祁海詳解新冠病毒免疫反應，顏寧、張文宏、曹彬等專家頭腦風暴_風聞
返朴-返朴官方账号-关注返朴（ID：fanpu2019）,阅读更多！2020-05-27 16:10
在5月25日的第十一期直播中，我們邀請到了清華大學終身教授祁海為我們帶來《新冠病毒的免疫征途》的主題分享。祁海教授從基礎免疫角度介紹了新冠病毒及其引起的疾病。同時，美國普林斯頓大學教授、美國科學院外籍院士顏寧擔任主持人，開啓了主持首秀。中日友好醫院副院長曹彬、復旦大學病原微生物研究所所長姜世勃、北京生命科學研究所資深研究員李文輝、吉林大學第一醫院轉化醫學研究院副院長牛俊奇、復旦大學附屬華山醫院感染科主任張文宏等專家共同發問。以下分享的就是祁教授的演講全文。
（注：本文PPT圖片由講者提供，未經允許不得使用）
特別鳴謝 稿件整理：
李敏，中科院生物物理所博士生
郭麗潔，中科院生物物理所博士生
完整演講視頻，請前往“返樸”觀看
顏寧：大家好！我是顏寧，現在在美國普林斯頓，這邊是凌晨時間，不過幸好我是夜貓子，所以還可以和大家順暢地交流。首先非常榮幸得到未來論壇的邀請，幫我實現我從小的夢想，就是當主持人，我是一個被科研耽誤的主持人。與其他主持人不同，我比較話嘮，給了我5分多鐘時間。可能國內朋友們主要從新聞裏瞭解美國的情況的，我想花兩三分鐘時間給大家講講身在美國是什麼樣子。當然這不具備代表性，只能代表我自己。
到現在為止美國確診的新冠人數已經超過150萬，死亡人數很快要達到9萬人。大家都知道全世界最嚴重的疫區依舊是紐約市。紐約州總人口840萬，現在確診35萬，死亡2.8萬。我所在的普林斯頓是在新澤西州，新澤西在某種程度可以説是紐約市的後花園，這個州其實非常小，但是確診人數卻位居美國第二，新澤西總人口是888萬，確診14.5萬，死亡超過1萬人，10261人。再往下説，普林斯頓所在的Mercer County有583平方公里，什麼概念？清華所在的海淀區是426平方公里，這個地方比海淀稍微大一點，但是人口少得多，只有36.7萬，這麼小的地方，這麼點人，確診5719人，這就是我們這邊的情況。
就我切身的感受來説，我自己也寫了一系列的日記來記錄這一段時間。我所在的普林斯頓大學2月基本沒有人提新冠，這和美國大城市差不多。即使意大利2月已經很嚴重，但是感覺身邊的人還沒有當回事。3月9日普林斯頓開始發一些通知，過了幾天就有2例確診，陸續越來越多。3月9日發通知，3月23日閉校。從3月23日一直到現在都是居家工作，實驗室全部關閉。除非你的科研和新冠直接相關，否則大家都是在家工作的狀態。
最近的熱門話題就是復工復學，本科生來説秋季能不能返校還是個問題，大家要根據情況慢慢判斷，基本上還是把網課作為重點。但是普林斯頓的本科生體量遠大於研究生、博士後，所以現在正在討論我們教職員工、博士後、博士生可能開始一步一步回到實驗室繼續科研。在過去一週我們收到通知，你可以從學校訂購PPE個人防護品。之前疫情剛剛發生的時候各個實驗室把口罩、手套、實驗服都捐出去了。現在學校花了相當一部分時間重新購買這些東西，兵馬未動，糧草先行，這就是我們現在的狀態。
過去兩個月我們這邊很多人越來越習慣在家工作，如果不看新聞還蠻開心，但是一看新聞還是蠻壓抑的。新冠不僅給我們人類帶來了前所未有的挑戰，對於科研工作者來説，它也讓我們意識到我們過去的知識是多麼的侷限。很多學生物的校友一起討論，都後悔當初沒有學免疫。這次當我的前同事，也就是清華的祁海教授問我要不要主持一下我的講座？我説求之不得。因為祁海在過去將近20年從事的都是免疫的研究，可以説對於新冠他知道的比我們多得多，所以非常榮幸地介紹一下我的前同事。
