第一章免疫系统简介.png

导读

我们生活在一个微生物占主导地位的世界，其中许多微生物会造成危害(Box 1.1)。免疫系统是人体抵御微生物入侵的主要防御系统。本章将简要介绍人体免疫系统的主要组成部分，它们的作用，以及它们如何完成宿主防御的作用。
您将在后面章节所读到上图所示内容。免疫系统由先天的和适应性的免疫组成。先天免疫系统是人体的第一道防线，它利用非特异性细胞(如吞噬细胞)和分子(如补体成分)来试图消灭入侵的病原体。本章首先介绍了先天免疫及其特点，接下来介绍适应性免疫系统使用的抗原特异性机制，其中包括抗原识别分子和特定的淋巴细胞组。本章还向读者介绍了调节免疫反应可以帮助我们确保人们的健康的重要方式-例如，通过接种疫苗-以及由免疫系统的“故障”引起的疾病，如自身免疫。

一、先天免疫

人体已进化出阻止微生物进入的天然屏障(见第20章)。例如，皮肤和粘膜就是先天免疫系统的一部分。如果这些屏障被破坏，比如割伤之后，微生物和潜在的病原体就会进入人体，并开始在温暖、营养丰富的系统、组织和器官中迅速繁殖。
外来微生物通过皮肤伤口进入人体后首先发生的就是吞噬性白细胞如巨噬细胞的聚集(Fig 1.1)，它们会在几分钟内聚集在一起，并且开始攻击入侵的外来微生物(见第21章)。随后，具有趋化、吞噬和杀菌作用的中性粒细胞被招募到感染区域。这些吞噬细胞携带有一种叫做模式识别受体的分子，可以识别到细菌和其他病原体表面常见的结构从而发挥吞噬作用，将微生物摄取入细胞内进行降解，是机体抵御外来微生物入侵的基本防御机制(见第21章)。

fig.1.1人单核细胞来源的巨噬细胞所包吞噬的活的M1T1链球菌(绿色)，通过共聚焦拍摄，通过细菌活性染色进行评估。(摘自Beyond the traditional immune response).png

血清中的各种其他蛋白成分，包括补体成分(见第20章)，可与入侵者结合并促进其吞噬作用，从而限制感染源。其他被称为干扰素的小分子可通过先天免疫系统调节病毒感染的早期反应(第20章)。
先天免疫系统通常足以消灭入侵的微生物，如果它不能迅速清除感染，它就会激活适应性或获得性免疫反应。在此过程中，被称为细胞因子的信使分子介导了这两个系统之间的联系，干扰素则是细胞因子家族的一部分(第24章)。

二、适应性免疫

适应性免疫防御系统的效应细胞也是白细胞、T和B淋巴细胞(见第2、12、14和15章)。适应性免疫系统的B和T细胞通常处于静止状态，但它们在遇到抗原时会被激活(第2章和第11章)。大多数抗原来自入侵的病原体，但适应性免疫系统出现问题时，抗原可以是无害的外来物质（如过敏），甚至可以是源自自身的分子（如自身免疫）。适应性免疫反应非常有效，但需要7到10天才能完全动员起来。适应性免疫应答的一个非常重要的方面是产生应答特异性的分子机制。
免疫系统是作为一个整体来区分自我和非我的。它能够通过预测这些外来抗原和创造不同的抗原受体或抗原识别分子库来应对抗原结构的巨大多样性。这些受体结合外来抗原分子结构的小区域上（表位，见第6、7、8、14和15章中将描述不同抗原识别分子的遗传机制）。免疫系统使用这些抗原受体的几种情况：B细胞抗原受体、T细胞抗原受体和主要组织相容性复合体(MHC)的抗原结合区。所有脊椎动物似乎都有MHC，人类的MHC基因称为人类白细胞抗原(HLA)基因，其产物称为HLA分子(见第8章)。
除了B细胞上的抗原受体，抗体在血液中也被发现是可溶性的抗原识别分子(免疫球蛋白或抗体)。B细胞和T细胞表面的抗原受体都是呈克隆性分布的(Fig 1.2 B细胞产生抗体示意图)，这意味着在每个淋巴细胞上都发现了一个独特的抗原受体。当外来抗原进入人体时，它最终会与具有匹配受体的淋巴细胞相遇，然后这种淋巴细胞就会发生分裂。如果是B细胞，子代B细胞克隆就会产生大量的可溶性抗体。如果是T细胞，在其表面带有适当受体的特异性效应细胞就会发生大量扩增。不同类型的特殊T细胞，如辅助T性细胞(TH)，是在各种特定的情况下产生的(见第16章)。TH1 T细胞通常是在病毒感染时产生，TH2 T细胞是在蠕虫感染时产生，TH17细胞则是在真菌和胞外细菌感染时产生。

Fig 1.2B细胞的克隆性选择.png

B细胞和T细胞抗原受体在一个非常重要区别：B细胞抗原受体可以直接与抗原相互作用，而T细胞抗原受体只有当抗原通过MHC分子呈递到另一个细胞的表面时才能识别抗原发生相互作用(见第2、7和8章)。

除了识别非自身抗原，免疫系统还识别某些疾病过程引起的自我改变-例如，在肿瘤细胞上发现的修饰过的自身抗原—— 一旦被识别，就可能消灭肿瘤细胞(Fig. 1.3；第35章)。识别未改变的自身抗原的能力如果不受控制，则可以导致自身免疫性疾病，如某些类型的糖尿病(见第28章)。幸运的是，适应性免疫系统包含许多机制来确保没有改变的自身抗原被耐受，从而确保在大多数人中不会出现自身免疫性疾病(见第18章)。

