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人体中的免疫保卫战

2020-09-03 02:22:25 知识就是力量 2020年9期

王昕苇

免疫的前世今生

早在明朝隆庆年间,中国人采用“鼻苗法”预防天花——医师取用天花痊愈患者的皮肤干痂制成干粉,将干粉吹入健康者的鼻腔当中。但这种粗糙的“疫苗”成功率并不高,且在一些个体中会造成严重的免疫反应,因此后来被安全的牛痘疫苗替代。这种粗糙的尝试开创了人们对于免疫的认识,也对预防接种进行了初步实践。

免疫系统像一支军队,兢兢业业保护人体不受细菌侵害

19世纪,英国医生爱德华·詹纳从牛痘中制备活疫苗用于防治天花获得成功。接种了疫苗的人类获得了对抗天花的免疫力,免疫学家最终确定这种免疫力是由循环于血液中的特定蛋白——抗体产生的。诱导抗体产生的物质,比如天花病毒,则被称为抗原。

时间跨入近代,免疫学的研究已经超越了当年单纯对抗病毒、抗感染的范畴。如果单从字面意思上理解,免疫指免除传染病,现代免疫一词的定义为生物机体识别和排除抗原性异物的保护性反应。免疫性指的是抗感染能力。

19世纪,英国医生爱德华,詹纳从牛痘中制备活疫苗用于防治天花

正常的免疫系统是如何保卫人体的

身体中的免疫系统是如何发挥功能呢?举个例子,假如你赤脚走在沙滩上,这时一片不起眼的玻璃碎片扎进脚趾,而玻璃碎片上刚好有很多细菌,过段时间你就会发现,脚上被小碎片扎进去的地方开始红肿。

当碎片扎进脚趾时,细菌已经突破了免疫大军的第一道防线——自然屏障。在锋利的玻璃的帮助下,细菌进入到人体的组织液当中,而体液中的杀菌物质和吞噬细胞是保卫人体的第二道屏障。组织液中死亡的细菌会释放出化学信号,被体内的“哨兵”——巨噬细胞感知。它会顺着化学信号的浓度梯度靠近并吞噬细菌等病原体,释放出化学物质,产生细胞因子来召集其他类型的免疫细胞相互交流,协同战斗。

前两道屏障的特点是不针对某一种特定的病原体,而是对多种病原体都有防御作用,因此叫作先天性免疫。先天性免疫足以应对大部分的病原体侵扰情况。而人体中还存在第三道防线——获得性免疫系统。

获得性免疫系统最大的特点就是,所获得的抵抗力仅仅针对某种特定的入侵病原体。比如前文提及的天花疫苗,接种后仅能保护免受特定病毒的侵害,并不能使我们对所有病毒产生抵抗力。

细数免疫细胞里的“大兵”

人类的免疫系统由免疫器官、免疫活性物质以及免疫细胞组成。

免疫细胞(图中“中性粒细胞”)在巨噬细胞释放的细胞因子的作用下,离开血管进入被感染部位(2、3、4、5依次展示了中性粒细胞脱离血管的过程) (绘图/李子夜)

免疫器官可分为中枢免疫器官以及外周免疫器官,这两种器官是免疫细胞大军产生、分化以及进行战斗,发挥免疫功能的场所。免疫活性物质指的是发挥免疫作用的淋巴因子、溶菌酶抗体等。

免疫细胞泛指所有参与免疫过程或与免疫过程相关的细胞。主要分为三类:参与固有免疫的单核/巨噬细胞、参与适应性免疫的T、B淋巴细胞以及树突状细胞、粒细胞等其他细胞。

人体中主要免疫细胞形态

主动又胃口好的“哨兵”巨噬细胞是存在于组织中的防御细胞,也是先天免疫系统中的主力兵种。它们几乎吞噬机体内的所有废物以及入侵的细菌。科学家也利用巨噬细胞这种什么都吃的特性,让它们吞掉一些铁屑,这样在进行研究时就可以用磁铁将它们分离出来。

同时,它们也是一种聪明灵活的细胞,并不主动等细菌送上门来,而是会主动抓取细菌。病原体进入体内后釋放的化学信号会吸引巨噬细胞前来吞噬它们。

另一类重要的免疫细胞是B细胞,人体血液中的抗体就是它们生产的武器。虽然抗体能够标记病毒,阻止病毒感染细胞,但病毒一旦入侵细胞内部,会在细胞内大量复制迅速传播,抗体也就无计可施了。

