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病毒与宿主细胞的博弈
2022-09-24

今天我们聊聊病毒与细胞。病毒和细胞的战争,可以说是人类历史上持续时间最久的战争。病毒无所不在,甚至冰川、沙漠、海洋、空气中都能看到他们的身影。病毒大小差异广阔,最小的几纳米、需要用电镜才能看到,而巨型体积的潘德拉病毒用普通显微镜即可观察到。病毒的形态也是多种多样的,其中以球形最为常见,包括新型冠状病毒(图1)。

图1 病毒具有多种形态

如果咱们将新冠病毒从中间切开,可以看到病毒的结构是分层的,有点象俄罗斯套娃:最里层是遗传物质-核酸,最外层是囊膜;囊膜表面有30多个纤突蛋白大S,这些大S可不简单,经过多少亿年的进化,他们拥有了结合细胞膜受体的能力;如果受体是细胞的门锁,大S就是钥匙,由此病毒就稳稳地粘附在细胞上(图2)。

图2 病毒的结构剖析图

现在病毒的目标就是如何侵入到细胞内部。狡猾的大S启动了一系列构象变化:先是拉伸自己,再折叠成发卡结构并释放出能量,促使病毒囊膜与宿主细胞膜合二为一,病毒遗传物质因此释放到细胞质中(图3)。值得庆幸的是,这个过程会遭遇中和抗体,大量病毒因此无法成功入侵。

图3 病毒膜融合过程(从左到右)

另一种常见的入侵方式是胞吞。简单说就是细胞吸收营养物质的时候,不小心将病毒包在囊泡里,也吞掉了,病毒对此乐享其成(图4)。细胞也不傻,在前方设立了一个分拣站“核内体”,会分泌出一种浓酸性物质,将大分子分解成小分子 利于自身吸收,90%的病毒也因此被分解掉。当然也有一些藏得深(套路深)的病毒,会利用这个过程,让自己破壳而出,获得真正的自由。

图4病毒胞吞过程(从左到右)

进入细胞内部的病毒,其实已经没有了动力(攻击能力),只能无助地游荡。只有少部分幸运的病毒、搭上了细胞运输工具-马达蛋白,这些搬运工以奥运会短跑冠军的速度,向着细胞器或者细胞核前行,那可是病毒生存与繁衍下一代的目的地。然而此时,巡逻的细胞防御蛋白突然出现,将大多数病毒的美梦彻底击碎/撕裂(图5)。

图5病毒被细胞防御蛋白攻击

虽然绝大多数的病毒都会被细胞就地正法,但是哪怕只剩下1个病毒粒子,也可能将细胞搞得天翻地覆;很多时候受伤的细胞会选择自我毁灭,以保护整个机体细胞不被感染。这就是咱们体内的细胞,它们时刻都在为保护我们而战斗、而牺牲。围绕我们周围的致命病毒那麽多(图6),那咱们能做点什么呢,最好的办法就是提高自身免疫力,为每一个战斗中的小小细胞加油、助威!

图6生活中常见的病毒