第一章免疫系統簡介.png

導讀

我們生活在一個微生物占主導地位的世界，其中許多微生物會造成危害(Box 1.1)。免疫系統是人體抵御微生物入侵的主要防御系統。本章將簡要介紹人體免疫系統的主要組成部分，它們的作用，以及它們如何完成宿主防御的作用。
您將在后面章節所讀到上圖所示內容。免疫系統由先天的和適應性的免疫組成。先天免疫系統是人體的第一道防線，它利用非特異性細胞(如吞噬細胞)和分子(如補體成分)來試圖消滅入侵的病原體。本章首先介紹了先天免疫及其特點，接下來介紹適應性免疫系統使用的抗原特異性機制，其中包括抗原識別分子和特定的淋巴細胞組。本章還向讀者介紹了調節免疫反應可以幫助我們確保人們的健康的重要方式-例如，通過接種疫苗-以及由免疫系統的“故障”引起的疾病，如自身免疫。

一、先天免疫

人體已進化出阻止微生物進入的天然屏障(見第20章)。例如，皮膚和粘膜就是先天免疫系統的一部分。如果這些屏障被破壞，比如割傷之后，微生物和潛在的病原體就會進入人體，并開始在溫暖、營養豐富的系統、組織和器官中迅速繁殖。
外來微生物通過皮膚傷口進入人體后首先發生的就是吞噬性白細胞如巨噬細胞的聚集(Fig 1.1)，它們會在幾分鐘內聚集在一起，并且開始攻擊入侵的外來微生物(見第21章)。隨后，具有趨化、吞噬和殺菌作用的中性粒細胞被招募到感染區域。這些吞噬細胞攜帶有一種叫做模式識別受體的分子，可以識別到細菌和其他病原體表面常見的結構從而發揮吞噬作用，將微生物攝取入細胞內進行降解，是機體抵御外來微生物入侵的基本防御機制(見第21章)。

fig.1.1人單核細胞來源的巨噬細胞所包吞噬的活的M1T1鏈球菌(綠色)，通過共聚焦拍攝，通過細菌活性染色進行評估。(摘自Beyond the traditional immune response).png

血清中的各種其他蛋白成分，包括補體成分(見第20章)，可與入侵者結合并促進其吞噬作用，從而限制感染源。其他被稱為干擾素的小分子可通過先天免疫系統調節病毒感染的早期反應(第20章)。
先天免疫系統通常足以消滅入侵的微生物，如果它不能迅速清除感染，它就會激活適應性或獲得性免疫反應。在此過程中，被稱為細胞因子的信使分子介導了這兩個系統之間的聯系，干擾素則是細胞因子家族的一部分(第24章)。

二、適應性免疫

適應性免疫防御系統的效應細胞也是白細胞、T和B淋巴細胞(見第2、12、14和15章)。適應性免疫系統的B和T細胞通常處于靜止狀態，但它們在遇到抗原時會被激活(第2章和第11章)。大多數抗原來自入侵的病原體，但適應性免疫系統出現問題時，抗原可以是無害的外來物質（如過敏），甚至可以是源自自身的分子（如自身免疫）。適應性免疫反應非常有效，但需要7到10天才能完全動員起來。適應性免疫應答的一個非常重要的方面是產生應答特異性的分子機制。
免疫系統是作為一個整體來區分自我和非我的。它能夠通過預測這些外來抗原和創造不同的抗原受體或抗原識別分子庫來應對抗原結構的巨大多樣性。這些受體結合外來抗原分子結構的小區域上（表位，見第6、7、8、14和15章中將描述不同抗原識別分子的遺傳機制）。免疫系統使用這些抗原受體的幾種情況：B細胞抗原受體、T細胞抗原受體和主要組織相容性復合體(MHC)的抗原結合區。所有脊椎動物似乎都有MHC，人類的MHC基因稱為人類白細胞抗原(HLA)基因，其產物稱為HLA分子(見第8章)。
除了B細胞上的抗原受體，抗體在血液中也被發現是可溶性的抗原識別分子(免疫球蛋白或抗體)。B細胞和T細胞表面的抗原受體都是呈克隆性分布的(Fig 1.2 B細胞產生抗體示意圖)，這意味著在每個淋巴細胞上都發現了一個獨特的抗原受體。當外來抗原進入人體時，它最終會與具有匹配受體的淋巴細胞相遇，然后這種淋巴細胞就會發生分裂。如果是B細胞，子代B細胞克隆就會產生大量的可溶性抗體。如果是T細胞，在其表面帶有適當受體的特異性效應細胞就會發生大量擴增。不同類型的特殊T細胞，如輔助T性細胞(TH)，是在各種特定的情況下產生的(見第16章)。TH1 T細胞通常是在病毒感染時產生，TH2 T細胞是在蠕蟲感染時產生，TH17細胞則是在真菌和胞外細菌感染時產生。

Fig 1.2B細胞的克隆性選擇.png

B細胞和T細胞抗原受體在一個非常重要區別：B細胞抗原受體可以直接與抗原相互作用，而T細胞抗原受體只有當抗原通過MHC分子呈遞到另一個細胞的表面時才能識別抗原發生相互作用(見第2、7和8章)。

除了識別非自身抗原，免疫系統還識別某些疾病過程引起的自我改變-例如，在腫瘤細胞上發現的修飾過的自身抗原—— 一旦被識別，就可能消滅腫瘤細胞(Fig. 1.3；第35章)。識別未改變的自身抗原的能力如果不受控制，則可以導致自身免疫性疾病，如某些類型的糖尿病(見第28章)。幸運的是，適應性免疫系統包含許多機制來確保沒有改變的自身抗原被耐受，從而確保在大多數人中不會出現自身免疫性疾病(見第18章)。

