免疫入门

为后续相关医学分析打下基础

Posted by CHY on November 2, 2020

人人学懂免疫学:第一期
免疫:机体识别“自身”与“非己”抗原,并对自身抗原形成天然免疫耐受,对“非己”抗原产生排斥作用的一种生理功能。分为固有免疫系统和适应性免疫系统·。
物理屏障(皮肤、粘膜等)构成第一道防线;固有免疫系统(巨噬细胞)构成第二道防线; 巨噬细胞表面存在大量受体,可以识别细菌特有物质(如由脂质和糖所组成的细胞膜)。起源于在骨髓中的一种具有自我更新能力的细胞—干细胞(Stem cell)
干细胞–血细胞–巨噬前体细胞–单核细胞–巨噬细胞 人人学懂免疫学:第二期

人人学懂免疫学:第三期
当病毒进入细胞后,如何解决? —– 杀伤性T细胞
T细胞有三种主要的类型:杀伤性T细胞(killer T cell)、辅助性T细胞(helper T cell)以及调节性T细胞(regulatory T cell)。
杀伤性T细胞:与特异的靶细胞接触并启动靶细胞的“自杀程序”。
辅助性T细胞:“细胞因子工厂“,通过分泌对其他免疫系统细胞有强大作用的化学信使(细胞因子),指挥着免疫应答的过程。
调节性T细胞:防止免疫系统反应过度,但是其具体作用机制目前还没有完全研究透彻。
主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC):作用在于抗原呈递,MHCⅠ类分子可在细胞内出现异常时向杀伤性T细胞发出警告,而MHCⅡ类分子则展示在抗原提呈细胞表面,将细胞外出现异常的消息告知辅助性T细胞。
B细胞和T细胞都被称为淋巴细胞。
辅助性T细胞激活需要两组物质:1. 特异性的MHCⅡ类分子 2. 非特异性的,B7蛋白。
次级淋巴器官(淋巴结):在人体内大约有500个淋巴结,多数淋巴结由淋巴管相连接,排成链状。入侵的病原如细菌、病毒等,可以被淋巴液带到附近的淋巴结,而组织中已经摄取了外源抗原的抗原提呈细胞会迁移至淋巴结中,展示它们的“货物”。
记忆细胞:在B细胞和T细胞被激活,增殖形成具有相同抗原特异性的细胞克隆,并击败敌人后,它们中的大多数会死亡。保留下来的B细胞和T细胞更易被激活。

人人学懂免疫学:第四期
固有免疫系统负责评估危险并激活适应性免疫系统;包括补体蛋白、专职吞噬细胞、自然杀伤细胞。
补体系统:由约20种不同的蛋白构成,共同作用,用以摧毁“入侵者”,并通知免疫系统的其他成员。
补体系统激活路径:1. 依赖于抗体激活 2. 旁路途径 3. 凝集素激活途径
旁路途径:

  1. 组成补体系统的蛋白主要由肝脏产生,且这些蛋白在血液和组织中的浓度较高。补体蛋白中最丰富的是C3,而在人体内,C3可被持续地降解为两个更小的蛋白。由这种自发切割产生的蛋白质片段之一——C3b,具有很强的反应性,并能和两种常见的化学基团(氨基或羟基)结合。由于许多构成“入侵者”表面(如细菌的细胞壁)的蛋白质和糖类都有氨基或羟基,因此C3b“手榴弹”具有许多的靶点。
  2. 如果C3b在大约60微秒内没有找到一个这样的基团并发生反应,那么它就会与一个水分子结合而被中和,游戏结束。也就是说,为了使补体连锁反应继续进行,自发裂解的C3分子必须接近入侵的细胞表面。一旦C3b与细胞表面的分子发生反应,稳定结合后,另一个补体蛋白——补体蛋白B,就会与C3b结合,随后补体蛋白D过来并切下一部分B,产生C3bBb。
  3. 一旦细菌被C3bBb分子粘住其表面,有趣的事就开始了,因为C3bBb就像是一条链锯,能切开其他C3蛋白并将其转化为C3b。因此附近的C3分子不需要等待自发裂解而产生C3b,C3bBb分子(也称为转化酶)可以很高效地完成这一工作。并且一旦其他的C3分子被裂解,产生的C3b也可以与细菌表面的氨基或羟基结合。
  4. C3bBb链锯可以与另一个C3b分子结合,然后它们一起可以将补体蛋白C5切成两块。其中的一块——C5b可以继续与其他补体蛋白(C6,C7,C8和C9)形成膜攻击复合物(membrane attack complex,MAC)。

