我们的身体如何抵御病菌？｜战斗细胞
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今天分享的书籍是《战斗细胞》
作者菲利普·德特玛（Philipp Dettmer），信息设计师，后工业时代终身自我教育达人，自2013年起创立并主理网络知识节目“简而言之”（Kurzgesagt—In a Nutschell），如今已有近2000万订阅户，总播放量超20亿次。
感冒高热，发炎红肿，误碰毒物，细胞恶变……是免疫系统带着它的数万亿细胞苦战和坚守，让这些日常的健康波折没有成为致命灾害，让我们不会分分钟死掉。如此重要的人体系统，我们怎能不去多做了解，助力它更好地发挥作用？本书就是实现这一目标的好途径之一。
我们为什么不生病？我们如何活到今天？此时此刻，我们的身体与病菌正作着怎样的斗争？本书将带我们开启一趟免疫系统的神奇之旅：看似平平无奇的身体，如何抵御万千病菌的攻击，让我们无伤无病地好好活着。
01
认识人体免疫系统
什么是免疫系统？作者说，它像一套军队系统，是由成百上千的营地和征兵处组成的遍布全身的复杂网络。它们和心血管系统一样，分布广泛，无处不在，由像高速路网一样的管道网连接起来。
在人体中，无论是组织表面，还是血液，都时时刻刻巡逻着数百亿的免疫细胞。这些细胞就像卫士一样保护着我们的身体健康，抵御外敌入侵。同时，在我们的体液中，还存在着1018数量级的蛋白质。这些蛋白质并不是细胞，但是，它就像一个个四处散布的小地雷，一遇到有外敌入侵就会黏附上去，以此保护我们的身体健康。此外，我们的免疫系统还有“大学”训练免疫细胞去判断敌人和自身。这么一套合作紧密的系统，不是短时间形成的。它是经过了数十亿年生命的进化，才慢慢变成这样精密的系统。
1、体液免疫和细胞免疫
早在35亿年前，生命刚刚诞生时，大多数生命体都是单细胞生物。这时，虽然单细胞生物只是一个简单的细胞，但是，它们也面临着资源的竞争。它们之间的竞争就构成了最早的免疫现象。
到了5亿年前，地球上的多细胞生物开始爆发式增长。对单细胞生物而言，多细胞生物就像一片热带雨林，资源丰富，有很多养分，所以单细胞生物都想寄居到多细胞生物体内。那多细胞生物当然不愿意了。于是，从那时开始，多细胞生物就衍生出了对抗单细胞生物的机制。这就是最早的免疫抵抗。
即便很简单、很原始的生物都具备免疫力。比如有一种生物叫作海绵，它是地球上最原始的多细胞生物。当它遇到单细胞生物入侵时会怎么样呢？我们叫它体液免疫。这个体液里含有很多具有杀伤力的蛋白质用以杀灭入侵的敌人。
随着多细胞生物的不断进化，有些生物体产生了一些特化性细胞。这些细胞什么都不用管，就负责对抗外敌，所以就被称为免疫细胞。由免疫细胞介导的免疫对抗，我们管它叫细胞免疫。即便到现在，体液免疫和细胞免疫仍然是人体最主要的两种免疫方式。
2、维持人体“稳态”
对免疫系统这个军队来说，它有一个核心目标，就是通过区分异物和自身维持身体的稳定状态。我们的免疫系统，既不能反应过激，也不能反应过弱，更不能判断错误。
如果反应过激，它会把一些无害的物质当成敌人攻击，这时，人体就容易出现过敏。如果反应过弱，人就会感染很多疾病，比如带状疱疹。带状疱疹病毒是长期存在于神经节上不致病的病毒，但是，当一个人免疫力下降时，它就可能出来兴风作浪，人就会患上带状疱疹，俗称缠腰龙。它会让患者非常痛苦。如果免疫系统判断错误，它会把自身的一些细胞当成敌人攻击。所以说，人体对免疫系统的要求是非常严格的。
