一群國家地理控，專注於探索極致世界
我們的一生
注定要與病毒搏鬥
它們數量龐大
遍布陸地和海洋
以及我們呼吸的空氣
有科學家估測
僅海洋中的病毒顆粒就超過
10000000000000000000000000000000
即1×10³¹個
（病毒數量依據微生物學家Lita Proctor的估算；下圖大量紫色顆粒為中東呼吸綜合征冠狀病毒，附著在綠色的細胞上，掃描電鏡成像，後期著色，圖片源自@NIAID）▼
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它們行事狡詐
可以感染一切生物
可以突破種間屏障
在人與動物之間
跨物種傳播
（果子狸，SARS冠狀病毒的中間宿主，攝影師@鄒滔）
▼
它們手段殘忍
可以置人於死地
引發人類社會高度警惕
甚至嚴重的恐慌
（2020年1月27日，為防止新型冠狀病毒傳播擴散，農村開始封路，拍攝於浙江衢州，攝影師@拾城 朱駿）
▼
恐慌的人們
不知道病毒將如何對待他們
不知道自己的身體
將發生怎樣的變化
而本文就將為你揭示
這一切
Round1
病毒的進攻
病毒是一種寄生物
它們沒有細胞結構
必須入侵人類等生物體
借助生物體的細胞進行增殖
因此
入侵
不擇手段地入侵
便是病毒唯一的目標
（流感病毒在細胞內完成增殖後，正從細胞表面出芽釋放，黃綠色為病毒，透射電鏡成像，圖片源自@NIAID）
▼
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它們四處遊蕩
尋找你身體的破綻
包括以皮膚和黏膜為主的
五大入侵方向
首先是你的
皮膚
皮膚覆蓋在我們的身體表面
與外界大面積接觸
然而皮膚的最外層
卻是由死細胞組成的角質層
極難突破
幾乎沒有病毒
能從這裡入侵
（手掌及腳掌皮膚的表皮結構示意，其他部位的皮膚沒有透明層，製圖@趙榜/星球研究所）
▼
但是
當你被蚊蟲叮咬、貓狗抓咬
文身、擦傷、皮膚潰瘍
以及用不潔淨的針頭注射
均會令表皮防線出現漏洞
由蚊蟲傳播的登革熱病毒、寨卡病毒
以及由貓狗等動物傳播的狂犬病毒等
多種病毒
便會趁虛而入
所以
請愛護你的皮膚
切莫自毀長城
（蚊蟲叮咬示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）
▼
既然皮膚無法進入
那麽同樣暴露在外的
眼睛
便成了第二個入侵方向
然而
包裹眼球的眼瞼（結膜）
每隔幾秒
便會掃過眼球一次
以其分泌物清洗眼球、清除外來微粒
讓病毒很少有機會感染眼睛
但是一些受汙染的環境
仍有可能帶來危害
例如不潔淨的游泳池
或者用沾染病毒的手觸摸眼睛
或者空氣懸浮物中的病毒接觸結膜
本次新冠肺炎中
北大第一醫院呼吸內科主任王廣發
就被懷疑通過結膜感染
（這也是為什麽醫護人員需要佩戴護目鏡甚至面罩的原因，下圖拍攝於湖北黃石市，攝影師@何戈）
▼
接下來的第三個入侵方向
泌尿生殖道
也沒有那麽容易
以女性陰道為例
陰道上皮表層細胞不斷脫落
不利於病毒附著
且陰道中通常有黏液保護
對人體有益的乳酸菌
也會選擇在這裡生活
創造出低pH的酸性環境
許多病毒對酸性環境敏感
只能退避三舍
（嗜酸乳杆菌，陰道菌群中的一種，圖片源自@Wikimedia commons）
▼
突破陰道防線的是
人類的性行為
性行為時
陰道上皮組織被破壞或磨損
病毒便獲得了侵入內層的機會
臭名昭著的
人類免疫缺陷病毒
(HIV，也稱艾滋病毒)
甚至可以不待磨損
直接從上皮細胞中“擠身而過”
片刻歡娛之間
你就中招了
（HIV以人類免疫系統的淋巴細胞為入侵目標，下圖黃色球形即淋巴細胞表面的HIV，掃描電鏡成像，圖片源自@VCG）
▼
第4個入侵方向為
消化道
這裡的環境對病毒而言
依然“惡劣”
它們先是在口腔中遭遇
能殺傷很多病毒的唾液
當到達胃部
又會碰到胃酸與消化酶
好不容易到達腸道
膽汁又將它們殺個幾乎片甲不留
而且腸道中眾多的有益菌群
也增加了病毒攻城掠地的難度
可謂層層設防
（消化道“防線”示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）
▼
能在這種條件下生存下來的病毒
往往得有點特殊技能
可以造成腸胃炎的輪狀病毒
擁有三層蛋白質保護殼
從而保護它抵消
消化道“惡劣”環境的影響
尤其是嬰幼兒
