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免疫系统

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  免疫系统(immune system)是机体保护自身的防御性结构,主要由淋巴器官(胸腺、淋巴结、脾、扁桃体)、其它器官内的淋巴组织和全身各处的淋巴细胞、抗原呈递细胞等组成;广义上也包括血液中其它白细胞及结缔组织中的浆细胞和肥大细胞。构成免疫系统的核心成分是淋巴细胞,它使免疫系统具备识别能力和记忆能力。淋巴细胞经血液和淋巴周游全身,从一处的淋巴器官或淋巴组织至另一处的淋巴器官或淋巴组织,使分散各处的淋巴器官和淋巴组织连成一个功能整体。免疫系统是生物在长期进化中与各种致病因子的不断斗争中逐渐形成的,在个体发育中也需抗原的刺激才能发育完善。免疫系统的功能主要有两方面:①识别和清除侵入机体的微生物、异体细胞或大分子物质(抗原);②监护机体内部的稳定性,清除表面抗原发生变化的细胞(肿瘤细胞和病毒感染的细胞等)。

  免疫系统在识别机体自身和非自身的细胞或抗原中有两类细胞表面的结构特别重要:一类是T细胞和B细胞表面的特异性抗原受体;另一类是组织相容性抗原(histocompatibility antigen),编码此类抗原的基因群称主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex),简称MHC,故此抗原又称MHC。MHC抗原在不同种动物之间以及同种动物不同个体之间均有所不同,故具有高度的特异性,但一卵性挛生儿及同一个体的所有细胞的MHC抗原则是相同的;因而异体移植的组织或器官均会引起机体的排斥反应。MHC抗原又分为两类:①MHC-Ⅰ类抗原,广泛分布于个体的所有细胞表面;②MHC-Ⅱ类抗原,仅分布于免疫系统的某些细胞表面,有利于细胞之间功能的相互协作,如识别抗原等。

  一、淋巴细胞、抗原呈递细胞与免疫

  (一)淋巴细胞

  淋巴细胞是种类繁多、分工极细、并有不同分化阶段和功能表现的一个细胞群体。各种淋巴细胞的寿命长短不一,如效应性淋巴细胞仅1周左右,而记忆性淋巴细胞可长达数年,甚至终身。各种淋巴细胞的形态相似,不易区分,只有用免疫细胞化学等方法才能予以鉴别。

  1.淋巴细胞的主要类群依据表面标志、形态结构和功能表现的不同,一般将淋巴细胞分为三类。

  (1)胸腺依赖淋巴细胞(thymus dependent lymphocyte):简称T细胞,是淋巴细胞中数量最多功能复杂的一类。T细胞体积较小,胞质很少,一侧胞质内常有数个溶酶体(图9-1)。胞质呈非特异性酯酶染色阳性,细胞表面有特异性抗原受体。血液中的T细胞占淋巴细胞总数的60%~75%。T细胞一般可分为三个亚群:①辅助性T细胞(helper T cell,TH 细胞),占T细胞的65%左右,它的重要标志是表面有CD4抗原(CD是淋巴细胞和其他白细胞表达的表面抗原分化群,即cluster of differentiation简称,1993年国际会议统一命名,现已有CD1~CD78)。TH 细胞能识别抗原,分泌多种淋巴因子,它既能辅助B细胞产生体液免疫应答,又能辅助T细胞产生细胞免疫应答,是扩大免疫应答的主要成分,它还具有某些细胞免疫功能。艾滋病(AIDS)病毒可破坏TH 细胞,导致患者的免疫系统瘫痪。②抑制性T细胞(suppressor Tcell,TS 细胞),占T细胞的10%左右。表面有CD8抗原。TS 细胞常在免疫应答的后期增多,它分泌的抑制因子可减弱或抑制免疫应答。③细胞毒性T细胞(cytotoxic T cell,Tc 细胞),占T细胞的20%~30%,表面也有CD8抗原。TC 细胞能识别结合在MHC-Ⅰ类抗原上的异抗原,在异抗原的刺激下可增殖形成大量效应性TC 细胞,能特异性地杀伤靶细胞,是细胞免疫应答的主要成分。

  (2)骨髓依赖淋巴细胞(bone marrow dependent lymphocyte):简称B细胞,常较T细胞略大,胞质内溶酶体少见,含少量粗面内质网(图9-1)。细胞表面的标志主要是有许多膜抗体(特异性抗原受体)。血液中B细胞占淋巴细胞总数的10%~15%。B细胞受抗原刺激后增殖分化形成大量浆细胞,分泌抗体,从而清除相应的抗原,此为体液免疫应答。

图9-1 T细胞、B细胞及大颗粒淋巴细胞

小细胞示光镜结构,大细胞示超微结构

  (3)大颗粒淋巴细胞(large granular lymphocyte,LGL):LGL常较T、B细胞大,直径约11μm,胞质较丰富,含许多散在的深酶体(图9-1)。血液中LGL约占淋巴细胞的10%,在脾内和腹膜渗出液中较多,淋巴结和骨髓内较少,胸腺内无。LGL的来源未明,寿命约数周,细胞表面无特异性抗原受体,膜上的标志主要是GM1 (单核巨噬细胞的标志)和CD8(TC 细胞的标志),并常有Fc受体。LGL可分为两种:①杀伤细胞(killer细胞,K细胞),在靶细胞与抗体结合后,K细胞可借Fc受体与抗体的Fc端结合进而杀伤靶细胞。②自然杀伤细胞(nature killer cell,NK细胞),它不需抗体的存在,也不需抗原的刺激即能杀伤某些肿瘤细胞。由于K细胞和NK细胞的形态、分布与表面标志均近似,故它们可能是同一种细胞的不同功能表现。

