免疫系統 | 免疫器官 | 免疫細胞 | 免疫分子


前導篇:免疫反應 | Immune Response

免疫系統由免疫器官(脾臟、骨髓、胸腺、淋巴結、扁桃體等)、免疫細胞(淋巴細胞,吞噬細胞等)以及免疫分子(淋巴因子、免疫球蛋白、溶菌酶等)組成。


前言

這個時代的醫學,不懂免疫系統那就完全out了:

  1. 新冠疫苗,疫苗無疑讓人類對免疫系統利用的到達了一個新高度,人為的偽造抗原,提前適應;
  2. 抗體類葯物,一切的基石都是基於我們對免疫系統的抗體的深刻認知,開啟了大分子靶向治療的時代;
  3. 腫瘤免疫,PD-1帶領腫瘤治療進入了一個新時代,一些高端療法,如CAR-T,都是基於我們對免疫系統的深刻認知;
  4. CRISPR,利用的是細菌自己的免疫系統;
  5. 其他:器官移植、過敏治療

 

免疫器官

基本問題: 

  • 什么是淋巴Lymph、淋巴管、淋巴結、淋巴球?
  • 淋巴細胞和血細胞、白細胞的關系是什么?
  • 淋巴器官有哪些?哪些是中樞,哪些是外周?各自的功能和作用是什么?
  • 骨髓的核心功能是什么?
  • 胸腺的核心功能是什么?腺是什么意思?
  • 淋巴循環(對比血液循環)是什么?淋巴液、血液、組織液的關系?
  • 易混淆:分清脊髓和骨髓的功能?
  • 常見疾病:白血病(理解白是什么意思)、淋巴癌分別是什么? 貧血?

 

一直都沒有意識到淋巴系統的存在,感覺看不見摸不着,其實是跟血液循環系統對標的另一個循環系統。

淋巴,也稱淋巴液,是由組織液滲入毛細淋巴管后形成。淋巴是組織液回流的輔助渠道,參與維持機體的組織液平衡。

淋巴管就是淋巴流動的管道(血液和血管),淋巴結就是淋巴管成結的地方(類似小心臟),

淋巴球就是淋巴細胞(lymphocyte),淋巴細胞是一類具有免疫識別功能的細胞系。按其發生遷移、表面分子和功能的不同,可分為T細胞、B細胞和自然殺傷細胞(NK細胞)。

淋巴細胞的膜表面分子(如分化簇CD或免疫球蛋白)可用於鑒定和區分其亞群和亞類。【深入分析見:第三部分 免疫細胞】

抗體(Antibody,Ab)又稱免疫球蛋白(Immunoglobulin,Ig)

 

白血球,又稱為白細胞,是血液中重要的血細胞之一。除白細胞外,人體血液中還含有紅細胞、血小板和血漿。

除了在血液外,白細胞還存在於淋巴系統、脾,扁桃腺以及身體的其他組織。

 

中樞免疫器官和組織是免疫細胞產生、分化、發育以及成熟的場所。包括骨髓和胸腺。骨髓是造血幹細胞和B淋巴細胞發育分化的場所,胸腺是T淋巴細胞發育分化的器官。

骨髓

成人體內的骨髓每天大約能產生1000億個血細胞,產生的血細胞通過骨髓中的血竇進入血液循環。通常人體在穩定狀況下,每小時約有1010個紅細胞與108-109個白細胞生成,以維持外周血循環中血細胞的組成與數量。在骨髓產生的血細胞中,髓系細胞(紅細胞系、粒細胞系、單核細胞系與巨核細胞-血小板系)是完全在骨髓內分化生成的;淋巴系細胞(T細胞與B細胞)的發育前期是在骨髓內完成;另外B細胞分化為漿細胞后,也回到骨髓,並在這里大量產生抗體。

胸腺

青春期以后,胸腺隨年齡增長而逐漸萎縮,表現為胸腺細胞減少,間質細胞增多,並含有大量脂肪細胞。老年期胸腺萎縮,多被脂肪組織取代,功能衰退,造成細胞免疫力下降,機體容易發生感染和腫瘤。

