“披着羊皮的狼”——包膜病毒和非包膜病毒有什么不同?

我们在最近关于新型冠状病毒(新型肺炎)的各种科普当中都会看到这么一个非常形象的专业词汇——“包膜病毒”。顾名思义,我们应该能够大致意会猜到所谓“包膜”多半是指病毒外部围绕的某种保护层。这个快速的直觉揣测大方向是对的,但并不完全准确。实际上这里所谓的“包膜”并非一种简单的铠甲似的保护层,它背后的秘密就像“包膜病毒”的这个名字一样并不那么简单直白。

关于“包膜病毒”羊皮下的“秘密”,以及包膜病毒和非包膜病毒之间的区别,让我们在此文中跟大家逐一揭秘吧。

病毒是一种能够引起严重感染的微观生物。目前,科学家们已经鉴定出5000多种病毒,几乎我们研究过的所有物种,无论植物还是动物还是微生物都有与之相对应的病毒存在,病毒的复杂和丰富度远超我们想象。

它们比细菌小10至100倍,因此大部分病毒用光学显微镜是无法观察到(巨病毒的尺寸甚至可以超过某些细菌,可以用显微镜观察)。与细菌不同,病毒需要利用宿主细胞内的生命机制来进行复制,失去宿主,病毒就如同一堆没有生命的有机物,它们堆在一起甚至可以像某些化合物一样“结晶”,说不定条件得当你还可以把病毒晶体(确切的说是准晶体)做成塑料样的粉末、薄片甚至团块呢——这个事实让人惊讶,某种在体外毫无生命迹象的有机化合物一旦被注入生物体内居然可以造成生命本质的变化,但一堆塑料粉末却没有这种能力。

美国科学家就已经用烟草花叶病毒制造出了开关速度非常快的“病毒晶体管”。研究者通过在长度约30纳米的烟草花叶病毒表面涂上纳米级的金属铂粒子制造出与普通晶体管类似的结构。

它们把自己的遗传信息的载体注入我们的细胞内,然后利用我们的细胞来制造它们的蛋白质和核酸——以我之躯铸彼之魂——自然的造化真是太精妙和诡异了!

管状的烟草花叶病毒

每种病毒都有自己的基因组(以核酸为载体),这些基因组被包裹在被称为衣壳的蛋白质外壳内,这是绝大多数病毒共同的基本结构特征(朊病毒除外,但朊病毒可能并不被归为经典意义上的病毒)。

根据病毒的外部结构,病毒可分为两种类型:

除了结构上的差异外,这两组病毒都还表现出很多其它不同的特征。

包膜病毒与非包膜病毒的区别

包膜病毒的包膜,不是贝壳体表的碳酸钙,不是甲壳动物体表的几丁质,不是哺乳动物体表的角质,也不是细菌表面的肽聚糖,也不是纯粹的蛋白质外壳,而是从宿主的细胞上“偷来的”细胞膜——“羊皮”自然是出在“羊”身上,而非包膜病毒就没有这种“剽窃”的习惯。

细胞膜,又称原生质膜,为细胞结构中分隔细胞内、外不同介质和组成成分的界面。原生质膜普遍由磷脂质双层分子作为基本单位重复而成,即磷脂双分子层,其上镶嵌有各种类型的膜蛋白以及与膜蛋白结合的糖和糖脂。

肽聚糖(murein)是一种由糖和氨基酸组成的聚合物,可在大多数细菌的质膜外形成网状层,从而形成细胞壁。肽聚糖用于构造细菌细胞壁的结构,强化其结构强度,并对抗细胞质的渗透压。

既然是偷来的,自然就由不得它选,偷到什么菜就吃什么菜,偷到什么皮就批什么皮。于是从不同宿主细胞繁殖出来的病毒披的“包膜”就跟病毒“孵化”的宿主细胞种类有关。例如,从肺泡上皮细胞“生产”出来的包膜病毒披的就是肺泡上皮细胞的细胞膜,这些膜的基质由含有胆固醇的磷脂双分子层构成,但还嵌了一些肺泡上皮细胞膜上特有的蛋白质,这些蛋白质可能是肺泡上皮细胞表面的受体蛋白质分子或者网格骨架蛋白质。

细胞膜上的双层磷脂结构以及穿膜的蛋白

病毒披上这么一张皮可就不一样了,由于免疫系统是依赖于细胞膜上的蛋白质来识别“敌我”的,披了“羊皮”的病毒很可能就会被疏忽的免疫系统识别为“己方”(这有点像聊斋志异“画皮”故事中的情节),从而躲过诸多重要的免疫关卡。

