下面是《詹韦免疫生物学》固有免疫原理部分的学习笔记,请查收:)
免疫细胞的来源
- 有些免疫细胞,特别是在组织中驻留的巨噬细胞,在胚胎发育期间起源于卵黄囊或胎儿肝脏
免疫细胞成熟以后,即可驻留于外周组织,也可在血液或淋巴管中循环,后者称为淋巴系统。淋巴系统依靠淋巴液将细胞外液和免疫细胞从组织中转运回血液系统。
免疫系统的参与者:组织、细胞与分子
血液中的所有细胞最初都来源于骨髓中的造血干细胞(hematopoietic stem cell, HSC),又被称为多能造血干细胞。
NK细胞:自然杀伤细胞
DC细胞:树突状细胞
ILC:固有淋巴样细胞
病原体
病原体大致可分为四大类:病毒、细菌(和古菌)、真菌及寄生虫。
但并非所有的微生物都是病原体,机体的许多组织内定植着菌群,与宿主保持着共生关系,并不会对宿主造成伤害,此类微生物称为共生微生物,最热门的应该是肠道菌群了
物理屏障和化学屏障是抵抗病原体的第一道防线
宿主通常采取三种策略应对微生物带来的威胁:
- 规避(avoidance):包括解剖学屏障和行为矫正,可防止机体暴露在微生物环境中。
- 抵抗(resistance):在机体被感染后,“抵抗”可减少或消除病原体
- 耐受(tolerance):是指增强组织抵抗微生物诱导损伤的能力
机体的第一道防线是体表上皮细胞形成的物理屏障;其次是包括补体在内的各种化学屏障和酶类系统,它们可在上皮细胞周围直接发挥抗菌效应。
在上皮破损后,附近的固有淋巴样细胞可以快速发挥防御作用。如果病原体穿越上述屏障,适应性免疫应答这种慢性防御机制将会发挥作用,以抵御病原体的入侵。
下面着重介绍一下补体系统和固有淋巴样细胞
补体系统
补体系统是由30余种协同作用的蛋白质分子组成,是血清和间质细胞中最重要的免疫分子之一。补体不仅能与抗体协同作用,还可以在没有特异性抗体存在时直接结合外来抗原,因此,它在固有免疫应答和适应性免疫应答中都发挥重要作用。
激活的补体可以激发局部炎症和对侵入细菌的吞噬作用:细菌表面成分可以直接激活补体系统而诱发补体蛋白裂解的级联反应,补体系统内特定蛋白质片段可以结合微生物,并被巨噬细胞和中性粒细胞上的补体受体所识别,从而被吞噬和破坏。
固有淋巴样细胞
固有淋巴样细胞(innate lymphoid cells, ILCs)是一类不同于T细胞和B细胞的淋巴细胞亚群,与人类健康和疾病相关,起着至关重要的作用。
固有淋巴样细胞的发育和异质性
所有的ILC都来源于CD127(IL-7R)共同淋巴祖细胞
根据共有的表型和功能特性,成熟的ILC可分为三类
固有淋巴样细胞的组织特异性
固有免疫系统的演进步骤
致炎成分是具有化学结构的物质,它们的出现提示有微生物入侵或产生了微生物导致的细胞损伤。感应细胞可以表达多种固有识别受体来检测这些诱导剂,继而产生多种能够直接防御病原体或增强免疫应答的介质。这些介质包括各种细胞因子,可作用于各类靶组织(如上皮组织),诱导产生抗菌蛋白并抑制胞内病毒的增殖,也可作用于其他免疫细胞如ILC,促其分泌其他细胞因子增强免疫应答。
机体接触病原体后,可迅速启动固有免疫应答,适应性免疫应答的启动则需要数天。适应性免疫系统与固有免疫系统的细胞相互作用,相互依赖。
固有免疫细胞
- 髓系干细胞是巨噬细胞、粒细胞(中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞)、肥大细胞和DC的共同前体,其中巨噬细胞、粒细胞和DC细胞是具有吞噬作用的免疫细胞,而肥大细胞与过敏反应相关
- 髓系干细胞还产生巨核细胞(注意注意,不是巨噬细胞)和红细胞
下面,我们一一介绍:
- 吞噬细胞:几乎存在于所有组织中,由单核细胞分化而来,是生存周期相对较长的免疫细胞,在固有免疫应答和适应性免疫应答中发挥不同的作用。
- 适应性免疫应答:处理由适应性免疫应答杀灭的病原体和受到感染的细胞
- 调节免疫应答:诱导炎症的发生,这是免疫应答产生的先决条件;同时也产生炎症介质激活其他免疫细胞
