免疫学:先天免疫系统是如何运行的?


April L 发布于 2020 年 2 月 12 日 03:15:00

正如我们在之前的博客文章中提到的那样,先天免疫系统是人体免疫防御的重要组成部分,它为我们提供了针对微生物入侵者和外来蛋白质的一般保护性反应。这种先天免疫系统在进化上比我们的适应性免疫系统更早,在植物、动物和昆虫中都有保守的机制,并且它不专门针对任何特定的病原体。

值得注意的是,我们与生俱来的先天免疫系统几乎得到完全的开发。相比之下,我们的适应性免疫系统随着年龄的增长不断生长发育,且随着时间的推移战胜新型感染。

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天然免疫系统利用物理屏障,如我们的皮肤、粘膜、毛发和其他上皮表面(包括肠道内的上皮表面)来充当第一道防线。简单的咳嗽或打喷嚏也是清除潜在有害细菌的有效反应,这一切都是由鼻毛或气管纤毛的刺激引起的。但是,一旦上皮屏障被攻破,先天免疫系统的其他组成部分则会发现并攻击病原体。 

进入血流时,病原体最初可以在不存在单个免疫细胞的情况通过称作补体系统的机制来检测。该系统与先天和适应性免疫应答同时作用,在感染部位补充免疫细胞。基本上,补体系统由肝脏产生的且随血流自由流动的几种惰性蛋白质组成。遇到病原体时,它们可以结合到细菌或寄生虫表面,将其标记为外来威胁。随后,一连串补体蛋白和酶得到激活,它们不仅继续标记病原体,还可能形成孔隙(膜攻击复合物)裂解细菌,或将其包裹在蛋白质中,更方便免疫吞噬细胞进行吞噬。将病原体包裹在补体蛋白中的过程称为调理化作用。

主动参与先天免疫应答的许多细胞都是在血液和组织中巡查潜在威胁入侵者的吞噬细胞。一旦发现病原体,它们在其细胞膜上使用生殖系编码的模式识别受体 (PRR) 将入侵者分子识别为外来物。这些模式识别受体通常针对细胞表面和细胞壁微生物组分,但包含未甲基化 CpG 基序的细菌 DNA 也会诱导天然免疫应答。一旦激活,这些细胞引发的级联反应可导致快速免疫应答(几分钟至几小时)。

某些免疫细胞在感染部位采取的第一个步骤是分泌细胞因子进入细胞外液。这些细胞因子,例如白细胞介素 (IL) 或肿瘤坏死因子 (TNF),是吸引白细胞到达浸润部位的化学物。应答免疫细胞也可释放其他引起炎症反应的化学物质。这些信号会引起血管舒张,使更多血液流过受感染区域,促进免疫细胞补充,从而帮助清除病原体。

天然免疫系统细胞

 白细胞有很多种,它们在体内不断巡查,以应对这种感染。某些白细胞是适应性免疫系统的一部分,但很多在先天免疫系统中已有活力。这些细胞是什么?它们来自哪里?

在造血或血细胞生成过程中,骨髓中的共同髓系祖细胞 (CMP) 会产生骨髓细胞系,这种细胞系包括天然免疫应答的大多数组成细胞。

CMP 细胞是单核细胞的前体细胞,最终会分化成巨噬细胞和树突细胞,以及粒细胞系。粒细胞之所以如此分类,是因为它们在细胞质内有可见颗粒,包括肥大细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞。如您所见,在我们体内巡查病原体的大部分吞噬细胞来自于一个常见谱系,即 CMP 细胞。然而,先天免疫应答中另一个关键作用者是细胞毒性自然杀伤 (NK) 细胞,来源于共同淋巴祖细胞 (CLP)。

这些不同类型的细胞在先天免疫应答中扮演着各自的角色。有些是抗原呈递细胞 (APCs),例如巨噬细胞和树突细胞,它们在其表面向 T 细胞呈现病原体识别分子,以激活适应性免疫应答。某些白细胞仅存在于组织和粘膜中,例如肥大细胞,而其他白细胞在血液中循环,直到需要迁移至组织中。中性粒细胞往往是第一应答细胞,它们是攻击并抑制细菌和真菌的专家,而嗜碱性粒细胞相对较少,仅专注于抵抗寄生虫。自然杀伤细胞可迅速对感染作出反应,并有效杀灭病毒感染细胞。它们发现并杀灭癌细胞的内在能力也是独一无二的。

当先天免疫系统中的这些细胞无法迅速应对病原体侵袭时,适应性免疫系统被激活,来中和这一威胁。在免疫学文章的下一部分,我们将详细了解适应性免疫系统以及 T 细胞和 B 细胞的作用。

敬请关注,了解更多关于免疫学以及先天和适应性免疫应答的内容。

参考文献:

免疫学:感染性和炎性疾病的免疫应答 
作者:Anthony L. DeFranco, Richard M. Locksley, Miranda Robertson

https://opentextbc.ca/biology/chapter/23-1-innate-immune-response/

先天和适应性免疫记忆:宿主对病原体应答的进化连续性

Mihai G. Netea, Andreas Schlitzer, Katarzyna Placek, Leo A.B. Joosten, and Joachim L. Schultze

免疫生物学:健康和疾病的免疫系统。第 5 版。
Janeway CA Jr, Travers P, Walport M, et al. New York: Garland Science; 2001.

仅供研究使用。不得用于诊断流程。

主题: 免疫学

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