3、两种免疫原理
人体大概有40万亿~60万亿个细胞。这些细胞有不同的分工，免疫细胞就是其中一种。
那为什么免疫细胞的协作会出现免疫力呢？有一个概念叫作涌现。涌现是系统科学开创者贝朗塔菲提出的一个概念。它指的是，一些简单的个体或者其子系统大量聚集在一起时，就会出现一个高度复杂的实体，甚至是生命体的现象。
大自然中有很多涌现的例子，其中最典型的就是蚂蚁。如果我们单看一只蚂蚁，它没有特别强大的能力，但是，当数百万只蚂蚁聚集在一起形成蚁群时，它们就变成了一个拥有高度分工机制的智慧体。
那免疫的原理是什么呢？主要有两个，一个叫先天性免疫系统，一个叫适应性免疫系统。
先天性免疫系统指我们出生时就拥有的免疫能力的系统。它有一个特点，就是会对所有的病原体进行无差别攻击。另外，在攻击的同时，它能起到决策作用，就是通过判断这个感染严重与否，决定是否唤起适应性免疫系统。
适应性免疫系统指的是后天所获得的免疫能力的系统。一个人出生时是没有适应性免疫力的。随着生命的成长，我们和微生物共同进化，从而出现了适应性免疫的能力。适应性免疫系统是人体最强大的一种免疫能力，但是，到了老年，它会慢慢减弱，而人在婴幼年时期它还没成熟，这也是小孩和老人容易罹患一些疾病的原因。
02
人体如何抵御病菌入侵
人体是怎么通过免疫力帮助我们抵御外敌入侵的呢？人体经常会被细菌、病毒和一些单细胞生物入侵。这些病原体是怎么入侵身体的呢？人体是一堆复杂的管道，它是由很多管道构成的，比如消化道。人体管道的内表面是人体的薄弱环节，它叫作黏膜。微生物通常是通过黏膜入侵身体的。
比如细菌，它想进入人体往往要面对一些困难。首先，它一定要逾越皮肤这层屏障。皮肤对我们来说，是防御细菌最好的屏障；而对细菌来说，皮肤会分泌汗液，汗液里有盐分。当汗液蒸发之后，这些盐分就覆盖在皮肤表面，而皮肤表面的pH（氢离子浓度指数）值呈微酸性。对细菌来说，皮肤就像一片寸草不生的盐碱地，表面还有一层酸性罩。因此，人的皮肤具备抵抗细菌和病毒的能力。
最后，我们皮肤的表面还有多达40种微生物。这些微生物和我们共同存在，它就像我们皮肤表面的益生菌，跟我们的皮肤共同抵御外敌的入侵。
但如果我们的皮肤出现了伤口，那么细菌就会顺着伤口进入人体。这时，身体会出现什么样的反应呢？首先，伤口附近的正常细胞会呼救，呼救的方式是释放一些细胞因子。这些细胞因子会呼叫人体的第一批免疫细胞，也就是唤醒了人体的先天性免疫系统。
1、先天性免疫系统
首先，到达战场的免疫细胞叫作巨噬细胞，它是人体最大的免疫细胞。我们的皮下有几十亿巨噬细胞在时刻巡逻，一方面，它会吞噬进入人体的病原体，另外一方面，它还有一个很重要的作用，就是会吞噬正常死亡的细胞、癌变细胞。巨噬细胞是先天性免疫系统中第一个重要的细胞。在伤口吞噬细菌时，每个巨噬细胞大概可以吞噬100个。
此外，巨噬细胞在吞噬细菌的同时，还会呼叫援军，这个援军就是中性粒细胞。中性粒细胞属于白细胞的一种，是特别针对细菌而打造的。中性粒细胞像一个疯狂的杀手，它会通过自杀的方式帮我们抵抗细菌，而且还会喷酸性物质。它会形成一张有毒的大网，网里含有很多杀伤性化学物质，可以封锁战场，困住并且杀灭细菌。
那么通过巨噬细胞和中性粒细胞的抵抗，大部分细菌会被限制在伤口周围无法进一步扩散。免疫细胞表面布满受体。受体就是一些大分子的蛋白质，位于细胞膜表面。它们扮演的角色就像细胞的鼻子，通过感受细胞因子判断哪里出现了感染，应该到哪儿去。