  2.T细胞和B细胞的早期分化T细胞和B细胞分别在胸腺和骨髓内进行早期分化,胎儿期即已开始,出生后继续进行。其特点是形成具有各种特异性抗原受体的淋巴细胞,总共约有105 ~106 种。但每个淋巴细胞表面只有一种抗原受体,这是淋巴细胞能识别特异性抗原的物质基础。早期分化形成大量静息期的处女型T细胞和B细胞,并不断播散到周围淋巴器官和淋巴组织中。

  3.免疫应答的三个阶段 T细胞和B细胞在免疫应答(immune response)过程中需经过三个阶段,即感应了阶段、增殖分化阶段和效应阶段(图9-2)。

图9-2 免疫应答的三个阶段示意图

  (1)感应阶段:即识别抗原的过程,常需数种细胞的协作才能完成。抗原要经过抗原呈递细胞的处理,如巨细胞内吞抗原(细菌等)形成内吞泡,后者与溶酶体融合使抗原初步分解但仍保留其抗原性,继而与MHC-Ⅱ类分子结合并表达于细胞表面,供淋巴细胞识别(图9-3)。同时,巨噬细胞分泌IL-1激活TH 细胞,TH 细胞分泌IL-2、IL-4、等再激活B细胞,TH 细胞和B细胞即发生转化(transformation)。TC 细胞识别抗原的机制与上述有所不同,它只能识别与MHC-Ⅰ类分子结合的抗原,并在TH 细胞分泌的IL-2的刺激下发生转化。淋巴细胞转化是指由静息期的小淋巴细胞转变成代谢活跃并能进行增殖的大淋巴细胞的过程,此时细胞核增大,染色质变细,核仁明显,胞质增多,胞质内游离核糖体增多而嗜碱性增强,细胞增大至15~20μm,形似幼稚的母细胞,故又称母细胞化(blastoformation)或返幼(rejuvenation)(图9-4)。

图9-3 抗原呈递细胞处理抗原过程示意图

图9-4 淋巴细胞的转化

  (2)增殖分化阶段:TH 细胞在此阶段起重要的调节作用。它分泌IL-2可刺激自身(TH )和TC 细胞发生一系列的分裂和分化;它分泌的IL-4等和干扰素则可刺激B细胞发生一系列的分裂和分化。细胞增殖中,其抗原受体的特异性不变,故称为单株增殖,结果产生两类细胞:①效应细胞(effector cell),是失去分裂能力的终末细胞(end cell),大量效应细胞可增强机体快速清除抗原的能力;②记忆细胞(memory cell),是经过一段分化后再次转入静息期的小淋巴细胞,寿命长,当再次遇到该抗原时能迅速转化增殖形成大量效应细胞,使机长期保持对该抗原的免疫力。预防接种疫苗可使机体产生大量记忆细胞。

  (3)效应阶段:效应细胞经血流迁移至病灶附近清除抗原(病原体),在疾病转愈期效应细胞增多。B细胞的效应细胞是浆细胞,寿命约1周,能大量分泌抗体,抗体经血流循环全身,其半衰期为10~20天。抗体能中和抗原的毒性,促使靶细胞溶解,抗原与抗体结合后还易被吞噬细胞吞噬,Th效应细胞是分泌淋巴因子的主要细胞。如巨噬细胞游走抑制因子等聚集巨噬细胞和激活其吞噬和杀菌能力,淋巴毒素能杀伤靶细胞,γ-干扰素可抑制病毒复制及激活NK细胞杀靶细胞等。Tc效应细胞进入病灶与靶细胞抗原结合后,释放穿孔蛋白(perferin),它能嵌入靶细胞膜,在膜上形成中央有孔的聚合体,使细胞外液进入靶细胞而使其膨胀破裂,而Tc效应细胞不受损伤,还能再次杀伤靶细胞,但寿命仅数天。

  (二)抗原呈递细胞

  抗原呈递细胞(antigen presenting cell)是免疫应答起始阶段的重要辅佐细胞,有多种类型。其中巨噬细胞分布最广,是处理抗原的主要细胞。交错突细胞(interdigitating cell)分布于脾、淋巴结和淋巴组织中的T细胞区,是辅佐细胞免疫应答的主要成分。滤泡树突细胞(follicular dendritic cell)仅分布于淋巴小结的生发中心,能借抗体将大量抗原聚集于细胞突起表面,与选择B细胞高亲和性抗体细胞株的功能有关。郎格汉斯细胞(Langerhans cell)分布于表皮深层,可捕获和处理侵入表皮的抗原,并能离开表皮经淋巴进入淋巴结,转运抗原或转变为交错突细胞。微皱褶细胞(microfold cell)位于回肠集合淋巴小结顶端上皮及扁桃体隐窝上皮中,也有捕获和转递抗原的作用。

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