真菌的突然爆发长期以来在植物中很常见,最近在动物中也变得常见。最近在太平洋西北地区人类中爆发的一次疫情提出了令人不安的可能性,即我们也不是免疫的。《大众科学》十二月号的“奇怪的真菌现在困扰着健康人”详细介绍了这次疫情起源的谜团。
疫情仍在持续,但尽管如此,新型隐球菌的存在并不是为了困扰我们。这种真菌更喜欢生活在土壤和树木中,在那里它非常愉快地以腐烂的物质为生。那么,一种似乎在植物和泥土上享受着充实而丰富生活的生物,怎么会发现自己适合在人类体内生存呢?答案可能是一个进化中的意外。
对于新型隐球菌来说,野外的生活并非全是阳光和腐烂的玫瑰。“微生物为了领地、食物来源以及它们在微生物群落中的位置而不断斗争,”不列颠哥伦比亚大学的凯伦·巴特利特说,她是一位生物气溶胶行为专家。酵母菌有很多捕食者,其中最可怕的是阿米巴原虫。这些原生生物渗入世界的土壤和水中,吞噬和消化微小的猎物。为了防止阿米巴原虫的灭绝,隐球菌属物种已经进化出逃避潜在捕食者的机制,例如抗干燥和抗消化的外壳、紫外线防护色素以及在被捕食者吞噬后存活下来的能力。
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同样的机制使酵母菌能够躲避一种看起来和行为都像阿米巴原虫的人类免疫细胞(类似的细胞也存在于其他动物中)。我们称它们为巨噬细胞。巨噬细胞可能与自由生活的阿米巴原虫有进化上的渊源,它们在人体内所做的工作与阿米巴原虫在环境中几乎相同:它们爬来爬去吃东西。在我们的例子中,这些东西是垃圾碎片和微生物,它们像野生阿米巴原虫一样,摄取这些东西并用消化酶杀死它们。“如果你不知道其中的区别,你会认为它们是阿米巴原虫,”巴特利特说。
显然,隐球菌也不知道其中的区别。在我们的肺部,巨噬细胞会搜寻表面,清除许多落入但不属于那里的异物。在易感人群和动物中,隐球菌属物种在欺骗巨噬细胞方面与它们欺骗土壤中的攻击者一样熟练。而且它们使用相同的方法,至少在实验室中是这样。
新型隐球菌不仅可以杀死巨噬细胞,还可以隐藏在它们内部。如果被摄入,真菌细胞会抵抗消化,同时躲避抗体、T细胞和其他免疫系统成分,有效地将巨噬细胞转化为微生物特洛伊木马。巨噬细胞在体内广泛移动,可以穿过血脑屏障。如果酵母细胞通过噬菌体或其他途径从肺部进入大脑,“那将是非常糟糕的消息,”巴特利特说,“因为一旦它进入中枢神经系统,那就如同天堂。它拥有所有它想要的糖分,可以迅速增殖。”当隐球菌致死时,通常是因为发生了这种脑部感染。
隐球菌感染我们时能够轻易得手还有其他原因。与绝大多数真菌不同,它可以在 37 摄氏度(人体体温)下生存。它还具有坚韧的多糖外壳,这有助于防止它在环境中干燥,同时也有助于保护它免受巨噬细胞的攻击。最后,它的外部含有黑色素,这种色素与人类皮肤的颜色相同,它既可以保护它免受紫外线辐射,又可以抑制巨噬细胞的消化作用。“所有这些都是保护机制,使它能够在环境中建立起来,”巴特利特说,“不幸的是,同样的保护机制也使它成为我们的病原体。”
令人惊讶的是,这并非孤立现象。嗜肺军团菌是军团病细菌性病因,它与野生水生阿米巴原虫共生,并且在受害者吸入时,同样错误地感染人类巨噬细胞。阿尔伯特·爱因斯坦医学院微生物学和免疫学系主任兼免疫科学中心主任阿图罗·卡萨德瓦尔 (Arturo Casadevall) 研究隐球菌已超过 20 年,他将这种现象比作纸牌游戏,其中土壤微生物为了生存而博弈,但碰巧的是,少数几手牌赋予了其他宿主“意外的毒力”。
“毒力不是它们的业务,”卡萨德瓦尔说。“它们的业务是生存。但是,使它们能够生存的相同压力导致了使它们具有在哺乳动物中生存能力性状。”