第 12 章
与病毒共存
你身体里大约百分之八的DNA来自病毒。不是细菌,不是真菌,是病毒——那些连细胞都没有、不能自己呼吸、不能自己繁殖的微小颗粒,把它们的基因写进了你的每一个细胞核里。如果把这部分序列单独拿出来,它的长度是你用来编码“人类”那部分基因的好几倍。
你会觉得自己被入侵了吗?还是觉得,那本就是“你”的一部分?2003年,人类基因组计划完成两年之后,科学家们终于能够坐下来仔细清点他们刚刚破译的这部“天书”。他们发现了一个令人不安的事实:在三十亿个碱基对中,只有不到百分之二负责编码蛋白质——也就是传统意义上“有用的基因”。而占据基因组大片区域的,是大量重复序列、转座子,以及数以万计的逆转录病毒残骸。这些残骸被称为内源性逆转录病毒,它们是一个个古老入侵的分子化石,是远祖与病毒相遇后留下的契约。
有些残骸已经沉默了几百万年,有些则被细胞重新征用,变成了执行重要功能的基因开关。它们在那里,不是作为敌人,而是作为建筑材料,作为构造“你”这个生命体的砖石。
这不是一个哲学思辨,而是一个基于测序数据的生物学事实。你体内的病毒基因数量,确实远远超过你用来长出手指、产生泪液、感知阳光的那些基因。它们不是潜伏在暗处的入侵者,它们就是你的基因组本身。
当你第一次意识到这一点,你可能会感到某种不适,仿佛自我的边界被一种看不见的力量溶解了。
二十一世纪初,随着宏基因组学技术的成熟,科学家们获得了一种全新的观察能力。传统的病毒学研究需要把病毒从环境样本中分离出来,在实验室里培养,然后才能进行鉴定。但宏基因组学绕过了这一切——它直接提取环境样本中的所有DNA和RNA,随机进行测序,然后用计算机比对已知的基因序列数据库。这种方法就像是从不把森林里的动物一只一只抓出来分类,而是直接分析空气中飘浮的所有DNA分子,然后拼出整个生态系统的物种清单。
2003年,加州大学圣迭戈分校的一组研究人员用这种方法分析了一百克健康人的粪便样本。
他们找到了大约一千二百种不同的病毒,其中绝大多数是噬菌体——就是那些专门感染细菌的病毒。这些噬菌体在人的肠道里不是游客,而是常住居民。它们每一天都在肠道里复制、裂解细菌、释放子代颗粒,它们的数量远超细菌本身,它们与肠道免疫系统持续对话,它们帮助维持着肠道菌群的平衡。
这个发现开启了一个全新的研究领域:人类病毒组学。在接下来的十年里,科学家们陆续对血液、呼吸道、皮肤、尿液乃至脑脊液中的病毒群落进行了普查。他们发现,一个健康成年人体内通常携带着至少十几种长期存在的病毒,不引起任何症状,有些甚至终生携带而不被察觉。这些病毒不是“潜伏的敌人”,而是人体生态系统的一部分。它们与免疫系统达成了某种默契——不是投降,不是征服,而是数十万年乃至数百万年共同演化中淬炼出的平衡。
这个认识引出了一个根本性的问题:如果健康本身就包含着病毒,那么“消灭病毒”这个目标是什么意思?让我们把视角从人体拉远,拉到整个星球的尺度。
在这个尺度上,“消灭病毒”这个命题暴露出了它最彻底的荒谬性。你还记得那组数字吗?一升海水里,大约有一百亿个病毒颗粒。全球海洋的病毒总量,保守估计在十的三十次方以上。而银河系里所有的恒星加起来,大约是一千亿到四千亿颗。换算一下:仅海洋中的病毒颗粒数量,就是银河系恒星数量的一亿倍。如果再加上土壤、淡水、大气以及所有生物体内的病毒,这个比值还要再高几个数量级。
这些数字不是用来吓人的。它们是用来说明一个更基本的事实:病毒是地球物质构成的基本组成部分,是驱动全球碳循环、氮循环和硫循环的“看不见的引擎”。它们不是这个星球上的“外来者”,不是生态系统中“多余的”成分。
它们从一开始就在这里。在细菌出现之后不久,病毒就出现了,从那时起,它们就参与了地球上每一场重大的演化实验。
