人人學懂免疫學:第一期

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每時每刻，我們的身體都暴露在外界的環境中，無數的病毒、細菌會通過各種各樣的方式入侵我們的體內。而我們體內的免疫細胞無時無刻不在進行著激烈的戰鬥。這一篇文章不錯，分享給大家！強烈推薦！文章很長，建議看完。  

撰文：AKATSUKI

首發：藥學速覽

圖片1：免疫系統   

免疫（immunity）這個詞來源於羅馬時代的拉丁文「immunis」，其原意為「免除稅收」，後引申為「免於疫患」之意。免疫學是研究生物體對抗原物質免疫應答性及其方法的科學，更通俗地說，免疫是機體識別「自身」與「非己」抗原，並對自身抗原形成天然免疫耐受，對「非己」抗原產生排斥作用的一種生理功能。正常情況下這種生理功能對機體是有益的，可產生抗感染、抗腫瘤等維持機體生理平衡和穩定的免疫保護作用；但在一定條件下當免疫功能失調時，也會對機體產生有害的反應和結果，如引發超敏反應、自身免疫病和腫瘤等。

免疫系統就像是一支橄欖球隊，其工作的過程是一種團隊合作，由許多不同的成員參與。這些成員可大致可分為兩組，一組是固有免疫系統（innate immune system）隊伍的成員，而另一組是適應性免疫系統（adaptive immune system）的組成部分。這兩個組一起團結協作，為機體提供強大的防禦機制，抵禦外敵的入侵。因此在學習免疫系統時，我們應該以宏觀、全局的視角去看待它，而不能僅僅拘泥與其中的某一個組分。

試想你正在觀看一場電視轉播的橄欖球比賽，而攝像機卻一直鎖定在近端鋒這一個球員身上，那麼你只能看到他在場上全速奔跑，然後停了下來，所以你可能根本沒有看懂發生了什麼。然而，當你在大屏幕上看同一場比賽時，你就會明白那個近端鋒吸引了兩個防守者跟著他在場上奔跑，使得跑衛無人防守從而可以接到傳球並觸地得分。免疫系統也是由許多成員相互合作來實現其功能，而只關注任何一個單獨的成員沒有任何意義，這就是全局觀的意義所在。（近端鋒、跑衛都是橄欖球比賽中球員的位置）

圖片2：橄欖球比賽

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物理屏障：第一道防線

物理屏障是我們的機體抵禦「侵略者」的第一道防線，而如果病毒、細菌、寄生蟲和真菌等「入侵者」想要給我們製造麻煩，那麼它們就必須穿過這些屏障。很多人傾向於認為皮膚是我們的主要屏障，但事實上皮膚覆蓋的面積僅僅只有2平方米。相反，覆蓋我們消化道、呼吸道和生殖系統的黏膜所佔的面積大約有400平方米，即大約兩個網球場那麼大。因此我們可以很直觀地感覺到，機體需要保護的範圍是很大的。

任何「入侵者」一旦穿過了皮膚或黏膜組成的物理屏障，那麼它們就會遇到固有免疫系統—機體的第二道防線。免疫學家之所以將這個系統命名為「固有」，就是因為這一系統似乎是所有動物生來就有的，且該系統中的很多武器已經存在了長達5億年之久。

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固有免疫：第二道防線

假設你剛洗完熱水澡，當你走出浴缸踏在地板上時，一片碎木屑扎進了你的腳趾，而那個木屑上恰好有許多細菌，那麼在接下來的幾個小時內，被木屑扎的部位會開始紅腫，這說明免疫系統開始工作了。在你的組織中徘徊著一群群白細胞，幫助你抵禦細菌的進攻。在我們看來，組織是結實的一個整體；但在一個細胞的視角裡，組織就像是充滿孔洞的一塊海綿，單個的細胞可以自由地在孔洞之中穿梭。

巨噬細胞(Macrophage)是存在於組織之中的一種防禦細胞，也是固有免疫系統中最有名的角色。如果你是一個細菌，那麼巨噬細胞一定是你在進入機體後最不想見到的那個細胞。