祁海畢業於北京醫科大學，現在屬於北大了，當時他還是北醫的，和屠呦呦是校友。他學的是臨牀醫學，至於為什麼沒有留下來當醫生，反而進入了科研領域，這裏面是有故事的。1997年他赴美留學到了University of Texas Medical Branch (UTMB) 從事免疫學研究，2003年獲得博士學位後去NIH從事博士後研究。2009年祁海回到了清華大學，任教清華大學醫學院至今，一直從事有關免疫反應調控的研究。在我認識的這個年齡段的科研工作者當中，我認為祁海是最富有創造力的學者之一，而且他的研究非常有意思。由於他的傑出工作，基本上他這個年齡段可以得的獎他都得過，比如説國際免疫學會研究者獎。祁海的工作獲得了國內外的廣泛認可，是在國際上非常被認可的一位青年學者，包括國內的長江學者、傑青，國際上的霍華德休斯的國際學者等等。
下面我們有請清華大學醫學院祁海教授。
我先介紹一下我工作的地方，我在清華大學從事免疫學研究，我們有清華大學免疫研究所，這裏聚集了很多潛心進行免疫學研究的實驗室，形成了一個有凝聚力的團體。我主要是從事抗體產生免疫反應研究的調控機制。今天所講這個題目是關於新冠病毒的免疫反應，希望從基礎免疫角度給大家講講這個病毒和疾病。
不管是在美國還是在中國，每個人每天不可避免地都聽到新冠病毒，這些新聞使每個人不論是做科研還是不做科研的都在好奇疫情到底什麼時候能結束。不看歷史不可知未來。歷史上人類有過很多次大的瘟疫。從免疫學工作者的角度，我發現其中一個很明顯特點。在文藝復興時期，歐洲所流行的鼠疫據不完全統計導致將近三分之一的歐洲人口死亡。佛羅倫薩的黑死病，儘管當時死了十幾萬人，這個瘟疫還是過去了，那個時候顯然沒有現在的免疫學知識。實際上公共衞生的改善，城市的治理使得人和鼠能夠分開，生活用水得到更潔淨地處理，這些公共衞生的改變使得很多歷史上重大的瘟疫即使沒有今天科學知識也能得到控制。這一點是值得任何人都關注的，即使沒有治療方法或者疫苗開發，也並不是説不能控制這個疾病。
如果從達爾文的眼裏看，病毒的肆虐一定是被想象成一種種屬之間物競天擇的鬥爭。這是我2015年到肯尼亞草原上看動物有幸拍攝到獵豹捕獵的過程。
這次的新冠病毒有一個非常特殊的地方，跟其它冠狀病毒相比，它的Spike Protein上多出來一個酶切位點，使它和受體結合以後產生融合構象的效率非常高，所以它的感染性也很高。病毒顆粒和宿主細胞融合就可以把它的遺傳物質注入到宿主細胞裏。新冠病毒是一種正鏈的RNA病毒，所以它的遺傳物直接可以作為模板進行翻譯，產生病毒的蛋白。病毒遺傳物質注入到宿主細胞以後翻譯成病毒的蛋白，並且遺傳物質被複制，進一步可以組裝成新的病毒顆粒從宿主細胞裏釋放。宿主細胞本來應該幹正常的工作，現在被綁架來生產病毒，自然就會產生病理反應，機體功能也會發生改變。所以什麼樣的細胞能夠被病毒感染，很大程度上決定了病毒會導致哪些器官組織出現問題。
在固有免疫系統裏面有個非常重要的概念是模式識別，機體裏的每一個細胞都有一套機器，專門用來感知是不是有病原體入侵了。不管是新冠病毒還是哪一種病毒，每個細胞都繼承了一套模式識別系統，使得細胞可以知道是不是有病原入侵。具體到RNA病毒，至少有四種分子機器。對於不是學生物的人來説，我們知道這個概念就好。比如有RIG-I、MDA5等。這些分子機器試圖檢測細胞具備哪些病毒的特點。RNA病毒為了複製，一定會形成RNA的雙鏈結構，正常情況下我們的細胞裏很少有長的RNA雙鏈結構，這樣的結構就會導致這些分子機器和它進行結合形成多聚體，這些多聚體有酶學活性，產生了下游信號傳導過程，使得被感染細胞本身出現了固有抗病毒特性，試圖抑制病毒複製。
