN-I-III 反應(yīng))有助于快速清除病毒,并阻止病毒傳播到下呼吸道。而病毒進(jìn)入下呼吸道引起的肺部IFN反應(yīng)很容易引發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴和組織損傷。病毒也會通過多種病毒蛋白(如Nsp1,3,6,13,14,15&16)來阻止干擾素反應(yīng)各個階段的信號傳導(dǎo),破壞干擾素反應(yīng)。
干擾素反應(yīng)及相關(guān)炎癥因子會導(dǎo)致巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞 和中性粒細(xì)胞大量游離到肺部,雖然有助于清除病毒,但也可導(dǎo)致組織損傷。
動物實(shí)驗(yàn)表明,在感染早期或者提前增強(qiáng)干擾素反應(yīng),能抑制病毒復(fù)制,減輕感染。臨床試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn),危重病人IFN-a2b 霧化治療可縮短住院時間,但這種治療卻對中癥患者無益。
研究發(fā)現(xiàn),重癥感染者中約10%體內(nèi)有抗IFN自身抗體,而輕癥和中癥感染者體內(nèi)沒有;一些有IFN生成相關(guān)遺傳缺陷的人,由于不能有效啟動上呼吸道IFN反應(yīng),感染后往往會發(fā)展為重癥。
成功的干擾素反應(yīng)激活,導(dǎo)致有限的病毒進(jìn)入、翻譯、復(fù)制和組裝,有助于在前期識別和清除受感染的細(xì)胞,為適應(yīng)性免疫的加速發(fā)展提供所有必要條件 。一旦通過先天防御,病毒則會面臨主要組織相容性復(fù)合體 (MHC) Ⅰ 類和 Ⅱ類以及直接自然殺傷 (NK) 細(xì)胞激活。
NK細(xì)胞占人體循環(huán)淋巴細(xì)胞的 5-20% 和外周血單核細(xì)胞總數(shù)的 15%,能夠識別并清除受病毒感染的細(xì)胞。

2. 特異性免疫與新冠病毒
MHC-Ⅰ分子在幾乎所有類型細(xì)胞的細(xì)胞膜上均有表達(dá),對于 CD8+T細(xì)胞免疫非常重要。MHC-Ⅱ 分子主要在抗原呈遞細(xì)胞膜(巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、B 細(xì)胞)上和少量非免疫細(xì)胞(如肺泡Ⅱ細(xì)胞)膜上表達(dá),對于 B 細(xì)胞活化、增殖和分化以及 CD4+T 細(xì)胞免疫非常重要。
當(dāng)抗原提呈細(xì)胞識別了SARS-CoV-2 的結(jié)構(gòu)蛋白,并通過MHC呈遞將信息傳遞給幼稚T細(xì)胞(也稱初始T細(xì)胞)時,I類MHC 呈遞會激活 CD8+T細(xì)胞,II 類 MHC呈遞激活 CD4+T細(xì)胞,導(dǎo)致各種類型的效應(yīng) CD4+和 CD8+T細(xì)胞的激活和分化,其中一些會遷移到肺部,分別通過效應(yīng)細(xì)胞因子的產(chǎn)生和誘導(dǎo)受感染細(xì)胞的直接裂解來協(xié)調(diào)病毒清除。
宿主細(xì)胞感染病毒后,在合成病毒蛋白的加工過程中,病毒序列會在細(xì)胞表面的MHC類分子中呈現(xiàn)出來,CD8+T 和 CD4+細(xì)胞均可識別病毒序列,檢測出含有復(fù)制病毒的細(xì)胞(即受感染細(xì)胞)。這些細(xì)胞毒性T細(xì)胞(主要是CD8+)會攻擊受感染的細(xì)胞,裂解這些細(xì)胞,阻止病毒復(fù)制,并釋放IFN-γ和TNF-α等抗病毒細(xì)胞因子。
初始CD4+T 細(xì)胞還可分化為Th1、Th17、Treg 和濾泡輔助性T細(xì)胞(Tfh)。Th1會釋放IFN-γ等細(xì)胞因子,介導(dǎo)NK細(xì)胞和細(xì)胞毒性T細(xì)胞等效應(yīng)細(xì)胞清除病毒,進(jìn)一步激活常駐巨噬細(xì)胞,募集外來巨噬細(xì)胞。Th17會募集中性粒細(xì)胞,此外其他淋巴細(xì)胞也都會向炎癥部位聚集,釋放促炎癥細(xì)胞因子,這些都會增強(qiáng)抗病毒和促炎活性。Tfh能促進(jìn)淋巴結(jié)中的 B 細(xì)胞增殖和分化為產(chǎn)生抗體的漿細(xì)胞,還參與維持 CD8+T 細(xì)胞的功能。
初始B細(xì)胞在與病毒和Tfh結(jié)合后,經(jīng)過增殖、超突變、陽性選擇等過程分化為分泌抗體的漿細(xì)胞,產(chǎn)生針對病毒抗原的特異性抗體??贵w可通過阻斷病毒刺突蛋白與 ACE2 受體的結(jié)合來中和 SARS-CoV-2,并可通過與補(bǔ)體和 Fc 受體結(jié)合來促進(jìn)中和功能。大部分中和抗體與刺突蛋白的受體結(jié)合域表位(RBD)結(jié)合(90%以上),一些抗體還能模仿ACE2與病毒結(jié)合后使膜融合蛋白失效從而使病毒無法欺騙和感染細(xì)胞。

