神秘病毒

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【天花小史】系列之（一）初识天花病毒

谨以本文纪念战斗在卫生防疫各条战线上的医务工作

者。

（注：未做标注的儿童接种图片仅作为宣传疫苗接种使用，

不具有资料性）

“新华网日内瓦2012年12月18日电(记者王昭吴陈)世界

卫生组织和联合国儿童基金会18日在日内瓦发布声明，谴

责针对为巴基斯坦儿童接种小儿麻痹症疫苗的医务人员的

袭击。

声明说，在巴基斯坦的卡拉奇和白沙瓦17日和18日共有6

名医务人员在为儿童接种小儿麻痹症疫苗时遭枪杀。此前巴

基斯坦塔利班武装曾表示，小儿麻痹症疫苗接种工作是阴

谋，将使穆斯林丧失生育能力。巴基斯坦是全球小儿麻痹症

最为严重的国家之一。

世卫组织和联合国儿童基金会表示，以医务人员为目标的袭

击令巴基斯坦儿童无法获得最基本的医疗服务，两家国际组

织呼吁巴基斯坦人保护医务人员安全，为他们创造可靠的行

医环境，使他们能够尽力救治饱受病痛困扰的巴基斯坦儿

童。两家国际组织强调，将一如既往地帮助巴政府开展小儿

麻痹症防治工

作。”