血液中的淋巴細胞,70-80%為T淋巴細胞(T細胞)。它們源自於骨髓里的造血干細胞(Hematopoietic stem cell),被血液送到胸腺里,受胸腺激素的誘導,成為成熟但還沒有免疫功能的T細胞,再把它們送到脾臟、淋巴系統和其他器官,讓它們在那里受胸腺激素的影響進一步成熟,隨時准備抵抗各種對人體有害的敵人。胸腺激素還能提高淋巴細胞的防御能力,誘導B細胞(一種淋巴細胞)成熟。

 

外周免疫器官和組織是免疫細胞定居的場所,也是免疫細胞發揮免疫應答效應的場所。包括脾、淋巴結和黏膜相關淋巴組織。它們是成熟淋巴細胞定居的部位,也是發生免疫應答的場所,好比免疫戰鬥的「主戰場」之一。

脾臟

脾是人類成體最大的淋巴器官。在成體內的主要功能為儲存免疫細胞、濾血以及儲血。脾臟內有各類淋巴細胞,主要由B細胞(大約60%)和T細胞組成,另外亦有少量NK細胞,當身體受病原體入侵時,脾內的免疫細胞即會做出免疫反應。脾臟的濾血作用則主要由巨噬細胞執行。脾內的巨噬細胞可以清除血液中的異物、抗原,以及衰老的紅細胞。

扁桃體

扁桃體可產生淋巴細胞和抗體,故具有抗細菌抗病毒的防御功能。

 

可以回憶一下淋巴循環和血液循環的那張圖。

動脈、靜脈、心臟、毛細血管,這個是一個循環。

淋巴管、淋巴結,淋巴毛細管,這是一個單行道,毛細血管和淋巴毛細管在身體上下都有交匯,通過組織液來轉換,最終下部的淋巴液回流到上部進入靜脈。

 

白血病

顧名思義,就是白血球的病變,白血球很多,淋巴細胞是其中的一種。最終的結果就是骨髓生成白細胞發生了障礙。

淋巴瘤

淋巴癌有兩種,分別系霍奇金淋巴瘤同非霍奇金淋巴瘤。霍奇金氏淋巴瘤有典型的 Reed-Sternberg 細胞,發生率較低,發病年齡較早,治療預后較好。非霍奇金氏淋巴瘤無上述細胞,發生率較高,占所有淋巴瘤的90%,其中包含各種次分類,發病年齡較晚,治療預后較差。

 

參考:

基礎生物(上) 第三章 動物的構造及功能 - 3-4 防禦 - PDF

基礎生物3 1 02人體的循環系統 血液與淋巴一博

免疫學拾遺-第23章:炎症與免疫 【專題】

免疫系統原來是這麼分工的太奇妙了 - 比喻形象 

 


 

免疫細胞

問題:

  • 參與免疫反應的所有細胞有哪些?髓系細胞、淋巴系細胞分別有哪些?【大分類】
  • 造血干細胞有哪些潛能?血細胞、白細胞、紅細胞
  • 抗原呈遞細胞APC是什么?功能是什么?為什么需要抗原呈遞機制?
  • 幾種核心細胞的主要特點和功能是什么?及其在免疫應答中的作用?
  • 吞噬細胞核巨噬細胞的區別?
  • 漿細胞是什么?漿是怎么來的?