今天,它们驱动着全球碳循环、氮循环和硫循环。它们每天杀死海洋中大约百分之二十的细菌,释放出巨量的有机碳,其中一部分沉入深海,被封存数百年。这个过程——病毒裂解释放有机碳并使其沉降封存——被称为“病毒分流”,是海洋碳泵的关键环节。
自然碳汇包括森林、海洋、土壤、冻土等,通过光合作用和化学过程吸收并储存大量二氧化碳。病毒驱动的海洋碳循环,正是这个星球对抗大气二氧化碳浓度上升的古老而强大的机制之一。
如果海洋中的所有病毒突然消失,这个碳泵就会停转,大气中的二氧化碳浓度会剧烈波动,全球气候会在极短的时间内进入一个我们无法预测的状态。我们甚至不知道,在没有病毒的世界里,生命的结构本身是否还能维持。因为病毒不仅是分解者,它们还是基因的搬运工。在海洋中,噬菌体每天进行着不计其数的基因水平转移,把抗性基因、代谢基因、甚至光合作用相关基因从一种细菌搬运到另一种细菌。这种基因流动的速度和规模,远超我们在地表生物中观察到的任何杂交或突变。如果没有病毒,细菌的演化速度会骤降,海洋微生物群落的多样性会迅速坍缩成一个更单调、更脆弱的系统。
所以,当你严肃地思考“消灭病毒”这个短语时,你面对的不是一个技术难题,而是一个逻辑上的悖论。它相当于提议“消灭气候”或者“消灭重力”。病毒不是自然界中一个可以剥离的部件,它们是自然界的编织线本身。把它们抽掉,整个织物就会散架。
这个判断听起来可能有些极端。你可能会想,人类历史上不是已经消灭过病毒吗?
天花病毒不就是被我们根除了吗?是的,天花是一个真实的案例,但它恰好证明了根除策略的适用边界有多么狭窄。天花病毒只有一个宿主——人类。它没有动物储存库,在环境中不能长期存活,感染者要么死亡要么终身免疫,而且有一个极其稳定且不能重复感染的病毒株。再加上天花症状明显,容易识别,疫苗极其有效,这才使得全球根除成为可能。即便如此,这个项目从启动到完成花了整整二十年,动用了全球数十万名卫生工作者,最终在1979年宣布成功。
但天花是一个极端的例外。绝大多数病毒拥有多种宿主,能够在环境中持续存在,能够通过变异逃避免疫识别,或者能够在宿主免疫系统下建立潜伏感染。疱疹病毒潜伏在神经节里,一旦进入人体就终生携带。流感病毒每年都在鸟类和猪群中刷新基因组合。艾滋病毒把逆转录的效率调整到近乎完美的错误率——既快得足以逃避免疫系统,又慢得足以不杀死宿主。这些病毒不会给你留下一个可以集中打击的靶子。它们不是一座孤立的堡垒,它们是一片无边无际的森林。
更重要的是,即使我们能够用某种技术手段消灭某一种病毒,我们是否应当这样做?这个问题把我们带到了二十世纪最被低估的医学教训之一:噬菌体疗法的沉浮。1917年,法裔加拿大微生物学家费利克斯·德赫雷尔在巴黎巴斯德研究所发现了噬菌体——一种能够精准杀死细菌的病毒。他很快意识到这种病毒的医学潜力,并开始用噬菌体治疗细菌性痢疾和伤寒。在二十世纪二三十年代,噬菌体疗法在苏联、法国和东欧国家蓬勃发展,第比利斯的格鲁吉亚科学院建立了世界上最大的噬菌体库,储存了数千种针对不同病原菌的噬菌体株。
但青霉素和链霉素的出现改变了这一切。抗生素比噬菌体更容易生产、储存和标准化,而且它们对多种细菌都有效,不需要精确匹配病原体。西方医学界很快抛弃了噬菌体疗法,它被降格为一种过时的、不精确的土方子,只在苏联集团内部继续发展和使用。
然而,二十一世纪的抗生素耐药性危机让这个被遗忘的遗产重新浮出水面。
当细菌开始对最后一道防线——碳青霉烯类和多粘菌素——产生耐药性时,医生们突然发现自己退回到了抗生素出现之前的时代:面对一个普通的感染,却没有任何有效的药物。这时,噬菌体疗法从历史的阴影中走了出来。
