第三節 “免疫”與我們的生活和健康息息相關
2 000多年前,人們發現在某種傳染病中幸存下來的人,對再次感染這種疾病具有抵抗力,這種功能被稱為“免疫”。顧名思義,“免疫”可以理解為免除瘟疫。用現代觀點來講,免疫是人體的一種生理功能。人體依靠這種功能識別自身正常的成分,即“自我”和不屬于自身或異常的成分即“非我”,從而破壞和排斥進入人體的細菌、病毒、動物蛋白等,或人體自身所產生的損傷細胞和腫瘤細胞等,以維持人體的健康。
良好的免疫功能離不開抗體。日常生活中,我們經常聽到這樣的話:“提倡母乳喂養;一定要按時進行預防接種”。這是因為母乳含有豐富的抗體,可以提高嬰兒的免疫力。預防接種可以讓人體產生抗體,從而可以預防相應的疾病。
如果免疫系統太敏感,比如花粉、動物毛發、螨蟲等會導致人出現“過敏反應”。如果免疫系統被破壞,喪失免疫力,就會引起感染或腫瘤性疾病。典型代表就是談之色變的“艾滋病”,所以艾滋病還被稱為“免疫缺陷病”。可見,免疫系統要“恰到好處”地發揮功能才能使人體處于健康狀態,那么免疫系統是如何發揮功能呢?
一、人體免疫的三道防線
人類生活在與多種微生物(包括細菌、病毒等)共存的環境中,健康人之所以沒有受到病原體的感染,主要歸功于人體免疫的三道防線。
第一道防線是人體皮膚、黏膜組成的物理與化學屏障。皮膚的表皮上有一層厚厚的角質層細胞,它提供了一個物理屏障;表皮的周期性脫落會清除微生物;胃黏膜可以防御食入的病原體。
第二道防線是由人體先天免疫系統的非特異性細胞和分子組成。如果拿人作比喻的話,這道防線就像是一個“全才”。雖然不能針對某特定“非我”物質,但是對各種“非我”物質都能有一定的威懾力。這道防線主要包括吞噬細胞和體液中的殺菌物質。例如,淚液、汗液和唾液中含有的溶菌酶,以及胃液的酸性環境都可以抑制細菌、病毒的生長。
雖然這種防御機制并不能區分不同類型的“非我”物質,但是其中的吞噬細胞以及樹突狀細胞等呈遞細胞可以將“非我”物質呈遞給淋巴細胞,從而讓人體記住這些“非我”物質。
和第二道防線相比,免疫系統的第三道防線相當于“專才”,其可以專門防御某個“非我”物質,所以又叫特異性免疫。這一過程主要是抗體在發揮作用。這種能夠針對某一“非我”物質的抗體,是在第二道防線中的呈遞細胞輔助下,T淋巴細胞與B淋巴細胞配合下,由B細胞產生。人體內有數百萬種不同的B細胞,能夠識別不同的“非我”物質。當該“非我”物質再次入侵時,輔助性T細胞調節B細胞活化,產生相應抗體,從而保護人體。
這三道防線相互協作,密不可分,共同維持人體免疫平衡和身體健康。
二、“一般防御”與“針對性清理”
通俗地講,人體免疫的三道防線又可以分為“一般防御”與“針對性清理”。第一道防線和第二道防線可以稱為“一般防御”,第三道防線可以稱為“針對性清理”。
“一般防御”可以對多種病原體發動無差別的進攻,這種防御功能與病原體的種類和組成無關,所以又稱為非特異性免疫。皮膚可以起到屏障作用,防止病原微生物的入侵;呼吸道黏膜通過纖毛擺動,可使異物或病菌向呼吸道近側移動,通過“咳嗽”清除異物和病菌;淚液中的溶菌酶、胃液中的胃酸都能殺滅病菌。如果病原微生物突破了皮膚、黏膜組成的第一道防線,第二道防線就能夠繼續殺滅病原微生物,保護人體。
