一、粘膜系统
绝大部分的病原体入侵都发生在这些内外交界之处,包括从口腔一直到肛门的消化道,还有通向和外界进行交换的“洞穴系统”的多分支管道。
黏膜的免疫系统必须小心行事,被激活后要尽量把免疫反应限制在最必要的范围内。但同时,黏膜又是身体最薄弱的地方,免疫系统必须要能发挥保护作用,不能太过散漫。真是非常棘手。
针对入侵的第一项反制措施,就是把黏膜变成不适合危险微生物生存的死亡之地。为此,黏膜动用了一系列不同的防御系统。
第一道防线就是它本身的黏液层,与外界进行物质交换的通道表面上都有黏液
首先它是一道阻止外敌入侵的物理屏障
其次充满了有盐,有可以溶解微生物外部结构的酶,还有一些特殊的物质能耗尽细菌赖以为生的关键营养,从而饿死细菌,都富含杀伤力强大的IgA抗体等
黏液层不仅能为你抵御外敌,还能让你免受自身的伤害。比如,胃黏膜就是一层屏障,能保护胃壁细胞,令其不与胃酸接触。
黏液也不是静止不动的,它可以移动。黏膜表面是一层名为“上皮细胞”的特殊细胞,它的细胞膜上覆盖着形如发丝的纤毛,这种微小的细胞器聚在一起,连成大片的网。上皮细胞的任务之一,就是借助细胞膜上的纤毛让黏液流动。
上皮细胞也是一层防御,它们特别擅长激活免疫系统,以及释放特殊的细胞因子以请求支援。
二、肠道免疫
首先,肠道免疫系统是一个半封闭系统,它会试图和身体其他部位免疫系统保持一定的界线。
肠道黏膜有三层。先是黏液层,内含大量抗体、防御素和其他一些能杀伤或杀灭细菌的蛋白质。肠道的黏液层很薄,且要有一定的通透性,好让食物中的营养物质通过
黏液层之下是肠道上皮细胞,它们是人体内外之间的真正屏障。
共生细菌突破防护墙的情况每时每刻都在发生,所以上皮细胞下面还有第三层,“固有层”,这里是肠道免疫系统的大本营。在紧贴着黏膜表面的固有层之内,有特殊的巨噬细胞、B细胞和树突状细胞随时待命,等着收拾那些不速之客。
若非有绝对的必要,免疫系统会极力避免引发炎症,因为炎症会让肠道产生大量多余的液体,造成腹泻。腹泻不仅会使大便呈水样,还会损伤负责从食物中吸收营养的、敏感纤薄的上皮层,并迅速导致重度脱水。
人体和人体免疫系统就明白要谨慎对待肠道炎症。因此,守卫肠道的巨噬细胞有两个特点:一、很擅长吞噬细菌;二、不会释放召集中性粒细胞进而引发炎症的细胞因子。这里的巨噬细胞更像是无声的杀手,不慌不忙地吃掉越界的细菌,不会大呼小叫。
肠道的树突状细胞也很特别。大量树突状细胞直接待在上皮细胞下面,将长触手从上皮细胞之间挤过去,直接伸入肠道黏液。这样,它们就能对不安分的调皮鬼,即想侵入体内的细菌,不断进行采样。
采样是共生细菌时,树突状细胞会让肠道免疫系统保持冷静,不要为这些细菌携带的抗原而烦恼。除此以外,肠道还有特殊的B细胞,它们只生成大量的IgA,这些抗体特别适合在黏液中工作,简直就是为肠道的环境而设的:IgA可以穿过上皮细胞的屏障,大量进入黏膜层;它们也不会激活补体系统,不会引发炎症,这两点对肠道来说都很重要。
IgA还有别的长处:它们有四只钳子,伸向两个相反的方向,这让它很擅长抓住两种不同的细菌,并把它们粘在一起。于是,大量IgA可以把无法反抗的细菌黏成大团,这些菌团会成为粪便的一部分,被排出体外。
三、病毒
病毒是最简单的能自我复制的生物,病毒只是个壳子,里面装着少许几条遗传编码和一些蛋白分子而已。它们完全依赖其他真正的生物而“活”
病毒太基本、太简单了,不可能主动去做任何事。它们其实就是飘在环境中的微粒,完全靠运气等着撞到倒霉的宿主身上。
病毒专为寄生而存在,为了自己的繁荣昌盛,病毒要做的就是钻进细胞内部。为达到这一目的,它们利用了一个所有细胞共有、生物绝无可能护卫周全的弱点:它们攻击受体。
病毒的外壳上长着特殊的蛋白质刺突,可以和宿主细胞表面的某类受体结合。这意味着病毒不是任何细胞都能黏附,这些细胞必须有它们可以黏附的受体才行。可以说,每个病毒上都有许多不同的蛋白拼图块,它只能和恰好有匹配受体的细胞结合。