他們的腸道菌群尚不完善
免疫系統也還未發育成熟
一旦病毒入侵腸道
便極易引發腹瀉
（輪狀病毒的三層蛋白質外殼，製圖@趙榜/星球研究所）
▼
而尷尬的是
對於成年人而言
HIV也會通過消化道進入
只不過是從“反方向”
這個方向幾乎不會遇到阻礙
因為他們選擇的是“肛交”
肛交時
直腸的上皮組織很容易被撕裂
HIV就這樣“破門而入”
如入無人之境
這也正是同性戀人群
需要警惕艾滋病傳播的原因
（人體直腸結構示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）
▼
說完皮膚、眼部、泌尿生殖道和消化道
接下來的第5個入侵方向
則是病毒們最"喜聞樂見"的一個
即
呼吸道
大量病毒
選擇從這裡入侵
（呼吸道主要病毒示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）
▼
以肺部為例
人類的肺部擁有約3億個終末肺泡
展開後總面積高達100平方米
吸入的氣體就在這100平方米中
充分接觸、交換
被病毒入侵的機率
大大增加
（人體肺部結構示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）
▼
但呼吸道也並非毫不設防
其表面覆蓋有纖毛
還有一層黏液包裹
一些病毒顆粒被黏液捕獲
由纖毛推入咽喉
隨即被吞咽
或被咳出
從而失去入侵的機會
（呼吸道上皮組織結構示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）
▼
皮膚、眼部、泌尿生殖道
以及消化道、呼吸道
這便是病毒的5大入侵方向
了解了這些
想必你也已經明白
你的身體已經為病毒
設置了重重防線
只要你注意保護
以及改善個人衛生和生活習慣
還是有很多機會阻止病毒的入侵
你的敵人強大、陰險、狡詐
但是你知彼知己
也就有了禦敵之道
（病毒入侵的5大方向，製圖@鄭伯容/星球研究所）
▼
然而
之前的你
可能並沒有意識到這一點
殘暴的歡愉終將引來殘暴的結局
病毒還是衝進了你的體內
是時候啟動
下一個防禦系統了
即先天免疫系統
來試試吧，禽獸們
Round2
人類的反擊
先天免疫系統
之所以稱為“先天”
是因為它是人類歷經百萬年進化後
為每個人類成員配備的
與生俱來的防禦系統
該系統主要由三支大軍構成
當病毒進入人體
受到攻擊的細胞立即發出“警報”
隨後
一支“警戒部隊”便登場了
即
干擾素警告系統
干擾素是一種信號蛋白
它產生於受感染細胞的內部
可以抑製該細胞的合成功能
防止被病毒用於自我複製
（下圖是被牛痘病毒感染的細胞，藍色熒光標記的圓形是宿主細胞的細胞核，而細胞核旁邊的藍色區域則是病毒進行複製、裝配的“病毒工廠”，圖片源自@VCG）
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另一方面
它也會被輸送到細胞外表
向周圍的細胞發出預警
“你們很可能被入侵”
“請隨時準備關閉合成功能”
“以免被病毒利用”
與此同時
第二支大軍
真正的“攻擊部隊”也開始出動
即
吞噬細胞
顧名思義
即負責“吞食”病毒等有害物質的細胞
（人體主要吞噬細胞示意，製圖@趙榜/星球研究所）
▼
其中
巨噬細胞
是吞噬細胞家族中的大胃王
它們平時處於
“四處閑逛偶爾進食”的“靜養”狀態
但當病毒出現
巨噬細胞便會如觸電般活躍起來
大口吞食入侵者
（巨噬細胞正在吞食細菌，僅作示意，掃描電鏡成像，圖片源自@NIAID）
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如果入侵者數量過多
巨噬細胞還會召喚其他吞噬細胞
前來助陣
中性粒細胞
便是最大的一支生力軍成年人體內
的中性粒細胞總兵力可以高達200億隻
（病原體被中性粒細胞的胞外陷阱所捕獲，掃描電鏡成像，圖片源自@NIAID）
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除了“預警部隊”“攻擊部隊”
考慮到許多病毒表面缺少“抓手”
不利於吞噬細胞吞食
先天免疫系統又貼心地組建了
第三支大軍
負責補充輔助的“助攻部隊”
即
補體系統
補體系統的補體蛋白大量出動
粘在入侵者的表面
一番“修飾”後
巨噬細胞、中性粒細胞
