［免疫学概览］先天免疫系统

niwanmao

                                                                                                                                                我们机体防卫病原体入侵的第一道防线就是由物理屏障组成的。虽然我们倾向于认为皮肤是机体的主要屏障,但其覆盖的面积只有2平方米。相反,由黏膜所覆盖的消化道、呼吸道、生殖道等,其覆盖面积达到400平方米,这一巨大范围亦是机体的重要屏障。对于病毒、细菌以及寄生虫等病原体,它们对机体的感染依赖于越过这些物理屏障。

任何这类的外部入侵病原体,当其越过皮肤或黏膜的屏障后,都要面对我们先天免疫系统。免疫学家称此为先天是因为这一防卫似乎是所有动物天生都具有的。这一先天系统的工作机制是十分惊人的。
假设你刚刚洗完一个热水澡,当你走出浴缸跨到地板上时,一片碎木屑扎进了你的脚趾,而那个木片上正好有许多细菌,那么在几个小时内,你就会发现脚趾上的这个被木屑扎的部位开始红肿,这表明,你的免疫系统已经开始工作了。
在你的组织中正游动着一群群白细胞帮助你抗击细菌的进攻。对我们而言,组织看似完整的固体，与之相比较我们是这么大,但对一个细胞来说,组织则像一块巨大的海棉,其内的孔洞可以让单个细胞在其中自由地移动。巨噬细胞是存在于组织中的一种防御细胞,也是先天免疫系统中最著名的角色,当一个细菌进入机体组织细胞时,巨噬细胞就是这个细菌所见到的最后一个细胞。

下图就是一个巨噬细胞正在吞噬细菌的电子显微镜照片。



你肯定注意到巨噬细胞并不是坐等细菌主动送上门来。对,巨噬细胞是主动去抓住细菌的。因为细菌以及其他入侵病原体能够释放化学信号对巨噬细胞产生引导作用。当遇到细菌时,巨噬细胞首先是由一个称为“吞噬体”袋(小泡)吞噬细菌,这个小泡随后被转入巨噬细胞内部,并与另一个称为溶酶体的小泡融合,后者含有很强的化学物质和酶,它们能够破坏细菌。这整个过程就称为吞噬作用,下面的图示可以说明这一连续的过程。



你也许会问,为什么这个细胞要称为巨噬细胞呢?我们知道“巨(macro)”意为很大,巨噬细胞显然就是一个很大的细胞。“噬(phage)”源自希腊文,其意为“吃”。因此,巨噬细胞就是一个大的猎食者。事实上,除了抵抗入侵者,巨噬细胞的功能还包括了收集组织内的垃圾,它几乎能吞噬所有的机体废物。免疫学家利用它的这个好胃口,让巨噬细胞吞进一些铁屑,然后就可以用一个小磁铁,将巨噬细胞从细胞混合物中分离出来,这的确很有用。


那么,巨噬细胞是从哪里来的呢?事实上,机体内的巨噬细胞和所有的血细胞都是在骨髓中产生的。在那里,它们来自一种能够自我更新的称之为“干细胞”的潜能细胞,干细胞可以形成所有的血细胞。这里的自我更新意为当一个干细胞生长至一定程度并分裂为两个子细胞时,它遵循“一个给你,一个给我”的原则,从而使其中的一个子细胞可以变回为干细胞,而另外一个则可以继续变为成熟的血细胞,而当后一个子细胞成熟时,它必须选择分化成不同类型的血细胞。当然,如你所想,这种选择并非随机的,而是在严格的控制之下做出的,以保证机体具有充足的各种必需血细胞。下图表示了一些不同的细胞由干细胞分化而来。




巨噬细胞最早存在于骨髓,当其第一次离开骨髓并进入血液时,它们被称为单核细胞。在任何时间,在机体内都有大约 20 亿个。这类年轻的“巨噬细胞”循环于血液中,也许听起来有些悚然,但对它们的存在,你应该感到高兴。如果没有它们的存在,机体将有很大的麻烦。通常,单核细胞在血液中的寿命平均是 3天,在这段时间里,这些细胞可以运动至毛细血管壁的内皮细胞之间的裂缝。通过在这些卵圆形的细胞之间伸出“伪足”,单核细胞可以离开血液进入组织,并在其中成熟为巨噬细胞。一旦进入组织中,巨噬细胞就到处收集机体内的垃圾,等待机体在受伤感染病原体时履行其功能。

当巨噬细胞吞噬细菌后就释放出一些化学物质,这些化学物质可以增加流至伤口附近的血流量,导致组织发红;一些化学物质还引起血管壁细胞的收缩,使得毛细血管会向组织中渗出液体,从而导致局部的肿胀。另外,巨噬细胞释放的化学物质还会刺激伤口周围组织中的神经,递送痛觉信号至你的大脑,提醒你的局部有不正常的现象出现。

在对付细菌的战斗中,巨噬细胞还能产生称为细胞因子的蛋白质进行免疫系统不同细胞之间的相互交流。一些细胞因子可以诱导正在伤口附近毛细血管中游动的其他巨噬细胞和免疫细胞,使它们移出血液循环参加对抗正在增多的细菌。

因此,由于先天免疫系统驱除入侵者的抗击战斗,使得你的感染局部很快产生强
烈的炎症反应。


可想而知,对机体而言这是一项伟大的策略。由于机体巨大的面积需要防卫,因此应配备足够的“哨兵(巨噬细胞)”以巡查可能的入侵者。当这些哨兵发现了敌人,它们就送回信号,召集更多的防御者聚集到伤口部位,这些巨噬细胞能够在援兵到来之前尽其所能阻止入侵者。因为先天免疫反应中的成分如巨噬细胞,都已能够程序化地识别许多最常见的入侵病原,所以机体的先天免疫反应是如此之快,以至于整场战斗在短短数天内就可以结束。这就是为什么下周六的晚上,受伤的脚趾已完好如初,你也就可以再次泡热水澡了。

当然,在先天免疫系统中还有其他的成分,例如,与巨噬细胞一样能吞噬入侵者的其他细胞;先天免疫系统还包括补体蛋白,它们可以在细菌细胞壁上打孔;以及更加神秘的自然杀伤细胞。自然杀伤细胞能够破坏被细菌、寄生虫和病毒感染的细胞,甚至癌细胞。其神秘之处就在于它们是如何知道其所要杀灭的对象的。



［本文内容摘自 L.松佩拉克 的《免疫学概览 》，仅供学习研究］