免疫学基本概念

1、第一部分免疫生物学和自然免疫导论第一章是免疫学的基本概念免疫系统组成先天免疫和获得性免疫原理获得性免疫的识别及其作用机制第二章自然豁免主人的第一道防线补体系统与先天免疫自然免疫系统中的受体诱导针对感染的自然免疫反应第一章是免疫学的基本概念免疫学是一门相对较新的学科。人们普遍认为它的起源是爱德华詹纳(图1.1)，他在1796年发现牛痘(即疫苗)可以诱导人体预防天花这种致命疾病。他称这个过程为疫苗接种。目前，疫苗接种一词仍指给健康人接种减毒病原体，使他们获得预防疾病的能力。虽然詹纳的大胆实验是成功的，但在全世界接种天花疫苗却花了将近两个世纪。最后，在1979年，世界卫生组织正式宣布天花已被消灭(图

2、1.2)，这是现代医学史上最伟大的胜利。图1.1矮人詹纳约翰拉斐尔史密斯画的肖像被耶鲁大学哈维库欣/约翰海伊惠特尼医学图书馆复制。每月有一个以上病例的国家总数(曲线)官方声明天花的灭绝年图1.2接种疫苗消灭天花在连续三年没有天花病例报告后，世界卫生组织于1979年宣布天花灭绝。当詹纳提出疫苗接种的概念时，他对引起传染病的病原体一无所知。直到19世纪末，罗伯特科赫才证明传染病是由微生物引起的，每一种微生物都引起一种特定的疾病，即病理学。目前，我们将病原微生物，即病原体，分为四类：病毒、细菌、真菌和其他相对较大且复杂的真核生物寄生虫。19世纪科赫和其他伟大微生物学家的发现扩大了詹纳疫苗在其他传染病

3、中的应用。路易斯巴斯德在20世纪80年代发明了鸡霍乱疫苗和狂犬病疫苗，并首次成功应用于被疯狗咬伤的男孩。这一系列实践促使人们探索其保护机制，从而发展了免疫学。1890年，埃米尔冯贝林(Emil von Behring)和柴藤(Shibasaburo Kitasato)发现，接种疫苗的人血清中有一种物质可以特异性结合相应的病原体，他们称之为抗体。这种特异性免疫反应被称为适应性免疫反应，因为它是个体在成长过程中对抗病原体感染所获得的能力。在大多数情况下，获得性免疫反应赋予身体长期的保护性免疫，从而防止同一病原体的再次感染。这就是获得性免疫和先天免疫的区别。当贝林和北佐藤发现抗体时，人们首先从伟大的

4、俄罗斯免疫学家埃利梅奇尼科夫的研究工作中了解到先天免疫。Metchnikoff发现有一种吞噬细胞可以吞噬和消化许多微生物，他称之为巨噬细胞。巨噬细胞是自然免疫系统的关键成员，可以直接对抗广泛传播的病原体而无需预先致敏。相比之下，抗体通常是在感染后产生的，并专门作用于被感染的病原体。因此，人体内存在的抗体可以直接反映人体的感染特征。事实上，人们很快发现大多数物质可以诱导身体产生特定的抗体，这些抗体被称为抗原，因为它们可以刺激身体产生抗体。然而，我们应该知道，并不是所有的获得性免疫反应过程都会产生抗体，所以现在抗原有了更广泛的定义，即任何可以被获得性免疫系统识别的物质。自然免疫反应和获得性免疫反应

5、都依赖于白细胞的活性。自然免疫反应主要涉及粒细胞和巨噬细胞。粒细胞，也称为多形核白细胞，是由不同种类的白细胞组成的一组。染色后，不同种类粒细胞的颗粒会呈现不同的颜色和形状，包括具有吞噬功能的中性粒细胞。据推测，人类和其他脊椎动物的巨噬细胞是从低等动物的吞噬细胞进化而来的，如梅奇尼科夫在海星中观察到的那些。获得性免疫反应依赖于淋巴细胞，淋巴细胞可以使机体在患病或接种疫苗后获得终身免疫。自然免疫和获得性免疫提供了一个非常有效的防御系统。虽然我们生活在充满病原微生物的环境中，但我们很少生病。自然免疫系统可以成功抵抗多种感染，预防疾病的发生，而自然免疫系统无法抵抗的感染可以引发获得性免疫反应，使机体能