 

 

大分類:

  • 按特異性分:非特異性免疫細胞和特異性免疫細胞
  • 按細胞的來源部位分:髓系細胞核淋巴系細胞
  • 按戰場來分:體液免疫和細胞免疫
  • 按獲取途徑分:主動免疫和被動免疫【你自己處理的抗原產生抗體,還是靠直接用中和抗體】

在造血(Haematopoiesis)細胞生成中,術語“骨髓細胞”(myelocyte)是描述不是淋巴細胞的任何血細胞。在癌症分類上“髓細胞”這個術語經常被使用,尤其是白血病。

 

1.非特異性免疫細胞

  • 中性粒細胞(壽命短,可以吞噬和殺滅細菌,參與急性炎症反應)
  • 單核細胞-巨噬細胞(發揮兩種功能,即吞噬殺菌和抗原的加工提呈)
  • 嗜酸性粒細胞(可抗寄生蟲感染、調節Ⅰ型過敏反應)
  • 嗜鹼性粒細胞(參與Ⅰ型過敏反應)
  • 肥大細胞(參與Ⅰ型過敏反應)
  • 樹突狀細胞
  • 自然殺傷細胞(是抗感染和抗腫瘤免疫的第一道天然防線)
  • 某些類型的T細胞(如自然殺傷T細胞等)和B1細胞

2.特異性免疫細胞

  • T細胞
  • B細胞

 

根據T細胞的分化狀態、表達的細胞表面分子以及功能的不同,可將它們分為三類:

  • 初始T細胞,初始T細胞是沒有接觸過抗原刺激的成熟T細胞,它們處於細胞周期的G0期,存活期短;
  • 效應T細胞,效應T細胞是執行機體免疫效應功能的細胞;
  • 記憶性T細胞,記憶T細胞維持機體免疫記憶功能,也處於G0期,但存活時間很長,可達數年,甚至幾十年。

根據T細胞在免疫應答中的功能不同,可將T細胞分為

  • 輔助性T細胞,輔助性T細胞是能輔助T細胞、B細胞產生免疫應答的類群;
  • 細胞毒性T細胞,細胞毒性T細胞是具有免疫殺傷效應(直接殺傷靶細胞)的類群;
  • 調節性T細胞,調節性T細胞是具有免疫抑制功能的T細胞類群

依照B細胞表面分子,可將B細胞分為

  • B1細胞,B1細胞產生於個體發育的早期,主要存在於腹膜腔、胸膜腔和腸道固有層,在蛋白質抗原的免疫應答中無重要作用。
  • B2細胞,B2細胞即通常所指的B細胞。

B細胞有三個主要功能:

  • 產生抗體,介導體液免疫;
  • 呈遞抗原;
  • 分泌淋巴因子,參與免疫調節、炎症反應及造血過程。

 

抗原呈遞細胞

在免疫反應過程中,能將抗原物質提呈給T細胞的一類輔佐細胞。APC是一群異質性細胞,白細胞中主要有巨噬細胞、B細胞及樹突狀細胞,一些非白細胞在細胞因子的影響下,也可呈現提呈細胞的功能(如內皮細胞等)。其細胞表面的MHC分子可以和抗原結合。T細胞可以用T細胞受體(TCRs)識別這些MHC分子和抗原的復合體。

【為何需要APC?】B細胞和T細胞抗原受體在一個非常重要區別:B細胞抗原受體可以直接與抗原相互作用,而T細胞抗原受體只有當抗原通過MHC分子呈遞到另一個細胞的表面時才能識別抗原發生相互作用。

APC(如巨噬細胞)吸收抗原,並使其在細胞的各個隔室中發生蛋白水解降解。這些事件被稱為抗原處理,它們是必需的,因為盡管B細胞抗原受體可以直接與抗原結合,但T細胞的抗原受體只能識別APC表面提呈的處理過的抗原。抗原肽結合在MHC分子的多肽結合槽中。

 

幾種核心細胞的功能:

  • B細胞(漿細胞)
  • T細胞
  • 樹突狀細胞
  • NK細胞
  • 單核細胞
  • 巨噬細胞

 

先天免疫應答

許多先天系統成分--例如補體、干擾素、細胞因子或細胞,如巨噬細胞--可以影響特定的適應性免疫系統中的細胞。這是另一個重要的發現-先天系統和適應性系統是相互聯系和有重合的。適應性系統通常是由先天系統觸發,只有當先天系統未能戰勝入侵的微生物,或者入侵的微生物找到了避免與先天系統相互作用的方法時,適應系統才會發揮作用。