感染 SARS-CoV-2 或接種疫苗后,最早產(chǎn)生的抗體類型是IgD 和 IgM,接著是IgA, 最后是IgG。一般在感染后7-9天左右開始產(chǎn)生IgM 抗體,這種抗體對抗原具有高親和力,并在調(diào)理作用中發(fā)揮關(guān)鍵作用。IgA 抗體緊隨 IgM 產(chǎn)生,血清水平高于 IgM,是粘膜表面和分泌物中的主要抗體類別,主導(dǎo)早期中和反應(yīng)。IgG 抗體通常出現(xiàn)在免疫反應(yīng)的后期,因?yàn)樗鼈冃枰獣r間來獲得高親和力和更有效的中和病原體的能力,激活補(bǔ)體途徑,并通過抗體依賴性細(xì)胞毒性殺死受感染的細(xì)胞。
抗體滴度在感染后2-5周到達(dá)早期峰值,5-6個月時到達(dá)頂峰,之后在 3-4 個月內(nèi)下降 5 倍至 10 倍,甚至可能不到頂峰值的7%。一般IgG衰減速度較慢, 而IgM 和 IgA 會迅速衰減;核衣殼蛋白抗體衰減較快,而刺突蛋白抗體可持續(xù)6-12個月。記憶B細(xì)胞可長期存在,但隨著新的病毒突變株的出現(xiàn),抗體的中和效果會降低。病毒特異性的CD4+和 CD8+T 細(xì)胞能結(jié)合病毒的多種結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)蛋白(包括但不限于刺突蛋白),應(yīng)對病毒免疫逃逸的能力更強(qiáng),且這些病毒特異性的T細(xì)胞在感染后至少持續(xù)存在12個月,具有更強(qiáng)大的保護(hù)能力。
臨床研究發(fā)現(xiàn),中和抗體滴度與新冠的疾病嚴(yán)重程度減輕無關(guān),而病毒特異性CD4+和 CD8+T 細(xì)胞與疾病嚴(yán)重程度降低有關(guān)。在無癥狀或者輕癥感染者的病毒清除過程中,病毒特異性T 細(xì)胞的快速部署在抑制病毒復(fù)制中發(fā)揮了重要作用,而病毒特異性抗體的出現(xiàn)則要滯后1-2周;在重癥感染者中,則經(jīng)常出現(xiàn)CD4+和 /或CD8+T 細(xì)胞的耗竭,炎癥反應(yīng)增強(qiáng)但T細(xì)胞數(shù)量顯著減少。
在免疫介導(dǎo)的病毒清除后,病毒特異性 T 和 B 細(xì)胞中有一部分會作為記憶細(xì)胞持續(xù)存在。這些記憶T細(xì)胞和記憶B細(xì)胞有些進(jìn)入血液和循環(huán),有些則在組織中長期駐留以介導(dǎo)局部免疫保護(hù)感染部位。這種由細(xì)胞介導(dǎo)的免疫和記憶反應(yīng)介導(dǎo)的免疫持續(xù)時間往往比抗體更長。
在消除病毒后炎癥的消退過程中,適應(yīng)性調(diào)節(jié)細(xì)胞(例如調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞和 B 細(xì)胞)和先天免疫細(xì)胞(例如巨噬細(xì)胞和調(diào)節(jié)性樹突狀細(xì)胞)也有貢獻(xiàn)。
與感染相似,疫苗接種也會引起抗體分泌和特異性細(xì)胞淋巴細(xì)胞分化,增強(qiáng)人體對于這種病毒的免疫力。當(dāng)再次檢測到感染過/接種過疫苗的病毒時,免疫系統(tǒng)能快速做出反應(yīng),迅速清除病毒。

