The immune system

免疫系统（第11章）：人体终极防御部队

欢迎来到生物学中最令人兴奋且复杂的课题之一：免疫系统！
本章将带你深入了解身体如何抵御细菌、病毒和真菌等微小入侵者。理解免疫对于掌握传染病、疫苗接种及现代医疗手段等概念至关重要。
如果一开始觉得细胞名称有些绕口，别担心——我们会将这一复杂的系统拆解为两条清晰的防线：快速的非特异性反应，以及训练有素的特异性反应。让我们开始吧！

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11.1 免疫系统：非特异性防御（第一响应者）

抵御病原体的第一道防线通常被称为非特异性或先天性免疫系统。该系统能够即刻发挥作用，以相同的方式处理所有外来威胁。其中涉及的主要细胞是吞噬细胞。

吞噬细胞的作用方式

吞噬细胞就像你身体里的“清洁工”。它们的工作就是字面意义上的“吃掉”病原体。你需要掌握的两大主要类型是巨噬细胞和中性粒细胞。

逐步解析：吞噬细胞如何工作（吞噬作用）

1. 趋化性： 受损细胞或病原体本身会释放化学信号，将吞噬细胞吸引到感染部位。
2. 黏附： 吞噬细胞识别并附着在病原体上（通常由表面蛋白辅助完成）。
3. 吞入： 吞噬细胞伸出细胞质包裹病原体，将其封闭在一个名为吞噬体的囊泡内。
4. 消化： 吞噬体与溶酶体（含有溶菌酶等强效消化酶）融合。生成的结构被称为吞噬溶酶体。
5. 清除： 酶分解病原体。无害的分解产物被吸收，废物则通过胞吐作用排出。

小比喻： 想象一下“吃豆人”（吞噬细胞）追逐豆子（病原体），吞下它们（吞噬体），并在肚子里（溶酶体）把它们消化掉。

抗原：身份标签

特异性免疫系统若要发挥作用，必须知道谁是敌人。这种识别依赖于抗原。

抗原是指任何通常存在于细胞表面、能够触发免疫反应的分子，通常为蛋白质或糖蛋白（参见第4.1.3节）。

1. 自体抗原： 存在于你自己身体细胞表面的抗原。正常情况下，免疫系统会被训练以忽略这些物质。
2. 非自体抗原： 存在于病原体、移植组织或癌细胞表面的外来抗原。这些会触发免疫反应。

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11.1 免疫系统：特异性防御（适应性反应）

当吞噬作用不足以应对时，特异性或适应性免疫系统就会启动。这种反应最初较慢，但极为有效，因为它针对特定的抗原。其中的关键细胞是淋巴细胞，主要分为两组：

• B淋巴细胞（B细胞） – 负责体液免疫（抗体产生）。
• T淋巴细胞（T细胞） – 负责细胞免疫（摧毁感染细胞）。

初次免疫反应过程

这是身体首次接触特定病原体。事件序列复杂，但你可以将其视为一场协调一致的军事行动：

第一阶段：检测与呈递

1. 巨噬细胞吞噬病原体： 巨噬细胞对病原体进行吞噬。
2. 抗原呈递： 巨噬细胞不会直接丢弃残余物，而是提取病原体的特定抗原并将其展示在自身细胞膜表面。此时，该巨噬细胞成为抗原呈递细胞（APC）。

第二阶段：激活与克隆选择

3. 辅助性T细胞激活： 具有与所呈递抗原互补受体的特定辅助性T细胞（T_H细胞）与APC结合。这种结合会激活辅助性T细胞。
4. 辅助性T细胞的克隆扩增： 激活的辅助性T细胞迅速分裂（有丝分裂），产生大量相同的辅助性T细胞克隆。
5. B淋巴细胞激活（克隆选择）： 与此同时，表面具有与抗原互补抗体的特定B淋巴细胞直接与病原体结合（或受激活的辅助性T细胞刺激）。这一选择过程称为克隆选择。

第三阶段：行动与清除

6. B细胞分化： 被选中的B淋巴细胞迅速分裂（克隆扩增）并分化为两类细胞：

• 浆细胞： 这是抗体制造工厂。它们产生并分泌大量的特定抗体（蛋白质）进入血液和组织液。
• 记忆B细胞： 这些细胞提供长期保护（见下一节）。

7. 杀伤性T细胞激活： 辅助性T细胞还会激活杀伤性T细胞（T_K细胞）。这些杀伤性T细胞通过释放毒素，专门搜寻并摧毁已被病原体感染的身体细胞（如病毒感染的细胞）。
8. 病原体清除： 抗体与抗原结合，中和病原体或标记其以便吞噬细胞将其消灭。感染由此得到清除。