還有各種各樣的機制，其中很重要的一點，新冠病毒進入細胞以後，RIG-I或者MDA5活化以後就會導致細胞產生I型干擾素，這是一個非常重要的抗病毒途徑。I型干擾素的受體幾乎在所有的細胞上都並表達，也就是任何一個細胞都可以接受I型干擾素的信號，從而進入一種高度戒備的抗病毒狀態。I型干擾素的信號轉導下游有很多抗病毒基因，比如説有一些是A酶，能夠直接切斷那些長鏈的RNA，自然就不能進一步作為模板來複制，病毒複製就會受到抑制。
I型干擾素從任何一個細胞產生，可以作用在它旁邊的細胞，一個細胞如果被感染了，它產生這種抗病毒機制，就會使旁邊的細胞都處於更高的警戒狀態，增強抗病毒能力。所以細胞有模式識別系統使得它本身產生了固有抗病毒機制。在最開始與病毒搏鬥。當然這顯然不夠。病毒複製的速度非常快，那麼這個過程中被感染的細胞也通過像I型干擾素這樣的炎性分子招募其它的更經典意義上的免疫細胞，產生所謂的炎症。炎症一詞大家既熟悉又陌生，因為它會在所有疾病的情況裏面都會出現，那麼炎症到底是什麼？
給大家看一個在真實的實驗中觀察到的一開始的炎症反應。這是在一個小鼠的皮膚裏發生的利什曼原蟲的感染，我們可以看到這些綠色細胞從血管裏冒出來，然後遊走到聚集的區域，這是中性粒細胞浸潤到右下角。5小時之內這些細胞大規模地聚集過來，它發生的非常快，它的目的是儘早組織抑制炎症反應，抑制病原的複製過程。有一點大家可以注意到，這個過程很快，但實際上還缺乏特異性。右下角這個紅色的是利什曼原蟲，而左上角的Beads是在實驗當中引入的對照，它並不是有害物，但是會製造非特異性的損傷，也可以產生一開始的炎症反應。那細胞至少要進行損傷的修復，然後把組織的警戒性提高，看看到底有什麼東西發生問題，進而實現抵禦病原入侵的目的。所以它很快，但它並不是特異的。有了這種炎症細胞，是不是可以控制病毒呢？顯然不是的。
這涉及到一個非常重要的細胞，即樹突狀細胞。樹突狀細胞是一類抗原提呈細胞，它分佈在不同組織裏，比如肺和支氣管的上皮細胞下面就分佈着這樣的細胞，如果病毒來了樹突狀細胞可以捕獲病毒本身或者被病毒感染的細胞，從而把病毒的抗原信息捕捉住。這樣的細胞在被病毒激活或者炎症反應激活以後會順着淋巴管遷徙到淋巴結裏面去。剛才講了病毒本身如果複製擴散也可以通過淋巴管直接進入淋巴結，淋巴結裏也有樹突狀細胞，它也可以捕獲這些病毒，從而把這些抗原信息提呈出來。樹突狀細胞捕獲了這些病毒所特有的某些信息，然後把信息傳遞給T淋巴細胞，T淋巴細胞可以對這樣的信息產生反應。我們身體裏有成千上萬不同種的T淋巴細胞，每個細胞只有一種抗原受體，可以識別一種抗原。
白顏色的樹突狀細胞被表徵成帶有新冠病毒的樹突狀細胞。綠顏色的細胞就是剛才已經被循環的篩選到的可以特異識別新冠病毒的T淋巴細胞。這時候會發生什麼呢？這個細胞和抗原呈遞的樹突狀細胞會發生很重要的事件，樹突狀細胞會用主要組織相容性抗原分子MHC（抗原呈遞的分子）（如圖）把新冠病毒的抗原肽呈遞給綠顏色細胞.形成T細胞要進行識別的分子複合物。
所以在這裏只有感染的細胞才可能會有這樣的呈遞，原則上活化的T細胞只會殺掉這種被感染的細胞，從而實現一種特異地清除被感染細胞的殺傷效應。這個過程使得T細胞可以特異識別被感染的細胞，然後特異地向被感染細胞傳遞殺傷顆粒，從而把這個細胞殺掉。通過這樣的過程我們可以看到，獲得性免疫反應通過淋巴細胞應答，提供了指數增長效應。它和固有的抗病毒機制，再加上炎症反應放大結合在一起，使得我們可以追趕在體內進行指數擴增的病毒。