新冠抗體主要是與病毒RBD區(qū)域特定位點(diǎn)結(jié)合來中和病毒和防治感染,在不斷的感染和突變過程中,狡猾的病毒會不斷更換馬甲來反制宿主的抵抗,當(dāng)新冠病毒RBD區(qū)域發(fā)生改變不再與抗體結(jié)合或者結(jié)合效率降低的病毒株就能躲避抗體攻擊,并能成功擴(kuò)散出去的時,即成為新的流行株,這也被人們稱之為免疫逃逸。此時人體就是常聽到的再次感染新冠病毒的不同毒株。
需要強(qiáng)調(diào)的是:雖然本文中分開介紹了先天免疫和特異性免疫的抗病毒作用,兩者并非相互獨(dú)立,完全一前一后,而是相互協(xié)調(diào)相互影響,共同應(yīng)對病毒感染這一重大事件。
3. 感染VS免疫的后果——死亡 or 康復(fù)
感染SARS-CoV-2后,極少部分有嚴(yán)重基礎(chǔ)病或免疫先天后天缺損的感染者更容易發(fā)展為重癥甚至死亡。

重癥感染的患者往往表現(xiàn)出有限或延遲的干擾素反應(yīng)、抗原呈遞功能改變、或組織駐留巨噬細(xì)胞池改變,而無法及時有效地進(jìn)行抗病毒反應(yīng),導(dǎo)致病毒的持續(xù)感染復(fù)制誘發(fā)長期的組織損傷。
而在免疫角度則是延遲的干擾素反應(yīng)和無法控制的炎癥反應(yīng)。無法控制的炎癥反應(yīng)包括異常的骨髓反應(yīng)(如循環(huán)中的過量未成熟單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和骨髓祖細(xì)胞)、大量的致病性自身抗體(如靶向核抗原、磷脂、T細(xì)胞抗原、B細(xì)胞抗原、趨化因子或細(xì)胞因子的抗體),以及血管損傷等。延遲的干擾素反應(yīng)會導(dǎo)致特異性免疫的延遲,促炎癥反應(yīng)持續(xù)走高而保護(hù)性特異免疫反應(yīng)不足,甚至引起免疫耗竭,比如NK細(xì)胞耗竭、肺泡巨噬細(xì)胞耗竭、T細(xì)胞耗竭、呼吸道廣泛的細(xì)胞浸潤等等。
細(xì)胞因子風(fēng)暴(cytokine storm)的特征是白介素 IL-1β、IL-6、IL-12、IFN-γ 和腫瘤壞死因子-α 等炎性細(xì)胞因子的過度產(chǎn)生,是很多人恐懼新冠的重要原因之一,在一些人心中甚至成了新冠患者危及生命的代名詞,因?yàn)槎嘞冗M(jìn)的醫(yī)療設(shè)備和藥物以及醫(yī)術(shù)精湛的醫(yī)生都束手無策。
實(shí)際上,只有極少數(shù)新冠感染者會發(fā)生細(xì)胞因子風(fēng)暴(新冠引起急性呼吸窘迫綜合征),新冠感染也不是細(xì)胞因子風(fēng)暴的唯一誘因。在膿毒血癥、嵌合抗原受體T細(xì)胞療法、流感、SARS、HIV,MERS等病毒感染中都可能發(fā)生細(xì)胞因子風(fēng)暴。

在人類尚未建立起對付新冠病毒的有效機(jī)制前,對于感染后出現(xiàn)過度炎癥的情況,醫(yī)生只能針對癥狀采取一定的抗炎治療。英國的一項(xiàng)大型康復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):如果給予接受機(jī)械通氣或氧氣支持的患者使用地塞米松(一種糖皮質(zhì)激素)治療可降低死亡率,但也發(fā)現(xiàn)對輕度疾病患者并不是錦上添花,而更可能是雪上加霜,產(chǎn)生負(fù)面影響。
在免疫系統(tǒng)的努力下,大部分感染者在感染2天-2周左右清除病毒,也有少數(shù)人在感染幾個月后體內(nèi)還能檢測到病毒或病毒抗原&RNA,還有人在感染3個月后還可能遭受一些無法被其他原因解釋的不適癥狀(也被稱為長新冠)。這些不單與病毒有關(guān),還與感染造成的組織損傷、持續(xù)的高炎癥水平和消化道菌群異常有關(guān),同時也有新冠恐懼癥等心理因素導(dǎo)致皮質(zhì)醇水平居高不下而產(chǎn)生的各自不適。食與心會在介紹完4方面因素后進(jìn)行詳細(xì)分析。

