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我们为什么会生病 第4章 不断升级的“军备竞赛”
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古往今来，每一个部落或国家发明出一种新式武器之后，敌对的部落或国家就会很快想出一种对付它的武器来。有矛就有盾，有弓箭就有盔甲，有偷袭轰炸机也就有了雷达。类似的，在生物亿万年的演化史中，捕食者与被捕食者也在训练着彼此的攻防能力。捕食者的捕猎技巧愈发进步，被捕食动物的逃避技巧以及防御性措施也会提高，然后捕食者又进一步更新捕猎的手段。如果狐狸跑得很快，自然选择留下的是比狐狸跑得更快的那一批兔子。于是狐狸还得加快速度。如果狐狸的视觉有所改进，留下的是与背景色更加难以分辨的兔子；这就选择出能用气味找寻兔子的狐狸，又选择出会躲到狐狸下风方向的兔子。因此，捕食者和被捕食者共同进化，日趋复杂。生物学家把这种现象归纳为“红色皇后原则”。这是引用了刘易斯·卡罗尔（Lewis Carroll）《爱丽丝镜中奇遇记》（Through the Looking-Glass）一书里“红色皇后”说的一句话。在书中，她告诉爱丽丝：“现在，你看，你必须努力奔跑才能保持原地不动。”
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与捕食者和被捕食者之间的竞赛相似，病原体和宿主之间不断升级的“军备竞赛”代价极高，也制造了一批异常复杂的攻防系统。在人类社会，政治力量必须不断地把力量投入军备竞赛以免落在对手的下风。类似的，宿主和病原体都要演化得够快才能保持他们原来的适应水平。终会有一天，“军备竞赛”的耗费大到生物体耽误了其他方面的基本需求，然而失败的代价又是如此之高，以至于双方都不得不苦苦硬撑。我们与病原体正在进行一场经久不息的战争，双方永无可能达成彻底的调停协议。
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宿主和病原体的关系表现出的对抗性、浪费性和毫不仁慈的破坏性，使得“军备竞赛”一词成为最贴切的描述。本章的后续部分将展开论述。作为引子，想一想整个人类历史中传染病酿造过多少人类惨剧吧！威廉斯（本书的作者之一）的外祖父母因脑膜炎去世，他的母亲在9岁时成了孤儿。他一个姐姐的好朋友在四年级时突然死于急性阑尾炎。这些微芥之物可不在乎什么达官显贵。卡尔文·柯立芝在继任总统前不久，他16岁的爱子在打网球的时候脚上磨出了一个水疱，这孩子仍然勇敢地坚持到比赛结束。不幸的是，水疱发生了感染，两周之后就夺去了他的生命。这位总统在感情上受到了沉重的打击（即使是他的追随者也承认这一点），以致任满一届之后无意谋求连任。
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国际间的军备竞赛与宿主—病原体之间的协同演化当然不是完全一样。五角大楼能够在图纸上打出草稿，然后做出模型及样品。它可以进行合理的规划，失败了还可以重新再来，并在试错中不断改进。而演化的过程，没有幕僚顾问，也不知道怎样把科学知识用到新颖的毁灭性或者防御性武器中去。演化没有事先安排的计划，失败了也没有机会重来。演化过程里只有试错，以及不断的修补。每一代的微小变化逐渐在生存竞争游戏中积累或者淘汰。有一些带来了更高的繁殖率，群体也就向这边倾斜。这是一个相对缓慢、盲目的过程，有时还不免走入歧途；然而，自然选择产生出的适应性，却可以极尽精微。
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我们为什么会生病 演化的过去与现在
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不少生物学家错误地认为，宿主和病原体通常处于一种缓慢的演变过程中，逐渐走向未来的最佳状态——多半是和平共处。这非常不切实际。病原体和宿主在对立的价值观之间交易，都必须保持一种接近平衡的稳定状态，诸如生长速度和防御活动，在平衡的过程之中，一方应变能力的微小改善，必定要导致另一方付出损失。瘦的兔子可能跑得快一点，但是瘦到一定程度之后，再瘦一点与饥饿所增加的风险相比就不合算了。同样，我们的发热反应可能也是经过优化的，至少在历史上的正常情况下是如此的。更严重更频繁的发热，可能会使我们较少受病原之害，然而组织损伤和营养消耗的代价可能弊大于利。当环境保持恒定时，这些都可以成立；如果环境发生了变化，宿主和病原体的最佳状态也需要重新调整。如果我们长时间控制住了病原体，那么我们的反应可能不会那么强烈；一旦技术出错，我们再次变得易于受害时，病原体可能会诱发更剧烈的发热反应。