免疫细胞身上360度都布满受体。主要有两个作用。第一，它能感知方向，有导航作用。由于360度无死角的包裹，所以哪里出现了感染，它都能感知到。第二，它起着纠错调节的作用。如果只是轻微感染，它只能激活表面的几个受体，那么细胞就知道感染不太严重，避免过度激活；如果有大量受体被激活，免疫细胞就知道感染很严重，它会快速地赶到战场杀菌。
那当我们的免疫细胞遇到病原体后，是通过什么判定敌人和自身的呢？主要是通过蛋白质的形状。
对蛋白质来说，形状决定一切。蛋白质就像乐高玩具，氨基酸就是小积木（蛋白质由氨基酸构成），它们不同的排列组合就构成了不同的形状，而不同的形状就有不同的功能。此外，不同的形状决定了哪几种蛋白质能结合在一起。
虽然细菌很狡猾，但是作为一个生命体，有一些结构是必须存在的。比如，很多细菌演化出了一个结构叫作鞭毛。鞭毛是位于细菌尾部的小纤毛，它像螺旋桨一样推动细菌运动。一旦我们的免疫细胞发现鞭毛的结构，就会立刻判定它是细菌，然后杀灭它。这就是人体免疫细胞知道哪里有感染，并且如何判定敌我的秘诀。
随着时间的流逝，巨噬细胞和中性粒细胞都在努力帮我们消灭细菌，但是，它们的能力也是有限的。这时，它们会引起身体的另外一个变化，叫作炎症。炎症是免疫系统对身体受损做出的一种普遍反应。所有炎症都有一个共同的目标，就是希望把感染控制在局部。
炎症有五个特点：红、肿、热、痛和功能丧失。每个特点都非常有意义。
这里的红、肿指的是感染局部的血管通透性增加，这就好像开堤放水，大量的体液会携带免疫物质来到战场，然后帮助我们控制病原体。热指的是局部温度会升高。
大多数病原体不喜欢高温，所以温度升高有利于消灭它们。疼是因为局部压力增高刺激我们的神经末梢，由此让大脑知道，这个地方出了问题。这时，我们才会留意它。而功能丧失是为了通过身体功能的暂时障碍，让感染的地方得到充足的休息。因此，炎症是身体控制感染的一个非常重要的正常反应。
不过，急性炎症对一些感染的控制是有帮助的，但是，长期的慢性炎症却是现代人的健康杀手。生活中引起慢性炎症的因素有很多，比如久坐、不运动都可能导致身体处于慢性炎症的状态。
补体系统的组成成分并不是细胞，而是一些蛋白质，它是由30多种蛋白质构成的一个免疫军队。它有三个功能：第一，打击敌人；第二，激活免疫细胞，让它们发现并消灭敌人；第三，往敌人身上扎洞，直到它们死去。
如果身体出现了炎症，首先点燃的一个补体蛋白叫作C3。这个补体蛋白点燃之后，连锁反应就出现了。C3被激活后会分裂为两个更小的蛋白，一个叫C3a，一个叫C3b。其中C3b会黏附到病原体上，而且它们会变形，然后抓住其他补体蛋白并且激活。这样循环往复就会集合更多的补体蛋白，几秒钟后，细菌表面就会有几千个补体蛋白。而C3a会离开伤口去呼叫更多免疫系统的援军帮助我们杀敌。
此外，补体系统还有一个特别重要的作用：大部分细菌和我们细胞膜表面携带的电荷都是负电荷，同性相斥让免疫细胞捕捉病原体比较困难；而补体蛋白携带正电荷，所以，当携带正电荷的补体蛋白覆盖细菌表面时，它就降低了免疫细胞消灭细菌的难度。因此，补体系统是我们先天性免疫系统里非常重要的隐形杀手部队。
2、适应性免疫系统
很多人都听过淋巴系统，淋巴系统和心血管系统统称为脉管系统。淋巴系统是人体免疫系统的高速公路，它会把大量的免疫细胞运送到战场。