“針對性清理”是人體遭遇到特定病原體后產生的針對該類型病原體的特異性免疫反應,具有“精準打擊”的功能,也叫做特異性免疫或獲得性免疫。人體初次接觸某個病原體后,人體中性粒細胞和自然殺傷細胞可以直接對病原體起到吞噬作用,并且樹突狀細胞將抗原呈遞給淋巴細胞。這一過程可以使人體對病原體產生免疫記憶,當該病原體再次侵入機體時,免疫系統會發動更加強烈的攻擊。利用這一特性,我們在生活中為了預防破傷風感染,會注射破傷風類毒素進行主動免疫,使人體產生針對破傷風外毒素的抗體。當接種者受到外傷時,會有更強的免疫力抵御破傷風感染。
正是依靠“一般防御”和“針對性清理”這兩套“組合拳”,人體才能有效抵御病原體,維護身體健康。
三、認識抗原與抗體
一般情況下,當外來物質進入人體后,免疫系統就會對其進行識別。如果被認定為有用或者無害物質,免疫系統將與其和平共處,結局是被吸收、利用或者自然排出。例如多數人食用牛奶、蝦等食物后,免疫系統一般不會對其發生反應,而是作為營養物質被人體吸收利用。如果被貼上有害物質的標簽,免疫系統則會迅速動員各組織和細胞,將其局限并消滅清除。從概念上說,能造成人或動植物感染疾病的微生物(包括細菌、病毒、立克次氏體、真菌)、寄生蟲等都可以稱為病原體。其中,能夠引起機體產生特異性免疫反應的物質叫做抗原,主要包括細菌、病毒等病原體表面的蛋白質等物質以及人體中衰老、死亡、癌變的細胞、組織等。
如果把抗原當作侵入人體的“敵人”,那么抗體就可以當作人體的“衛士”。抗體是一類能與抗原特異性結合的免疫球蛋白,是免疫系統對外來物質做出反應而產生的一種保護性蛋白質。抗體分泌到血液和黏膜中,在那里它們與病原體和毒素等異物結合并使其失活(中和)。抗體激活補體系統,通過裂解(在細胞壁上打孔)破壞細菌細胞。抗體與細菌等抗原物質結合,促進吞噬細胞對細菌等異物的吞噬(調理)。此外,母體中的部分抗體可以通過胎盤保護胎兒;母乳中的抗體可以保護新生兒的胃腸道免受細菌和病毒感染;預防接種的疫苗可以使人體產生特異性抗體來預防特定的疾病。
使用免疫學檢測方法能檢測這些特異性抗體,判斷人體是否感染過病毒。目前抗體已經實現人工制備,并在疾病的診斷、免疫防治及其基礎研究中被廣泛應用,造福于人類。
四、“自我”與“非我”的識別
通過上文我們可以知道,人體免疫系統有條不紊地發揮作用,就要準確識別自身正常的成分,即“自我”;同時識別不屬于自身或異常的成分,即“非我”。那么人體的防線是如何分辨“自我”和“非我”呢?
免疫系統識別“自我”與“非我”主要依靠人類白細胞抗原(HLA),它們是一組位于所有細胞表面的識別分子,其組合方式對每個人來說是唯一的,從而使免疫系統能夠區分“自我”和“非我”。這組識別分子也稱為主要組織相容性復合體。
如果識別系統出現異常,則會出現免疫相關的炎癥或者自身免疫疾病。比如,強直性脊柱炎和HLA - B27之間的關聯非常明顯,攜帶HLA - B27的個體患強直性脊柱炎的可能性大約是人群中其他個體的90倍。(如果查出來HLA - B27陽性也不必驚慌,僅僅出現該指標陽性說明不了什么,應及時到風濕科醫生評估是否是強直性脊柱炎。)
五、免疫細胞是人體的健康衛士
人體免疫系統要發揮“防御”作用,離不開鎮守前線的“士兵”,免疫細胞在免疫系統中就發揮著這一重要作用。免疫細胞包括淋巴細胞、樹突狀細胞、自然殺傷細胞、吞噬細胞、粒細胞、肥大細胞等,它們共同執行免疫功能。
免疫細胞和人們在化驗單上經常看到的“白細胞”是什么關系呢?白細胞是一個很常見的用詞,是免疫細胞的主要部分,但并不包括所有的免疫細胞。白細胞是一個細胞群,根據其形態、功能和來源部位可以分為三大類:粒細胞、單核細胞和淋巴細胞。其中粒細胞可分為中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞;淋巴細胞可分為T淋巴細胞(又名T細胞)、B淋巴細胞(又名B細胞)和自然殺傷細胞。