食與心溫馨總結(jié):免疫系統(tǒng)是人體對抗感染(比如新冠病毒感染)的主力,功能良好的先天免疫和特異性免疫系統(tǒng)能讓人更快消滅病毒,更快康復(fù)。
需要強(qiáng)調(diào)的是:人體戰(zhàn)勝和清除病毒并不是一個無損過程,而更可能伴隨著大量的細(xì)胞傷亡。除了陣亡的免疫細(xì)胞(比如膿液、濃痰中含有大量死亡的中性粒細(xì)胞),受感染的細(xì)胞可能被病毒信號誘發(fā)凋亡,也可能被免疫細(xì)胞消滅,而感染過程中的這些細(xì)胞損耗需要時間來逐漸恢復(fù)。一般來說,病毒感染時間越長,造成的身體損傷越大,需要的修復(fù)時間也越長。修復(fù)的時間和速度很大程度取決于個體的免疫力,而免疫力很大程度依賴于自身的共生微生物。
實(shí)際上轉(zhuǎn)陰只意味著沒有檢測到病毒或者抗原,并不意味著痊愈,更不意味著免疫系統(tǒng)的工作已經(jīng)結(jié)束。轉(zhuǎn)陰后抗病毒免疫戰(zhàn)斗緩慢消退,促炎癥反應(yīng)與抗炎癥反應(yīng)的轉(zhuǎn)換和平衡逐漸完善。
綜上,要想更有效地防治病毒感染,從免疫角度,可以采取以下4種方法:

  • 抗炎飲食。飲食造成的炎癥可加劇病毒感染誘發(fā)的炎癥水平上升。了解你的飲食是否會促炎癥可參考一周健康早餐(71)——什么樣的飲食會促炎癥;想要嘗試抗炎飲食別錯過一周健康晚餐(71)——最能抗炎癥的9種食物
  • 不要吃太飽。過量進(jìn)食會搶占免疫系統(tǒng)資源來識別和消化食物,從而減少抗病毒的免疫能力。進(jìn)一步了解可參考拯救臉盲的免疫系統(tǒng)(二):減負(fù)。進(jìn)食控制可以提升個體免疫系統(tǒng)的功能已經(jīng)是生命科學(xué)研究中的基本共識。很多人對專家提議多吃一些高蛋白食物產(chǎn)生嚴(yán)重誤解,認(rèn)為這幾天要吃掉兩個星期的食物就是多吃,其實(shí)并不是這樣,是應(yīng)該在飲食中適量增加優(yōu)質(zhì)蛋白類食物的比例,而不是食物的總量。
  • 補(bǔ)充益生菌。有益共生微生物參與調(diào)節(jié)人類的消化系統(tǒng),免疫系統(tǒng),神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)。動物研究發(fā)現(xiàn),特定益生菌能調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞分化,增強(qiáng)免疫力。臨床研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)充特定益生菌能減輕新冠感染癥狀,加速康復(fù)。食與心研究室在中國、日本和美國的調(diào)查也發(fā)現(xiàn),經(jīng)常食用自制NS8酸奶的人,病毒感染頻率明顯減小,感染后癥狀更輕,康復(fù)更快。這類的研究和觀察在20多年以來一直有不同的研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證過這些機(jī)理。
  • 食用無添加發(fā)酵食物。無添加發(fā)酵食物中除了含有活性益生菌,還含有菌的活性發(fā)酵產(chǎn)物如短鏈脂肪酸,而短鏈脂肪酸能調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞分化,增強(qiáng)抗病毒能力。牢記一條,食物的類型決定了你的腸道菌群類型,腸道菌群的類型決定了你的健康水平。

雖然人類無法直接命令或者操縱自己的免疫系統(tǒng),但幾萬年來進(jìn)化出的人體免疫在應(yīng)對感染方面仍然是十分高效和聰明的,最先進(jìn)的大腦以及AI智能系統(tǒng)也無法比擬。只要我們不盲目地給免疫系統(tǒng)增加負(fù)擔(dān)(第1和2條),多給免疫系統(tǒng)增加助力(第3和4條),大部分人都能在疫情之后幸存下來,正如人類在數(shù)十萬年的進(jìn)化史中表現(xiàn)的那樣。
除了免疫系統(tǒng),血管緊張素系統(tǒng)也在感染后果中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。下期食與心將從這一角度來介紹怎樣防治感染,敬請期待!

參考材料
1. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34022154/
2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm8108
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