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——来自新浪新闻

天花病毒

天花是第一种，也是唯一一种被人类消灭的烈性传染

病。“不论从哪方面来说，全球范围内扑灭天花都应该算是

一项惊人的成就。”——支撑这句分量十足的评语的，是真

实发生的事迹——那是人类与天花抗争的史诗般的历程。

1980年，世界卫生组织宣布天花病毒灭绝，之后，天花疫苗

的强制接种在全世界范围内停止。现在地球上生活的人们半

数以上没见过天花病，这不仅仅是天花疫苗发明人琴纳

（Edward

Jenner，1749、5－1823、1）个人的成就，更是科学的胜利，

是人类搁置争议通力合作所创造的伟业。

病毒、免疫、天花病毒和牛痘疫苗

随着科学对某些疾病认识的逐渐加深，人们开始了解到

“传染”的含义，“病毒”一词最早的意思是“传染的媒介”，

分离和辨明这个媒介到底为何物成为叩开“病毒学”殿堂的

敲门砖。到19世纪下半叶，随着对科学的信心一再被其取

得的成果所强化，越来越多的研究者投身此项研究，完善实

验技术和积累实验数据，

一步步揭开了蒙在病毒之上的神秘面纱。

一开始，研究者用细纹滤纸和无釉陶片来过滤传染病人

的体液，将体液分成两部分：被滤出部分的“活动物”在当

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时已经能用显微镜可见；滤过物中的媒介质则不可见。到19

世纪末，实验室研究习惯将“病毒”这个概念局限在“滤过

性媒介物”，这样无意中产生了一个实际效果，把病毒与大

部分细菌区分开了。

1898年，马丁努斯.贝耶林克（MartinusWillem

Beijerinck，1851、3－1931、1）观察造成烟草植株花叶病的

致病介质，发现患病植株液体经无釉陶片滤过后，滤过物仍

然具有感染性。而且通过实验观察，这种活跃的感染介质不

是可溶性有毒物质，因为将其注入到健康植株，这种感染介

质居然会“生长”使其数量增加。更令人吃惊的是这种介质

只在植株组织生长时才增生。贝耶林克由此推断：“只有当

此介质溶入了活细胞的细胞质，也就是说，被动地卷入了细

胞的增生过程”，它才能进行增殖。后来的科学家证明，这

种只能依赖宿主的再生机能进行自我繁殖的特质，正是病毒

所具有的代表性质。病毒的DNA（有些是类似RNA的物质）

中虽然含有遗传信息，但病毒缺少某些酶来复制遗传物质或

因缺少某些酶来利用遗传信息合成蛋白质。正因如此，病毒

算不算活着的生物都存在争论。由于病毒只有凭借宿主的再

生机制才能进行自我繁殖，“找到宿主”就成了它最为迫切

的任务。其他生物都可以作为病毒的宿主，如细菌、真菌、

蓝绿藻、植物、无脊椎动物，以及包括人类在内的脊椎动物。

导致天花病和牛痘的病毒属于一类，称为“痘类病毒”，

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顾名思义，这类病毒能造成皮肤表面的出痘症状。痘类病毒

的宿主都是哺乳动物，只是在选择方面比较挑剔，例如自然

状态下，天花病毒只攻击人类，而牛痘病毒可以在很多种类

的动物身上存活、增生、跨物种传染。鼠类可能是牛痘病毒

的天然宿主，它可以在人类、猫、鼠、大象、犀牛……之间

传播。猴痘则可以在人、猿、猴甚至牧羊犬、食蚁兽等之间

传播。有一点需要注意的是，水痘病毒不属于痘类病毒，它

是引起感冒疮的疱疹病毒的近亲，不会感染禽类动物。

痘类病毒是所有病毒中体型最大的一族。1886年,科学家在

光学显微镜下开始看到它时，甚至错把它当做了细菌孢子。

相对于其他病毒来说，它们的基因组数量庞大，含两股DNA

物质。痘类病毒结构中含有多种分工明确的蛋白质:除了构成

自身结构的蛋白质外，还有病毒增生和感染宿主所必需的

酶，它能帮助病毒表层与宿主细胞融合在一起，还有一些能

瓦解宿主防御系统的蛋白质。细胞的防御机制中有一种叫

“干扰素”的蛋白质，它通过复杂的生化反应来干扰病毒繁

殖。痘类病毒至少有四种蛋白质能成功地以多种方式阻断细

胞的干扰作用。长期进化使痘类病毒武器库中储备了许多精

良的武器来对付阻碍它感染宿主和繁殖的敌人。不过，它们

并非无懈可击，痘类病毒也存在某些弱点，其中之一就是它

不像流感病毒那样能改变自己的形态。流感病毒的这个特性

使得对上一次流感产生了免疫力的人们不能有效抵抗下一

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次流感。

痘类病毒之间存在着某种亲缘关系，这使得各个种类的

痘类病毒之间有多种相同的蛋白质，所以由某种痘类病毒引

发的人体防御机制对其它种类的痘类病毒产生的“排异反

应”，就起到了免疫的效果。

排异反应是靠血液和淋巴腺中的白细胞来发挥作用，例

如识别异体分子、反馈特殊应答等。排斥反应有两种：一种

名为B细胞，这种细胞最初是在多喙鸟的翅囊器官中发现的，

后来又在哺乳动物的骨髓中被找到。它的抗体是一种可溶性

蛋白，能随着血液循环系统到达全身。它能有效识别异体分

子，并与之结合成一种复杂有机结构，形成某种复杂的分子。

这种复杂的分子紧接着会被一群称为“补体”的蛋白质攻击。

