真菌的突然爆發長期以來在植物中很常見,最近在動物中也變得常見。最近在太平洋西北地區人類中爆發的一次疫情提出了令人不安的可能性,即我們也不是免疫的。《大眾科學》十二月號的“奇怪的真菌現在困擾著健康人”詳細介紹了這次疫情起源的謎團。
疫情仍在持續,但儘管如此,新型隱球菌的存在並不是為了困擾我們。這種真菌更喜歡生活在土壤和樹木中,在那裡它非常愉快地以腐爛的物質為生。那麼,一種似乎在植物和泥土上享受著充實而豐富生活的生物,怎麼會發現自己適合在人類體內生存呢?答案可能是一個進化中的意外。
對於新型隱球菌來說,野外的生活並非全是陽光和腐爛的玫瑰。“微生物為了領地、食物來源以及它們在微生物群落中的位置而不斷鬥爭,”不列顛哥倫比亞大學的凱倫·巴特利特說,她是一位生物氣溶膠行為專家。酵母菌有很多捕食者,其中最可怕的是阿米巴原蟲。這些原生生物滲入世界的土壤和水中,吞噬和消化微小的獵物。為了防止阿米巴原蟲的滅絕,隱球菌屬物種已經進化出逃避潛在捕食者的機制,例如抗乾燥和抗消化的外殼、紫外線防護色素以及在被捕食者吞噬後存活下來的能力。
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同樣的機制使酵母菌能夠躲避一種看起來和行為都像阿米巴原蟲的人類免疫細胞(類似的細胞也存在於其他動物中)。我們稱它們為巨噬細胞。巨噬細胞可能與自由生活的阿米巴原蟲有進化上的淵源,它們在人體內所做的工作與阿米巴原蟲在環境中幾乎相同:它們爬來爬去吃東西。在我們的例子中,這些東西是垃圾碎片和微生物,它們像野生阿米巴原蟲一樣,攝取這些東西並用消化酶殺死它們。“如果你不知道其中的區別,你會認為它們是阿米巴原蟲,”巴特利特說。
顯然,隱球菌也不知道其中的區別。在我們的肺部,巨噬細胞會搜尋表面,清除許多落入但不屬於那裡的異物。在易感人群和動物中,隱球菌屬物種在欺騙巨噬細胞方面與它們欺騙土壤中的攻擊者一樣熟練。而且它們使用相同的方法,至少在實驗室中是這樣。
新型隱球菌不僅可以殺死巨噬細胞,還可以隱藏在它們內部。如果被攝入,真菌細胞會抵抗消化,同時躲避抗體、T細胞和其他免疫系統成分,有效地將巨噬細胞轉化為微生物特洛伊木馬。巨噬細胞在體內廣泛移動,可以穿過血腦屏障。如果酵母細胞透過噬菌體或其他途徑從肺部進入大腦,“那將是非常糟糕的訊息,”巴特利特說,“因為一旦它進入中樞神經系統,那就如同天堂。它擁有所有它想要的糖分,可以迅速增殖。”當隱球菌致死時,通常是因為發生了這種腦部感染。
隱球菌感染我們時能夠輕易得手還有其他原因。與絕大多數真菌不同,它可以在 37 攝氏度(人體體溫)下生存。它還具有堅韌的多糖外殼,這有助於防止它在環境中乾燥,同時也有助於保護它免受巨噬細胞的攻擊。最後,它的外部含有黑色素,這種色素與人類皮膚的顏色相同,它既可以保護它免受紫外線輻射,又可以抑制巨噬細胞的消化作用。“所有這些都是保護機制,使它能夠在環境中建立起來,”巴特利特說,“不幸的是,同樣的保護機制也使它成為我們的病原體。”
令人驚訝的是,這並非孤立現象。嗜肺軍團菌是軍團病細菌性病因,它與野生水生阿米巴原蟲共生,並且在受害者吸入時,同樣錯誤地感染人類巨噬細胞。阿爾伯特·愛因斯坦醫學院微生物學和免疫學系主任兼免疫科學中心主任阿圖羅·卡薩德瓦爾 (Arturo Casadevall) 研究隱球菌已超過 20 年,他將這種現象比作紙牌遊戲,其中土壤微生物為了生存而博弈,但碰巧的是,少數幾手牌賦予了其他宿主“意外的毒力”。
“毒力不是它們的業務,”卡薩德瓦爾說。“它們的業務是生存。但是,使它們能夠生存的相同壓力導致了使它們具有在哺乳動物中生存能力性狀。”