人人学懂免疫学:第五期
凝集素是一种能与糖类分子结合的蛋白质,而甘露糖则是一种常见于许多病原体表面的糖类分子。
凝集素激活途径:

  1. 核心成分是一种主要在肝脏中合成的蛋白质,其在组织和血液中的浓度中等,这种蛋白质被称为甘露糖结合凝集素(mannose-binding lectin,MBL)
  2. 在血液中,MBL与另一种被称为MBL相关丝氨酸蛋白酶(MBL associated serine protease,MASP)的蛋白质结合。
  3. 然后,当MBL捕捉到目标(如细菌表面的甘露糖)时,MASP就发挥转化酶的功能,切开补体蛋白C3从而产生C3b。
  4. 由于C3b在血液中含量很丰富,所有这种作用很高效。随后C3b片段能与细菌的表面结合,启动补体连锁反应并使其运行.

旁路途径是自发的,可以看作是随机到处爆炸的手榴弹,摧毁任何不受保护的表面;而凝集素激活途径则可以看作“智能炸弹”,通过MBL确定目标。

补体系统功能:

  1. 构建膜攻击复合物MAC
  2. 当C3b粘附到“入侵者”表面时,它能被血清蛋白切割产生一个较小的片段——iC3b。i表示这个切开的蛋白质对于形成MAC是没有活性的。然而,它仍然可以粘附在“入侵者”上,并以类似于抗体调理“入侵者”的方式,为其后的吞噬作用做好准备。在吞噬细胞如巨噬细胞的表面,有着补体受体并可与iC3b结合,iC3b调理的“入侵者”的结合有利于吞噬作用的发生。即修饰“入侵者”的表面,调理抗原使其易被吞噬。
  3. 补体蛋白片段可充当化学趋化剂(chemoattractant)——把免疫系统的其他成员招募到战场的化学物质。

补体系统是一个多功能系统:它可以通过形成MAC消灭“入侵者”,还可以标记“入侵者”使其被吞噬细胞消灭。此外,它可以警告其他细胞“我们正受到攻击”并指挥它们加入战场,还可以帮助它们激活。最重要的是,它能非常迅速地完成所有这些事情。

专职型吞噬细胞(professional phagocyte):因为它们主要通过吞噬作用得以生存。最重要的专职性吞噬细胞就是巨噬细胞和中性粒细胞。
巨噬细胞就是“哨兵”细胞,机体暴露在外界的所有区域的表面下都有它们,而这些区域正是微生物感染的主要目标。
巨噬细胞三种状态:

  1. 静息状态 – 作为清道夫发挥功能,无论周围有什么都要一点点地吞掉,以此保证我们的组织中没有碎屑。巨噬细胞的表面只表达非常少的MHCⅡ类分子,因此它们不是很擅长将抗原提呈给辅助性T细胞。
  2. 激活(致敏)状态 – 巨噬细胞的吞噬功能增强,同时上调MHCⅡ类分子的表达。这样,被激活的巨噬细胞就可以发挥抗原提呈细胞的作用了。干扰素γ(interferon gama,IFN-γ)的细胞因子
  3. 超活化状态(hyperactivation) – 巨噬细胞就会停止增殖,并专注于杀伤。在超活化状态下,巨噬细胞的体积会变大,吞噬效率也会提高。超活化的巨噬细胞可以分泌另一种细胞因子——肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF),这种细胞因子可以杀死肿瘤细胞和病毒感染的细胞,并辅助激活免疫系统的其他“战士”。在超活化的巨噬细胞内部,溶酶体的数量增加,因此被摄入的“入侵者”毁灭的过程也变得更加高效。