噬菌体与抗生素之间有一个根本性的区别。抗生素是分子,它们杀死细菌的方式是固定的,细菌可以通过一个简单的基因突变就获得耐药性。但噬菌体是活的——或者说,它们是演化中的实体。当细菌演化出对噬菌体的抗性时,噬菌体也在演化出绕过这种抗性的策略。这是一场已经持续了四十亿年的军备竞赛,噬菌体从来没有输掉过。
更重要的是,噬菌体是高度特异的。一种噬菌体通常只感染一种特定的细菌菌株,甚至只感染某一个亚型。这意味着,用噬菌体治疗感染不会像广谱抗生素那样摧毁患者肠道中的整个菌群生态。它像一把激光手术刀,只切除病灶,不伤害健康的组织。
2016年,加州大学圣迭戈分校的研究人员用噬菌体成功治疗了一名感染了多重耐药鲍曼不动杆菌的患者。
这名患者已经濒临死亡,所有抗生素都无效。医生从他体内的脓液中分离出病原菌,然后在噬菌体库中筛选出能感染这种细菌的噬菌体,经过纯化后注射到患者体内。两周后,患者脱离了生命危险,康复出院。
这不是一个孤例。在接下来的几年里,类似的案例报告逐渐增多,噬菌体疗法开始从历史的边缘缓慢地走回医学的中心。
这个案例说明了什么?它说明,病毒不是一律的“病原体”。有些病毒致病,有些病毒治病原。有些病毒杀人,有些病毒救人。人类对病毒的态度,不应该是笼统的战争,而应该是精确的博弈——利用那些我们理解其机制的病毒,管理那些我们还不完全理解的病毒,与那些深深嵌入生态系统的病毒建立一种可持续的共存。
这种共存不是一个妥协的、次优的方案。它正在成为一门新兴科学的核心范式。
病毒生态学——这个在二十世纪末几乎不存在的学科——正在重新定义我们理解生命系统的方式。病毒生态学家告诉我们的第一件事是:病毒是生态系统健康的指示器。
在一个健康的珊瑚礁上,海水中病毒群落的多样性远远高于一个正在白化的珊瑚礁。在一个健康的土壤里,病毒的种类和数量反映着地下微生物群落的繁荣程度。甚至在一个健康的人体内,病毒组的多样性与免疫系统的稳定状态密切相关。
病毒不是入侵者,它们是传感器。它们的存在模式、多样性水平和动态变化,可以比任何其他生物标志物更早地告诉我们一个生态系统是否正在走向崩溃。
第二件事是:病毒是生态系统的调节器。它们通过“杀死赢家”的机制维持着微生物群落的多样性——当一种细菌在环境中过度繁殖时,它的特异性噬菌体也会迅速增殖,将其数量压回平衡线以下。这种负反馈循环使得没有任何一种细菌能够垄断资源,从而保证了数百种乃至数千种微生物能够共存于同一个生态位中。
如果病毒突然消失,这种多样性维持机制就会坍塌,少数几种“赢家”细菌会迅速占据所有空间,整个系统的功能——从营养循环到有机物分解——都会随之改变。
第三件事,也是最令人不安的一件事:我们才刚刚开始理解人体病毒组在维持健康中的作用。早在2011年,圣路易斯华盛顿大学的研究人员就发现,健康婴儿的肠道在出生后不久就会被大量噬菌体定殖,这些噬菌体的多样性在出生后第一年内会发生剧烈的波动,而这种波动模式与免疫系统的成熟过程精确同步。换句话说,婴儿的免疫系统不是在一片无菌的空白中发育的。它是在病毒颗粒的海洋中,通过不断识别、容纳和驯化这些外来实体,逐步建立起分辨“自我”与“非我”的能力。
如果剥夺了婴儿的病毒组,他们的免疫系统还能正常发育吗?我们不知道。
但越来越多的证据表明,工业化国家中过敏性疾病、自身免疫疾病和炎症性肠病的急剧增加,可能与过度卫生、抗生素滥用导致的微生物组和病毒组多样性丧失有关。这个假说被称为“生物多样性假说”,它的核心主张是:人类的免疫系统是在一个充满微生物和病毒的环境中演化出来的,它需要与这些实体持续互动才能维持正常功能。
当这种互动被人为切断时,免疫系统就会开始攻击无害的抗原——花粉、花生、甚至自身的细胞。这把我们带回了开头那个问题:你体内的病毒基因,是你的一部分吗?