病毒不会攻击所有细胞,它有专长,专门攻击特定的猎物。
病毒感染目标细胞后,会无声无息地接管细胞。不同种类病毒感染的机制有很大差异,不过大体上是病毒把遗传物质注入宿主细胞内,让宿主细胞不再生成细胞自身的东西,转而开始生产大量的病毒。有些病毒并不会导致宿主细胞死亡,而是把它变成持续制造活体病毒的工厂;另一些病毒则会迅速将宿主细胞消耗殆尽。
有了外壳的病毒会通过出芽的方式离开宿主细胞,也就是说它会“掐下”一点细胞膜,作为自己的另一重保护壳。还有的病毒会导致感染细胞解体,释放出细胞内容物,这其中就包括细胞被“洗脑”后制造的大量新病毒,这些病毒随后会去感染更多的细胞。
致病的病毒非常擅长躲避免疫系统,因为它们有绝招:繁殖得无比快。这也意味着,没有什么变异或突变能快过病毒。
总的来说,生物发生不利突变的概率比有利突变要高。不过病毒不在乎:它有着惊人的增殖率,每个增殖周期生成的病毒数量也极大,因此,在每个被感染的细胞中,几千次病毒突变中出现一个大大有利于该病毒生存的突变,概率都相当高。这是老式的演化策略:蛮力尝试,撞对为止。但特别有效
病毒个头更小,自身没有新陈代谢,不会释放化学废物供免疫细胞识别,所以比细菌更难发现。在病毒的生命周期里,它大部分时间都藏在细胞之内,并努力操纵被感染的细胞,好骗免疫系统卸下防备。病毒的变化比细菌快得多,一个病毒一天之内就能变成上万个,实现指数级增长。致病病毒可是极度危险的敌人。
大部分致病病毒的主要入侵点:呼吸道黏膜。这合情合理,因为我们前面已经简单讲过,对想要入侵人体细胞的病毒来说,皮肤实在不是个好地方,这里有层层的死细胞堆叠出的屏障。相反,如果是肺部的黏膜,病毒要进入就“比较”容易——这并不是说“绝对”容易。和皮肤一样,呼吸道黏膜也有强大的防御力量。
四、呼吸道粘膜
肺部的免疫系统必须更谨慎,不能太粗暴。它必须演化成一套平衡的系统:既能赶跑入侵者、清除污染,同时又不能阻碍气体交换。
鼻腔是呼吸系统的第一道防线。鼻子里有大型过滤装置——鼻毛——它们尽管不能阻挡太小的东西,但可以把较大的异物,如大颗的灰尘、花粉等挡在外面。另外,和其他黏膜一样,呼吸道表面也有一层黏液,打喷嚏的时候会一下子喷出来。
肺泡表面不能有黏液,在肺的最深处,同时也是最脆弱的地方,仅仅有一层上皮细胞,把身体内部和外界隔开。它暴露在外,是各种病原体的完美目标。
为了守护肺泡,这里生活着一种非常特殊的巨噬细胞:肺泡巨噬细胞。它的主要职责就是在肺部巡逻,清理垃圾。大多数的残骸和其他有害物质都被上呼吸道黏膜困住了,但还是有一些抵达了下呼吸道。肺泡巨噬细胞非常沉着冷静,和皮肤上的巨噬细胞相比,要激活它们可难得多。在呼吸道,它们会下调中性粒细胞等免疫细胞的敏感度,让免疫系统更平和。更重要的是,肺泡巨噬细胞会缓和所有的炎症。
斗争的第一步,是细胞要能意识到自己遭到了袭击。因为黏膜上的上皮细胞是病毒入侵的主要目标,它们其实早有防备。它们也拥有能识别特定结构的受体,可以识别病毒一类敌人的最常见形状,上皮细胞也有一些不同的受体,可以扫描自己的内部,看看有没有危险信号。
当身体面临着病毒感染的巨大挑战。先天性免疫系统对付病毒远不像对付细菌那样厉害。所以病毒感染(或是被能躲进细胞的细菌感染)时,身体急需适应性免疫系统的援助,来赢得清除感染的机会。但我们已经知道了,适应性免疫系统反应很慢,需要几天的时间才能苏醒;考虑到病毒惊人的增殖速度,这种情况可不是我们想看到的。所以,在严重病毒感染时,先天性免疫系统就要和被感染的细胞一起争取世上最宝贵的东西:时间。它们必须减慢感染的速度,尽可能阻止病毒向更多的细胞扩散。
细胞是怎么做到的:发动化学战。
一旦某个细胞发现自己被病毒感染,它马上就会朝周围的细胞和免疫系统紧急释放出一系列细胞因子。细胞因子就是激活并指挥免疫系统的分子
细胞会释放许多不同的细胞因子,它们功用各异,而这里我们要重点介绍一类非常特殊的因子:“干扰素”。顾名思义,它们是干扰病毒的细胞因子。