看来“包膜”的确是保护膜,但不像盾或者铠甲,它是一种易容术或者伪装术,虽然的确具有保护的作用,但走的是“软核”套路,而不是硬碰硬的“硬核”套路。

因此,从小肠上皮细胞生产出来的包膜病毒跟从肺泡上皮细胞生产出来的包膜病毒外观还是有点不一样的。这些偷来的包膜,虽然不是病毒自己的,但俨然成为了包膜病毒最重要的特征之一。

包膜让包膜病毒可以伪装潜入我们的身体,因此通常包膜病毒的感染较为隐蔽,免疫系统不容易快速强烈地对病毒本身发起攻击,往往要等到免疫系统发现“大事不妙”的时候——大量细胞被病毒破坏,细胞内容物流得到处都是,这才恍然大悟过来猜想有“毒”作乱,这才大张旗鼓地狂喊“杀毒”。

可这么一喊——坏了!免疫系统里面的各种细胞“一呼百应”,蜂拥而至在组织器官里面杀声一片,宁可错杀三千不可错过一个,到处煽风点火,城门失火殃及池鱼,在细胞因子的风暴当中(强烈的炎症),正常细胞集体自杀的一幕幕接连上演,导致组织器官的原有功能被破坏。如果这个情况出现在肺部,就会形成肺炎,肺泡在强烈炎症破坏下逐渐受损,无法再担当氧气和二氧化碳的交换的原有功能,大量肺泡坏死造成的结果就是身体缺氧——这才是新型冠状病毒致命的根本原因;如果炎症风暴出现在肾脏或者心脏则会造成肾脏细胞或者心肌细胞的坏死,导致相应的器官衰竭。

细胞因子风暴造成各种脏器损伤是病情恶化的主要原因

这里我们小结一下病毒危害健康的基本机制:

病毒的这种特征与细菌不同,例如,革兰氏阳性细菌能够产生外毒素,对宿主造成毒性作用;而革兰氏阴性细菌细胞膜上的内毒素在细菌裂解后往往会带来毒性反应,给人体带来不适,诸如引起发热、微循环障碍、内毒素休克及播散性血管内凝血等等。因此病毒的“主观恶毒”似乎比细菌要少一些,但这并不妨碍病毒成为威胁我们的健康的重要敌人,因为它们更多地利用了我们自己的生理系统来伤害我们自己的健康。

只有极其个别的特殊病毒,诸如埃博拉病毒可以产生毒素。

埃博拉病毒基因组会大量生产一种称为Delta肽的蛋白质,该蛋白质会附着在宿主细胞膜上并使它们更具渗透性。它对细胞膜具有的这种作用,在一些研究中描述为埃博拉毒素。这可能是埃博拉病毒致死率高的原因之一。

免疫反应的三个阶段

请注意,ACE2本身只是种酶,即血管经张素转化酶2型(与1型的功能相对,具有反向调节血管紧张素的功能),被病毒利用之后才被称为受体的。它是病毒的受体,但是我们身体细胞的一种常见的酶(是那个被病毒利用的“己方好人”)。

因此,有了突刺这样不得不露的马脚,包膜病毒终究还是可以被细心的免疫系统发现,最终从我们的身体里面清除干净之后,我们才能够完全康复。

典型的包膜病毒:流感病毒的外形和结构

由于包膜病毒表面的脂质包膜容易被诸如溶剂、脱脂剂、强碱等物质洗脱,从而使病毒灭活(丧失与宿主细胞膜结合的能力),因此溶剂如二甲基亚砜、酒精,脱脂剂如各种表面活性剂、强碱如碳酸钠、柠檬酸钠、月桂醇聚醚硫酸酯钠(餐具洗洁净、洗发水的功能成分)都可以有效地灭活包膜病毒。日常生活中最常见的就是肥皂溶液,是处理狂犬咬伤伤口可用的消毒剂(不仅仅是冲洗作用),因为狂犬病毒也是一种包膜病毒。

非包膜病毒

非包膜病毒:诺如病毒、轮状病毒、脊髓灰质炎病毒

包膜病毒

包膜病毒:带状疱疹病毒、单纯跑正病毒、埃博拉病毒

新型冠状病毒作为包膜病毒对环境条件敏感,但在我们体内会容易逃脱免疫系统检测,并激发免疫系统的炎症反应损害我们的身体健康。在了解了包膜病毒的种种特点之后,我们可以对逐渐升高的气温将能遏制病毒的传染力而感到乐观。但同时也不能放松警惕,因为披着羊皮的包膜病毒伪装性强,“除恶”更需要“务尽”。在日常消毒的时候也可以针对包膜病毒的特征来防护,不用过于恐慌把自己搞成强迫症。

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