6、够成功清除这些感染因子，并获得长期的免疫记忆。这本书聚焦于获得性免疫的各种机制，也就是为什么特殊的淋巴细胞能够识别和靶向病原微生物或被病原微生物感染的细胞。此外，我们还应该知道，所有参与自然免疫反应的细胞也参与获得性免疫反应。事实上，获得性免疫系统消除入侵微生物的大多数有效行为必须依赖于特定抗原识别和激活机制之间的关系，并且这些机制也用于宿主的自然免疫反应。在本章中，我们首先介绍免疫系统的细胞和参与这些细胞的发育、循环和迁移的组织。然后我们将总结不同类型细胞的特殊功能及其消除感染的机制。免疫系统组成免疫系统的细胞来源于骨髓，大多数细胞在骨髓中成熟。然后它们迁移到外周组织，在血液和一个称为淋巴系

7、统的特殊管道系统中循环，并发挥保护作用。1-1免疫系统的白细胞来源于骨髓中的前体细胞血液中的所有细胞成员，包括运输氧气的红细胞、在受伤组织中引起血液凝固的血小板以及免疫系统的白细胞，最初都来源于普通祖细胞或前体细胞，即骨髓中的造血干细胞。因为这些干细胞可以分化成各种血细胞，它们通常被称为多能造血干细胞。多能造血干细胞最早可以产生一些分化能力有限的干细胞，即红细胞、血小板和两种主要类型白细胞的祖先。图1.3总结了不同的血细胞类型及其发育谱系。在这里，我们将关注除巨核细胞和红细胞之外的骨髓祖细胞和普通淋巴祖细胞的所有成员。骨髓多重造血干细胞骨髓普通淋巴祖细胞普通骨髓样祖细胞粒细胞/巨噬细胞祖细胞巨

8、核细胞/红细胞祖细胞巨核细胞红细胞生成血b细胞t 淋巴细胞粒细胞(或多形核白细胞)血小板红血球中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、未知前体细胞、单核细胞、未成熟树突细胞效应细胞组织淋巴结浆细胞活化的t细胞肥大细胞巨噬细胞未成熟树突细胞成熟树突细胞图1.3血液中的所有细胞成员包括获得性免疫系统的淋巴细胞，全部来自骨髓中的造血干细胞多能造血干细胞分化成更专门化的干细胞：普通淋巴祖细胞和普通髓祖细胞。普通淋巴祖细胞分化为获得性免疫T淋巴细胞和B淋巴细胞；普通的骨髓祖细胞分化成不同类型的白细胞(白细胞)、红细胞(携带氧气的红细胞)和产生血小板(在血液凝固中起重要作用)的巨核细胞。目前的实验数据有力

9、地支持了能够分化为T淋巴细胞和B淋巴细胞的普通淋巴祖细胞的存在。T淋巴细胞和B淋巴细胞的分化部位不同。胸腺中的T细胞和骨髓中的B细胞携带的抗原受体也不同。成熟的淋巴细胞在血液和外周淋巴组织之间循环。一旦暴露于抗原，B细胞分化为分泌抗体的浆细胞，而T细胞分化为具有多种功能的效应T细胞。淋巴细胞的第三个细胞系是自然杀伤细胞，它与T淋巴细胞和B淋巴细胞共享祖细胞，但缺乏获得性免疫反应的特征，即抗原特异性。来源于骨髓干细胞的白细胞包括单核细胞、树突细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞。后三种细胞统称为粒细胞(因为在血液涂片上，这三种细胞的细胞质中的颗粒出现独特的着色现象)或多形核白细胞(因为它

10、们的细胞核是不规则的)。它们在血液中循环，并且只有当它们接收到募集信号时才进入感染或炎症部位的组织。被招募的中性粒细胞将吞噬细菌。嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞被募集到与抵抗寄生虫感染相关的过敏性炎症部位。未成熟的树突细胞通过血液进入外周组织，并在那里吸收抗原。当它们摄取病原菌时，它们开始成熟并迁移到淋巴组织，并激活抗原特异性T淋巴细胞。单核细胞进入组织后分化为巨噬细胞，巨噬细胞是组织中的主要吞噬细胞，属于自然免疫系统。肥大细胞来源于骨髓中的前体细胞，但它们完成组织中的成熟过程，并在过敏反应中发挥重要作用。骨髓祖细胞是免疫系统中粒细胞、巨噬细胞、树突细胞和肥大细胞的前体细胞。巨噬细胞是免疫系统中的