理想情況下，這個過程使得病毒受到抑制，病毒載量會下降，被感染細胞變少，機體開始恢復。如果一切順利的話，固有抗病毒機制就會產生，I型干擾素分泌減少，炎症反應會消退,同時我們的組織開始修復。病毒被清除過程中，它自己也有程序化死亡的過程，這些細胞由於沒有了病毒抗原就逐漸地消退掉，最終形成記憶T細胞，這是理想的情況，一次完整的免疫反應是：我們被感染，然後產生了獲得性免疫，指數增長，殺死並清除病毒，最後形成免疫記憶系統，下一次再感染的時候就可以很快地抑制住。
當然這是理想情況。病毒複製很快，可以通過隨機突變去尋找、抵抗免疫效應及抑制的過程，我們姑且叫它病毒抗T細胞免疫。病毒有很多手段抵抗免疫過程，很重要的一部分是從抗原識別角度來的。T細胞為了活化，需要用T細胞受體識別感染的細胞或者細胞上呈遞的病毒編碼抗原肽以及抗原呈遞的MHC分子。
病毒和免疫系統既然是矛和盾之間的關係，那免疫系統在演化的過程當中有什麼樣的機制能夠拮抗病毒的特性呢？這就涉及到MHC的同種異體多樣性。並不是每個人都只有一個MHC，不同人羣當中可以看到各種不同的MHC分子。
這裏列舉了HLA-B類型class1 MHC分子。通過東亞人羣和象牙海岸的人不同的MHC分子的頻數，我們可以看到B52，在東亞人羣裏大概20%，5個人裏有1個是有B52，但是象牙海岸是7%。B46在象牙海岸幾乎找不到，在東亞人羣是10%。象牙海岸主要的B型是B53，在東亞人羣裏一個沒有。這是什麼意思？如果病毒變異了，假設它的抗原肽不得不被B53這樣的MHC分子呈遞，那麼東亞人就倒黴了。對於象牙海岸的人來説40%的人是無症狀或者很輕，這個病毒很容易控制住。相反，如果一個病毒只能通過B46的MHC分子來呈遞它最主要的抗原，東亞人羣較象牙海岸更好一些。
我想再説一點MHC同種異體多樣性是“一箭雙鵰”。為什麼這麼説？給定一個MHC分子，你知道它不可能呈遞所有抗原肽，一定得有一個可呈遞的抗原肽的集合，對應的T細胞受體可以識別這個抗原肽和MHC分子的集合。我們可以用一個灰度譜來表示。在可呈遞抗原肽的集合裏，一定有一部分是我們自身的抗原肽，它是一個子集。給定一個MHC分子，它就會有類似的自身抗原肽，對應了可以和自身抗原產生反應的T細胞受體的子集，這些黑線來表示。這些T細胞如果天天在血液和淋巴循環裏出現就非常危險，可能造成自身免疫病，於是我們的機體產生一種負選擇機制，把這樣的細胞從我們的T細胞受體集合中刪除掉。也就是我們每個人給定一個MHC分子，實際上它潛在可能的TCR集合裏有很多缺失。可以想像，對於給定的一個MHC分子，不論是什麼病毒一定會找到缺口，它的抗原只是特定的T細胞受體才可能識別。所以我們種屬裏如果只有一種MHC分子那就非常危險。
解決的方式是出現多種MHC分子，這是獲得性免疫系統非常核心的特點——多樣性。不同人之間的MHC分子是不一樣的，以至於我們即使有同樣自身抗原蛋白的集合，我們每個人身體裏的T細胞受體所出現的缺口子集是不一樣的，也就是不會有一個病毒因為全人類T細胞的識別不夠而徹底的失敗，所以歷史上很難出現某一種病毒把所有人都消滅掉。歷史也證明總是會有人活下來，這種MHC分子的頻數在不同地域分佈很不同，可能是在古時候的某種病毒或者微生物疾病的爆發導致了某些類型的消失。所以我説它一箭雙鵰，既解決了自身抗原可能帶來的抗自身的免疫反應，同時解決了不是所有人都對某一種病毒產生極其劇烈的敏感性。