从演化的角度看,答案是明确的。人类基因组中大约百分之八的序列来自内源性逆转录病毒,其中最著名的一类被称为合胞素基因。这个基因编码的蛋白质在胎盘形成过程中扮演着关键角色——它促使胚胎细胞融合成一层能够穿透母体子宫壁的组织,同时抑制母体的免疫排斥反应。没有这个基因,哺乳动物就不会有胎盘,也就不会有我们今天看到的从老鼠到鲸鱼到人类的所有胎盘类哺乳动物。
而这个基因,原本是一个逆转录病毒的包膜蛋白基因。大约一亿年前,一种古老的逆转录病毒感染了早期哺乳动物的祖先,将它的基因整合进了宿主的生殖细胞。在接下来的几千万年里,这个基因被宿主征用、修改、优化,最终变成了胎盘发育不可或缺的组件。
你今天能够坐在这里阅读这些文字,归根结底,是因为你的远祖在一次病毒入侵中幸存下来,并把入侵者的武器变成了自己的器官。这不是一个孤立的偶然事件。在人类基因组中,至少有十几种内源性逆转录病毒蛋白在特定组织中表达,参与着从胚胎发育到免疫调节的各种功能。有些充当着基因表达的开关,控制着邻近基因何时、何地、以何种强度被激活。有些在脑组织中活跃,可能在神经连接的建立和修剪中发挥作用。我们才刚刚开始理解这些病毒遗赠的深度和广度。
所以,当你问“我是谁”这个问题时,你必须接受一个事实:你的基因构成中,有一部分来自那些在几百万年前、几千万年前甚至几亿年前侵入了你祖先身体的病毒。它们不是潜伏在你体内的敌人,它们就是你的身体本身。
它们的入侵已经变成了你的遗产,它们的武器已经变成了你的器官,它们的基因已经变成了你的特征。这个认识正在根本上改变我们对待病毒的态度。它把一个军事问题——如何消灭敌人——转变成了一个生态学问题:如何管理一种复杂的关系?
如何与一个既是威胁又是伙伴的实体共存?在实践层面,这种态度转变已经催生了多项前沿技术。溶瘤病毒疗法是其中最引人注目的一个。它的原理很简单:寻找那些天然倾向于感染癌细胞的病毒,或者通过基因工程改造病毒使其只在癌细胞中复制,然后将这些病毒注射到肿瘤中。病毒在癌细胞内大量复制,最终撑破细胞释放出子代病毒,这些子代病毒再去感染周围的癌细胞。癌细胞裂解时释放的抗原会激活免疫系统,引发针对肿瘤的全身性免疫反应。换句话说,溶瘤病毒不仅作为直接的杀伤剂,还作为免疫系统的“警报器”,把肿瘤这个被免疫系统长期忽视的目标标记出来。
2015年,美国食品药品监督管理局批准了第一个溶瘤病毒疗法——一种经过基因改造的单纯疱疹病毒,用于治疗晚期黑色素瘤。临床试验显示,约有百分之十六的晚期患者在接受治疗后肿瘤完全或部分消退。这个数字看起来不高,但请记住,这些患者已经用尽了所有其他治疗选项。对于一个被判处死刑的人来说,百分之十六是一个值得为之战斗的概率。
更令人兴奋的是,溶瘤病毒疗法与免疫检查点抑制剂的联合使用正在显示出协同效应。免疫检查点抑制剂是近年来癌症治疗领域最重要的突破之一——它们通过解除癌细胞对免疫系统的“刹车”,让T细胞重新认出新抗原并攻击肿瘤。
但问题是,如果肿瘤没有足够的突变来产生新抗原,或者免疫系统从一开始就没有被充分激活,解除刹车也无济于事。而溶瘤病毒恰好解决了这个问题:它通过裂解癌细胞释放出大量肿瘤抗原,同时病毒本身携带的病原体相关分子模式会强烈激活先天免疫系统,为适应性免疫的启动铺平道路。在2017年的一项早期临床试验中,接受溶瘤病毒与免疫检查点抑制剂联合治疗的晚期黑色素瘤患者,其客观缓解率达到了百分之六十二。
这是病毒作为工具的一个例子。但病毒工具化的最前沿,还不是溶瘤病毒,而是病毒载体。病毒是天生的基因快递员。它们的整个生命周期,就是一套精密的分子递送系统:识别目标细胞、穿过细胞膜、进入细胞核、卸载遗传物质。
如果把病毒基因组中致病的部分替换成治疗性基因,然后把复制能力去掉,你就得到了一个病毒载体——一个能够将任何基因精准递送到特定细胞类型中的分子工具。