除了白細胞之外,我們還需要了解一些其他免疫細胞。首先是樹突狀細胞,因其表面具有星狀多形性或樹枝狀突起而得名。它能高效地攝取、加工處理和遞呈抗原,從而讓機體啟動免疫應答。其次是肥大細胞,它主要存在于黏膜和結締組織中。在病原體感染或變應原(過敏原)侵入時,肥大細胞會被招募到相應部位,從而處于激活狀態,通過脫顆粒釋放酶類物質和組胺等血管活性胺類物質。如果肥大細胞因為一些原因形成致敏的肥大細胞,人體則會處于致敏狀態,從而出現過敏現象。生活中見到的哮喘、過敏性腸胃炎、蕁麻疹、特應性皮炎(濕疹),都與肥大細胞有關系。
免疫細胞是我們身體的健康衛士,能夠抵御病原入侵,保護我們的身體健康。所以,我們要認識和關愛這些可愛的衛士們,不能接觸有毒有害物質及放射線,不能濫用藥物,避免我們的免疫細胞及免疫系統受到破壞。
白細胞是主要的免疫細胞,白細胞的數量與分類也是我們去醫院看病、體檢最常做的血常規檢查項目,因此有必要對其有個初步的了解。
白細胞是組成人體免疫系統的重要一部分,它們幫助身體抵抗感染和其他疾病。白細胞在吞噬病原微生物、介導過敏反應以及特異性免疫應答等方面發揮重要作用。身體有不適時,經常會通過白細胞數量的變化而表現出來。因此到醫院就診,醫生常把白細胞數量與比例變化作為疾病診療以及判斷預后的重要參考。
白細胞包括粒細胞、淋巴細胞、單核細胞等。白細胞有細胞核,有遷移運動能力。它們通過攝入異物和細胞碎片,破壞病原體或者自身產生的腫瘤細胞,或者通過產生抗體,對機體發揮保護作用。在成年人中,粒細胞數量在白細胞中占比最高,主要是由骨髓產生。淋巴組織,包括胸腺、脾臟和淋巴結能夠產生淋巴細胞。單核細胞主要是由脾臟、肝臟、淋巴結和其他器官的網狀內皮組織產生的。
粒細胞能清除體內的病原微生物和寄生蟲等,也是過敏和其他形式炎癥反應的關鍵介質。這些細胞含有許多細胞質顆粒或分泌囊泡,這些顆粒中含有在免疫反應中起重要作用的效應物質。它們含有多葉核,因此常被稱為多形核白細胞。粒細胞可分為三類:中性粒細胞、嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞。中性粒細胞是數量最多的粒細胞,它們通常是最早到達感染部位的細胞類型之一,通過吞噬作用吞噬并破壞病原微生物。嗜酸性粒細胞和嗜堿性粒細胞通常到達病變部位的時間較晚。嗜堿性粒細胞的顆粒中含有許多化學物質,包括組胺和白三烯,它們在誘導過敏反應中發揮重要作用。嗜酸性粒細胞在寄生蟲感染中發揮作用,也有助于調節機體的免疫反應。
淋巴細胞進一步分為B細胞和T細胞,負責特異性識別外來物質并將其從人體內清除。B淋巴細胞分泌抗體,在我們身體中與外源病原體特異結合并阻止其入侵。通常情況下,T細胞識別病毒感染或癌細胞并將其破壞,或作為輔助細胞協助B細胞產生抗體。自然殺傷細胞也屬于淋巴細胞,因其具有的殺死多種靶細胞的能力而得名。它和T細胞和B細胞不同之處在于其無需預先致敏就能非特異性殺傷腫瘤細胞和病毒感染細胞。在健康人體中,25% ~ 33%的白細胞是淋巴細胞。
單核細胞占血液中白細胞總數的4% ~ 8%,它們從血液移動到感染部位,在那里進一步分化為巨噬細胞。這些細胞是清道夫,能有效地吞噬并直接破壞病原體,清除感染部位的細胞碎片。中性粒細胞和巨噬細胞是機體的主要吞噬細胞,但巨噬細胞比中性粒細胞大得多,壽命更長。一些巨噬細胞作為抗原呈遞細胞,吞噬和降解微生物,并將這些微生物的一部分呈遞給T淋巴細胞,從而激活特異性獲得性免疫反應。
