在冠状病毒大流行中适者生存意味着什么?

在冠状病毒大流行中适者生存意味着什么? 达尔文认为什么是最好的适应冠状病毒的适应方法? bo

查尔斯·达尔文(Charles Darwin)推广了适者生存的概念,将其作为驱动生命进化的自然选择的基础。 选择具有更适合环境的基因的生物进行生存,并将其传给下一代。

因此,当世界从未见过的新感染爆发时,自然选择的过程又重新开始。

在冠状病毒大流行的情况下,谁是“最适合者”?

这是一个具有挑战性的问题。 但 作为免疫学 研究人员 在南卡罗来纳大学,我们可以说一件事很明确:没有有效的治疗选择,针对冠状病毒感染的生存完全取决于患者的免疫反应。

我们一直在研究免疫反应 是一把双刃剑–一方面帮助宿主抵抗感染,另一方面以自身免疫疾病的形式造成重大损害。

在冠状病毒大流行中适者生存意味着什么? 达尔文(Darwin)认识到,带有喙的雀适合于岛屿上特定的食物来源,它们更有可能生存并将其基因传给下一代。 喙正确的鸟被定义为最合适的鸟。 Photos.com

免疫反应的两个阶段

免疫反应就像一辆汽车。 为了安全到达目的地,您需要运行良好的加速器(阶段1)和制动器(阶段2)。 两者中的任何一个失败都会产生严重的后果。


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针对传染原的有效免疫反应在于两个作用阶段之间的微妙平衡。 当传染源发作时,人体开始进行炎症的第1阶段-这种状态是多种免疫细胞聚集在感染部位以破坏病原体。

接下来是阶段2,在阶段XNUMX中,称为调节性T细胞的免疫细胞可抑制炎症,使被感染的组织可以完全治愈。 第一阶段的缺乏会导致不受控制的病毒,细菌等传染原生长。 第二阶段的缺陷可引发大量炎症,组织损伤和死亡。

冠状病毒通过附着在称为血管紧张素转换酶2(ACE2)存在于整个身体的许多组织中,包括呼吸道和心血管系统。 这种感染会触发1期免疫反应,其中产生抗体的B细胞会抽出可与病毒结合并阻止其附着于ACE2的中和抗体。 这抑制了病毒感染更多细胞。

在第一阶段,免疫细胞也产生 细胞因子,一组蛋白质可募集其他免疫细胞并抵抗感染。 杀伤性T细胞也参与其中,它们破坏了感染了病毒的细胞,从而阻止了病毒的复制。

如果在第1阶段免疫系统受损并且运作不佳,则病毒可以快速复制。 免疫系统受损的人包括老人,器官移植受者,自身免疫性疾病患者,接受化疗的癌症患者以及天生患有免疫缺陷疾病的人。 这些人中的许多人可能无法产生足够的抗体或杀伤性T细胞来抵抗病毒,这会使病毒不受控制地繁殖并引起严重感染。

在冠状病毒大流行中适者生存意味着什么? 与人类细胞上的血管紧张素转化酶2(ACE2)受体(蓝色)结合的冠状病毒刺突(S)蛋白(红色)的分子模型。 一旦进入细胞,病毒便利用细胞的机器制造更多的自身副本。 胡安·加特纳/科学照相馆

炎症引起的肺损伤

SARS-CoV-2复制的增加会触发肺部和其他器官的其他并发症。

通常,有害生物和良性微生物在肺部和谐共存。 但是,随着冠状病毒的传播,感染和随后发生的炎症可能会破坏这种平衡,从而使肺中存在的有害细菌占主导地位。 这导致了肺炎的发展,肺中的肺泡(称为肺泡)充满了液体或脓液,使呼吸变得困难。

在冠状病毒大流行中适者生存意味着什么? 当肺泡(吸收氧气和排出二氧化碳的位置)充满液体时,吸收氧气的空间就减少了。 ttsz /盖蒂图片社

这会触发肺部其他炎症,导致急性呼吸窘迫综合症(ARDS),这是 在三分之一的COVID-19患者中发现。 免疫系统无法控制肺部的病毒感染和其他新出现的病原体,它通过释放更多的细胞因子来引发更强烈的炎症反应,这种情况被称为“细胞因子风暴”。

在这一阶段,旨在抑制炎症的2期免疫反应也很可能失败,无法控制细胞因子风暴。 这种细胞因子风暴可以引发友好的火力-具有破坏性的腐蚀性化学物质,旨在破坏人体免疫细胞释放的受感染细胞,从而可能严重破坏肺部和其他器官。

另外,由于ACE2遍布全身,因此来自1期的杀伤性T细胞可以破坏跨多个器官的感染了病毒的细胞,从而导致更广泛的破坏。 因此,产生过量细胞因子和T细胞的患者不仅会死于肺部,还会死于心脏和肾脏等其他器官。

免疫系统的平衡行为

上面的场景提出了一些有关COVID-19预防和治疗的问题。 因为 大多数人从冠状病毒感染中恢复,触发中和抗体和T细胞以阻止病毒进入细胞并复制的疫苗很可能会成功。 有效疫苗的关键在于它不会引发过度炎症。

另外,在过渡到更严重的形式(如ARDS和细胞因子风暴)(通常是致命的)的患者中,迫切需要新型 消炎药。 这些药物可以广泛抑制细胞因子风暴,而不会引起过度的免疫反应抑制,从而使患者能够清除冠状病毒而不会损害肺和其他组织。

这些免疫抑制剂可以有效使用的机会之窗很窄。 当患者需要免疫系统来抵抗感染时,不应在感染的早期就开始使用这类药物,但是在无法控制大规模炎症的情况下,不能在ARDS发生后将药物延迟太久。 可以通过监测患者的抗体和细胞因子水平来确定抗炎治疗的窗口。

那么,对于COVID-19,“最适合的”是具有正常1期和2期免疫反应的个体。 这意味着在阶段1中具有强大的免疫反应,可以清除原发性冠状病毒感染并抑制其在肺中的传播。 然后,应该在最佳的2期反应之后,以“细胞因子风暴”的形式防止过度的炎症。

疫苗和抗炎药需要仔细管理这种微妙的平衡行为,才能取得成功。

有了这种冠状病毒,就很难知道谁是最合适的人。 不一定能保证能在这种冠状病毒中存活的最年轻,最强壮或最运动的人。 优胜劣汰是那些具有“正确”免疫反应的人,可以迅速清除感染而不会引起过度的炎症,而炎症可能是致命的。

关于作者

研究副总裁兼卡罗来纳州杰出教授Prakash Nagarkatti 南卡罗来纳大学 卡罗来纳州杰出教授兼病理学,微生物学和免疫学系主任,SmartState资助的癌症中心的主席Mitzi Nagarkatti和Mitzi Nagarkatti, 南卡罗来纳大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.


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