腺相关病毒是目前最常用的基因治疗载体。它不引起任何已知的人类疾病,能够在多种细胞类型中建立长期基因表达,而且免疫原性很低。
2017年,美国食品药品监督管理局批准了第一个基于腺相关病毒载体的基因疗法,用于治疗一种罕见的遗传性视网膜病变。这种病由RPE65基因突变引起,患者从出生后就开始逐渐失明,绝大多数在成年时完全丧失视力。治疗方法是向患者视网膜下注射携带正常RPE65基因的腺相关病毒载体,用正常的基因替换突变的基因。在临床试验中,一些患者在接受治疗后第一次看到了星星,看到了月亮,看到了他们从未见过的爱人的脸。
2019年,另一种基于腺相关病毒载体的基因疗法获得了批准,用于治疗脊髓性肌萎缩症——一种导致婴儿在出生后两年内死亡的毁灭性神经肌肉疾病。
在接受单次治疗后,许多患儿能够独自坐起来,有些甚至能够站立和行走。这些孩子本来应该在一岁之前死去,他们的父母被剥夺了看着他们长大、说话、奔跑的权利。而一种从病毒改造而来的分子工具,把这些权利还给了他们。
如果天花病毒是看不见的引擎在人类文明史上留下的最黑暗的痕迹之一,那么腺相关病毒载体就是这个引擎在人类手中转化为创造性力量的最佳例证。同一种基本的生物学机制——病毒进入细胞、卸载基因——可以在一场大流行中杀死数百万人,也可以在一个婴儿的脊髓中恢复运动神经元的功能。区别只在于,我们是否理解这个机制,我们是否能够驾驭它。
这就是为什么“与病毒共存”不是一个消极的、听天由命的口号。它是一个积极的、基于科学的行动纲领。它要求我们投入更多的资源去理解病毒圈的运作规律,去绘制全球病毒多样性的地图,去揭示病毒与宿主之间复杂互动的分子机制,去开发利用病毒能力的新技术。
它要求我们把病毒从“敌人”这个单一的认知框架中解放出来,看到它们作为生态系统维护者、演化驱动力和分子工具的多重身份。
我们仍然需要对抗病毒。艾滋病仍然是一个全球性的健康危机,流感大流行的威胁仍然悬挂在人类头顶,新型病毒从野生动物跳跃到人类的概率正在随着生态破坏和气候变化而上升。我们不会停止开发疫苗和抗病毒药物,我们不会停止监测和预警系统,我们不会放弃保护那些最脆弱的人群。
但我们必须认识到,对病毒的战争是一个错误的隐喻。战争有终点,战争有胜利者,战争意味着彻底消灭敌人。但病毒不会消失,它们不应该消失,它们参与了构成我们赖以生存的这个世界的基本过程。
生态学隐喻提供了另一种可能性。在一个生态系统中,物种之间不是单纯的敌对关系,而是捕食、竞争、共生、寄生等多种关系的复杂网络。管理一个生态系统,不是要消灭某个物种,而是维持整个网络的动态平衡。同样的逻辑适用于病毒圈。
人类与病毒的关系,正在从被动受害、盲目战争,缓慢地转向基于理解的主动管理。
这是一个未完成的转向。我们离完全理解病毒圈还有很长的路。全球病毒组计划刚刚启动,它试图在未来十年内发现地球上绝大部分未知的病毒物种,建立一份病毒多样性的基线档案。我们不知道会发现什么,不知道有多少种病毒在我们的肠道里、在深海的沉积物中、在极地冰芯里、在热带雨林的树冠上等待着第一次被人类看见。我们也不知道,这些等待被发现的病毒中,有多少会成为未来的工具,有多少会成为未来的威胁,有多少会同时成为两者。
但有一件事是确定的。你此刻正在呼吸。每一次呼吸,你吸入大约半升空气。在那半升空气里,有数以千计的病毒颗粒。它们漂浮在你的肺泡里,被你的免疫系统识别、过滤、清除,或者容忍。你的身体知道如何与它们打交道,因为你的身体——你追溯到四十亿年前的每一代祖先的身体——从来都是在病毒颗粒的海洋中演化出来的。
你不需要学会与病毒共存,你的细胞已经学会了。你只需要承认这个事实,并在这个事实的基础上,重新想象你与这颗星球上最古老、最庞大、最不可见的力量之间的关系。