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学生论文|命中注定的相遇——人与病毒那些事
发布时间:2020-03-18 18:10:24 点击次数:690

小编说:

新冠病毒疫情自爆发以来,一直牵动着人们的心。澳门金莎高一生物竞赛学生们在学习了人体免疫系统的知识后,在教练张立杰老师的指导下,通过查阅资料,整合知识,用活泼的方式和语言撰写了一些科普文章,巩固知识,提高能力,同时也宣传了新冠病毒的知识。

今天为您推送的是李正航同学撰写的《命中注定的相遇——人与病毒那些事》。

万众一心 抗击病毒

人与病毒那些事

高一生物竞赛小组 李正航

指导教师 张立杰

特聘指导专家 河北医科大学 揣霞教授

一个人在一生当中必然会和病毒有无数次命中注定的不期而遇。

全球疫情形势严峻,新冠肆虐下,人们往往会“谈病毒色变”,恐惧于藏匿在微观世界中的那些病毒,其实大可不必,首先就要知道的一点就是并非所有病毒都能对我们的健康造成影响。

尽管称为“病毒”,但事实上,在已发现的4000余种病毒中,仅有二百余种是能致病的。这时就有人说了:“尽管只有二百余种,但其中如丝状病毒科的马尔堡病毒以及更为著名的埃博拉病毒,还有冠状病毒科的中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)和严重急性呼吸道综合征冠状病毒(SARS-CoV),包括这次的新型冠状病毒(SARS-CoV-2),都是给人类带来严重灾难的病原体,要知道,很多丝状病毒致死率都远远高于新冠病毒,并伴有出血热症状;这次的新冠,夺去了千人的生命,给我国社会经济带来了巨大损失,病毒难道不可怕吗?”

是的,病毒在一定程度上确实给我们带来了很多威胁,那我们就要认清它们,正确认识往往有利于我们合理预防及针对性治疗。

首先我们来看看那些“臭名昭著”的病毒是如何致病甚至杀人于无形之中的。

纵观诸多对人类健康威胁较大的病毒,不难发现,它们共有策略之一就是千方百计摧毁我们的免疫系统(这不难理解,病毒入侵遇到我们的免疫系统,要么绕过去,要么就直接摧毁,否则我们高效复杂的免疫系统不会让它们很舒服地存在,所以下面我主要介绍各病毒攻击我们免疫系统的过程)。

新型冠状病毒:王福生院士团队最新发表在《柳叶刀—呼吸医学》对新冠肺炎逝者的微创病理检查并得出以下结论:血液中CD4+和CD8+ T细胞(成熟T细胞分为两大类:CD4单阳性和CD8单阳性,它们主要参与机体特异性免疫应答并发挥重要作用)的数量大大减少,但它们却被过度激活(表现为高度促炎性CCR4 + CCR6 + Th17浓度增加,以及CD8+ T细胞的高细胞毒性)。我们注意到,报告中还有这样一段话:“淋巴细胞减少是新冠肺炎患者常见特征,这很可能与疾病严重程度和死亡率有关。

此外,王福生院士团队的报告中还提到:“新冠肺炎的病理特征与SARS和MERS患者出现的病理特征非常类似。”

相比我们不大熟悉的新冠,我们可以先来看看引起17年前疫情、病理学以及RNA序列与新冠病毒非常相似的SARS-CoV是如何对我们的身体发起攻击的。

SARS逝者的尸检结果显示:淋巴结、脾脏结构破坏,淋巴滤泡消失,脾小体萎缩,淋巴细胞明显减少,结肠小肠孤立和集合淋巴结淋巴滤泡消失;骨髓增生减低。CD4+ T细胞显著减少,CD8毒性T细胞稍增加。(引自《中华病理学》2003年03期)

什么意思呢?首先普及个概念:淋巴结、脾脏是人体内2个重要的外周免疫器官(分别负责过滤淋巴液和血液),是各种免疫细胞的居留地也是免疫应答(免疫细胞发挥作用清除病原体及病损细胞的过程就称作免疫应答)发生的重要场所。

脾脏示意图(脾脏是最大的外周免疫器官)

可以这么说,这两个器官就是我们机体的免疫细胞进行免疫应答的大本营,但在SARS病毒的疯狂进攻下,我们体内进行免疫应答的大本营,失守了…在免疫系统溃不成军的情况下,我们体内可能会爆发细胞因子风暴,各种杀伤性的细胞因子大量分泌,代价就是——杀敌八百,自损不止一千。

那么丝状病毒科典型代表埃博拉是如何造就超过50%的死亡率的呢?