Fig. 1.3 T細胞(藍色)和腫瘤細胞(紅色)結合的掃描電鏡照片。(From BSIP Lecaque and the Science Photo Library.).png

適應性免疫反應的一個極重要的特征是，它可以記錄以前與微生物(或抗原)相遇的記憶。這是通過接種減毒形式的病原體來預防疾病的基礎(Box 1.2)，但這也是保護身體免受再次感染的方式。例如，我們經常接觸流感病毒(Box 1.3)，當我們再次遇到相同的抗原型流感病毒，甚至是抗原性相似(即交叉反應)的流感病毒，反應會更快、幅度更大，感染就會受到限制或預防。不幸的是，由于流感病毒是一類能夠從根本上改變其遺傳結構(和抗原組成)的生物體之一，所以新病毒總是存在而導致新的感染。Table1.1中總結了先天免疫系統和獲得性免疫系統的幾個總體特征。

Table1.1 先天免疫與適應性免疫的特征比較.jpg

三、免疫學的應用及意義

與宿主防御系統知識進步相關的醫學成就包括：通過接種傳染病疫苗改善公共衛生(Box 1.2)(見第25章)；成功的器官移植，如腎臟和心臟移植(Box 1.4)(見第8、34章)；減輕免疫系統遺傳缺陷的治療(見第32章)；控制過敏癥狀(見第27章)或超敏反應(見第26、29、31章)；包括制造具有精確特異性的抗體(單克隆抗體)的在內的各種技術的發展，已被應用于從懷孕測試到治療癌癥的各種領域(見第36章)。
免疫系統相關知識對我們理解和治療感染均具有重要作用，因此值得所有醫學院研究。此外，免疫系統的研究在癌癥的免疫治療或一些自身免疫性疾病(如糖尿病、類風濕性關節炎和多發性硬化癥)的治療具有一定的潛力，這些都是需要醫生強烈關注的領域。

四、補充：

4.1 BOX 1.1 微生物的世界

新生嬰兒離開子宮的安全環境，暴露于各種有害細菌，病毒，真菌，原生動物和蠕蟲環境中。生命的第一年是最危險的，大多數死亡是由感染引起的。在接下來的5年中，這個嬰兒死于感染的機會為八分之一。最大的威脅來自水傳播細菌引起嚴重腹瀉的。麻疹病毒通過呼吸道感染，發展中國家每20名兒童中的1名就是被這種病毒殺死。真菌能夠侵入孩子的粘膜。此外，孩子還會遇到通過昆蟲叮咬和蠕蟲傳播的原生動物，這些昆蟲和蠕蟲可以鉆入皮膚。
保護兒童免受如此廣泛感染的系統的本質是什么？Figure1.4顯示即使在鄰近國家，兒童死亡率（生命第一年的死亡）也大不相同。我們的免疫學知識能否通過疫苗接種等簡單的公共衛生措施來降低嬰兒死亡率？

Fig 1.4 嬰兒出生第一年的死亡率.jpg

4.2 BOX 1.2 年輕的黃疸患者

一名醫科學生在被一個受感染患者的針扎傷后感染了乙型肝炎病毒(HBV)。HBV還通過性傳播，母嬰傳播；在發展中國家，它是成人死亡的主要原因。乙肝病毒在肝臟中繁殖。對HBV的免疫反應會產生T細胞，在大多數患者中，T細胞可以清除病毒。然而，在一些個體中這種病毒持續存在，T細胞導致肝細胞受損，從而導致炎癥(肝炎)、肝硬化，甚至癌癥(肝癌)。
然而，HBV感染是可以預防的。近年來，肝癌已不再是世界上某些地區的難點問題。這是通過接種預防乙肝病毒傳播的疫苗實現的。這些疫苗通過刺激B細胞發揮作用，接受刺激后的B細胞可產生針對病毒的抗體。

Fig 1.5 黃疸.png

4.3 BOX 1.3 打噴嚏的男子

大家都知道流感是什么樣子，大多數人每隔幾年就會感染一次。近年來，約200名感染者中約有1人死于流感。1918年，一場流感疫情奪走了全球4000多萬人的生命。當你讀完這本書時，你應該能夠回答這樣的問題：“為什么我們不能建立對流感的終身免疫力？”“為什么流感病毒等傳染病的爆發會如此致命？”“我們可以做些什么來保護人們免受流感的侵襲呢？”鑒于對可能的禽流感大流行的擔憂，重要的是你能回答這樣的問題：“為什么目前的流感疫苗不能保護人們免受禽流感等病毒的侵襲？”

Fig 1.6 打噴嚏傳播流感病毒.png

4.4 BOX 1.4 腎衰竭的人

一名男子患有不可逆轉的腎衰竭。他必須接受每周三次的透析。因此，他無法工作，他的人際關系也因他經常生病而破裂。他最近意識到，他的治療費用每年超過4萬美元。
每年都有幾千人死于車禍，其中的許多人都有非常健康的腎臟，可以移植到這個患者身上。他想知道為什么他要等這么久才能做移植手術。他還擔心移植后需要服用的藥物，因為他聽說這些藥物會抑制他的免疫系統，使他容易受到某些感染。你能回答他有關治療的問題嗎？

Fig 1.7 患者因腎衰竭接受透析.png

參考書籍：《Immunology for Medical Students》
轉載：Oncolab實驗室微信公眾號