在淋巴系统中有个器官，叫作扁桃体。扁桃体位于咽喉深处，是口腔的第一道屏障，它被称为智能免疫系统中心。因为它从儿童时期开始就帮助我们训练免疫力。当我们吃东西，或者从口腔接触到病原体时，第一站的免疫检查就在扁桃体。扁桃体表面有很多皱褶，皱褶上有大量的免疫细胞。
但是，很多人的扁桃体反反复复发炎，不得已就把它切除了。作者在书中说，一个人7岁以后，免疫系统基本成熟了，所以这个年纪之后切除扁桃体，对免疫系统的影响不大；而7岁以前，大家还是要尽量保护好扁桃体。
假如我们伤口的炎症通过先天性免疫系统能控制，那这个战争就到此结束，伤口也会慢慢愈合。但是，如果感染特别严重，先天性免疫系统难以支撑，身体就会唤醒另一个超级武器，就是适应性免疫系统。
适应性免疫系统主要由一些免疫细胞构成。这些免疫细胞功能非常强大，可以说是人体中的超级武器，平时是不能激活的。这个系统中的第一种免疫细胞叫T细胞。T细胞非常重要，它起到杀灭细菌、病毒，甚至癌变细胞的作用。如果没有T细胞的保护，一个人可能连几天都难以存活。
由于T细胞太强大，所以不能轻易被唤醒。如果轻易唤醒，人就容易患上自身免疫性疾病。在美国大概有7%的人患有不同类型的自身免疫性疾病。由于T细胞如此危险和强大，所以人体演化出了一系列激活T细胞的机制。
第一个条件就是T细胞从骨髓产生之后，会到胸腺。胸腺位于我们的胸骨后面。它的主要作用是训练我们的T细胞。而T细胞主要的训练目的，是学会区分敌人和自我。这个训练非常严格，大概98%的T细胞会在胸腺里被淘汰，只有2%的T细胞能成功进入免疫系统。
第二个条件就是需要抗原呈递细胞。什么是抗原？抗原是免疫系统能识别的异物结构，比如有的细菌有鞭毛，这个鞭毛扮演了一种螺旋桨的角色，能推动细胞前行，那当我们的免疫系统发现鞭毛的结构时，就认定这种物质是细菌。所以鞭毛就是抗原。
那什么是抗原呈递细胞呢？树突状细胞就是一种抗原呈递细胞，负责在战场上提取病原体样本，然后递给T细胞。抗原呈递细胞的表面有一种特殊的“受体”，它就像小手一样。它有一个特殊的名字叫作MHC-Ⅱ（Ⅱ型主要组织相容性复合体）。它是一种特殊的分子蛋白，只有这种分子蛋白结合了细菌残片传递给T细胞，T细胞才会被激活。它能抓住一些细菌残片，然后递给T细胞。这个手抓住细菌残片，有一个特别形象的比喻，就是像一个夹了香肠的热狗面包，这两片面包就是树突状细胞的手，里面的这根香肠就是细菌残片。
此外，在传递完热狗面包之后，树突状细胞还需要做另一个动作，就是它要“亲吻”一下T细胞，这个亲吻传达了一个信息，就是告诉它“没问题，可以启动了”。于是，T细胞才会焕发活力，接着来到战场杀敌。
那么，当树突状细胞完成传递和“亲吻”之后，它就会启动凋亡程序自杀。这个自杀的过程叫作信息抹除。因为如果它长期存在，可能会过度激活T细胞，这对我们的身体来说，无疑是一种灾难。这里说明一下，树突状细胞激活的是辅助性T细胞，激活后，它会大量地繁殖。
接着，辅助性T细胞会分成两组：一组去战场指挥，包括不断地激活巨噬细胞产生战斗力；另一组，则会离开战场。这时，它会唤醒我们身体中的另一头免疫巨兽，它就是B细胞。B细胞也是适应性免疫系统中非常重要的一种免疫细胞，它最主要的作用是产生抗体。
人的抗体有好几种。其中一种叫作IgG。它是人体中唯一可以透过胎盘的抗体，能通过母体传给胎儿，帮助新生儿抵御未来几周甚至几个月的危险。第二种抗体叫作IgA。它广泛存在于我们的黏膜，而且可以自由地透过黏膜。我们感冒流鼻涕、打喷嚏时，鼻涕里就充满了IgA抗体。还有一种抗体叫作IgE。它是造成过敏的元凶。很多人花生过敏、花粉过敏，就是由于身体内的IgE导致的。