当异体分子第一次侵入人体时，只有很少一部分B细胞能识

别它们。一旦做出识别，B细胞就会根据“记忆”反复分裂，

制造出大批同类细胞，它会一直留在人体内，因此如果相同

的异体分子第二次侵入人体，那么人体将会更加猛烈地做出

排异反应。但B细胞比较擅长攻击细菌而非病毒，主要原因

是因为病毒大部分时间都生存在宿主的细胞中，不会进入内

循环系统，与B细胞很少相遇。尽管如此，B细胞还是能在

病毒进入宿主细胞前，即有繁殖能力前对其发动攻击。

在病毒进入宿主细胞后，能对其进行识别和攻击的是一种

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“杀伤性T细胞”。这种T细胞能靠自身安置在细胞膜上的

“传感器”察觉到感染了病毒的“不正常”细胞，并用两种

不同的方式将被感染细胞杀灭。第一种方式是，T细胞能释

放出一种叫“打孔素”的蛋白质，将“病”细胞的细胞膜击

穿；第二种方式是，T细胞能按下受病毒感染细胞的“自毁

按钮”使之自杀，称为“凋亡机制”。凋亡机制能在不放出

病毒情况下使“染病”细胞迅速萎缩，最后被巨噬细胞吞下，

将“病”细胞与病毒一起杀灭。与B细胞相同，T细胞也可

以产生“记忆细胞”，所以，当第二次碰到同样的异体分子

时能更快速猛烈地做出攻击反应。

天花疫苗就是用其他痘类病毒唤醒人体免疫机能，使之

保存记忆，以便当天花病毒进入人体时能尽快识别、及早攻

击。植入天花疫苗——牛痘法的发明者爱德华.琴纳就证明了

人类在牛痘与天花病毒之间，可以实现这种跨病毒的保护机

制。这些同系异类病毒之间的关系涉及到两个未解之谜。

第一个未解之谜：天花病毒是如何进化而来的？

天花病毒只能感染人类，不存在其他动物宿主，而且宿

主个体感染持续时间也就是几周，要么被感染者死亡，要么

康复而产生终身免疫能力，因此天花病毒只能在大型人类群

落结构中传续。有一种假设是天花病毒以前有其他已经灭绝

动物宿主，否则，在一万年前人类进入农耕社会之前，都是

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彼此相对隔绝的采集、狩猎的小规模部落，天花病毒不可能

存活下来。从出土的埃及木乃伊上得到的证据来看，如果埃

及法老拉美西斯V确实是感染了天花，那么最晚在距今3000

年前就已经出现天花病毒。这个假说还存在一种可能性：早

期存在一种病毒，这种病毒对人的感染期更长，而且人在痊

愈后不会对它产生长久免疫。后来这种病毒变异成现在的天

花病毒。如果能在现有的小型采集、狩猎部落中找到这个“天

花病毒的前身”，这个猜测才具有说服力。另一种可能

是：以前存在某种既能攻击人类又能攻击其他动物的痘类病

毒，后来突变成仅仅攻击人类的种类，在已知的痘类病毒中

可能性最大的是猴痘和牛痘病毒。很多研究者曾猜测天花病

毒是由猴痘病毒变异而来。因为人在感染这两种病毒后的症

状很相似。但经过对非洲扎伊尔（民主刚果）热带雨林中生

活的小型人类族群的考察发现，猴痘很难实现“人-人间传

播”。除非有人不断从其他动物宿主处感染猴痘病毒，否则

猴痘病毒很难在小型人类群落中存活下去。长久以来，人们

误以为非洲撒哈拉沙漠阻挡了猴痘病毒向北扩散到尼罗河

流域。然而，人们从考古和古人类岩画发现，距今1万到四

千年前，撒哈拉沙漠地区存在着大草原，人和动物的种类、

数量都很可观。到了现代，科学家对天花病毒和猴痘病毒的

DNA序列进行了比对，发现此前认为的在过去一万年内“天

花病毒由猴痘病毒变异而来”说法站不住脚，在所有痘类病

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毒基因谱系中，天花病毒与猴痘病毒差别最大。

关于天花病毒的起源还有一种猜测，源自于一个古老的

阿拉伯传说，认为人类天花来自于骆驼。研究表明驼痘病毒

的基因组与天花病毒最为接近，说明两者可能是由同一祖先

进化而来的。尽管驼痘不感染人类，天花也不会攻击骆驼，

但1975年英国和伊朗科学家合作的一项研究发现：在为骆

驼注射天花病毒后，骆驼虽然只产生了轻微的局部反应，却

获得了对驼痘的免疫力。对人类注射驼痘病毒，测试能否对

天花病毒起到免疫作用的实验却由于实验伦理限制而不能

进行。早期的牛痘接种师为人类接种的都是“牛痘浓

浆”。根据记载，琴纳做的第一例牛痘接种取自挤奶女工莎

拉.尼莫斯，感染她的奶牛叫“花簇”，这个“功牛”的画像

和它的角至今还挂在位于伯克利的琴纳纪念馆里。人们自然

认为后来给受种者广泛接种的是牛痘病毒，为了不刺激不明

真相的群众而改名“牛痘疫苗”。

其实，这个过程要复杂曲折得多。1939年，伦敦医生、

生物学家艾伦.东尼观察表明，当时大量生产的三种株系的

“牛痘疫苗”已经与牛痘病毒的生物性状大大不同了。到了

现代，通过研究牛痘病毒、牛痘疫苗病毒和天花病毒的DNA，

发现三种病毒虽然都是痘类病毒，但DNA区别太大，很难

把他们联系在一个相关事件单链中，这自然就产生了一个巨

大的问号，也是第二个未解之谜：牛痘疫苗病毒的祖先到底

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是什么？答案很无奈“没人知道它到底是何方神圣！”