說到白細胞的變化,首先是數量的變化。正常人的白細胞總數為(4.0 ~ 10.0)×109/L。一般來說,新生兒的白細胞計數較高,在兒童時期逐漸降至成人水平。一個例外是淋巴細胞計數,出生時很低,在生命的前4年達到最高水平,然后逐漸下降到成人的穩定水平。白細胞數量在一天中可以發生波動,休息時白細胞數量較低,運動后升高。因此,當我們去醫院做血常規檢查時,應該盡量保持平靜狀態且在一天的相同時間段做檢查,這樣的結果將更加精確、更有可比性和參考價值。
白細胞數量的異常可表現為白細胞數量的增加或者減少。白細胞數量增多通常由粒細胞(尤其是中性粒細胞)數量增加引起,其中一些可能是未成熟的粒細胞。這種情況需要區分是白細胞生理性增加還是病理性增加。我們不必為生理因素引起的白細胞暫時性升高而擔心,但也不能忽視白細胞病理性增多。白細胞的生理性增高常見于如下情況:劇烈體力消耗、抽搐、急性情緒反應、疼痛、妊娠、分娩等;白細胞的病理性增高主要由疾病狀態(如感染和中毒)等引起,例如得了闌尾炎、急性化膿性扁桃體炎等疾病時,白細胞尤其是中性粒細胞數量會出現明顯的升高。
值得注意的是,血液循環或骨髓中白細胞數量的異常增加是白血病的標志。白血病是一種造血組織的惡性腫瘤,患者白細胞數量通常有明顯的升高,可達正常人的數倍甚至十幾倍。某些類型的白血病與輻射暴露有關,例如廣島原子彈爆炸后,幸存者中罹患白血病的風險明顯升高。
當白細胞數小于4×109/L時稱為白細胞減少癥,但其臨界值通常設置為(2.5 ~ 4)×109/L,即當其小于2.5×109/L時,須考慮為異常情況。某些類型的感染或藥物、慢性貧血、營養不良及過敏反應等情況,都會引起白細胞數量減少。當然,這些疾病的診斷還要結合其他檢查手段。當白細胞數量顯著減少時,容易發生感染,甚至可能導致敗血癥。在這個時候,我們必須高度重視。可以采取注射重組人粒細胞刺激因子等方法,提高患者白細胞數量。
六、免疫功能是一把雙刃劍
假如我們的皮膚、黏膜出現破損,傷口感染了細菌,免疫的第一道防線(皮膚)宣告失守,就會造成“發炎”(炎癥)。適當的“發炎”,釋放信號,吸引大量免疫細胞前來作戰,發揮免疫的第二道防線(先天免疫)、第三道防線(獲得性免疫)功能。因此,適當的“發炎”是有益的,“發炎”是一種信號,促進了我們免疫系統高效工作。
過敏也是我們生活中的高頻詞匯。春天到了,繁花朵朵,有些人在盡情賞花,可有些人卻對花粉過敏,打噴嚏不斷。對于過敏體質的人,幾乎任何東西都可能成為過敏原,例如花粉、動物毛發、牛奶、海鮮等。這些都是生活中經常遇到的對人體無害的物質,免疫系統卻小題大做、如臨大敵,發動猛烈的免疫反應,造成人體不適甚至是疾病,而是免疫反應。看來,免疫系統是把“雙刃劍”,它既能保護我們身體,也能對我們身體造成傷害。下面以流感和自身免疫性疾病為例,說明免疫系統對人體健康的雙面性。
先說免疫系統對人體的有益方面。免疫系統無時無刻不在保護著我們的身體。人體每天都會產生成千上萬個衰老甚至突變的細胞,免疫系統可以識別并把它們清除;我們生活的環境中有各種各樣的細菌、病毒等病原微生物,它們侵入人體后也是靠免疫系統殺滅的。小到傷口的愈合,大到各種各樣疾病的治愈,免疫系統都在其中發揮至關重要的作用。下面我們就以每個人幾乎都會經歷的“感冒”為例,來看一下免疫系統如何幫助我們抵御疾病。
