默沙东 诊疗手册

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免疫系统概述

作者:

Peter J. Delves

, PhD, University College London, London, UK

最后一次全面审校 4月 2020| 内容末次修改日期 4月 2020
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小知识
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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

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)

抗原:任何免疫系统可以识别并刺激免疫反应的物质。如果抗原被认为是危险的(例如,如果可以致病),则它们会刺激机体的免疫反应。抗原可以含于细菌、病毒、其他微生物、寄生生物或癌细胞内部或其表面上。抗原亦可独立存在———例如,食物分子或花粉。

正常免疫反应包括以下内容:

  • 识别潜在有害的外来抗原

  • 激活和动员部队抵御它

  • 攻击它

  • 控制并结束攻击

如果免疫系统功能失常或者把自身误认为是非自身,它可能攻击机体自身组织,导致自身免疫性疾病,诸如类风湿性关节炎桥本甲状腺炎系统性红斑狼疮(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)。

  • 机体对往往无害的外来抗原产生过度免疫反应并损伤正常组织(过敏反应)。

免疫系统组成部分

免疫系统有许多组成部分:

抗体(免疫球蛋白)是由称为B细胞的白细胞产生的蛋白,可以与入侵者抗原紧密结合,标记入侵者进行攻击或直接将其中和。机体产生数以千计不同种类的抗体。每种抗体对特定抗原具有特异性。

抗原是任何免疫系统可以识别并刺激免疫反应的物质。

B细胞(B淋巴细胞)是一种白细胞,可以产生抗体,对刺激其生成的抗原具有特异性。

嗜碱性粒细胞是一种白细胞,它可以释放组胺(一种参与过敏反应的物质),并可以产生一些物质吸引其他白细胞(中性粒细胞和嗜酸性粒细胞)到达需要的部位。

细胞是生物体的最小单位,由细胞核、细胞质和外覆的细胞膜组成。

趋化是化学物质吸引细胞到达特异位点的过程。

补体系统由一组蛋白质组成,它们参与防御机体的一系列反应(称为补体级联),例如杀伤细菌和其他外来细胞,使外来细胞更容易被巨噬细胞识别和吞噬,吸引巨噬细胞和中性粒细胞到达需要的部位。

细胞因子是由免疫细胞和其他细胞分泌的多种不同的蛋白,作为免疫系统的信使,帮助调节免疫反应。

树突状细胞来源于白细胞。它们位于组织中,帮助T细胞识别外来抗原。

嗜酸性粒细胞是一种白细胞,可杀伤细菌,杀伤过大不能被吞噬的其他外来细胞,帮助固定和杀伤寄生生物,帮助破坏癌细胞。嗜酸性粒细胞也参与过敏反应。

辅助性T细胞是一种白血细胞,帮助B细胞产生针对外来抗原的抗体,帮助杀伤性T细胞变得活跃并刺激巨噬细胞,使其能够更有效地吞噬感染或异常细胞。

组织相容性(字面上,组织的相容性)由人类白细胞抗原(自我识别分子)决定。组织相容性用于判断移植的组织或器官是否会被受者接受。

人类白细胞抗原(HLA)是一组位于细胞表面的识别分子,每个生物体都是独特的,使机体可以识别是否为自身。这组识别分子也称为主要组织相容性复合物。

免疫复合物为与抗原结合的抗体。

免疫反应为免疫系统对于抗原做出的反应。

免疫球蛋白是抗体的另一个名称。

白细胞介素是某些白细胞分泌的可影响其他白细胞的一种信使(细胞因子)。

杀伤(细胞毒性)T细胞是可附着受感染细胞和癌细胞并将之杀死的T细胞。

白细胞类别有单核细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞或淋巴细胞(B细胞或T细胞)。

淋巴系统是由淋巴管连接的淋巴结网络,有助于机体运输微生物和死亡或受损的细胞,从而将其过滤并破坏。获得性免疫反应在淋巴结中启动。

淋巴细胞是一种白细胞,负责特异性免疫,包括产生抗体(通过B细胞)、鉴别自身与非自身(通过T细胞)以及杀伤被感染的细胞和癌细胞(恶性肿瘤细胞杀伤T细胞)。

巨噬细胞是从称为单核细胞的白细胞发育而来的大细胞。它们吞噬细菌和其他外来细胞,并帮助T细胞识别微生物和其他异物。巨噬细胞通常存在于肺、皮肤、肝脏和其他组织中。

主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex, MHC)是人类白细胞抗原的同义词。

肥大细胞是组织内细胞,释放组胺和其他参与炎症和过敏反应的物质。

分子是一组化学结合的原子,形成独特的物质。

自然杀伤细胞是一种白细胞类型,能够杀伤异常细胞,例如某些被感染的细胞和癌细胞,而不需要先得知细胞是异常的。

中性粒细胞是一种白细胞,可以吞噬和杀伤细菌和其他外来细胞。

吞噬细胞是一种吞噬、杀伤或破坏侵入的微生物、其他细胞和细胞碎片的细胞。吞噬细胞包括中性粒细胞和巨噬细胞。

吞噬是细胞吞噬侵入的微生物、其他细胞或细胞碎片的过程。

受体是细胞表面或者细胞内部的一种分子,只允许与之准确相合(像钥匙和锁的相合一样)的分子和它结合。

调节(抑制)T细胞是帮助终止免疫反应的一种白细胞。

T细胞(T淋巴细胞)是参与获得性免疫的白细胞。有三种类型:辅助性、杀伤性(细胞毒性)和调节性。

白细胞(白细胞)存在于多种不同类型中,如单核细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞和淋巴细胞(B细胞和T细胞),其中每一种都在免疫系统中具有不同的作用。

防线

机体有一系列防线。防线包括

  • 物理屏障

  • 白细胞

  • 抗体和补体蛋白等分子

  • 淋巴器官

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,许多入侵者无法进入机体。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。

白细胞

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:

  • 先天免疫

  • 获得性免疫

先天(自然)免疫力 先天是指一个人生来就有的东西。先天免疫不需要先前接触微生物或其他入侵者即可有效发挥。它对入侵者立刻产生反应,不需要学习识别过程。几种类型的白细胞参与这个过程:

获得性(适应性或特异性)免疫 在获得性免疫中,称为淋巴细胞(B细胞T细胞)的白细胞接触入侵者,学习如何攻击它们,并记忆特异的入侵者,从而在下次接触入侵者时可以更有效地攻击。因为在首次遇到新的入侵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细胞一起破坏入侵者。为了能够识别入侵者,T细胞需要抗原呈递细胞(例如树突状细胞—见图T细胞如何识别抗原)的帮助。这些细胞吞噬入侵者,并将其破坏为碎片。

免疫物质

先天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。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。

淋巴器官

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。

Lymphatic System: Helping Defend Against Infection

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 集合淋巴小结。

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。这个系统将淋巴液运输至全身。

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。

淋巴液还将组织中的异物(诸如细菌)、癌细胞、以及坏死或受损的细胞运输到淋巴管和淋巴结以进行处理。淋巴液还含有很多白细胞。

淋巴液输送的所有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。

Lymphatic System: Helping Defend Against Infection

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(淋巴系统)连接在一起。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。感染后淋巴结也会肿大,因为在淋巴结中会产生对感染的获得性免疫反应。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)。

Did You Know...

  • 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识别分子(抗原)。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人体细胞。(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:

  • 抗原呈递细胞吞噬入侵者,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。

How T Cells Recognize Antigens

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。

How T Cells Recognize Antigens

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如自身免疫性疾病中所发生的过度损害机体。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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