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人的免疫系统如何防御病原微生物入侵?
2023-09-08 17:10:32
作者:于霞丽
作者单位:北京市疾病预防控制中心免疫预防所

我们生存的环境中存在大量病原微生物——病毒、细菌、真菌、寄生虫等。如果外界的微生物入侵人体,机体将如何应对?会由哪一个系统负责?通过怎样的机制?会造成什么结果?在与传染病长期的斗争中,人们认识到了免疫系统,就是这个神奇的系统在我们体内日夜不停的协同工作,以保护我们免受病原体的持续威胁。而大多数时候,我们并不知道他们在工作。今天我们就来认识一下这群无声无息、默默守护着我们健康的免疫系统。

“免疫”一词来源于拉丁文immunitas,原意指免除赋税或徭役,在免疫学中引申为免除瘟疫,指的是机体免疫系统识别“自我”与“非我”物质,并通过免疫应答排除抗原性异物,以维持机体生理平衡的功能。人体的免疫系统具有三大职能,分别是免疫防御、免疫监视和免疫自稳。免疫防御的对象就是是外部环境中的病原微生物。病毒、细菌、真菌、寄生虫等病原微生物进入人体后,就会诱导机体的免疫系统产生免疫应答,发挥防御功能以抵抗病原微生物的入侵。

当病原微生物感染人体后,首先遇到的是免疫家族的第一道防线——免疫屏障,如人体的皮肤、呼吸道和消化道的黏膜、血脑屏障以及孕妇保护胎儿的胎盘屏障,这些生理解剖学结构形成机体抵御病原微生物入侵的第一道防线。第一道防线是非特异性的,因为它对进入机体的物质没有选择性。然而这一道防线并非万无一失,病原体很有可能突破屏障作用进入人体。当它们进入时,免疫系统有各种应对方法。假如它们突破了你的第一道防线,第二道防线——炎症反应开始启动。比如你使用剪刀的时候不小心划伤了手指,这个刀片上有一些细菌,这个刀片对手指的初始损伤会导致炎症反应的发生。肥大细胞开始释放一种叫组胺的物质,结果是这将导致血管扩张,毛细血管通透性增强。血管的扩张和通透性增加使得许多类型的白细胞(例如某些类型的巨噬细胞)更容易到达该区域。巨噬细胞做巨噬细胞最擅长的事情,它们吞噬消灭病原体。此外,机体还有一个补体系统。补体系统并不像它听起来的样子,它可以帮助或补充免疫系统的作用。在这种情况下,补体因子的释放可以进一步将巨噬细胞吸引到该区域更加高效的吞噬病原体。当所有这些信号停止时,受损区域基本可以恢复正常,病原体大部分已经被清除。

然而这也是一种非特异性反应,谁知道那个刀片上会有什么样的细菌或病毒?所以这又把我们带到第三道防线——特异性免疫。因为第一道和第二道防线可能不足以控制病原体,机体将进入一种称为适应性免疫的阶段,这是针对病原体的特异性反应。这种特异性反应分为两种类型:一种是由细胞介导的免疫反应称为细胞免疫;二是体液免疫。细胞免疫涉及到细胞毒性T细胞,细胞毒性T细胞是一种白细胞,具有破坏已被病原体感染的细胞的能力。它通过释放导致受感染细胞进行凋亡的信号来实现这一点,这是一种自我毁灭。它可以释放一种叫做穿孔素的蛋白质,这种蛋白质会在细胞膜上打孔,这会导致水和离子流入其中,并破坏细胞。当被病原体感染的细胞被破坏时,这也会破坏病原体,或者这可能意味着病原体至少不能再在受感染的细胞内复制。问题是,要使这种反应起作用,就必须刺激细胞毒性T细胞。刺激细胞毒性T细胞可能意味着受感染的细胞需要呈递来自感染它的病原体的抗原。受感染的细胞在其自身的细胞膜上呈递抗原,这有点像受感染的细胞举起一面旗帜表示说,嘿,我被感染了。这会激活细胞毒性T细胞,并释放导致受感染细胞进行凋亡的信号。但还有另一种刺激细胞毒性T细胞的方法。前面已经提过巨噬细胞能够吞噬病原体,当它们这样做时,来自病原体的抗原会被转移到巨噬细胞的表面,被一种称为T辅助细胞的白细胞结合。这样巨噬细胞会释放化学信号,导致T辅助细胞释放化学信号,然后刺激细胞毒性T细胞。细胞毒性T细胞将寻找受感染的细胞,以便阻止感染,并且它们还可以继续放大免疫反应。这就是简化的细胞免疫反应。在这里,我们提到过辅助T细胞,它们可是大帮手,因为它们不仅有助于细胞介导的免疫反应,而且还有助于体液免疫反应。那么体液免疫反应中会发生什么呢?在一种情况下,巨噬细胞吞噬了病原体,并且在其细胞膜表面再次展示病原体的抗原。然后它结合一个辅助T细胞,这种辅助T细胞还可以刺激一种称为B细胞的白细胞。B细胞是具有制造抗体的能力的白细胞。抗体是蛋白质,他们往往呈Y字形。抗体有一个抗原结合区,在那里他们结合特定病原体的抗原。抗体会在血液中发现,但在唾液、母乳等中也可以发现许多抗体。并且抗体有许多不同的类型,比如IgM抗体出现在病原体感染后的急性期,而IgG抗体是长期免疫的标志,IgA抗体出现在黏膜部位。抗体具有很强的特异性,当抗体与抗原结合时,他们可以通过影响抗原移动、繁殖或造成伤害的能力来灭活病原体。因此激活B细胞导致产生这些抗体,这是体液免疫反应的一部分。虽然B细胞可以被T辅助细胞激活,但是,它们也可以被它们可能接触的游离抗原本身激活。

现在我们注意一下,在体液和细胞介导的反应中,都有记忆细胞。有记忆B细胞和记忆T细胞。这些细胞对它们所接触的抗原保持“记忆”。记忆B细胞可以再次活化增殖产生抗体,记忆T细胞可以再次活化成细胞毒性T细胞,这些T细胞会追踪受感染的细胞。保持记忆的能力非常重要,这也是疫苗的用武之地。疫苗可以引入灭活或非常弱的病原体,这意味着身体本身不会感染疾病,但会启动免疫反应。通过发起免疫反应,最终产生记忆免疫细胞。如果将来遇到这种病原体,记忆细胞就会参与发起有效的攻击。

某一天你醒来后突然发现伤口已经愈合了,除了浅浅的红色疤痕什么也没有留下,你完全不知道你的细胞经历了什么。对于你来说,整个过程只不过有点烦人罢了,可对于你身体里百万个细胞来说,这是一场抛开一切的生死搏斗,但这只是每天发生在你身体里史诗故事的开始。

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