感冒一般分為普通感冒、流行性感冒。普通感冒一般是由鼻病毒引起的,由冠狀病毒、腺病毒、流感病毒、呼吸道合胞病毒引起的感染也可表現為普通感冒。普通感冒是一種自限性疾病,可表現為打噴嚏、流涕、鼻塞、發熱和全身不適等癥狀;流行性感冒特指由流感病毒感染引起的疾病。雖然與普通感冒癥狀類似,但是流感發病更加迅速,發熱等全身癥狀更重,傳染性強,且有季節流行性等特點。流感病毒經常發生變異,來躲避免疫系統構成的人體屏障,而且目前沒有針對所有流感病毒的特效藥物,只能依靠自身的免疫系統來清除流感病毒。
感冒發病過程中表現出的種種癥狀恰恰是免疫系統與病毒之間彼此鏖戰的外在反映。當你感覺身體有點不舒服的時候,流感病毒已經在你的身體里潛伏了一段時間了。他們突破黏膜屏障,進入鼻咽部黏膜細胞,并把它們改造成病毒復制的加工廠,壯大自身的力量,加快感染的步伐。病毒會刺激人體分泌大量的前列腺素,引起體溫升高;引起咽喉炎癥反應,使咽喉腫痛。當炎癥擴散到支氣管時,會劇烈咳嗽。病毒還可刺激人體產生緩激肽。緩激肽是一種可以引起大腦皮層痛覺的物質,這也就是感冒后頭疼及全身酸痛的原因。體溫升高會進一步動員人體的免疫反應。最先識別病毒的是巨噬細胞,它一方面吞噬殺滅病毒,另一方面向身體發出預警信號,召集更多的巨噬細胞和中性粒細胞來清除病毒和被病毒感染的細胞,以控制感染;如果病毒仍然幸存,樹突狀細胞就會攜帶病毒抗原的信息,前往附近的淋巴結,啟動以T細胞和B細胞為主要參與者的特異性免疫應答,產生抗體,最終徹底清除病毒。經過如此激烈的斗爭,人的感冒也就好了。
近幾年,新型冠狀病毒在全球蔓延,并產生了多種變異毒株,可引起從普通感冒到致命性肺炎的各種不同程度的癥狀,造成了巨大的社會經濟損失和患者死亡。終其原因,就是人類缺少對新冠病毒的免疫力,無法徹底清除病毒,導致病毒在人體肆虐,最終引起各種并發癥,導致患者死亡。
再說免疫系統對人體的有害作用。有時候免疫系統甚至“昏了頭”,把人體自身健康的細胞組織當成了“敵人”展開攻擊。這時候往往會導致嚴重的疾病。這種疾病因為是自身的免疫系統造成的,所以叫“自身免疫疾病”,如1型糖尿病、類風濕關節炎、系統性紅斑狼瘡、多發性硬化癥等。
人體內有一種叫胰島素的化學物質,它的主要功能是調節人體血糖水平,促進脂肪、蛋白質的合成。胰島素是人體胰腺中胰島β細胞制造的。本來胰島β細胞與所有人體正常細胞一樣,平時很本分地工作,和免疫細胞相安無事。可是一些人由于某種原因(例如遺傳因素),導致負責識別病原的免疫細胞把胰島β細胞認作了敵人,然后負責通風報信的免疫細胞發出信號,調動免疫大軍向胰島β細胞發動進攻,把胰島β細胞大量破壞掉。剩余的胰島β細胞只能擴大生產,不過隨著越來越多的胰島β細胞遭到破壞,這種手段也不奏效了。最終幾乎所有的胰島β細胞都被免疫系統清除干凈,人也就患上了1型糖尿病。1型糖尿病患者必須定期注射胰島素才能維持生命。
除了胰島β細胞會遭到免疫系統的攻擊之外,人體很多器官都可能被自己的免疫系統當作“敵人”,這時就會引發各種自身免疫疾病。當免疫系統攻擊關節中的滑膜細胞,就會引發類風濕關節炎,導致患者關節腫痛;免疫系統攻擊全身的組織,包括皮膚以及心臟、肝、腎等器官,則會引起系統性紅斑狼瘡,嚴重時也可能危及生命;免疫系統甚至可能攻擊神經細胞,導致大腦和脊髓失去對外圍的控制,致使很多部位僵硬和喪失功能,這被稱為“多發性硬化癥”,該病的治療效果較差。
因此,我們將人體免疫系統形容為一把雙刃劍,它既能保護我們的身體,也可能傷害我們的身體。免疫系統的穩定與平衡對于人體健康十分重要。