11、三种吞噬细胞之一，广泛分布于机体各种组织中，在自然免疫中发挥重要作用。巨噬细胞是血液循环中单核细胞的成熟形式，当单核细胞迁移到组织中时，它们不断分化为巨噬细胞。树突细胞吸收抗原并将其展示在细胞表面以供淋巴细胞识别。未成熟的树突细胞通过血液循环迁移并在外周组织中定居。它们不仅能吞噬细菌，还能通过巨胞作用吸收大量细胞外液。一旦遇到病原体，它们会迅速成熟并迁移到淋巴结。肥大细胞也在组织中分化，目前，我们还不知道它在血液中的前体细胞。它们主要位于小血管附近，一旦被激活，就会释放出影响血管通透性的物质。尽管它们在过敏反应中的作用是众所周知的，但它们也在保护粘膜表面免受病原体侵害方面发挥作用。粒细胞因其细

12、胞质含有大量有色颗粒而得名，有时由于其细胞核形状奇特，它们也被称为多形核白细胞。有三种粒细胞，它们的寿命都很短。当免疫反应发生时，它们会离开血液，移动到感染或炎症部位，在此过程中它们的数量会不断增加。中性粒细胞是免疫系统中的第三种吞噬细胞，也是自然免疫反应中最大和最重要的细胞成员。遗传性中性粒细胞功能障碍会导致严重的细菌感染，如果不及时治疗可能会致命。嗜酸性粒细胞被认为在抵抗寄生虫感染中起主要作用，因为它们的数量会在寄生虫感染过程中增加。嗜碱性粒细胞的功能可能类似于嗜酸性粒细胞和肥大细胞，它是两种功能的补充。我们将在第9章讨论这些细胞的功能，并在第12章讨论它们在过敏性炎症反应中的作用。图1.

13、4显示了骨髓细胞谱系的细胞类型。细胞激活后的功能巨噬细胞(照片)吞噬和活化杀菌机制，呈递抗原(照片)树突细胞(照片)外周组织对抗原的摄取，在淋巴结中呈递抗原(照片)中性粒细胞(照片)吞噬、活化和杀菌机制(照片)嗜酸性粒细胞(照片)杀死抗体包被的寄生虫(照片)嗜碱粒细胞(照片)未知的(照片)肥大细胞(照片)释放含有组胺和其他活性因子的颗粒(照片)图1.4先天免疫和获得性免疫中的骨髓细胞髓系细胞在免疫反应中发挥许多重要功能。请参见示意图中的左侧单元格模式，所有单元格都将以这种形式出现在本书中。中间一栏是每个细胞的显微照片。吞噬细胞主要包括巨噬细胞和中性粒细胞，它们吞噬病原体并在细胞内小泡中降解病原

14、体，在自然和获得性免疫反应中发挥作用。未成熟的树突细胞是吞噬细胞，可以摄取病原菌。当它们成熟时，它们作为抗原呈递细胞向T细胞呈递抗原，并启动获得性免疫反应。巨噬细胞也能向T细胞呈递抗原并激活T细胞。其他髓系细胞主要是分泌细胞，在获得性免疫反应中被抗体激活后，可释放出大量的颗粒状内含物。一般认为嗜酸性粒细胞可以攻击大型寄生虫，如涂有抗体的蠕虫，但嗜碱性粒细胞的功能尚未得到明确研究。肥大细胞是引发局部炎症反应的组织细胞。当受到抗原刺激时，肥大细胞可以释放一些物质作用于那里的血管。照片由鲁尼和史密斯提供常见的淋巴祖细胞可以分化成淋巴细胞，这将在本书的大部分章节中涉及。淋巴细胞有两种主要类型：B淋巴细

15、胞或B细胞，它们分化成浆细胞)；激活后分泌抗体；T淋巴细胞或T细胞主要分为两组，一组激活后可分化为细胞毒性T细胞，可杀死病毒感染细胞，另一组可分化为辅助细胞，可激活其他细胞，如b细胞和巨噬细胞。大多数淋巴细胞体积小，没有特征，几乎没有细胞器，大多数核染色质是无活性和凝集的(图1.5)。这是一种典型的非活性细胞，因此在20世纪60年代早期的教科书中，免疫学的主要研究对象被描述为非功能性细胞也就不足为奇了。事实上，这些小淋巴细胞在与抗原接触之前没有功能，因此与抗原接触对于启动增殖和分化成具有独特功能特征的免疫细胞非常重要。图1.5淋巴细胞主要是无活性的小细胞左边的光学显微照片显示被红细胞包围的小淋巴细胞。注意，它的细胞核中有浓缩的染色质