對病毒狼吞虎咽得更方便了
（補體的調理作用示意，製圖@趙榜/星球研究所）
▼
不過
也不要小瞧這些助攻手
許多時候它們也會直接出手
通過在病毒表面打孔
讓病毒裂解
堪稱“生撕活剝”
警戒部隊、攻擊部隊、助攻部隊
三支大軍緊密配合
病毒們損失慘重
但是此時的你
也相當不爽
你的神經系統
開始促使體溫升高
升高的體溫再次加速免疫細胞
向感染區遷移
這種現象便是
發燒
（黑龍江大慶市一發熱門診，攝影師@王理達）
▼
為了向戰鬥部位輸送援軍
你的血管舒張、血流加快
毛細血管充血
導致你的膚色發紅
甚至出現紅斑
血管的通透性增加
血管中的細胞和體液
更容易向周圍組織滲透
從而引發組織腫脹
如果是鼻腔腫脹
就會令你感到鼻塞
鼻腔血管中的液體不斷滲出
又令你鼻涕大增
激戰中死去的細胞
則會變成膿涕
（流涕的症狀在人群中十分常見，下圖為2018俄羅斯世界杯小組賽，巴西隊教練蒂特擤鼻涕被抓拍，圖片源自@VCG）
▼
另一些化學物質
還會刺激神經末梢
造成肌肉疼痛
紅、熱、腫、痛
以上所有反應被稱為
炎症反應
是你的身體對抗入侵者的體現
當你忍受炎症
似乎勝利在望
但是道高一尺，魔高一丈
病毒在鬥爭中不斷提高技能
與免疫系統對抗
包括
以驚人的速度複製增殖
天下武功，唯快不破
流感病毒、鼻病毒在6-7個小時內
就可以在一個細胞內
複製成千上萬的個體
（甲型流感病毒H1N1亞型，曾引發1918年“西班牙流感”，死亡人數超過5000萬人，圖片源自@VCG）
▼
腺病毒更是可以在一個細胞內
製造多達10萬個病毒顆粒
是大多數病毒的10-100倍
可謂“基建狂魔”
此時即便先天免疫系統
已經消滅了許多病毒
但是病毒根本不在乎傷亡
它們是擁有集群優勢的狂熱分子
（腺病毒，具有二十面體的外形結構，圖片源自@VCG）
▼
還有些病毒
則以其人之道，還至其人之身
它們找到了干擾“干擾素生產”的方法
比如麻疹病毒、輪狀病毒
（輪狀病毒，其外殼表面有大量刺突，圖片源自@VCG）
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總之
這是一場“非人”的入侵
病毒的任何策略
都殘忍而合理
幸運的是
正當你手足無措之時
數個“偵察兵”悄然來到了你身體的軍火庫
一個隱藏的防禦系統
被驚醒了
聽！
這是適應性免疫系統的怒吼！
Round3
決戰
先天免疫系統“廣譜性”顯著
其工作方法是
“使用相同的武器，防禦不同的病毒”
雖然可以消滅大部分入侵者
但是對特殊的、罕見的
以及“藝高人膽大”的狠角色
則顯得力不從心
適應性免疫系統
則改換策略
“使用不同的武器，防禦不同的病毒”
來一個，打一個
你的肉身就是這麽強大
（兩大免疫系統特點示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）
▼
它由兩支特種部隊組成
但因殺傷力太過強大
稍有不慎便可能傷及自身
造成組織損傷，甚至危及生命
所以調用這兩支部隊必須得有憑證
那麽，憑證從哪裡來呢？
前文提到的“偵察兵”
就擔當了取得憑證的任務
它們由少量巨噬細胞、樹突細胞等組成
在前線戰場“肢解”部分入侵者後
迅速撤出戰場
並將入侵者身體的一部分
送達適應性免疫系統
這，就是憑證
（一個吞噬細胞正將病毒蛋白向多個T細胞傳遞，這個過程被稱為“抗原呈遞”，中間為吞噬細胞，圖片源自@VCG）
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拿到憑證的第一特種部隊
T細胞
立即對入侵者的殘肢展開研究
T細胞因在胸腺（Thymus）中成熟
而以胸腺第一個英文字母命名
在我們的身體中
擁有300億個這樣的T細胞特種兵
它們身懷各異的絕技
針對性擊殺某種特異的病毒
（T細胞攻擊受感染細胞概念圖，灰色為T細胞，圖片源自@NIAID）
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經過比對
最能對付該病毒的那些T細胞被選中
特種兵生產工廠隨即開動
以該T細胞為原型
大量生產新的特種兵
殺傷性T細胞
（cytotoxic T lymphocyte，CTL）
殺傷性T細胞出動
逐個掃描感染區的細胞
試圖尋找被病毒入侵的細胞
並殺死它們
