【写给孩子的医学科普】新型冠状病毒“侵入”细胞
[2020-04-08 21:17:25]

 

【写给孩子的医学科普】

新型冠状病毒“侵入”细胞

原创 薄三郎    上海市科普作家协会

    人类发展的历史也是一部与传染病做斗争的历史。平常日子的烟火气息里,人们很少会关注到各类病毒引发的传染病。可换个视角来看,地球堪称“病毒星球”。多亏医学昌明进步,各种疫苗的发明,营养和卫生的改善,增强了人类的免疫抵抗力,才能享受每一份岁月静好。
    但是,病毒终究是“我们躲也躲不过的敌人”。病毒时刻没有停歇。新型冠状病毒的出现,就是如此。它为何令人心惊胆战呢?这就要讲到它的感染机制了。
    人体的细胞由细胞膜包裹着,它像围墙一样将各种细胞器“笼络”并保护起来。当细胞需要相互交流时,细胞膜上一种叫跨膜蛋白的物质开始发挥作用了。种类不同的跨膜蛋白,成为细胞内外交通的“守门员”——只有核验正确,才可以放行。
    怎么核验呢?一把钥匙开一把锁,这句话也适用于此。细胞外的各种物质结构各不相同,某些氨基酸序列组成的特殊结构,就像一把别致的钥匙,必须与跨膜蛋白上的锁孔恰好匹配,“守门员”才会放行。新型冠状病毒也有一把,也就是它身上的那些刺突。正是这些刺突,让它看上去想皇冠似的。
    这种刺突叫做S蛋白,由S1和S2两个“小弟”组成。S蛋白首先派出S1亚基负责开锁。它会选择细胞膜上哪把锁呢?答案是ACE2。作为细胞膜上的一种受体,ACE2的全称是“血管紧张素转化酶2”。它是一种调节蛋白,在血压调控、体液平衡、炎症反应中具有重要作用。它被人类广泛深入地研究过,许多降血压药物就是通过ACE2发挥作用的。

    可是,ACE2这把锁恰巧能被新型冠状病毒的S1亚基打开。ACE2主要分布在上皮细胞上,比如各种黏膜,包括眼睛、鼻腔、呼吸道、肠道、肾脏和睾丸等。之所以要减少或避免用手揉搓眼睛、触碰口鼻、勤洗手,正是为了阻断病毒的传播途径。
    ACE2长什么样呢?今年2月,来自西湖大学的科学家利用冷冻电镜技术成功解析了它的三维结构。冷冻电镜是一种高性能的电子显微镜、高效率的分子探测器。它先把生物大分子快速冷冻在玻璃态的水中,然后拍摄高清照片,再合成得到三维结构。科学家观察到ACE2具有开放和关闭两种构象,但都能和新型冠状病毒相互识别。这个全新的认识,让科学家探索新型冠状病毒侵袭细胞的机制提供了线索。
    到了3月份,南方科技大学的科学家利用这一技术,给新型冠状病毒拍了照。在脂质双层的包裹下,病毒核酸和核衣壳蛋白形成的浓缩物质,清清楚楚。脂质双层上的刺突(S蛋白)也清晰可见。新型冠状病毒变得没有那么神秘了,这也为后续的疫苗和药物研发带来了便利。
    在新型冠状病毒面前,细胞就像个巨无霸。可刺突与ACE2的结合却很紧密。更要命的是,第一个刺突蛋白“粘上”细胞后,其他刺突一窝蜂地涌向细胞,不断地寻找ACE2。力大身沉的细胞再也甩不掉它了。
    不过,即便打开了细胞上的“锁”,要想堂而皇之地闯入细胞,病毒还得用力在细胞膜上“推开”一道门缝才行。简单地说,病毒必须将自己的脂质双层膜与细胞膜融合,才能把内部的病毒核酸释放到细胞里。
    轮到跨膜丝氨酸蛋白酶2上场了。它是细胞膜上的一种蛋白,能够阶段刺突S蛋白的S2亚基,从而形成一段链条。链条的一端是病毒膜,另一端则是细胞膜,两种膜就这样被融合起来了,病毒终于进入细胞为非作歹。

    形象点说,新型冠状病毒依靠刺突的S1亚基来开锁,利用S2亚基来推门。按照教科书的说法,上面两步分别是吸附和侵入。在病毒感染细胞的过程中,还有下面四步,分别是脱壳、生物合成、组装和释放。脱壳就是将核衣壳蛋白“脱掉”,病毒核酸自由无阻地篡夺指挥权,借助细胞这个工厂的机器和原料,开始合成新的病毒核酸和蛋白质。紧接着,将他们组装成子代病毒,最后再释放到细胞外,开始新一轮攻城略池。

    大规模的病毒已经开始了,人体也出现了发热、咳嗽、浑身酸痛不适的症状。细胞的反抗姿态在哪里?机体的免疫系统又如何应对?如果奋起反击,异常迅猛的厮杀过程又将如何呢?

    作者:薄禄龙(薄三郎),上海市科普作家协会理事 

 

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