我们无法想象当一个细胞感染两种或更多的病毒时会发生什么,细胞对一种病毒没有抵抗力。在各种病毒的攻击下,细胞应该被蹂躏成什么样子?但事实上,细胞感染各种病毒并不少见,细胞并不总是像山一样失败。
狭路相逢先者胜
可以想象,当两种病毒相遇时,它们之间会发生激烈的火灾,因为它们都需要宿主的物质和能量来支持他们的生活。当竞争对手出现时,他们自然会竞争并决定领土的所有权。在甲型流感病毒和鼻病毒的竞争中,甲型流感病毒略好。
巴勃罗,格拉斯哥大学的病毒学家·穆尔西亚带领团队收集了2005年至2013年36157名患者的临床样本,检测了11种呼吸道病毒(鼻病毒、冠状病毒、腺病毒、甲型流感病毒、乙型流感病毒等)的核酸,发现约8%的患者感染了多种病毒,这是他们的研究对象。
研究人员用数学模型分析了2005年至2013年呼吸道病毒的流行趋势,发现不同病毒的流行高峰季节差异很大,似乎知道如何避免内耗。但是,如果真的难免相遇,到了需要战斗的时候,谁的战斗力更强?
有趣的是,流感病毒是所有参与比较的病毒中最好胜的,即使是近亲(即H3N2、H1N1两种甲型流感病毒亚型和乙型流感病毒)之间也存在争斗,会相互抑制;而普通感冒病毒相对友好,相遇时会增强彼此的作用。正因为如此,当最友好的鼻病毒遇到最好胜的甲型流感病毒时,鼻病毒输得最惨烈。具体,对于感染甲型流感病毒2天的患者,鼻病毒感染的可能性降低了23%;对于感染甲型流感病毒7天的患者,鼻病毒感染率降低了61%。
甲型流感病毒是如何击败鼻病毒的?研究人员推测,这可能是因为它们与相同的细胞表面受体竞争,甲型流感病毒更能与受体结合,可以先进入细胞,抓住机会。另一个想法是,甲型流感病毒将与细胞合作,出售鼻病毒。甲型流感病毒感染细胞后,会诱导免疫系统分泌干扰素,使身体进入抗病毒状态。当鼻病毒再次入侵时,它会提前被干扰素消除。
先入侵的病毒后病毒并不少见,导致普通感冒的冠状病毒也会卖新冠肺炎。研究人员发现,以前感染过普通感冒冠状病毒的人对新冠肺炎的免疫反应比其他人更强,有些人对新冠肺炎有免疫力。研究人员推测,可能是这些患者体内的普通感冒冠状病毒遇到了新冠肺炎,两种病毒互相攻击,最终同归于尽,而人体细胞则受益于渔民。
携手合作打天下
当然,病毒并不总是那么有竞争力,就像普通的感冒病毒一样,它们有时可以在细胞中和平共处,这对细胞来说不是好消息,因为这意味着病毒会更具攻击性。
武汉大学的研究人员发现,当甲型流感病毒遇到新冠肺炎时,它不仅没有与之竞争,而且与之合作,促进了新冠肺炎对人体的感染。
研究人员将几种呼吸道病毒配对,感染了几组实验小鼠,观察小鼠细胞中两种病毒的存活情况。结果表明,甲型流感病毒大大增强了新冠肺炎的感染力,而呼吸道合胞病毒、副流感病毒、鼻病毒等其他呼吸道病毒没有这种效果。
进一步研究发现,甲流病毒的增强和促进ACE2蛋白质的表达水平有关。如果甲流病毒单一感染,细胞ACE2表达水平增加了2至3倍;如果共同感染甲流病毒和新冠病毒,ACE2表达水平提高了28倍!ACE2蛋白质是新冠肺炎进入宿主细胞的主要受体,因此甲流病毒可以增强新冠肺炎的感染力。
甲流病毒增强新冠肺炎传染性的独特能力表明,这种流感病毒是新冠肺炎流行期间需要预防和控制的关键病原体。如果预防和控制不好,人们可能会遭受两种病毒的双重打击。
优势互补诞生新种
除了作为一个独立的物种进行竞争或合作外,不同的病毒还可能擦去爱的火花,遗传物质的交换或融合,从而产生新的病毒。
同类病毒中常见病毒的融合。丁型肝炎病毒(HDV)它是一种缺陷病毒,不能单独复制或侵入人体,必须与乙肝病毒一起使用(HBV)一起或者HBV先入侵,再入侵人体。HDV必须依赖HBV只有形成自己的外壳,才能组装成完整的外壳HDV,然后复制和感染人体。当同一类型的冠状病毒在动物和人群之间传播时,基因交流和融合诞生了新的冠状病毒;流感病毒经常相互融合,导致各种变异病毒。这些都是同类病毒融合导致实力增强的例子。
然而,实验证明,不同类型的病毒也可能融合。格拉斯哥大学的一个团队将两种常见的人类呼吸道病毒-甲型流感病毒和呼吸道合胞病毒转移到体外培养的人类肺泡细胞中,然后用电子显微镜观察病毒的存活情况。他们发现,在一些肺泡细胞中,这两种病毒可以和平共存。此外,通过仔细观察和对这些病毒进行分类,他们还发现了具有甲型流感病毒和呼吸道合胞病毒某些结构特征的嵌合病毒。
新病毒含有两种病毒的基因片段,甚至表达两种病毒的表面受体。新病毒结构完整,能力强。当研究人员用新病毒感染接触过甲状腺病毒并产生抗性细胞时,它仍然成功地抓住了细胞。这意味着新病毒还掌握了甲状腺病毒和呼吸道合胞病毒进入细胞的钥匙。当其中一个失败时,另一个也可以使用,所以它比病毒祖先更有能力。
虽然上述实验结果大多是模拟或计算的,但也可能发生在生活中。例如,当冬季人体免疫力减弱,病毒活跃时,一个人可能同时感染两种甚至多种病毒。到那时,病毒会变成什么样子,但人类不能决定。我们必须加快研究步伐,以应对各种情况究步伐。
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