可以把干扰素想象成回荡在大街小巷的警示,它呼吁大家锁好大门,再用家具顶住,窗户也要用木板钉上,防备敌军的袭击。干扰素等于是“准备迎接病毒来袭”的确定信号。
细胞活动的第一批剧变中,包括暂停蛋白的生产。每时每刻,细胞都在回收和重建细胞内部构件和材料,确保蛋白的形状和功能都正常。而有些干扰素会让细胞休息,减缓新蛋白的合成。细胞如果不再大量合成蛋白,那么在已被感染的情况下就也不会合成大量病毒蛋白。所以通过让细胞慢下来,干扰素就可以明显减慢病毒的合成。
干扰素不太可能独力消灭感染,但它们也不用这样做。它们只要让周围的细胞对病毒的抵抗力大大增强,从而减慢病毒的复制就行了。有时,这样就可以很有效地阻止病毒感染扩散,身体甚至都不会有任何感觉
在细胞受体的帮助下,上皮细胞发现自己已经被病毒感染。为了警告其他细胞并赢得时间,它们会释放名为“干扰素”的细胞因子。细胞识别出这些干扰素后,就会停止合成蛋白质,延缓感染的进展。
总结:在细胞受体的帮助下,上皮细胞发现自己已经被病毒感染。为了警告其他细胞并赢得时间,它们会释放名为“干扰素”的细胞因子。细胞识别出这些干扰素后,就会停止合成蛋白质,延缓感染的进展。
浆细胞样树突状细胞
些特殊细胞会随血液流动,或是驻扎在淋巴网络中,专门扫描病毒的指征——平民细胞释放的报警干扰素或直接是体液中的病毒颗粒。不管是哪种情况,只要发现了病毒感染的迹象,它们就会活化,转变为化学“水”电厂,释放出大量的干扰素,这些干扰素不仅会使细胞启动抗病毒模式(停止合成蛋白质等),还会使免疫系统活化并做好应战的准备
在感染事件中,最严重的损害往往是免疫系统本身造成的,流感时也不例外。你即将经历的痛苦,都会是免疫系统拼命阻止病毒对肺部的野蛮入侵而带来的。
战线已经从上呼吸道延伸到了下呼吸道,战场上一片忙乱。本地的巨噬细胞忙着清理死去的上皮细胞,吞噬碰到的病毒颗粒,同时释放细胞因子,呼叫支援,引发更多的炎症反应。
中性粒细胞也加入了战斗,而它们的存在好坏参半(病毒感染时,中性粒细胞究竟是真的有用,还是只会造成不必要的损害,这一点免疫学家们仍在研究,尚无共识)。中性粒细胞似乎不能有效抵抗病毒,所以它们的作用主要是间接的:它们无所顾忌,可以增强炎症水平。
先天性免疫系统提供背景信息、做出重大决策的一般性作用,在这里再次表现了出来:免疫细胞意识到它们面对的是病毒感染,需要更大规模的援助,于是释放出另一组细胞因子:“热原质”。
大致解释,热原质就是“产生热的物质”,这个名字非常贴切。简单地说,热原质就是引起“发热”的化学物质。发热是系统性的全身反应,它会形成不利于病原体生活的环境,让免疫细胞能更有力地战斗。发热也会促使人卧床休息,保存能量,给身体和免疫系统修复和抵抗感染的时间。
热原质有着厉害的起效方式:它们直接影响大脑,给大脑下命令。你可能听过“血脑屏障”,它是精巧的结构,能阻止大多数细胞和物质(当然也包括病原体)进入脆弱的脑组织,保护大脑免受损伤和干扰。不过大脑中有些部位的血脑屏障,可以让热原质一定程度上通过。热原质进入脑内,会和神经细胞发生作用,引发复杂的连锁反应,改变人体的内在恒温设定,从而升高体温。
而大脑会通过两种主要方式升高体温:一种产热方式是让人打寒战,即让肌肉会快速收缩,同时产生热作为副产物;另一种是让体表的血管收缩,减少皮肤的热量散失,从而保持热量。
要消灭大量病毒,最好的办法是杀死感染的细胞,这样同时就消灭了里面的病毒。我们可以好好想想,这是何等大事。免疫系统需要有能力杀死自体细胞,即有权置你于死地。可以想见,免疫系统拥有多么危险的能力,又负有多么重大的责任:只需想一下,要是免疫细胞出了错,决定杀死正常的组织和器官,会怎么样。事实上,的确有这种情况,每天都有几百万人正遭受着自身免疫性疾病的折磨那么,免疫系统是怎样做到既杀死感染细胞,又不造成巨大破坏的呢
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