（3個殺傷性T細胞正在“圍攻”中間的癌細胞，藍色標記的是細胞核，紅色標記的是含有殺傷性化學物質的囊泡，如同“死亡之吻”，攻擊被病毒感染的細胞同理，圖片源自@NIAID）
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而此時
被病毒入侵的細胞也深明大義
它們在表面放出一種蛋白質
向殺傷性T細胞疾呼
“向我開炮”
於是
殺傷性T細胞將一種酶
注入被入侵的細胞
從而“毒死”後者
或者幫助後者啟動“自殺程序”
與細胞內的病毒同歸於盡
是為細胞凋亡
（殺傷性T細胞工作原理示意，製圖@趙榜/星球研究所）
▼
緊接著
吞噬細胞將死亡的細胞
連同病毒一起吞下
乾乾淨淨、了無痕跡
清除了受感染的細胞
但在細胞外還有大量的病毒顆粒存在
這時候就需要第二特種部隊
B細胞
出場了
它因在骨髓（Bone marrow）中發育成熟
而以骨髓的第一個英文字母命名
在我們的身體中
擁有30億個B細胞特種兵
同樣針對不同的病毒
練就各自不同的本領
（下圖粉色的為B細胞，掃描電鏡成像，圖片源自@VCG）
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當B細胞拿到憑證經過比對
最能有效消滅某種病毒的某些B細胞被選中
特種兵生產工廠再次開動
不過這次工廠克隆出的細胞
不再直接奔向戰場
而是把自己變成生產機器
生產出專門針對某種病毒的蛋白質
抗體
（B細胞分化為漿細胞，漿細胞開始大量產生抗體，即圖中Y型的小顆粒，概念圖，圖片源自@VCG）
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抗體可以結合到病毒表面
讓病毒失去入侵細胞的能力
也可以幫助補體標記病毒
利於吞噬細胞的吞食
甚至還可以通過胎盤
進入胎兒體內
為脆弱的新生兒提供保護
可見
抗體一出
病毒也就基本走上了絕境
（抗體大量附著在病毒表面，使其失去感染能力，概念圖，圖片源自@VCG）
▼
在抗體的作用下
細胞外的病毒顆粒也終於被清除
現在
細胞內外，海晏河清
你的身體也恢復了正常
但是事情並沒有結束
一些B細胞與T細胞早就未雨綢繆
它們不再生產抗體及殺傷性T細胞
而是留存下相應的“檔案”
是為記憶B細胞和記憶T細胞
有了它們
當我們的身體再次遇到同樣的病毒
便會立即生產相應的抗體和殺傷性T細胞
在你幾無察覺的感染初期
便將病毒清除
這也正是人們感染某些病毒後
不會再次感染發病的原因
（面對相同的病毒記憶B細胞可以迅速產生大量抗體；下圖為概念圖，上部為B細胞，下部為病毒，圖片源自@VCG）
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至此
想必你也已經清楚
皮膚等物理屏障
先天免疫系統、適應性免疫系統
構成了我們人體的三層防禦體系
再加上記憶細胞的“存檔”
人體每經歷一次病毒的進攻
免疫系統就有可能獲得一次提升
正所謂
“殺不死我的，必使我更強大”
正是這樣的機制
讓人類在百萬年來
從絕大多數的病毒進攻中
生存下來
這也正是人體的強大之處
（人體三層防禦系統功能示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）
▼
但是
這樣的系統也存在明顯的bug
即
時間
適應性免疫系統雖然強大
但是一般需要一周甚至更長時間
才能生產出足夠的抗體和殺傷性T細胞大軍
這給病毒留出了可趁之機
它們往往
在適應免疫系統還沒有啟動前
便已經完成攻擊
我們體內就沒有形成相應的記憶細胞
導致病毒可以多次感染同一個人
（T細胞，適應免疫系統的“特種部隊”，黃色為血小板，圖片源自@VCG）
▼
再者
人類向野生動物棲息地的擴張
使之前較少與人類接觸的動物
與我們發生聯繫
新病毒
從這些野生動物身上
不斷跳躍到人類
令我們的免疫系統應接不睱
例如
世界上已知最恐怖的病毒之一
致死率超過50%的埃博拉病毒
便可能是從果蝠跳躍到人類的
（讚比亞卡桑卡國家公園中的果蝠，圖片源自@VCG）
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而廣為人知的HIV
其1型病毒由黑猩猩跳躍到人類
從識別至今不過數十年時間
卻已經感染了7500萬人
今天