下圖展示了電子顯微鏡下一個巨噬細胞正準備吞噬一個細菌的景象。

圖片3：巨噬細胞吞噬細菌

我們可以觀察到巨噬細胞並不是等著細菌送上門來從而吞噬，而是它感受到了細菌的存在，於是伸出了「觸手」主動地去抓細菌。那麼巨噬細胞是怎麼知道細菌在那兒的呢？這是因為在巨噬細胞的表面有很多「觸角」（即受體），而這些「觸角」可以識別出常見的微生物「侵略者」身上所帶有的「危險分子」的特徵。舉個例子，細菌的細胞膜是由一些脂質和糖所組成的，而這其中的一些成分是在人體內不存在的。這樣的一些外來分子就像是在給巨噬細胞說：「來啊來吃我啊！」一旦巨噬細胞識別了這些「危險分子」，他們就開始向著發出這種信號的微生物 「匍匐前進」。

當巨噬細胞遇到細菌時，它會先將細菌吞進一個叫作吞噬體(phagosome)的小袋子（囊泡）裡，然後這個含有細菌的囊泡會被運送到吞噬細胞內部，與另一個叫作溶酶體(lysosome)的囊泡融合。溶酶體中含有各種強力的化學物質和酶，這些物質可以有效地殺死細菌。事實上這些物質的殺傷力是毀滅性的，如果它們在巨噬細胞內部被釋放，那麼巨噬細胞自己也難以逃脫被殺死的命運，這也是為什麼要將它們裝在囊泡裡的原因。運用這樣一個充滿智慧的策略，巨噬細胞可以高效地殲滅「入侵者」，而不會搬起石頭砸自己的腳。這整個過程叫作吞噬作用(phagocytosis)，下圖展示了其發生的整個過程。

圖片4：吞噬作用

巨噬細胞已經存在於這個世界上很久了。事實上，巨噬細胞所使用的攝取技術實際上是阿米巴原蟲捕食策略的改進版，而阿米巴原蟲已經在地球上生存了大概25億年了。那麼為什麼這種細胞被叫做巨噬細胞(Macrophage)呢？「Macro」的意思是「大」，顯然巨噬細胞的體型很龐大；而「phage」來源於希臘語，意思是「吃」。所以從名字上就可以看出來巨噬細胞細胞是一個名副其實的「大吃貨」。除了可以抵禦 「侵略者」外，它其實還是一個垃圾收集器，而且幾乎什麼都吃，一點也不挑食。免疫學家利用巨噬細胞的這種「好胃口」，給它餵一些鐵屑並讓它吞食，然後利用一小塊磁鐵便可以輕鬆地將巨噬細胞從其他細胞中分離出來。

圖片5：巨噬細胞

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巨噬細胞，你從哪裡來

那麼巨噬細胞是從哪來的呢？巨噬細胞和身體裡的其他血細胞一樣，都是起源於在骨髓中的一種具有自我更新能力的細胞—造血幹細胞，造血幹細胞可以形成所有的血細胞。幹細胞自我更新時，即當一個幹細胞生長並分裂成為兩個子細胞時，遵循「一個給我，一個給你」的原則，也就是說分裂形成的兩個子細胞中一個變回幹細胞，保留自我更新的能力，而另一個最終會變成成熟的血細胞。這種不斷的自我更新的策略確保了總是會有儲存的幹細胞，可以不斷地產生成熟的血細胞。

圖片6：幹細胞分化示意圖

當一個子細胞長大並成熟時，它需要作出一個「影響其一生的決定」，即它將要分化成什麼類型的血細胞。當然，這種選擇並不是隨機的，而是在嚴格的控制下做出的，以保證機體內部的各種血細胞都很充足。例如，一些子細胞會分化成紅細胞，它們負責在肺部捕獲氧氣並將其運送到全身各處。事實上，我們身體裡的「幹細胞工廠」每秒要生產200多萬個新的紅細胞，以替換那些因為正常消耗而損失的細胞。幹細胞的其他後代可能會變成巨噬細胞、中性粒細胞或其他類型的白細胞。正如白葡萄酒不是白色的一樣，這些白細胞也不是白色的，事實上它們是無色的。免疫學家用了「White」這個詞是想表示這些細胞缺乏血紅蛋白，因此不是紅色的。