在电镜下人体血液中的B细胞形态

为了解决这种问题,我们体内还存在着一支“特种部队”——杀伤性T细胞。杀伤性T细胞是摧毁被病毒感染的细胞的强力武器,它通过和靶细胞接触,使靶细胞启动自杀程序,从而使病毒不再扩散。

免疫系统发生故障,身体会怎样

毫无疑问,免疫系统是一群兢兢业业的防御者,发挥着使我们免于受疾病感染的功能,但免疫系统也会偶尔出现故障,甚至会带来致命的后果。

炎症其实就是通俗意义上所讲的“发炎”。炎症是机体受到外界刺激后所发生的一种以防御为主的病理过程。前文中提到,在巨噬细胞行使吞噬功能后,病原体会被巨噬细胞溶酶体中的破坏性物质消化掉。但如果发生严重的病毒侵犯,巨噬细胞的吞噬能力达到上限后就会破裂坏死,其内部的溶酶体内容物会释放到组织当中引发炎症反应。与此同时,支撑不下去的巨噬细胞会释放出很多的信息分子呼叫援军,这些免疫细胞的募集会造成更为严重的炎症以及组织损伤。

以流感病毒为例,病毒经由呼吸道进入体内,首先侵染了呼吸道的上皮细胞。初次接触后,病毒会大量在宿主细胞中增殖,直到被感染的细胞破裂释放出子代病毒,继续感染其他细胞。被感染的细胞凋亡或坏死时,就会引发炎症反应。生物体对有害刺激的初始反应为急性炎症,其具体表现为血流量增加,使血浆和白细胞迅速到达发生感染以及损伤的部位,局部溫度会升高,并伴有疼痛的产生。这个过程还会激活促炎性的细胞因子以及趋化因子,并伴随免疫细胞浸润和组织损伤。一旦感染过于严重,机体调控失效,严重炎症反应的持续进行会产生大量的炎症因子释放到人体的内环境中,这时炎症风暴就发生了。

炎症因子风暴——当免疫系统“杀红了眼”

免疫细胞没有眼睛,只能依据化学浓度梯度,也就是炎症因子的浓度来寻找战场位置。当炎症因子风暴发生时,过度免疫产生的过量细胞因子进入人体循环,使得免疫细胞被大量激活,造成免疫系统“杀红了眼”,开始无差别的攻击人体的脏器组织。

巨噬细胞分泌的细胞因子会使血管产生“漏洞”,导致血液从血管漏出,进入周围组织。血液中的炎性物质也会随之浸润其他组织。在极端情况下,全身性的渗漏会导致血量下降,继而引起血压降低,引发休克。心脏也会在血压下降时更奋力地工作,而长时间维持高心率,会造成心脏损伤,引发“爆发性心肌炎”。这种疾病初期表现很像感冒,比如发热、乏力、流涕等,掺和在肺炎症状中不易察觉。但其病情进展迅速,可造成心肌功能突然暂停,很容易引发心脏骤停和心力衰竭。

巨噬细胞会主动靠近细菌并进行吞噬

而当人体的免疫功能失调时,会引发某些疾病,例如日常生活中的过敏反应,就是一种由免疫调节缺陷所引发的疾病。再比如红斑狼疮、类风湿性关节炎等自身免疫病,也是免疫系统发生故障,敌我不分所造成的严重后果。

血管损伤后,细胞及炎性物质渗出(绘图/李子夜)

免疫系统失调时引发的红斑狼疮

人类的身体复杂且精密,但它也并不是完美的。免疫系统也不是我们所想象的坚不可摧、所向披靡。想要提高免疫力,就要保持良好的睡眠,注重合理膳食,最后还要保持运动习惯。只有这样,健康才能与你相伴!

延伸阅读

科研成果推动医学进步

最新研究进展表明,皮质类固醇药物、细胞消融、T细胞导向免疫调节、干扰素阻断、阻断IL-1家族成员细胞因子、IL-6受体阻断抗体、肿瘤坏死因子阻断等治疗方式均有不同程度的治疗潜力。随着生物制剂和其他抑制特定途径治疗方法的不断扩大,研究者们正针对各种炎症因子风暴综合征的靶向治疗进行药物筛选,其中一部分已经进行了临床试验。