模式識別分子的另一個例子是補體系統的甘露聚糖結合凝集素(MBL),它識別細菌、真菌和病毒表面含有甘露糖的糖分子,並幫助激活補體級聯反應。MBL以溶液形式存在於血漿中。這種模式識別分子的使用是先天系統的一個關鍵特征。

先天系統除了利用補體系統的血清蛋白等分子外,還利用吞噬細胞,主要是中性粒細胞和巨噬細胞,它們可以直接與某些微生物相互作用以保護宿主。

自然殺傷(NK)細胞,它可以通過誘導程序性細胞死亡(凋亡)來檢測和殺死某些病毒感染的細胞。另一組重要的可溶性分子也是天然防御系統的一部分,那就是干擾素(見第20章)。病毒感染會觸發受感染細胞產生干擾素,干擾素可以抑制許多病毒的復制,並且不是病原體特異性的。

 

后天免疫應答

成熟細胞可以出現在血液或組織中,如血液中的淋巴細胞和組織中的樹突狀細胞。淋巴細胞(B細胞和T細胞)提供特異性免疫。B細胞的產物-抗體是可溶性分子,有時被稱為體液免疫系統。細胞外的病原體主要被抗體清除,而細胞內的病原體則需要T細胞和巨噬細胞來清除。與體液免疫或抗體介導的免疫相比,T細胞的功能有時被稱為細胞免疫。抗原提呈細胞(Antigen-presenting cells,APC),如樹突狀細胞和巨噬細胞,在啟動B和T細胞的激活中至關重要。 

 

主動免疫應答由幾個步驟或階段組成:

  1. 識別階段:抗原與帶有與抗原相匹配的受體細胞相遇;
  2. 激活階段:然后這個細胞就會被激活並增殖。接着產生越來越多的相同克隆細胞;
  3. 效應階段:這些細胞會經歷各種變化,即分化,以產生應答。例如,B細胞經歷了不同的發育階段后形成了一個全新的細胞,稱為漿細胞,它可以合成並分泌大量用於清除抗原的抗體分子;
  4. 恢復階段:一旦抗原被清除,就會采取各種步驟來降低應答。這些步驟旨在調節應答,防止應答在抗原或微生物被中和或消除后繼續進行。

 

體液免疫【消滅細胞外、體液里的抗原】

體液免疫作用機制如下:當抗原(細菌、病毒、外來物)第一次感染人體時,會被非特異性免疫的細胞吞噬及清除,而其中一部分細胞特稱抗原呈現細胞(APC)。其中,在刺激B細胞方面主要是樹狀細胞。抗原呈現細胞除了能吞噬及分解抗原,還能將分解的碎片(肽鏈)呈現給B細胞,使之活化、分裂。並經株落選擇篩選出對抗原最具親和力的IgM型抗體。抗體的變異區能與抗原產生專一性的結合,阻止它感染正常細胞,並用另一端的Fc區與巨噬細胞結合,使巨噬細胞吞噬抗原,達到消滅細菌的目的。

活化的B細胞再過一段時間,通常大於四周,之后會把分泌的抗體由IgM轉化為IgG型。IgG在人體的壽命比IgM長,大約6個月。受到第一次刺激的B細胞在4周后變為記憶B細胞,除了分泌IgG外,它還能在第二次感染時以更短的時間產生更多的抗體。同時,記憶B細胞在人體對特定抗原的感染而言具終身保護作用。這也是注射疫苗能保護人體免受特定病菌感染的原因,在作用結束后記憶B細胞在遇到相同病菌時可以快速產生漿細胞,漿細胞能穩定地產出大量的抗體,以快速應對相同的病菌,及早在形成威脅前消滅之,不同病菌之間有特異性,故不同病菌會有對應的記憶細胞存在。

