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解讀免疫系統三大功能之一:免疫監視

“免疫”,從字面意思拆開解釋,就是“免除疾病”,即抵抗多種傳染性疾病的發生,保護機體不受感染。

免疫學發展至今,“免疫”(immunity)有了更科學廣泛的含義,免疫系統擁有可以識別、區分“自己”和“異己”的能力,“免疫”最終排除異己,保護自己維持生理健康的穩定。

在整個過程中,免疫系統(immune system)其實是依賴它的三大功能實現的,分別是“免疫監視”(immune surveillance)、“免疫應答”(immune response)和“免疫記憶”(immune memory)。

按照順序,本文首先介紹,“免疫監視”。

免疫監視,是機體長期進化過程中形成的一種天然防禦功能,此功能彷彿開啟上帝視角,監視身體的一舉一動,哪裡有入侵者,哪裡出現異己……免疫監視,最重要的就是區別敵我。

這是如何實現的呢?

免疫監視兩大步驟:識別與區分

免疫監視相當於免疫系統的“偵查系統”,它最重要的能力是“識別(recognition)和區分(distinction)”。

在微觀世界中,細菌或者病毒的外觀是主要的識別內容。

解讀免疫系統三大功能之一:免疫監視

△ 免疫細胞識別併吞噬病毒

就算作為入侵者,作為背叛者,敵人們之間也是會打扮自己的,這種打扮就造成了細菌或者病毒的外觀“與眾不同”,擁有了自己獨特的密碼。

細菌或者病毒透過製造特殊結構的蛋白質,比如病原體相關模式分子(PAMP,pathogen-associated molecular patterns),來打扮自己的外觀。它們就像病原體表面的一個半開狀態的開關,而如果我們透過模式識別受體(PRR, pattern recognition receptor)捕捉到這個特定結構的開關,就可以識別病原體,從而獲悉某種異物的存在。

雖然隨著進化,敵人越來越聰明,可能會演化出相似的外觀迷惑免疫系統,但最終,歷經艱辛的訊號,能直接被

先天性免疫細胞,

巨噬細胞、中性粒細胞、NK細胞

識別,完成免疫監視的第一步。

如果說“識別”依靠的是細菌、病毒表面的外衣,那麼“區分”則相反,依靠的是正常細胞的“良民證”。先天性免疫細胞,比如NK細胞,訊號都是一併識別的,而到底是“自己”還是“異己”,取決於它接觸到“自己”,它就能感受到“安全”,所以,那些不能提供證據證明自身清白的,就是“異己”訊號。

這個“良民證”叫做MHC分子

(主要組織相容性複合物),

在人類中是HLA,即人類白細胞抗原。

NK細胞表面有眾多接收MHC訊號的受體,分為啟用性KAR和抑制性KIR兩類。正常細胞的MHC類分子結合的是抑制性受體,使得NK細胞處於抑制狀態,那麼NK細胞便不會誤傷“自己”。樹突狀細胞也不會將“自己”的訊號進一步傳遞。

解讀免疫系統三大功能之一:免疫監視

△ 細胞表明的受體與抑制受體

細菌或者病毒感染的細胞,發生變異的正常細胞表面的MHC類分子表達減少或者缺失,則不會介導KIR導致的NK細胞抑制,從而表現為殺傷作用。

免疫監視與先天免疫

我們已知,人體健康的保衛有三大防線。

第一道防線是物理屏障,面板和黏膜。第二道防線是先天免疫,免疫細胞的直接識別與吞噬。第三道防線是獲得性免疫

,比如T細胞和B細胞,B細胞可以分泌抗體狙擊,T細胞釋放炸彈打擊。

可以看出,免疫是分層次遞進的,按照發生的先後順序,如上述提到,主要分為兩種,一種是

先天免疫

(innate immunity),一種是

獲得性免疫

(adaptive immunity),也叫做後天免疫。

先天免疫一般發生在免疫開始的0~96小時,而獲得性免疫的發生時則在第96小時以後。

△ 時刻在體內巡邏的免疫細胞

先天免疫相當於人體的隱形盔甲,擁有成員

巨噬細胞、中性粒細胞、NK細胞、單核細胞、樹突狀細胞等

。其中,巨噬細胞、中性粒細胞、NK細胞辛勤地在身體中巡邏,檢查每一個路過“人員”的資訊,發現潛在的入侵者,和身體正常細胞的叛變者。樹突狀細胞負責將“異己”的特異性資訊“抗原”傳遞。

“巡邏”、“檢查”、“發現”、“傳遞”……

原來,免疫監視功能是由先天免疫實現的。

免疫監視與NK細胞

先天免疫的眾多免疫細胞中,NK細胞十分特殊,因為它既有一點的

免疫監視

功能,又有一部分

免疫應答

的能力。

解讀免疫系統三大功能之一:免疫監視

當一部分細菌、病毒趁虛而入,突破面板等第一道防線後,先天性免疫細胞中的NK細胞,會依次透過識別與區分,發現這些異物並直接吞噬,或者分泌殺菌物質狙擊。

此時,除了PAMP-PRR這個開關模式,有些異物可能會模仿出相似的結構來迷惑免疫細胞,那麼NK細胞還能夠依賴另外一種開關模式來完成免疫監視功能。

這種模式就是

補體

(complement)。血液中有一種叫做補體的物質,是一群“半開關”的集合,它們是身體的第一道防線。一旦一個補體識別到了異物的外觀,一個開關就被觸發了,一個開關的力量是薄弱的,是不足以實現免疫監視的,但補體依賴3條獨立的啟用途徑,可以將訊號級聯放大。

補體透過改變自身的結構,使得它能夠將識別的範圍擴大,並聯繫上其它小夥伴,擴大成團體行動。另一方面,補體可以發射更小的結構到血液中,將識別的難度降低,最終被NK細胞捕獲。

解讀免疫系統三大功能之一:免疫監視

△ NK細胞正在絞殺受感染的細胞

由此看出,

NK細胞免疫監視的能力,可謂十分全面,能夠盡最大可能地發現入侵的外來者,或者體內變性的細胞等,做到不放過“一個”。

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