(视频来自“六小时字幕组”)

从视频中我们不难发现,埃博拉病毒的进攻策略之一也是先瞄准了我们的免疫系统,首当其冲的就是树突状细胞,这是一种非常重要的专职抗原提呈细胞(抗原提呈细胞即APC,其作用下面几幅图介绍)。

图示:APC吞噬病原体

图示:APC中相关酶分解病原体

图示:MHC2类分子捕获抗原并呈现于细胞表面(即“提呈”)

此时,我们的免疫系统就获取了入侵病原体敌人的身份信息,在多种免疫细胞的配合下就可以有针对性的进行高效的免疫应答。然而,埃博拉病毒直接入侵了这个体系,使我们的免疫系统瘫痪……

看了这么多病毒对我们人体发动的攻击之后,你也许想不到,人类与病毒的不期而遇有时居然是非常必要的。

逆转录病毒的cDNA整合插入是细胞基因库扩充的重要途径。这通常指的是内源性逆转录病毒(Endogenous retrovirus,ERV)。

这是一些“定居”在我们体内的“病毒”,这些病毒在人类进化过程中入侵了人类的生殖细胞(配子细胞),它们在逆转录酶的帮助下以自身的遗传物质RNA为模板合成cDNA(互补DNA),并整合到了我们的基因组内,但由于病毒感染的是我们的配子细胞(精子或卵细胞),所以宿主细胞处于一个比较特殊的时期,这导致病毒编码病毒核心蛋白(内衣壳蛋白)的基因(gag)以及编码逆转录酶的基因(pol)通常发生部分缺失性突变,所以此时的病毒就没有什么破坏性,但是病毒的很多基因就永远的留在了我们的基因组内,在漫长的进化过程中,很多病毒的遗传物质就这样被我们保留下来。

那么好了,这些病毒的基因会给我们带来什么呢?作用可是非常重要且必要的。

ERV基因指导合成多种细胞因子及其受体,如:成熟促进因子(MPF) 、转化生长因子-β(TGF-β)等,它们的作用主要是在卵泡刺激素(FSH)分泌下降后继续促进卵细胞成熟及促进卵泡发育。

ERV基因在胎盘上的表达:

正常人的胎盘标本中,在绒毛间质中可检出HIV表面蛋白gpl20;在绒毛血管内皮细胞内可检出HIV核心蛋白p17;在一些正常绒毛中的巨噬细胞内可检出HIV表面蛋白p24。以上证据表明:正常人胎盘组织中有来自于HIV的ERV基因产物的表达。此外,在正常人副睾及妊娠子宫可检出来源于病毒表面膜糖蛋白gp70(并且gp70和人淋巴细胞表面抗原CD46有相同的抗原决定簇)。

那么,这些ERV基因在胎盘中的表达有什么作用呢?

它的表达使得胎盘中构成了一道更为完善的防止微生物入侵的屏障,这就好像肠道内的正常菌落与肠道粘膜结构一起构成的肠道屏障一样,可以有效防止外源病毒的感染;它们还可以合成合胞素来促进合胞滋养层细胞的发生;它们编码的一系列受体如EGF受体、M-CSF受体、PDGF受体接受自分泌以及母体侧局部分泌因子的刺激,维持正常的胚胎发育。不过,ERV基因如果失控(ERV基因的表达是受到人体内分泌信号的严格调控的),可能会导致滋养叶肿瘤和自身免疫病的发生。

事实上,人类有约8%的遗传物质是来源于这些内源性逆转录病毒的,我们在漫长的进化过程中彼此相遇,这样的相遇总在不经意间发生,却又好像命中的注定。

说完内源性逆转录病毒,我们再来看外源性病毒感染给人类带来好处的一个例子。

C型GB病毒的感染可以帮助艾滋病患者对抗HIV。

首先,这种病毒(C型GB病毒,GBV-C)目前未发现与任何疾病的发生有关,但是它可以通过调节趋化因子和细胞因子的释放及受体表达来改变T细胞稳态(减少T细胞活化、增殖),以及通过除此之外的多种机制来抑制HIV的复制,这些显然是有利于艾滋病人的生存的。

看完以上这些,我们对病毒的认识更深了一个层次,人类和病毒的关系错综复杂,虽然病毒往往给人类带来灾难,但我们也并非是束手无策的,在没有病毒概念的那个年代,微生物学家巴斯德(就是那个做曲颈瓶实验否定生物自然发生说,被誉为微生物学之父,并被称颂为“进入科学王国的最完美无缺的人)发明了狂犬病(没有有效疫苗情况下死亡率在现代几乎仍为100%)疫苗。

敢于探索的巴斯德在完全不知道病毒是何物的情况下,通过动物实验,发现家兔感染狂犬病毒经过多次传代后,病毒毒力明显减弱,他进一步把患病家兔脊髓取出在空气中干燥,由此成功实现了对病毒的减毒处理,制出了狂犬疫苗,挽救了众多人的生命。

新冠肺炎疫情爆发以来,我们可以看到众多“白衣战士”逆行的身影,可以看到我国相关领域院士们呕心沥血的付出,这一切都告诉我们:在人类和病毒的斗争中,我们可以充分发挥人的主观能动性,并在战“疫”中取得全面的胜利!

审核 | 梁健

编辑 | 刘宁


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