細胞免疫【殺死被抗原感染的細胞,釋放到體液里】

一種不涉及抗體的免疫應答;相對於體液免疫,可簡稱細胞免疫、胞介免疫。細胞介導免疫會活化巨噬細胞和自然殺傷細胞使它們能破壞胞內病原體、激活抗原特異性細胞毒性T細胞(CD8+),並釋放各種細胞因子對抗原做出應答。不像體液免疫,其中沒有抗體參與免疫應答。病原體被抗原呈遞細胞(APC)吞噬后,APC利用細胞膜上的MHCII蛋白呈現抗原,抗原活化T細胞,T細胞釋放信號分子,激活吞噬細胞或B細胞來消滅病原體。

 

吞噬與巨噬細胞【巨噬細胞包括了吞噬細胞和單核細胞】

一、范圍大小不同

吞噬細胞包括外周血中的中性粒細胞、血中的單核細胞和淋巴結、脾、肝、肺以及漿膜腔內的巨噬細胞、神經系統內的小膠質細胞等。

巨噬細胞屬免疫細胞,是一種位於組織內的白血球。

二、作用不同

吞噬細胞主要對病原體繼續進行吞噬殺滅。

巨噬細胞以固定細胞或游離細胞的形式對細胞殘片及病原體進行噬菌作用(即吞噬以及消化),並激活淋巴球或其他免疫細胞,令其對病原體作出反應。

巨噬細胞和單核細胞皆為吞噬細胞,在脊椎動物體內參與非特異性防衛(先天性免疫)和特異性防衛(細胞免疫)。

吞噬細胞-尤其是駐留在組織中的巨噬細胞-將通過模式識別分子檢測入侵微生物上的結構來識別感染。

 

漿細胞

漿細胞(Plasma cell),亦稱為效應B細胞(effector B cell),是免疫系統中釋放大量抗體的一種淋巴細胞。

漿細胞是由B細胞對於CD4+淋巴細胞的刺激異化而來,因此也稱漿胞(Plasma B cell)。抗原入侵后,細胞起到一個APC(抗原呈遞細胞)的作用,吞噬了相應的抗原。此抗原被B細胞的吞噬作用(phagocytosis)吸收后,在吞噬體(phagosomes)中因和溶酶體(lysosomes)結合而分解,釋放出附着在抗原上的蛋白酶。酶分解了抗原后,抗原的碎片就附着在MHC II(主要組織相容性復合體 II)分子上,並出現在其外表面。一旦出現在MHC II分子外表面,CD4+輔助型T細胞就和MHC II/抗原子結合,激活B細胞。該激活過程包括B細胞異化為細胞以及緊接下來的抗體生成過程以消滅抗原。

 

參考:

 


 

免疫分子

問題:

  • 抗體就是免疫球蛋白,為什么要有兩種叫法?
  • 細胞因子(干擾素、白介素)有哪些?
  • 補體系統是什么?
  • Toll樣受體(TLRs)
  • BCR、TCR和MHC三者分別是什么,它們是如何相互作用的?
  • 適應性免疫系統是如何在分子層面是如何識別自我和非我的?克隆選擇理論
  • 免疫系統的特異性、多樣性和記憶性分別是由什么決定的?

 

 

 

 

 

 

自我與非我

適應性免疫系統包含許多機制來確保沒有改變的自身抗原被耐受,從而確保在大多數人中不會出現自身免疫性疾病。

特異性識別分子

基因組包含幾個可以編碼數以百萬計抗原識別分子的基因,這些包括抗原受體在內的基因家族能夠識別任何特定的抗原。

 

適應性免疫反應的主要特征是特異性、多樣性和記憶性。它的反應是特殊的,因為它區分不同的分子實體;它的多樣性是因為它幾乎有能力對任何可能遇到的抗原做出反應;它具有記憶性是因為它可以回憶起以前與抗原接觸的情況,並在第二次表現出更強的反應。最后一個特征是接種疫苗的基礎。

 


 

免疫靶點

PD-1

PD-L1

 

 

 

待續~

 


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