有了這樣的T細胞反應，有了炎症反應，有了細胞本身固有的免疫機制，我們可以在一定程度上控制大多數的病毒感染。所以可以看到，新冠病毒感染早期到晚期可能有很多無症狀感染者或者症狀很輕的感染者。我們推測在他的機體內可能發生這樣的過程，也就是患者確實被病毒感染了，但是炎症反應和T細胞以及其它獲得性免疫細胞的反應在比較早期就控制住了病毒。如果這個過程被拖得很長，炎症反應太大，細胞因子產生太多，病毒複製太厲害，這時候可能機體就無法代償肺部的呼吸功能，於是出現了重症或者死亡的病例。
我用T細胞的免疫反應給大家講了固有和獲得性免疫以及如何與毒進行鬥爭。這裏沒有提到T細胞反應的侷限性，它依賴於MHC的抗原呈遞。我剛才説MHC細胞呈遞的抗原肽是從病毒來，病毒得先感染一個細胞，才能有RNA翻譯產生蛋白。那有沒有什麼辦法不讓病毒跑到細胞裏去呢？我們的機體當然有這樣的機制，主要就是依靠抗體聚集的過程。抗體分子可以遊離於細胞之外，它可以和病毒結合，從而阻斷它與細胞受體結合，使病毒被拒之門外的阻斷過程我們稱之為中和。抗體到底怎麼產生呢？這個電影顯示病毒被中和的過程。另外抗體還可以產生抵禦效應，包被細菌，使它被吞噬細胞吞掉，也就不能起感染的作用。
如果僅僅是B細胞產生的抗體，這個簡單的過程產生的往往抗體不足以和病毒進行緊密地結合，或者説一開始產生機體免疫反應產生的抗體，親和力不夠高。最後希望能夠以最高效率抵抗病毒的抗體，我們把它叫做高親和力的抗體，它的產生過程是有一個專門的組織結構來完成的，下面看看這個過程到底怎麼發生的。
這個過程發生在二級淋巴器官。下圖是它的模式圖。
B細胞和T細胞相互作用，B細胞收到信號，進行類型轉換同時開始增殖，接下來就進入生髮中心，在這裏B細胞又幹了另一件很神奇的事情，它不停地增殖，同時它還要在它和抗原結合的抗體分子部位得DNA區域引入隨機突變。大家可以想一下，如果在編碼區引入隨機突變肯定導致氨基酸序列改變，使得這個抗體分子和原來抗原結合的緊密程度不一樣。這個發生過程又是B細胞進行增殖的過程，那可以想象這個B細胞產生的子代可能獲得這個抗體分子和原來抗原結合的緊密程度就不一樣了。於是乎潛在可能出現那些結合力高以及結合力低的抗體分子，機體需要一種篩選的方式把產生結合力高的抗體分子的B細胞篩選下來，讓它產生抗體。這個過程在生髮中心裏由T細胞實現。實現的過程和之前差不多，不同的B細胞的抗體分子，和原來抗原結合的緊密程度不一樣，於是獲取這個抗原，把它再呈遞給T細胞的能力就不一樣了。在這個電影裏所顯示的生髮中心，這裏面紅色細胞是生髮中心的B細胞，綠色細胞是這裏面的T細胞，看它跑的很快，實際上這些B細胞都在和T細胞進行抗原特異的相互作用。T細胞知道哪個B細胞給他呈遞的抗原多，就傳遞給它更多的信號，而那些收到更多信號的B細胞，最終會變成特別有能力產生抗體，以及長壽漿細胞和記憶B細胞。只有在競爭過程中親和力比較高的細胞才更有可能成為記憶B細胞和長壽漿細胞。這就是機體如何能產生出來高親和力，而且持久的產生抗體的細胞免疫學的過程。當然我們希望新冠病毒感染的時候我們機體的生髮中心的反應，輸出的就是那些能活下去活的很長的、高親和力的，可以中和新冠病毒的抗體。
當然，是不是能夠中和一個抗原，這件事不是一個免疫系統細胞反應能決定的，這是隨機的過程。新冠病毒畢竟太新了，我們所知道的知識相當少。
