在冠狀病毒大流行中適者生存意味著什麼?

在冠狀病毒大流行中適者生存意味著什麼? 達爾文認為什麼是最好的適應冠狀病毒的適應方法? bo

查爾斯·達爾文(Charles Darwin)推廣了適者生存的概念,將其作為驅動生命進化的自然選擇的基礎。 選擇具有更適合環境的基因的生物進行生存,並將其傳給下一代。

因此,當世界從未見過的新感染爆發時,自然選擇的過程又重新開始。

在冠狀病毒大流行的情況下,誰是“最適合者”?

這是一個具有挑戰性的問題。 但 作為免疫學 研究人員 在南卡羅來納大學,我們可以說一件事很明確:沒有有效的治療選擇,針對冠狀病毒感染的生存完全取決於患者的免疫反應。


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我們一直在研究免疫反應 是一把雙刃劍–一方面幫助宿主抵抗感染,另一方面以自身免疫疾病的形式造成重大損害。

在冠狀病毒大流行中適者生存意味著什麼? 達爾文(Darwin)認識到,帶有喙的雀適合於島嶼上特定的食物來源,它們更有可能生存並將其基因傳給下一代。 喙正確的鳥被定義為最合適的鳥。 Photos.com

免疫反應的兩個階段

免疫反應就像一輛汽車。 為了安全到達目的地,您需要運行良好的加速器(階段1)和製動器(階段2)。 兩者中的任何一個失敗都會產生嚴重的後果。

針對傳染原的有效免疫反應在於兩個作用階段之間的微妙平衡。 當傳染源發作時,人體開始進行炎症的第1階段-這種狀態是多種免疫細胞聚集在感染部位以破壞病原體。

接下來是階段2,在階段XNUMX中,稱為調節性T細胞的免疫細胞可抑制炎症,使被感染的組織可以完全治愈。 第一階段的缺乏會導致不受控制的病毒,細菌等傳染原生長。 第二階段的缺陷可引發大量炎症,組織損傷和死亡。

冠狀病毒通過附著在稱為血管緊張素轉換酶2(ACE2)存在於整個身體的許多組織中,包括呼吸道和心血管系統。 這種感染會觸發1期免疫反應,其中產生抗體的B細胞會抽出可與病毒結合併阻止其附著於ACE2的中和抗體。 這抑制了病毒感染更多細胞。

在第一階段,免疫細胞也產生 細胞因子,一組蛋白質可募集其他免疫細胞並抵抗感染。 殺傷性T細胞也參與其中,它們破壞了感染了病毒的細胞,從而阻止了病毒的複制。

如果在第1階段免疫系統受損並且運作不佳,則病毒可以快速復制。 免疫系統受損的人包括老人,器官移植受者,自身免疫性疾病患者,接受化療的癌症患者以及天生患有免疫缺陷疾病的人。 這些人中的許多人可能無法產生足夠的抗體或殺傷性T細胞來抵抗病毒,這會使病毒不受控制地繁殖並引起嚴重感染。

在冠狀病毒大流行中適者生存意味著什麼? 與人類細胞上的血管緊張素轉化酶2(ACE2)受體(藍色)結合的冠狀病毒刺突(S)蛋白(紅色)的分子模型。 一旦進入細胞,病毒便利用細胞的機器製造更多的自身副本。 胡安·加特納/科學照相館

炎症引起的肺損傷

SARS-CoV-2複製的增加會觸發肺部和其他器官的其他並發症。

通常,有害生物和良性微生物在肺部和諧共存。 但是,隨著冠狀病毒的傳播,感染和隨後發生的炎症可能會破壞這種平衡,從而使肺中存在的有害細菌占主導地位。 這導致了肺炎的發展,肺中的肺泡(稱為肺泡)充滿了液體或膿液,使呼吸變得困難。

在冠狀病毒大流行中適者生存意味著什麼? 當肺泡(吸收氧氣和排出二氧化碳的位置)充滿液體時,吸收氧氣的空間就減少了。 ttsz /蓋蒂圖片社

這會觸發肺部其他炎症,導致急性呼吸窘迫綜合症(ARDS),這是 在三分之一的COVID-19患者中發現。 免疫系統無法控制肺部的病毒感染和其他新出現的病原體,它通過釋放更多的細胞因子來引發更強烈的炎症反應,這種情況被稱為“細胞因子風暴”。

在這一階段,旨在抑制炎症的2期免疫反應也很可能失敗,無法控制細胞因子風暴。 這種細胞因子風暴可以引發友好的火力-具有破壞性的腐蝕性化學物質,旨在破壞人體免疫細胞釋放的受感染細胞,從而可能嚴重破壞肺部和其他器官。

另外,由於ACE2遍布全身,因此來自1期的殺傷性T細胞可以破壞跨多個器官的感染了病毒的細胞,從而導致更廣泛的破壞。 因此,產生過量細胞因子和T細胞的患者不僅會死於肺部,還會死於心臟和腎臟等其他器官。

免疫系統的平衡行為

上面的場景提出了一些有關COVID-19預防和治療的問題。 因為 大多數人從冠狀病毒感染中恢復,觸發中和抗體和T細胞以阻止病毒進入細胞並複制的疫苗很可能會成功。 有效疫苗的關鍵在於它不會引發過度炎症。

另外,在過渡到更嚴重的形式(如ARDS和細胞因子風暴)(通常是致命的)的患者中,迫切需要新型 抗炎藥。 這些藥物可以廣泛抑制細胞因子風暴,而不會引起過度的免疫反應抑制,從而使患者能夠清除冠狀病毒而不會損害肺和其他組織。

這些免疫抑製劑可以有效使用的機會之窗很窄。 當患者需要免疫系統來抵抗感染時,不應在感染的早期就開始使用這類藥物,但是在無法控制大規模炎症的情況下,不能在ARDS發生後將藥物延遲太久。 可以通過監測患者的抗體和細胞因子水平來確定抗炎治療的窗口。

那麼,對於COVID-19,“最適合的”是具有正常1期和2期免疫反應的個體。 這意味著在階段1中具有強大的免疫反應,可以清除原發性冠狀病毒感染並抑制其在肺中的傳播。 然後,應該在最佳的2期反應之後,以“細胞因子風暴”的形式防止過度的炎症。

疫苗和抗炎藥需要仔細管理這種微妙的平衡行為,才能取得成功。

有了這種冠狀病毒,就很難知道誰是最合適的人。 不一定能保證能在這種冠狀病毒中存活的最年輕,最強壯或最運動的人。 優勝劣汰是那些具有“正確”免疫反應的人,可以迅速清除感染而不會引起過度的炎症,而炎症可能是致命的。

關於作者

研究副總裁兼卡羅來納州傑出教授Prakash Nagarkatti 南卡羅來納大學 卡羅萊納州傑出教授兼病理學,微生物學和免疫學系主任,美國國家癌症藥物發現中心SmartState賦予的主席Mitzi Nagarkatti和 南卡羅來納大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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