比如，病毒。我们怎么对抗病毒呢？首先，身体会发起化学战。一个细胞被病毒感染时，它会向周围的细胞和免疫系统呼救，呼救的方式就是释放细胞因子。这个细胞因子有很多种，功能也不一样，其中一种叫干扰素，顾名思义就是干扰病毒的物质。
干扰素的一个重要作用，是能减慢细胞分裂的速度。由于病毒是通过细胞繁衍的，所以，当人体自身细胞更新速度变慢时，病毒繁衍的速度也会变慢。
另外，人体的一种抗病毒方式是分泌热原质。热原质是引起体温升高的一种物质。人会发烧就是因为大部分的病毒不喜欢高温。所以，人体通过干扰素的释放、体温的升高应对病毒的第一轮攻击。
书中说：”当一个人感染了甲流之后，我们的先天性免疫系统变得绝望。随后“大量的化学信号奔涌在体内，请求调高体温，让你烧得发烫……各种系统都被激活了，产生更多黏液，也让你剧烈咳嗽……不过这一切只是为了拖延时间。自然杀伤细胞需要两三天才能抵达战场……战斗过程中，成千上万的树突状细胞在战场上取样……激活杀伤性T细胞和辅助性T细胞……现在，在你一头倒在床上一个星期后，重型武器终于来了”。
接着，杀伤性T细胞和千百万抗体也来到战场帮助我们清除细胞外的病毒。病毒被数十个抗体覆盖后，就不能侵入细胞，最后会被巨噬细胞清除。
目前，让人体产生免疫力主要有两种方式。
第一种叫作被动免疫。即给你注射一种抗体。
比如，当一个人被毒蛇咬了之后，蛇毒会进入人体。那蛇毒血清是怎么制作的呢？研究者会把蛇毒以安全的剂量注射在一些哺乳动物的体内，比如兔子、马，然后经过反复实验，这些动物的身体里就会产生对抗蛇毒的抗体。我们把它提纯之后就形成了蛇毒血清。如果一个人被毒蛇咬伤，注入这种抗体就能中和蛇毒，从而达到解毒的目的。
第二种叫作主动免疫。目前，接种疫苗是主动免疫的主要方式，它分为几类。
一是减毒活疫苗。它就是人类对病毒的一种驯化，人们通过对致病性强的病毒的不断驯化，把它变成一个毒性弱的病毒再注射进人体，这就形成了减毒活疫苗。
二是灭活疫苗。不是所有病毒都能被成功驯化。对不能被驯化的病毒，我们就把它的遗传物质杀灭，然后保留蛋白壳，这种方式制成的疫苗叫作灭活疫苗。灭活疫苗注射的只是病毒的尸体。
病毒尸体不能有效地引发人体的免疫应答。这时，我们还需要加入一些能引发人体免疫应答的化学物质。所以，灭活疫苗就是病毒空壳加上引发人体免疫应答的化学物质制成的。
三是亚单位疫苗。它是通过取病毒的一部分注射到人体，从而引起的免疫反应形成的。比如乙肝疫苗就是从乙肝病毒上取一小段DNA（脱氧核糖核酸）植入酵母细胞，然后通过酵母细胞的培育形成疫苗。
此外，还有一种mRNA（信使核糖核酸）疫苗。它是指，把经过人类设计的mRNA注射进人体，让细胞的蛋白质工厂自动生成病毒抗原，由此引发的免疫反应形成的疫苗。
无论哪类疫苗，它们在人类历史上都扮演了非常重要的角色。因为它们在帮助我们抵御感染性疾病。
那我们希望通过疫苗达到一种什么状态呢？叫作群体免疫，就是当人们对抗同一种疾病的抗体足够多时，这个病毒就没办法在人群中传播，由此就形成了群体免疫。这时，这些病毒在还没接触到易感人群之前，传播链就断了。群体免疫是对不能接种疫苗人的保护，这些人可能是婴儿、老人，或者是一些自身免疫性疾病患者。
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