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免疫系统概述

作者: Peter J. Delves, PhD, Professor of Immunology, Division of Infection & Immunity, Faculty of Medical Sciences, University College London, London, UK

免疫系统旨在让身体防御外来或危险入侵者。这类入侵者包括

  • 微生物(常称作细菌,例如细菌、病毒和真菌)

  • 寄生体(例如蠕虫)

  • 癌细胞

  • 甚至移植的器官和组织( 免疫系统概述 : 作用机制

为了让身体防御这些入侵者,免疫系统必须能够区分

  • 什么属于体内(自我)

  • 什么属于体外(非自我或外来)

任何被认为是非自身的物质,特别是被认为是危险的(例如,如果可以致病),都会刺激机体的免疫反应。这类物质称为抗原。

抗原可以含于细菌、病毒、其他微生物或恶癌细胞内部或其表面上。抗原亦可存在于自身——例如,食物分子或花粉。正常免疫反应包括识别可能有害的外来抗原,激活和动员力量来防御,并对之攻击。如果免疫功能失常或者把自身误认为是非自身,它就可以攻击机体自身组织,导致自身免疫病,诸如类风湿性关节炎、甲状腺炎或系统性红斑狼疮(狼疮)。

下列情况时,免疫系统的疾病发生:

  • 机体产生对自身的免疫反应(自身免疫病—见 自身免疫性疾病)。

  • 机体不能对正在入侵的微生物产生适当的免疫反应(免疫缺陷病—见 免疫缺陷病概述)。

  • 对往往无害的外来抗原的过度免疫反应损伤正常组织(过敏反应—见 过敏反应概述)。

防线

机体有一系列防线。防线包括物理屏障、白细胞和抗体及其他化学物质。

物理屏障

抵抗入侵者的第一道防线是机械或物理屏障:

  • 皮肤

  • 眼睛的角膜

  • 呼吸道、消化道、泌尿道和生殖道黏膜

只要这些屏障保持完整,许多侵入者无法进入机体。如果屏障被破坏——例如,大面积烧伤损害了皮肤——感染风险增加。

另外,这些屏障还通过分泌可以破坏细菌的酶来防御机体。例如汗液、眼睛的泪液、呼吸道和消化道的黏液以及阴道分泌物。

细胞

下一道防线涉及穿过血流并进入组织、寻找并攻击微生物及其他入侵者的白细胞。

这层防御具有两个组成部分:

  • 天然免疫

  • 获得性免疫

先天性(天然)免疫天然免疫)不需要事先遇到微生物或其他入侵者以有效发挥作用。它对侵入者立刻产生反应,不需要学习识别过程。几种类型的白细胞参与这个过程:

  • 吞噬细胞吞噬侵入者。吞噬细胞包括巨噬细胞、中性粒细胞、单核细胞和树状细胞。

  • 形成天然杀伤细胞,它们随时待命识别并杀伤癌细胞和遭某些病毒感染细胞。

  • 有些白细胞释放参与炎症反应和过敏反应的物质,如组胺。这些细胞常作用于自身破坏侵入者。

获得性(适应性或特异性)免疫获得性免疫)中,淋巴细胞(B细胞和T细胞)遇到入侵者,学习如何攻击它,并且记住特定入侵者,从而它们可以在下一次遇到这种入侵者时甚至更有效地攻击它。因为在首次遇到新的侵入者时淋巴细胞必须学习,特异性免疫需要一定时间才能形成。之后,反应非常迅速。B细胞和T细胞一起破坏侵入者。为了能够识别入侵者,T细胞需要来自称作抗原呈递细胞(例如树状细胞— T细胞怎样识别抗原)的细胞帮助。这些细胞吞噬侵入者,并将其破坏为碎片。

免疫物质

固有免疫和获得性免疫相互作用,直接或者通过趋化或活化其他免疫系统细胞(作为防御中动员过程中的一部分)的物质而互相影响( 活化和运动)。这些分子包括

这些物质不在细胞中,而是溶解于体液(诸如血浆)中。

某些这种分子,包括一些细胞因子,促进炎症。

因为这些分子吸引免疫系统细胞至患病组织,所以炎症发生。为了辅助这些细胞到达组织,身体向组织运送更多血液。为了运输更多血液至组织,血管扩张并且变得更通透,从而允许更多液体和细胞离开血管并进入组织。炎症因此总是造成发红、发热和肿胀。炎症的目的是局限感染,避免播散。然后免疫系统产生的其他物质帮助炎症缓解以及受损组织愈合。尽管炎症很麻烦,但是它说明免疫系统在发挥作用。然而,过度或长期(慢性)的炎症可能有害。

免疫器官

除了全身散布的细胞外,免疫系统还包括几种器官。这些器官被分为初级和次级淋巴器官。

初级淋巴器官是白细胞产生和/或增殖的场所:

  • 骨髓产生全部不同类型的白细胞,包括中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、单核细胞、B细胞和发育成T细胞的细胞(T细胞前体)。

  • 胸腺中,T细胞增殖并接受训练以识别外来抗原并忽略身体自身抗原。T细胞对获得性免疫至关重要。

当需要防卫机体时,白细胞动员,主要从骨髓动员。然后进入血流并行进到所需部位。

淋巴系统:. 帮助机体抵御感染

淋巴系统是免疫系统的重要组成部分,包括胸腺、骨髓、脾脏、扁桃体、阑尾和小肠的Peyer小结。

淋巴系统是通过淋巴管连接的淋巴结网络,它将淋巴液输送到全身。这个系统运输淋巴液遍及全身。

淋巴液从经毛细血管薄壁渗入身体组织的液体形成。这种液体含有氧、蛋白质和滋养组织的其他营养物质。这些液体部分返回毛细血管,部分进入淋巴管(成为淋巴液)。小的淋巴管连接到大的淋巴管,并最终形成胸导管。胸导管是最大的淋巴管。它汇入锁骨下静脉,将淋巴液回流入血流。