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在本书的其余章节，我们讨论的一般是人类在长期历史阶段建立起来的那些生物学性状。在本章，我们先来讨论那些短时间内发生的演化，长则数年，短则数周。因为病原体繁殖得非常快，所以它们的演化也十分迅速。
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我们对抗疾病的某些策略，例如对抗疟疾的镰状细胞血红蛋白，是在过去的一万年左右产生的，也就是大约300代之前。人类作为一个物种，在过去的几百年里，也就是大约十几代人的时间，对诸如天花和结核之类的传染病产生了更高的抵抗力。与这相比，细菌一两个星期里就能繁殖300代，而病毒繁殖得更快。细菌一天的演化可以与我们一千年的演化相当，这就使得我们在与细菌的“军备竞赛”中明显处于下风。我们不能演化得更快，所以无法逃脱细菌的追杀。人类只好通过迅速改变各种产生抗体的细胞的比例去应付细菌快速的演变。幸好，这种化学武器工厂的数量和种类相当多，起码可以部分地抵消病原体巨大的演化优势。
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从免疫学的角度看，一次流行病可能使人类群体发生显著变化。凡是曾患过流行病又康复的个体都可能对“再感染”免疫，因为他们带有大量新增加的淋巴细胞，后者能针对这种病原体合成具有极大杀伤力的抗体。另外，成年人对儿童期传染病，诸如流行性腮腺炎和麻疹等更具免疫力，这并不是因为基因有了什么变化，而是体内的抗体浓度升高了。
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病原体的小个头给了它们另一个优势：它们的数量特别巨大。我们每个人身上的细菌数量比地球上的人口总量还多，大部分都栖息在我们的消化系统和呼吸系统。这种巨大的数量意味着即使是概率极小的突变也会经常出现，只要这种突变菌株比其他菌株有极细微的优势，它们就会繁殖得更多。我们由此可以推测，我们病原体的数量性状始终会快速演化，达到适应当前环境的最佳值。
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在某些灾难性的瘟疫中，人群可以在几个月里演化出对这种传染病更强的抵抗力。当欧洲人首次到达新大陆的时候，某些欧洲传染病在极短的时间里造成了美洲土著90%以上的死亡率。如果美洲土著的易受伤害性是由于遗传上的原因，那么，在幸存者之中，这些抵抗基因的比例必然有所增加。我们就可以说，这个群体，在有限的意义上，演化出了更高的抵抗力。这是一个极端的例子。通常，流行病对人类基因库的影响极小，而病原体的特征却可能发生了巨大的变化。
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我们为什么会生病 耐受抗生素的细菌
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20世纪医学取得的最大进步，也许是有史以来医学上最大的进步之一，是利用霉菌产生的毒素来治疗感染人体的各种细菌。这些毒素也就是抗生素。虽然艾立希（Paul Ehrlish）早在1901年就引入了有机砷用于治疗梅毒，然而抗生素的时代却肇始于1928年。那一年，弗莱明（Alexander Fleming）留意到，培养基中的细菌无法在青霉菌落的附近生长。为什么会有这种现象？为什么最有效的抗生素大都来源于霉菌？抗生素是霉菌与细菌为了对付竞争者或病原体而发明的化学武器。它们是在几百万年的鏖战中由自然选择出来的，专门针对细菌的弱点，却无损于霉菌。