- 粒细胞:也称为多形核白细胞(polymorphonuclear leukocytes,PMN),寿命相对较短(只能存活几天),在骨髓中成熟,在免疫应答阶段增殖并迁移到感染或炎症部位
- 中性粒细胞:在固有免疫应答中,其数量最多,它们能够捕获和吞噬微生物,并利用细胞囊泡肿的酶类和存储在胞质颗粒中的抗菌物质杀死微生物
- 嗜酸性粒细胞与嗜碱性粒细胞:它们主要在抵御寄生虫感染方面发挥重要作用,也在过敏反应中发挥作用,但通常对机体是有害的
- 肥大细胞:胞内颗粒中含有许多炎症介质,保护黏膜表面免受病原体的伤害
- DC:未成熟的DC通过循环系统从骨髓迁移进入外周组织。DC作为主要的感应细胞,与病原体接触后产生激活其他免疫细胞
感应细胞
PRR与PAMP
巨噬细胞、中性粒细胞和DC是重要的感应细胞,他们不仅感知感染,还能通过产生炎症介质来启动免疫应答。
感应细胞通过表达数量有限、结构稳定的固有识别受体感知病原体及其引起的损伤,这些受体我们称为模式识别受体(pattern recognition receptor, PRR)。
模式识别受体仅针对微生物中的简单而带有规律性格局的分子结构,被称为病原体相关分子模式(pathogen associated molecular pattern, PAMP),PAMP就是机体PRR识别病原体的最佳靶点,因为PAMP结构在进化过程中保守且不发生改变。
诱导炎症反应
PRR可以直接诱导巨噬细胞和中性粒细胞等细胞发挥功能,还可以通过产生炎症介质增强炎症反应。细胞因子和趋化因子是两类重要的炎症介质,它们都是分泌型蛋白质,作用方式类似于激素,向其他免疫细胞传递重要信号。
细胞因子
细胞因子是指由免疫细胞分泌的,能够与表达相应受体的邻近细胞结合,并影响其行为的蛋白质。细胞因子在靶细胞中诱导的连锁反应呼吁靶细胞效应机制的放大有关。
- 大多数细胞因子由多种细胞产生,也有部分细胞因子由某些特定类型的细胞产生。
- 细胞因子作用于多种细胞,另一些只能作用于少数细胞。
趋化因子
趋化因子是一类特殊的分泌型蛋白质,可作为化学诱导物,吸引表达趋化因子受体的细胞,如趋化、招募中性粒细胞和单核细胞从血液进入感染组织。此外,趋化因子还辅助淋巴组织中各种细胞进入免疫应答的特定区域。
炎症
炎症是指由活化的巨噬细胞释放细胞因子和趋化因子,将血液中的白细胞招募到感染部位的过程。这一过程有助于消灭病原体。炎症能够促进淋巴液的流动,将携带抗原的微生物或细胞从感染部位输送到邻近的淋巴组织,启动适应性免疫应答。适应性免疫应答一旦启动,炎症也会将效应成分募集到感染部位。
NK(自然杀伤)细胞
NK细胞是一种体积较大的淋巴样细胞,含有独特的胞质颗粒,现在认为NK细胞的发育源自于骨髓中的淋巴样组细胞,但和T细胞属于不同谱系,NK细胞缺乏表达于适应性免疫细胞的抗原特异性受体,其主要表达各种固有免疫受体。
Summary
规避、抵抗和耐受是机体应对病原体的不同方式。物理屏障和各种化学屏障属于规避的一种原始形式,补体和抗菌蛋白是防止共生微生物和病原体突破宿主组织的第一道防线。一旦这道防线被突破,脊椎动物就会采取抵御措施,表现为以致炎成分作用于感知细胞受体,进而向免疫系统发出感染信号。诱导炎症产生的可以是微生物特有的 PAMP,也可以是组织损伤释放的化学信号。这些信号作用于感应细胞的相应受体,将信号向胞内传递。感应细胞通常是固有免疫细胞,如巨噬细胞和 DC。感应细胞既可以直接产生效应,也可以通过产生的细胞因子和趋化因子作用于其他免疫细胞(NK 细胞和 ILC),发挥间接免疫效应。NK细胞和ILC继而被招募到靶组织中,启动特定类型的免疫应答:如细胞杀伤或直接产生具有抗病毒活性的细胞因子,以清除病原体感染。组织中炎症介质也可诱导不同类型炎症细胞的产生,用于清除病毒、胞内菌、胞外病原体或寄生虫。
参考文献
[1]Sonnenberg GF, Mjösberg J, Spits H, Artis D. SnapShot: innate lymphoid cells. Immunity. 2013;39(3):622-622.e1. doi:10.1016/j.immuni.2013.08.021