从1796年琴纳开始接种实验到十九世纪三十年代东尼

进行观察、实验，那些制造天花疫苗的人们不知不觉间已经

用另一种同样作用的痘类病毒代替了原来的牛痘病毒，其中

细节已无从追考，就像流言蜚语在流传中将原来的事件与真

像替代得面目全非。

奶牛不是天花疫苗的唯一来源，广受关注也更安全的安

卡拉疫苗的改良株系的祖先是上世纪从土耳其的一匹马身

上提取的。琴纳、英国约克郡的约翰.劳依、意大利的路易斯.

萨科都曾直接或间接从马匹身上提取过疫苗，琴纳还将马痘

提取物提供给了英国国家免疫接种中心，因此牛痘疫苗的真

正来源可能是马痘。但马痘似乎已经绝迹，我们无法重新获

取，以便与牛痘疫苗病毒的DNA加以比对。

琴纳当时并不知道牛痘病毒与天花病毒亲缘相隔甚远，

他把牛痘疫苗称之为“提纯的天花病毒”；把接种疫苗后的

轻微不适叫做“牛天花症”。那时候人们还认为天花可以在

人和牛之间互相传播，只是在传递过程中致病性梯级减弱，

免疫学家将这种现象称为“传递过程中的弱化”。为了找到

牛痘病毒的起源，从1801年古兹堡加斯纳尔实验开始，一

直到十九世纪六十年代，科学家做了很多实验与研究，但仍

然没有定论。不过，几乎可以肯定地知道，牛痘疫苗病毒不

是从天花病毒转化来的，传递转化论现在已经销声匿迹了。

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还有一种没有证据支持的假说认为，牛痘疫苗病毒是天花病

毒和牛痘病毒的杂合体，是在宿主被感染细胞中互换DNA

片段实现的。

人们还试图用“追踪亲缘谱系”来找到牛痘疫苗的源头，

查明上世纪人们用来扑灭天花的各种著名牛痘疫苗株系身

世。例如，在扑灭天花行动中起到至关重要作用的李斯特株

系疫苗，通常被认为是来自于德国科隆免疫中心。该疫苗是

1870年从一个感染天花的普鲁士士兵身上提取、分离出来

的，但是在1907年被送到伦敦后不知怎么被换成了小牛牛

痘疫苗。还有我国广泛使用的“天坛株系”，免疫学家艾瑞

塔这样描述：

“1926年，科学家们将天花患者脓疱中的脓浆接种到猴

子身上，在猴群中传递3次，再传给兔子，在兔群中传递5

次，接着传给小牛，传递3次，再传给兔子1-2次，最后又

传给小牛3次”

他自己紧跟着简评说：“在传递过程中，天花病毒可能

和牛痘病毒混杂在一起了。”

19世纪末，出现了一种致病性比较温和、死亡率也很低

的天花病症，人们称之为“小天花”。一直以来，人们心中

都存在疑问：“为什么一些株系的天花病毒所引起的症状介

于大天花和小天花之间？”最近，科学家在比对了来源不同

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的小天花病毒基因组后发现，索马里株系小天花与大天花病

毒更为相近，这个疑问得到了解答。

虽然我们还没法弄清牛痘疫苗的种种细节，但值得庆幸

的是，它很有效果。在“扑灭天花”之路上艰难前行的人们

使用他们并不完全理解的方法却收到了令人惊喜的效果。究

其根源在于，人类经过文艺复兴后数百年的科学经验积累和

理论总结，已经建立了一整套关于生物实验条件相关性的完

整对照考察体系。

（作者：七是）