［免疫学概览］获得性免疫系统

niwanmao

几乎 99%的动物都只需要自然屏障和先天免疫系统就足以保其安全,但对 于脊椎动物(例如人类),还将有第三道防卫体系——获得性免疫系统。这个实际上能够使我们获得保护的防卫系统几乎能抵御所有的入侵病原体。


有关为什么需要这一特殊防御层次的观点多种多样。有人认为,这是因为脊椎动物太过于复杂,亦可能是因为其后代太少。甚至还有人认为获得性免疫系统是为了保护我们不受肿瘤的侵害,但我个人不同意这一观点,肿瘤更像是由生育 后代后经历其他疾病的进化压力和衰老而导致的疾病。所以,获得性免疫不像是为了对付肿瘤而进化产生的,而它更像是为了保护我们和其他脊椎动物免受病毒的侵害,因为,正如你将看到的,先天免疫系统并不足以有效针对病毒的侵害。

获得性免疫存在的第一个线索来自于18世纪90年代,当时爱德华.詹纳开始给英国人种痘来预防天花病毒。那个时候,天花曾是一个严重的公共卫生问题。成千上万的人死于该病,还有更多的人因此毁容。詹纳注意到挤奶女工经常感染上一种称为牛痘的疾病,她们手上出现了类似于天花病毒引起的脓疱,然而詹纳发现挤奶女工患牛痘之后,就再也不会感染上天花。因此,詹纳决定做一个大胆的实验,他从一挤奶女工所患的牛痘病变处收集了一些脓性分泌物,并将此接种于一名叫James Phipps的小男孩体内。随后,当Phipps再次接种从天花病人的痘疱中收集的脓性分泌物时,他居然没有被感染。在拉丁语中,“Vacca”的意思是牛,由此我们得到“vaccine(疫苗)”这一词。历史通过这一事件使爱德华.詹纳成为了英雄,但我以为在那个时候真正的英雄 是那个小男孩。试想一想,当一个大个子男人手持一只针管和一管脓液向你走近时,会是什么样的感觉。虽然今天是不会有这样的事了,但无论如何我们还是应该感谢詹纳这个试验的成功,因为它为我们开辟了一条免疫接种的道路,从而挽救了无数人的生命。

但应该强调的是,预防天花的疫苗接种仅仅能够保护机体抗击天花病毒或与 其非常相近的病毒(如牛痘病毒)的感染。Phipps仍然可能患腮腺炎、麻疹以及其他的疾病,这就是获得性免疫系统的典型特征——它所获得的抵抗力仅针对 特异的入侵病原体。

最终,免疫学家确定了对抗天花的免疫力是由于循环于免疫个体血液中的一类特定蛋白,这类蛋白被命名为抗体,而诱导这些抗体产生的物质则被称为抗原。在上述例子中,抗原就是牛痘病毒。下面的示意图中表明了原型抗体,免疫球蛋白G(IgG)的基本结构。



如图中所示,一个 IgG 抗体分子是由两对不同的蛋白组成——重链和轻链。 由于这个特定的结构,每个抗体都具有两个特定的“手臂”(Fab 区域),它们可 以结合抗原,在血液中,IgG 占所有抗体的 75%,另外还有 4 种其他类型的抗体,即 IgA、IgD、IgE 和 IgM。所有这些抗体都是由B细胞产生,B细胞是一类白细胞,其源于骨髓,然后成熟为被称为“浆细胞”的“抗体工厂”。

除了能以其手臂结合抗原外,抗体分子的恒定区域(Fc)——“尾”——能够 与受体(Fc 受体)结合,这些受体存在于诸如巨噬细胞之类的细胞表面。实际 上,抗体的 Fc 区的特异性结构决定了抗体的类型(如 IgG、IgA 等)、其在免疫 系统中将结合的细胞以及其发挥的功能。

每一个抗体结合一个特定的抗原,因此,要能够结合众多各不相同的抗原, 就需要许多的各不相同的抗体,那么如果我们要利用抗体保护机体免受可能面临的每一种入侵者的侵袭,我们需要多少种不同的抗体呢?对此,免疫学家做过粗略的估计,其结果是需要一亿个抗体分子。因为抗体分子中结合抗原的部位是由一个重链和一个轻链组成,这就意味着需要10000 个不同的重链分子和 10000 个不同的轻链分子混合匹配,才能在理论上得到一亿个不同的抗体分子。但是人类细胞中总共仅有40000个基因,如果每个重链和每个轻链都需要不同的基因来编码,那么一半的基因将用于制造抗体分子,这可能吗?瞧,我们已经遇到大问题了。

明天继续聊聊咱们哺乳动物如何解决这个大难题。

［本文内容摘自 L.松佩拉克 的《免疫学概览 》，仅供学习研究］