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霉菌和细菌产生的许多抗生素对人是安全的，却能扫除那些引起结核、肺炎及许多传染病的细菌。在过去的几十年里，抗生素的广泛使用使得发达国家中细菌感染引起的疾病大为减少，史称“抗生素的黄金时代”。再加上公共卫生条件的进步，传染病的死亡率急剧下降，以致1969年美国卫生总监踌躇满志地宣布：“现在，可以把与传染病相关的书收起来了。”
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像其他“黄金时代”一样，它也没有延续很久。现在，危险的细菌，特别是引起结核和淋病的细菌，比10年或20年前更难控制了。病原体已经演化出耐受抗生素的本领，正如它们过去演化出耐受其他药物的本领一样。美国疾病控制与预防中心的米歇尔·柯恩（Mitchell Cohen）最近指出：“这些事件，使我们不得不考虑，我们是否正在逼近后抗生素时代。”
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事实可能确实如此。以葡萄球菌为例，这是最常见的伤口感染细菌。1941年，所有这种细菌都可以被青霉素杀死。到1944年，已经出现了一些突变株能分解青霉素。到今天，95%的葡萄球菌都对青霉素有一定程度的耐药性。20世纪50年代中期发明的一种人工半合成的青霉素，甲氧青霉素（methicillin），能杀死这些抗药菌株。然而，细菌又同样演变出耐受甲氧青霉素的突变菌株；于是，我们又需要开发更新的药。20世纪80年代，人们对环丙沙星曾抱有很大希望，但现在，纽约市有80%的葡萄球菌对它有耐药性。在俄勒冈退伍军人医院，抗药菌株仅一年内就从不足5%飙升到80%以上。
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20世纪60年代，大多数淋病是比较容易用青霉素控制的，抗药菌株则用氨苄青霉素对付。现在，已有75%的淋球菌株可以产生特殊的酶，使氨苄青霉素失活。其中一些变化是染色体突变经自然选择的结果。但是细菌还有别的办法：它们自己也被一些细小的环状DNA所感染，这种环状DNA也叫质粒（plasmid）。一些质粒会在细菌的基因组中留下一些片段，或者带着另外一些片段转移到另外的细菌体内。1976年，科学家发现淋球菌从大肠杆菌的质粒中获得了编码耐受青霉素酶的基因，所以现在泰国和菲律宾90%的淋球菌已经变成耐青霉素菌株。与此类似，1983年，荷比印地安保留地发生了一次严重的流行性腹泻病原菌。后来查明，病因是福氏痢疾杆菌（Salmonella fexneri），这株细菌来自一位妇女，她长期使用抗生素控制大肠杆菌引起的尿路感染。该福氏痢疾杆菌从大肠杆菌的质粒里获得了抗药基因。
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现在，耐药细菌的清单越来越长，而且越来越可怕。由于耐药质粒的传播，法国约有20%的肺炎球菌现在都可以耐受红霉素。在南美洲，某些霍乱弧菌已对之前有效的五种药呈现出耐药性。阿莫西林对30%～50%的致病性大肠杆菌已经有效。看来，我们与红色皇后的赛跑，很难保持现有的名次了。
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最危险的事情也许在于，在纽约城所有的结核案例中，1/3以上的病原菌耐受一种抗生素，而3%的新病例和7%的复发病中的病原菌则耐受两种或更多的抗生素。受耐药结核菌感染致病的病人中，只有50%的生存希望。这是与抗生素发明之前同样严峻的情况！结核病仍然是发展中国家里最常见的感染病之一，它占了成人死亡率的25%和全部死亡率的6.7%。1985年以前，美国结核病的发病率稳步下降，然而1985年至今却回升了18%。病例中约有一半是因为艾滋病引起的免疫缺陷，另一半是因为接触传染源和耐药性菌株的机会增多。
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耐药细菌的日趋增多是人们最熟悉，也最了解的一种病原菌演化。自从20世纪50年代首次发现细菌耐药性以来，科学家进行了大量的55研究，并确立了不少重要的结论。
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