全球每200個人不到
就有一個人攜帶該病毒
HIV會把自己的基因
整合到人類基因組中
並佔有人類的免疫系統
造成該病毒的清除極為困難
（非洲利比裡亞黑猩猩，圖片源自@VCG）
▼
更為嚴峻的是
現有的病毒通過基因突變、重組重配
也在不斷
進化
加速了病毒在物種之間的跳躍
1997年
人們第一次發現
基因重配後的禽流感病毒H5N1
居然感染了人類
之後又陸續發現了
H7N7、H9N2、H7N9等諸多亞型
可見進化之繁多
（2005年11月8日禽流感疫情下的一張當天的報紙，拍攝於上海活禽交易市場，攝影師@呂威）
▼
2002年-2003年
原本感染蝙蝠的冠狀病毒
傳播給果子狸並發生突變
突變後的病毒造成了嚴重的人類疫情
SARS
（2003年4月28日SARS疫情期間，西安公交公司給收回的錢消毒，攝影師@拾城 攝近求遠）
▼
而17年後的今天
這一幕居然又一次上演
新冠病毒已經造成數萬人感染
是現代中國最嚴重的公共衛生事件之一
（2020年1月25日湖北G50高速黃石出口，防疫人員在測量進城人員體溫，攝影師@周巍）
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我們還有什麽武器
與病毒對抗呢？
Round4
下一場戰爭
從約1000年前的北宋時起
為了預防天花病毒的感染
中國古人將天花患者的膿液或痂
接種到健康人身上
是為種痘
18世紀90年代
英國醫生Edward Jenner
將種痘法予以改進
使用牛的天花病毒接種
是為牛痘
後來的人們終於知道
種痘相當於
利用記憶B細胞的特性
促使人體產生了對抗天花病毒的抗體
疫苗就此誕生
（兒童計劃免疫接種，拍攝於吉林洮南，攝影師@邱會寧）
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此後
我們利用記憶B細胞的特性
生產出了針對不同病毒的更多疫苗
天花病毒也成為人類有史以來
徹底消滅的第一種病毒
這是人類抗擊病毒戰爭的里程碑
其中的關鍵就在於
我們對病毒和人體免疫系統的
科學認知
這是人類想要在病毒戰爭中取得勝利
所必須依賴的最強大的武器
（現在我們有了更多技術進行疾病的診斷和治療，下圖是正在進行胸部CT檢查的醫護人員，拍攝於新疆伊犁，攝影師@賴宇寧）
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如今
我們通過了解病毒的入侵方式
以及人體免疫系統的防禦原理
在病毒入侵人體的各個環節“設卡”干擾
還研發出了許多抗病毒藥物
有的藥物成分
可以阻止病毒進入細胞
有的讓病毒無法脫去其蛋白質外殼
有的則可以干擾病毒的複製
這正是我們今天
對抗新冠病毒的堅實基礎
（2月9日米-171直升機運輸抗擊疫情的藥物和各類物資，從安徽亳州出發隻用2.5小時就抵達湖北黃石，攝影師@何戈）
▼
但是我們也必須看到
直到1901年
我們才發現了第一個人類病毒
黃熱病毒
我們對病毒世界了解還遠遠不夠
我們對自身免疫系統的了解
也遠遠不夠
路還很長
也許我們無法預期
人與病毒的戰爭多久結束
但是
科學研究將是整個人類必須堅持的方向
也是中華民族想要走得更遠更堅實
所必須堅持的方向
“登高極目方知天地之大
置己蒼茫乃知寸身之微”
科學加油！
人類加油！
在下一波病毒來臨之前
請讓我們更加強大
（製圖@鄭伯容/星球研究所）
▼
本文創作團隊
撰稿：所長
編輯：楨公子
設計：鄭伯容、趙榜
圖片：謝禹涵、任炳旭
審校：風子
專家審核：呂翔、李雷、冬冬
【參考文獻】
1. Lauren Sompayrac，《病毒學概覽》，北京大學醫學出版社，2016
2. S. J. Flint等，《病毒學原理》，化學工業出版社，2014
3. 周德慶，《微生物學教程》，高等教育出版社，2011
4. Lauren Sompayrac，《免疫學概覽》，北京大學醫學出版社，2016
P.S. 疫情影響生活與經濟發展，科普更應重任在肩，星球研究所持續招募各類自然科學、各類工程學、歷史考古、城市規劃、區域經濟等領域撰稿人，以及視頻、圖片、地圖等崗位，請在後台回復“招聘”，查看詳情
... TheEnd...
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