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巨噬細胞如何工作的

當那些最終會變為巨噬細胞的細胞第一次離開骨髓並進入血液時，它們被稱為單核細胞(Monocyte)。不論什麼時候，你的身體裡總有大約20億個這樣的細胞循環於血液之中。這聽起來可能有點令人毛骨悚然，但是對於它們的存在你應該感到慶幸，因為如果沒有它們，機體便會深陷麻煩之中。單核細胞在血液中的平均壽命是3天，在這期間它們可以運動至毛細血管處，尋找血管內皮細胞之間的縫隙。通過在這些卵圓形的內皮細胞之間伸出「偽足」，單核細胞便可以離開血液進入組織，並成熟為巨噬細胞。一旦進入了組織，大多數巨噬細胞就會到處遊蕩，收集體內的各種垃圾，等到機體受傷並感染病原體時履行它們的功能。

圖片7：單核細胞

當巨噬細胞消滅扎在你腳上的木屑上的細菌時，它們會釋放一些可以增加傷口附近血流量的化學物質，導致你的腳趾變紅。一些化學物質還會引起血管壁細胞的收縮，使毛細血管向組織中滲出液體，導致傷口處的腫脹。另外，巨噬細胞釋放的化學物質還會刺激傷口周圍組織中的神經，將疼痛的信號傳至大腦，警示你的腳趾處出現了不正常的現象。 在這場與細菌的戰役中，巨噬細胞生產並分泌一些叫作細胞因子  (Cytokine)  的蛋白質。這是一種激素樣的信號，促進了免疫系統細胞間的交流。一些細胞因子會警告巨噬細胞和其他一些在附近毛細血管中遊蕩的免疫細胞：戰鬥開始了！於是這些細胞便紛紛離開血液血液循環，加入到了抗擊迅速增殖細菌的戰鬥之中。由於固有免疫系統主導的清除「入侵者」的戰鬥，你的腳趾很快就會產生強烈的炎症反應。 所以固有免疫系統的防禦策略就是：  機體有巨大的面積需要防衛，而你的「哨兵」—巨噬細胞負責巡查 「入侵者」。當這些「哨兵」遇到了敵人後，便會發出信號（細胞因子），召集更多的防衛戰士到達戰場。然後巨噬細胞會竭盡所能地抵擋並拖延敵人，直到增援部隊趕來。  因為，固有免疫系統中有著像巨噬細胞這樣的戰士，他們可以程序化地識別許多常見的 「入侵者」，因此固有免疫系統的響應總是十分迅速，以至於幾天之內戰鬥就結束了。 除了像巨噬細胞這樣專門負責吞噬「入侵者」的專職吞噬細胞外，固有免疫系統的隊伍之中還有其他的角色，比如可以在細菌表面打洞的補體蛋白  (Complement)  ，以及可以摧毀細菌、寄生蟲、病毒侵染細胞和一些癌細胞的自然殺傷細胞  (Natural Killer cell)  。諸如此類的巨噬細胞的其他隊友我們會在後面的幾期詳細介紹。

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文末總結

為免疫系統工作原理的第一期，本期簡要地講述了固有免疫系統的工作原理。 本專輯依託於《How the immune system works》，該書以一種平易近人、講故事般的語氣講述了免疫系統的各種基礎知識，一點也不會令人覺得枯燥無味，同時可以加深我們對於免疫學的理解。希望沒有了解過免疫系統和對免疫學感興趣的同學可以像聽故事一樣，輕鬆愉快地了解一些免疫學知識！

參考連結：

圖片1：《Janeway's immunobiology》

圖片2：http://www.nflchina.com/news/detail/1987938.html

圖片3、4、6：《How the immune system works》

圖片5：https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_7437030

圖片7：https://cn.betweenmates.com/difference-between-monocyte

圖片8：https://www.news-medical.net/health/What-are-Cytokines.aspx

圖片9：http://zh.m.wikipedia.org/wiki/File:Membrane_Attack_Complex_(Terminal_Complement_Complex_C5b-9).png和http://www.hsbiotech.com/cn/item/427.htm

參考書目：《How the immune system works》