通過抗病毒疫苗，原則上既可以製造引入T細胞或者CD8 T細胞、殺傷T細胞作用的疫苗，也可以試圖促進中和抗體反應的疫苗，或者是兩個兼顧。從剛才描述的抗體怎麼阻斷病毒以及CD8如何殺傷感染細胞的角度，顯然最理想是有中和抗體疫苗。能不能產生中和抗體呢？這個領域現在發展太快，我準備這次講座過程中，前天晚上還在讀新出現的一些文章，我現在只引兩篇，一篇是清華大學張林琦老師的工作，在恢復期病人的身體裏去分離可能產生中和抗體的B細胞。另外一個已經發表的工作是第三軍醫大學的葉麗林老師發表的。這些有限的，已經發表的結果令人鼓舞的是康復病人血中確實可以分離到能夠特異結合RBD或者細胞吸附最有用的Spike蛋白部位的，結合RBD中和抗體的B細胞。這只是説我們能夠分離到這種B細胞，並不意味着我們機體裏有非常多這樣的B細胞，這還是要將來去看，至少有可能我們可以產生中和抗體的疫苗。
在有現代免疫學之前，影響人類最重要的兩大傳染病，在不知道B細胞、T細胞之前就已經可以控制住了。我想説的是，我們的免疫系統其實是很強大的，屁股上、胳膊上扎一針，它還真是可以管用的，是可以產生免疫反應，可以控制病毒，所以對於沒有學生物的朋友們不要太焦慮。我也想強調一點，就是有了現代免疫學知識，我們確實可以對非常棘手的一些病原，製造非常有效的病毒。
我們可以像結束天花、結束脊髓灰質炎那樣簡單易行的方式，還是要經過這樣複雜的方式，才能獲得新冠疫苗的結果呢，我覺得這個答案顯然我們還不知道。我們現在已經有的疫苗的努力方向有哪些？截至4月30日Nature上總結的全世界範圍的疫苗工作大概一百多個研究，大致可以歸為八類。
安全性來説減毒活疫苗相對來説最不安全，畢竟是活疫苗，取決於它突變多少，有可能突變回程野毒株，這不是不可能的事情。當然歷史至少在脊髓灰質炎病毒和天花上有實踐，實踐上是可行的，只有通過實驗才能夠知道。免疫原性是説到底產生多強的免疫反應，世界永遠都是這樣，可能最不安全的也是效果最強的。減毒活疫苗，如果看已經能夠在歷史上的疫苗，減毒活病毒所產生的免疫反應總是最強。亞單位疫苗，它的免疫原性相對而言比活病毒差得多。針對新冠病毒來説，現在除了滅活病毒以及減毒活病毒疫苗，它是整個病毒打到體內，其他都還在直接針對S蛋白，主要是因為S蛋白是吸附蛋白，產生的中和抗體可能能夠去阻斷這樣的免疫反應。所以從是不是能夠產生中和抗體。原則上所有的疫苗路線都可以產生中和抗體，當然產生中和抗體的滴度的高低，特別是有多持久，可能越是活病毒越可能產生更持久的免疫反應。針對IgA來説，從它對於保護黏膜更重要這一點來説，減毒活疫苗如果取決於它的給藥途徑，它很可能可以產生比較高濃度的IgA，但是也不一定，其他的我不知道臨牀試驗將來他們做免疫原形測試的時候，IgA是不是一個終點。CD8的應答，免疫反應過程中它是非常重要的一部分免疫反應，如果僅僅有抗體，你必須在比較早期進行阻斷，如果開始有了病毒感染，還是需要有CD8應答。一個完善的疫苗如果能加入CD8的部分，當然是最理想。減毒活疫苗，它的效果往往潛在的可能會更好，但一部分原因是它肯定會激活CD8應答。而亞單位疫苗可能激活CD8應答的能力就會差一些。
預測哪個是最有可能成功的，最有效的，現在為時尚早。發表文獻的中可以看到追蹤免疫反應，追蹤綜合抗體，或者抗體免疫反應也就是到三個星期、一個月的情況。康復的病人，他的病毒載量會下降，會產生IgM型的抗體，類型會轉化成IgG，會出現中和抗體。但也有研究顯示，雖然能產生中和抗體，但中和抗體滴度並不高，這可能需要更廣泛的病人研究才能知道。他之所以康復是不是因為這個中和抗體也沒有完全定論。最有可能中和抗體是幫助他康復的重要因素，這樣的中和抗體到底能夠有多持久現在也不明確。