这些液体还将组织中的异物(诸如细菌)、恶性肿瘤细胞、以及坏死或受损的细胞运输到淋巴管。淋巴液还含有很多白细胞。

所有淋巴液输送的物质至少经过一个淋巴结,在淋巴结里这些异物被过滤和破坏,以避免进入血流。在淋巴结里,白细胞可以聚集,和抗原相互作用,并产生对异物的免疫反应。淋巴结中紧密堆积了B细胞、T细胞、树突状细胞和巨噬细胞。有害的微生物从中滤过,被B细胞和T细胞识别并攻击。

淋巴结常常在淋巴管分叉处簇集,诸如颈部、腋窝和腹股沟。

淋巴系统:. 帮助机体抵御感染
淋巴系统:. 帮助机体抵御感染

次级淋巴样器官包括

  • 淋巴结

  • 扁桃体

  • 阑尾

  • 小肠的Peyer结

这些器官捕获微生物和其他异物,并提供免疫系统成熟细胞聚集的场所,互相之间及与异物之间交互作用,产生特异的免疫反应。

淋巴结分布于机体各部,由广泛的淋巴管网络连接在一起,淋巴管发挥免疫系统的循环系统作用。淋巴系统将微生物、其他异物、恶性肿瘤细胞和死亡或受损的细胞从组织运送到淋巴结(过滤并破坏这些物质和细胞),然后回流到血流。然后,滤过的淋巴液返回血流。

淋巴结是癌细胞可能向其扩散的首批位置之一。因此,医生往往检查淋巴结以判断恶性肿瘤有无扩散。淋巴结的恶性肿瘤细胞可以导致淋巴结肿大。由于对于感染的免疫反应也在淋巴结发生,感染后淋巴结也可以肿大。有时,被携带到淋巴结的细菌并没有被杀灭,而导致了淋巴结的感染(淋巴结炎)。

你知道吗……

  • 淋巴结含有其中滤除并销毁有害微生物和死细胞或受损细胞的组织网络。

作用机制

针对入侵者的成功免疫反应要求

  • 识别

  • 活化和运动

  • 调控

  • 消散

识别

为了能够破坏入侵者,首先免疫系统必须识别它们。也就是说,免疫系统必须能够鉴别其为外来,而非自身。免疫系统可以进行这种识别的缘由是所有细胞表面都有特征性的分子。因为微生物表面上的识别分子为外来而被识别。

在人群中,最重要的自我身份分子称作

  • 人白细胞抗原 (HLA) 或主要组织相容性复合体 (MHC)

HLA分子之所以被称为抗原是因为它们可以激发其他人的免疫反应(正常情况下,它们不会激发自体的免疫反应)。几乎每个人都会有其独特的人类白细胞抗原组合。每个人的免疫系统都会正常识别自身的独特的抗原组合。所有表面分子与自体不同的细胞被识别为外来的。免疫系统会攻击此类细胞。这种细胞可能是微生物、移植组织的细胞或者被侵入微生物感染或者恶性肿瘤改变的细胞。(HLA分子就是某人需要器官移植时医生尽力匹配的那些分子)。

某些白细胞—B细胞(B淋巴细胞)—可以直接识别入侵者。但是其他—T细胞(T淋巴细胞)—需要来自称作抗原呈递细胞的细胞帮助:

  • 抗原呈递细胞吞噬侵入者,并将其分解成片段。

  • 抗原呈递细胞随后将入侵者的抗原片段与细胞自身的HLA分子组合。

  • 抗原片段和HLA分子组合物移至细胞的表面。

  • 在其表面具有匹配性受体的T细胞可以结合至呈递抗原片段的HLA分子的一部分,如钥匙配锁那样。

  • T细胞随后被激活并且开始与具有这种抗原的入侵者战斗。

T细胞怎样识别抗原

T细胞是免疫监视系统的一部分。它们穿行于血液和淋巴系统中。当到达淋巴结或其他次级淋巴器官时,它们寻找机体的外来物质(抗原)。然而,如果抗原没有被其他白细胞(抗原呈递细胞)处理和呈递,T细胞就不能识别抗原。抗原呈递细胞包括树突状细胞(最有效的抗原呈递细胞)、巨噬细胞和B细胞。

T细胞怎样识别抗原
T细胞怎样识别抗原

活化和运动

当白细胞识别入侵者后会被激活。例如,当抗原呈递细胞将结合于HLA的抗原片段呈递给T细胞,T细胞接触这个片段而被激活。B细胞可以直接被入侵者激活。一旦激活,白细胞吞噬或杀伤入侵者。通常需要不止一种白细胞来杀伤入侵者。

免疫细胞,诸如巨噬细胞和活化的T细胞,可以释放某些物质趋化其他免疫细胞到达作用部位,动员防御反应。入侵者本身也可以释放物质趋化免疫细胞。

调控

免疫系统必须受到调控以避免过度损害机体。调控(抑制)T细胞通过分泌抑制免疫反应的细胞因子(免疫系统的化学信使)来控制免疫反应。这些细胞防止免疫反应无限持续。

消散

消散包括限制入侵者并从身体消除它。入侵者被清除后,多数白细胞自我破坏并被吞噬。那些备用的细胞称作记忆细胞。机体会保留记忆细胞,后者是获得性免疫的一部分,会记忆特异入侵者,如果再次入侵会产生更强烈的反应。

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