人人学懂免疫学:第六期
中性粒细胞(neutrophil):最重要的专职性吞噬细胞。存在于血液中
我们的所有细胞都是从血液中汲取营养的,因此每一个细胞到血管的距离都不大于我们指甲的厚度。
中性粒细胞从骨髓中产生出来以后,平均5天之内就会走向程序性的死亡。与巨噬细胞不同,中性粒细胞不是抗原提呈细胞,而是血液中随时待命的“职业杀手”。中性粒细胞也可以产生细胞因子,警示免疫系统的其他细胞。最重要的是,被激活的中性粒细胞可以预先产生毁灭性的化学物质并储存在细胞里,并在需要时释放这些物质。
中性粒细胞是唯一一种可以使细胞和结缔组织都溶解的免疫系统细胞。

在血管内部,中性粒细胞以非活性状态存在,并在血液中以很高的速度穿行:大约每秒1mm。现在假设你的脚趾被木屑划伤了,碎片上的细菌激活了脚趾组织中担任警卫的巨噬细胞,这些被激活的巨噬细胞释放出细胞因子,如IL-1和TNF,发出“这里有入侵”的信号。当邻近的血管内皮细胞收到这些警报信号后,它们开始在表面表达一种叫作选择素(selectin,SEL)的新蛋白质。通常情况下,合成该蛋白质并将其运输到血管内皮细胞表面需要花费约6个小时。选择素是选择素配体(SLIG)的粘附伴侣,因此当选择素在血管内皮细胞表面表达时,选择素配体可以像魔术贴一样,捕获从旁边飞驰而过的中性粒细胞。然而,选择素和选择素配体之间相互作用的强度,只足够使让中性粒细胞慢下来,并沿着血管内表面滚动。当中性粒细胞滚动时,它可以缓慢地侦查组织中有无“战斗”(炎症反应)进行的信号。补体片段C5a和细菌细胞壁组分LPS是中性粒细胞可以识别的两种炎症信号。当它接收到这种信号时,中性粒细胞就可以快速发送一种叫作整合素(integrin,INT)的新蛋白质至其表面。这种快速反应非常重要,因为此时中性粒细胞还没有完全停下来,仍然在血管内壁滚动。如果它滚得太远了,就会离开选择素表达的区域,并再次提速到“血流速度”。为了尽可能快地得到表达于表面的整合素,中性粒细胞会预先合成许多整合素并储存在细胞内,直到需要时使用。当整合素出现在中性粒细胞表面时,就会与表达在内皮细胞表面的ICAM发生相互作用,这种相互作用很强烈,可以使中性粒细胞停止滚动。

所有细菌的蛋白质都有一个特别的起始氨基酸——甲酰甲硫氨酸(formyl methionine,f-met),而在人体细胞中,只有线粒体使用f-met作为起始氨基酸生产蛋白质,因此含有这个氨基酸的人体蛋白少于0.1%。

人人学懂免疫学:第七期
自然杀伤细胞(natural killer cell,NK cell):先天免疫系统团队中可以帮助抵御病毒感染的另一重要角色。
像中性粒细胞一样,NK 细胞随时待命,他们也运用“滚动漂移、停止、离开”的策略离开血液,进入感染部位的组织并迅速增殖。
NK细胞是体内负责杀伤老化细胞、受病毒感染的细胞、肿瘤细胞等异常细胞的最主要“战士”。

NK细胞是通过强迫被感染细胞“自杀“来行使其杀伤功能:厉害的NK细胞总能迅速找到老化细胞、癌细胞、病毒等,并使用他的终极武器“穿孔素”,在靶细胞上“打洞”, 在把“自杀”酶(如颗粒酶B)运入靶细胞,“敌人”便裂解身亡;在其他情况下,NK细胞表面的一种名为 Fas配体的蛋白质(FasL)和靶细胞表面的名为Fas的蛋白质相互作用,起始靶细胞走向自杀的信号传递。