记忆辅助： 把T细胞记作“经理”，把B细胞记作“炸弹制造者”。

再次免疫反应与长期免疫

初次反应需要时间（通常为数天），因为必须找到、选择并克隆正确的B细胞。然而，如果相同的病原体再次入侵，反应会显著得更快、更强。

记忆细胞的作用： 在初次反应中，部分B淋巴细胞和T淋巴细胞分化为记忆细胞。
当身体第二次遇到相同的非自体抗原时：

• 记忆细胞能立即识别抗原。
• 它们进行快速的克隆扩增和分化（比初次反应快得多）。
• 它们能更快地产生更高浓度的抗体。

这种迅速且压倒性的反应会在疾病症状出现前就消灭病原体，从而提供长期免疫。

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11.2 抗体与疫苗接种

1. 抗体的结构与功能

抗体是Y形的、大型的可溶性蛋白质（球蛋白），被称为免疫球蛋白。

分子结构：

• 由四条多肽链组成：两条长重链和两条短轻链。
• 这些链通过二硫键（一种共价键）连接在一起。
• 结构包含恒定区（C）和可变区（V）。
• 位于“Y”字型末端的可变区形成了抗原结合位点。该位点的形状高度特异，且与特定的抗原互补。

功能（结构与功能的联系）：
由于抗体是双价的（有两个结合位点），它可以同时结合两个不同的抗原，从而导致几种结果：
1. 凝集作用（聚集成团）： 抗体将多个病原体结合在一起，形成大的团块。这些团块太大而无法感染细胞，且很容易被吞噬细胞吞噬和消灭。
2. 中和作用： 抗体直接结合病原体或毒素上的毒性位点，阻止它们进入或损害宿主细胞。

2. 单克隆抗体（MABS）

有时，我们需要在体外获得大量单一、高度特异的抗体供医疗使用。这些被称为单克隆抗体。

杂交瘤法概要

单克隆抗体通过杂交瘤法生产。该技术将抗体生成细胞与癌细胞融合：
1. 给小鼠（或其他动物）注射所需的抗原以刺激特定的初次免疫反应，使B淋巴细胞产生抗体。
2. 从该动物的脾脏中收集这些特定的B淋巴细胞。
3. 将这些B细胞与骨髓瘤细胞（癌变浆细胞，可无限分裂）融合。
4. 融合后的细胞称为杂交瘤。杂交瘤细胞具备两个重要特征：能产生所需的特定抗体（来自B细胞），且能无限复制（来自骨髓瘤细胞）。
5. 这些杂交瘤细胞在培养基中进行大规模培养，以生产大量相同的单克隆抗体。

单克隆抗体的应用原则

由于其高度特异性，单克隆抗体非常有用：
1. 疾病诊断：
例子：验孕测试。 单克隆抗体用于结合孕妇尿液中的人绒毛膜促性腺激素（hCG）。当抗体-hCG复合物形成时，会引发颜色变化。
2. 疾病治疗：
单克隆抗体可以连接药物或放射性物质。由于抗体对目标抗原（如癌细胞表面的抗原）具有特异性，药物被直接输送到所需部位，从而最大限度地减少对健康细胞的损害。

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11.2 免疫类型与疫苗接种

3. 主动免疫与被动免疫

根据机体是自身制造抗体（主动）还是被动接收抗体（被动），免疫可进行分类。

主动免疫：

• 机体受刺激而产生自身的抗体和记忆细胞。
• 需要时间建立（初次反应）。
• 提供长期免疫。

被动免疫：

• 个体从外部来源接收现成的抗体。
• 保护是即时的。
• 不产生记忆细胞，因此保护是短期的（抗体最终会被分解）。

4. 自然免疫与人工免疫

这两个类别结合在一起，定义了获得免疫的方式。

A. 自然免疫： 在没有刻意医疗干预的情况下获得。

• 自然主动免疫： 感染患病后获得的免疫（如从流感中康复）。
• 自然被动免疫： 抗体从母亲传递给婴儿（通过胎盘或母乳）。

B. 人工免疫： 通过医疗手段获得。

• 人工主动免疫： 疫苗接种产生的结果（刻意引入抗原）。
• 人工被动免疫： 注射现成的抗体（如蛇咬伤后的抗毒血清）。

5. 疫苗接种的作用

疫苗含有抗原（通常是减毒的、死亡的或病原体的片段），它们是无害的，但足以刺激免疫反应。

疫苗如何提供长期免疫：
1. 疫苗（抗原）被注入体内。
2. 机体针对抗原产生初次免疫反应。
3. 病原体被清除，且关键的是，产生了记忆细胞（B和T）。
4. 如果真正的活跃病原体日后进入体内，记忆细胞会触发快速且强大的再次免疫反应，提供有效的长期保护。

6. 疫苗接种计划与疾病控制

疫苗接种计划对于控制传染病在人群中的传播至关重要。
这里的关键概念是群体免疫。

群体免疫： 当人群中足够大比例的人口接种了疫苗（通常为80–95%）时，病原体的传播会显著降低。这间接保护了那些无法接种疫苗的个体（如婴儿或免疫功能低下者），因为病原体遇到易感宿主的概率急剧下降。

你知道吗？全球疫苗接种计划（例如针对天花的计划）已经彻底根除了该疾病，这展现了人工主动免疫的深远影响。