Fig. 1.3 T细胞(蓝色)和肿瘤细胞(红色)结合的扫描电镜照片。(From BSIP Lecaque and the Science Photo Library.).png

适应性免疫反应的一个极重要的特征是，它可以记录以前与微生物(或抗原)相遇的记忆。这是通过接种减毒形式的病原体来预防疾病的基础(Box 1.2)，但这也是保护身体免受再次感染的方式。例如，我们经常接触流感病毒(Box 1.3)，当我们再次遇到相同的抗原型流感病毒，甚至是抗原性相似(即交叉反应)的流感病毒，反应会更快、幅度更大，感染就会受到限制或预防。不幸的是，由于流感病毒是一类能够从根本上改变其遗传结构(和抗原组成)的生物体之一，所以新病毒总是存在而导致新的感染。Table1.1中总结了先天免疫系统和获得性免疫系统的几个总体特征。

Table1.1 先天免疫与适应性免疫的特征比较.jpg

三、免疫学的应用及意义

与宿主防御系统知识进步相关的医学成就包括：通过接种传染病疫苗改善公共卫生(Box 1.2)(见第25章)；成功的器官移植，如肾脏和心脏移植(Box 1.4)(见第8、34章)；减轻免疫系统遗传缺陷的治疗(见第32章)；控制过敏症状(见第27章)或超敏反应(见第26、29、31章)；包括制造具有精确特异性的抗体(单克隆抗体)的在内的各种技术的发展，已被应用于从怀孕测试到治疗癌症的各种领域(见第36章)。
免疫系统相关知识对我们理解和治疗感染均具有重要作用，因此值得所有医学院研究。此外，免疫系统的研究在癌症的免疫治疗或一些自身免疫性疾病(如糖尿病、类风湿性关节炎和多发性硬化症)的治疗具有一定的潜力，这些都是需要医生强烈关注的领域。

四、补充：

4.1 BOX 1.1 微生物的世界

新生婴儿离开子宫的安全环境，暴露于各种有害细菌，病毒，真菌，原生动物和蠕虫环境中。生命的第一年是最危险的，大多数死亡是由感染引起的。在接下来的5年中，这个婴儿死于感染的机会为八分之一。最大的威胁来自水传播细菌引起严重腹泻的。麻疹病毒通过呼吸道感染，发展中国家每20名儿童中的1名就是被这种病毒杀死。真菌能够侵入孩子的粘膜。此外，孩子还会遇到通过昆虫叮咬和蠕虫传播的原生动物，这些昆虫和蠕虫可以钻入皮肤。
保护儿童免受如此广泛感染的系统的本质是什么？Figure1.4显示即使在邻近国家，儿童死亡率（生命第一年的死亡）也大不相同。我们的免疫学知识能否通过疫苗接种等简单的公共卫生措施来降低婴儿死亡率？

Fig 1.4 婴儿出生第一年的死亡率.jpg

4.2 BOX 1.2 年轻的黄疸患者

一名医科学生在被一个受感染患者的针扎伤后感染了乙型肝炎病毒(HBV)。HBV还通过性传播，母婴传播；在发展中国家，它是成人死亡的主要原因。乙肝病毒在肝脏中繁殖。对HBV的免疫反应会产生T细胞，在大多数患者中，T细胞可以清除病毒。然而，在一些个体中这种病毒持续存在，T细胞导致肝细胞受损，从而导致炎症(肝炎)、肝硬化，甚至癌症(肝癌)。
然而，HBV感染是可以预防的。近年来，肝癌已不再是世界上某些地区的难点问题。这是通过接种预防乙肝病毒传播的疫苗实现的。这些疫苗通过刺激B细胞发挥作用，接受刺激后的B细胞可产生针对病毒的抗体。

Fig 1.5 黄疸.png

4.3 BOX 1.3 打喷嚏的男子

大家都知道流感是什么样子，大多数人每隔几年就会感染一次。近年来，约200名感染者中约有1人死于流感。1918年，一场流感疫情夺走了全球4000多万人的生命。当你读完这本书时，你应该能够回答这样的问题：“为什么我们不能建立对流感的终身免疫力？”“为什么流感病毒等传染病的爆发会如此致命？”“我们可以做些什么来保护人们免受流感的侵袭呢？”鉴于对可能的禽流感大流行的担忧，重要的是你能回答这样的问题：“为什么目前的流感疫苗不能保护人们免受禽流感等病毒的侵袭？”

Fig 1.6 打喷嚏传播流感病毒.png

4.4 BOX 1.4 肾衰竭的人

一名男子患有不可逆转的肾衰竭。他必须接受每周三次的透析。因此，他无法工作，他的人际关系也因他经常生病而破裂。他最近意识到，他的治疗费用每年超过4万美元。
每年都有几千人死于车祸，其中的许多人都有非常健康的肾脏，可以移植到这个患者身上。他想知道为什么他要等这么久才能做移植手术。他还担心移植后需要服用的药物，因为他听说这些药物会抑制他的免疫系统，使他容易受到某些感染。你能回答他有关治疗的问题吗？

Fig 1.7 患者因肾衰竭接受透析.png

参考书籍：《Immunology for Medical Students》
转载：Oncolab实验室微信公众号