表达MHCI类分子的细胞被打上了“健康细胞”的标签,NK细胞通过识别自体MHC I分子的训练后获得了“区分敌我”的能力,因此NK细胞不会误伤健康细胞。

NK细胞之所以被称为“自然杀伤细胞”,也正是因为他们不需要事先激活即可杀死不含有MHC的细胞。

杀伤”信号通常涉及NK细胞表面的激活受体和靶细胞表面的特异性糖类分子或蛋白分子之间的相互作用。这些特殊的表面分子类似于一面旗子,表明细胞受到病毒感染或已成为肿瘤细胞,从而引起NK细胞行使杀伤功能。一类是丢失MHC I受体的细胞;另一种是激活性配体上调的细胞。

人人学懂免疫学:第八期
固有免疫系统成员间联系 – 协作效应 + 按比例反应效应

  1. 中性粒细胞与巨噬细胞合作 在机体被感染而需要帮助时,“垃圾收集者”巨噬细胞会提醒“被雇佣的武器”中性粒细胞进行工作
  2. NK细胞与巨噬细胞的合作 像LPS这样的分子会与NK细胞表面的受体结合,标志着战斗的开始。随后,NK细胞通过产生大量的细胞因子IFN-γ作出反应。由NK细胞产生的IFN-γ能够激活巨噬细胞,且当巨噬细胞也和LPS结合时它们会被超活化。此时,超活化的巨噬细胞能够产生大量的TNF(肿瘤坏死因子),巨噬细胞表面也含有TNF的受体。因此,巨噬细胞自身产生的TNF可以结合自身表面的受体,从而激活自己开始分泌IL-12。TNF和IL-12共同影响NK细胞,促进NK细胞分泌IFN-γ。一旦周围有更多的IFN-γ存在时,就会有更多的巨噬细胞被激活。这是一个正反馈的激活过程。
  3. 吞噬细胞与补体系统的合作 活化的巨噬细胞实际上可以产生几种重要的补体蛋白质:C3、B因子和D因子。因此,在激烈的战斗中,当组织中的补体蛋白将要被耗尽时,巨噬细胞能为补体系统提供补给。

侵袭情况越严重,参与战斗的巨噬细胞越多,也就有更多的中性粒细胞和NK细胞被调动。同理,细菌感染的规模越大,战场上出现的如LPS一样的“危险分子”就越多,这就使得有更多的NK细胞被激活,产生出更多的IFN-γ等细胞因子,可以帮助激活巨噬细胞。

先天性免疫不太能很好的解决病毒侵入人体细胞的问题,需要获得性免疫来解决。

人人学懂免疫学:第九期

B细胞:B 细胞来源于骨髓,从干细胞中分化而来。在人类的整个生命周期中,每天大约能够产生10亿个B细胞。

B细胞是如何选择基因片段来制备B细胞受体?
B细胞受体(BCR), BCR由两种蛋白质组成——重链(Hc)和轻链(Lc),每一种蛋白质都由特定的基因片段编码而来。最终编码形成Hc的基因片段位于第14号染色体上。B细胞只有“沉默”另一条14号染色体上的基因片段才可以防止B细胞同时产生两种不同的Hc蛋白。

**每个成熟的B细胞都只能产生仅一种BCR或抗体 **

人人学懂免疫学:第十期
B细胞受体信号传递的过程 一个给定的BCR所识别的抗原称为同源抗原,同源抗原上与BCR真正结合的微小区域称为表位。
在成熟B细胞表面,BCR总是和负责传递抗原刺激信号的Igα/Igβ(CD79a/b)异二聚体共同表达,形成BCR-Igα/Igβ复合体(BCR复合物))。

为了产生足够强的激活信号,B细胞表面上许多BCR必须得紧密聚集到一起。– crosslinked。

B细胞上有两种能与其结合的B细胞受体——识别抗原上特异性表位的BCR和识别被修饰抗原的补体受体。

BCR识别抗原,Igα和Igβ辅助传递抗原识别信号。此外,B细胞表面还存在补体受体,能够识别被修饰抗原的补体。通过上述这些方式,BCR所要传递的信号被大大地放大了。