免疫系統(tǒng)(immune system)是機體保護自身的防御性結構,主要由淋巴器官(胸腺、淋巴結、脾、扁桃體)、其它器官內(nèi)的淋巴組織和全身各處的淋巴細胞、抗原呈遞細胞等組成;廣義上也包括血液中其它白細胞及結締組織中的漿細胞和肥大細胞。構成免疫系統(tǒng)的核心成分是淋巴細胞,它使免疫系統(tǒng)具備識別能力和記憶能力。淋巴細胞經(jīng)血液和淋巴周游全身,從一處的淋巴器官或淋巴組織至另一處的淋巴器官或淋巴組織,使分散各處的淋巴器官和淋巴組織連成一個功能整體。免疫系統(tǒng)是生物在長期進化中與各種致病因子的不斷斗爭中逐漸形成的,在個體發(fā)育中也需抗原的刺激才能發(fā)育完善。免疫系統(tǒng)的功能主要有兩方面:①識別和清除侵入機體的微生物、異體細胞或大分子物質(抗原);②監(jiān)護機體內(nèi)部的穩(wěn)定性,清除表面抗原發(fā)生變化的細胞(腫瘤細胞和病毒感染的細胞等)。
免疫系統(tǒng)在識別機體自身和非自身的細胞或抗原中有兩類細胞表面的結構特別重要:一類是T細胞和B細胞表面的特異性抗原受體;另一類是組織相容性抗原(histocompatibility antigen),編碼此類抗原的基因群稱主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex),簡稱MHC,故此抗原又稱MHC。MHC抗原在不同種動物之間以及同種動物不同個體之間均有所不同,故具有高度的特異性,但一卵性攣生兒及同一個體的所有細胞的MHC抗原則是相同的;因而異體移植的組織或器官均會引起機體的排斥反應。MHC抗原又分為兩類:①MHC-Ⅰ類抗原,廣泛分布于個體的所有細胞表面;②MHC-Ⅱ類抗原,僅分布于免疫系統(tǒng)的某些細胞表面,有利于細胞之間功能的相互協(xié)作,如識別抗原等。
一、淋巴細胞、抗原呈遞細胞與免疫
。ㄒ)淋巴細胞
淋巴細胞是種類繁多、分工極細、并有不同分化階段和功能表現(xiàn)的一個細胞群體。各種淋巴細胞的壽命長短不一,如效應性淋巴細胞僅1周左右,而記憶性淋巴細胞可長達數(shù)年,甚至終身。各種淋巴細胞的形態(tài)相似,不易區(qū)分,只有用免疫細胞化學等方法才能予以鑒別。
1.淋巴細胞的主要類群依據(jù)表面標志、形態(tài)結構和功能表現(xiàn)的不同,一般將淋巴細胞分為三類。
。1)胸腺依賴淋巴細胞(thymus dependent lymphocyte):簡稱T細胞,是淋巴細胞中數(shù)量最多功能復雜的一類。T細胞體積較小,胞質很少,一側胞質內(nèi)常有數(shù)個溶酶體(圖9-1)。胞質呈非特異性酯酶染色陽性,細胞表面有特異性抗原受體。血液中的T細胞占淋巴細胞總數(shù)的60%~75%。T細胞一般可分為三個亞群:①輔助性T細胞(helper T cell,TH細胞),占T細胞的65%左右,它的重要標志是表面有CD4抗原(CD是淋巴細胞和其他白細胞表達的表面抗原分化群,即cluster of differentiation簡稱,1993年國際會議統(tǒng)一命名,現(xiàn)已有CD1~CD78)。TH細胞能識別抗原,分泌多種淋巴因子,它既能輔助B細胞產(chǎn)生體液免疫應答,又能輔助T細胞產(chǎn)生細胞免疫應答,是擴大免疫應答的主要成分,它還具有某些細胞免疫功能。艾滋病(AIDS)病毒可破壞TH細胞,導致患者的免疫系統(tǒng)癱瘓。②抑制性T細胞(suppressor Tcell,TS細胞),占T細胞的10%左右。表面有CD8抗原。TS細胞常在免疫應答的后期增多,它分泌的抑制因子可減弱或抑制免疫應答。③細胞毒性T細胞(cytotoxic T cell,Tc細胞),占T細胞的20%~30%,表面也有CD8抗原。TC細胞能識別結合在MHC-Ⅰ類抗原上的異抗原,在異抗原的刺激下可增殖形成大量效應性TC細胞,能特異性地殺傷靶細胞,是細胞免疫應答的主要成分。
(2)骨髓依賴淋巴細胞(bone marrow dependent lymphocyte):簡稱B細胞,常較T細胞略大,胞質內(nèi)溶酶體少見,含少量粗面內(nèi)質網(wǎng)(圖9-1)。細胞表面的標志主要是有許多膜抗體(特異性抗原受體)。血液中B細胞占淋巴細胞總數(shù)的10%~15%。B細胞受抗原刺激后增殖分化形成大量漿細胞,分泌抗體,從而清除相應的抗原,此為體液免疫應答。
圖9-1 T細胞、B細胞及大顆粒淋巴細胞
小細胞示光鏡結構,大細胞示超微結構
(3)大顆粒淋巴細胞(large granular lymphocyte,LGL):LGL常較T、B細胞大,直徑約11μm,胞質較豐富,含許多散在的深酶體(圖9-1)。血液中LGL約占淋巴細胞的10%,在脾內(nèi)和腹膜滲出液中較多,淋巴結和骨髓內(nèi)較少,胸腺內(nèi)無。LGL的來源未明,壽命約數(shù)周,細胞表面無特異性抗原受體,膜上的標志主要是GM1(單核巨噬細胞的標志)和CD8(TC細胞的標志),并常有Fc受體。LGL可分為兩種:①殺傷細胞(killer細胞,K細胞),在靶細胞與抗體結合后,K細胞可借Fc受體與抗體的Fc端結合進而殺傷靶細胞。②自然殺傷細胞(nature killer cell,NK細胞),它不需抗體的存在,也不需抗原的刺激即能殺傷某些腫瘤細胞。由于K細胞和NK細胞的形態(tài)、分布與表面標志均近似,故它們可能是同一種細胞的不同功能表現(xiàn)。
2.T細胞和B細胞的早期分化T細胞和B細胞分別在胸腺和骨髓內(nèi)進行早期分化,胎兒期即已開始,出生后繼續(xù)進行。其特點是形成具有各種特異性抗原受體的淋巴細胞,總共約有105~106種。但每個淋巴細胞表面只有一種抗原受體,這是淋巴細胞能識別特異性抗原的物質基礎。早期分化形成大量靜息期的處女型T細胞和B細胞,并不斷播散到周圍淋巴器官和淋巴組織中。
3.免疫應答的三個階段 T細胞和B細胞在免疫應答(immune response)過程中需經(jīng)過三個階段,即感應了階段、增殖分化階段和效應階段(圖9-2)。
圖9-2 免疫應答的三個階段示意圖
。1)感應階段:即識別抗原的過程,常需數(shù)種細胞的協(xié)作才能完成。抗原要經(jīng)過抗原呈遞細胞的處理,如巨細胞內(nèi)吞抗原(細菌等)形成內(nèi)吞泡,后者與溶酶體融合使抗原初步分解但仍保留其抗原性,繼而與MHC-Ⅱ類分子結合并表達于細胞表面,供淋巴細胞識別(圖9-3)。同時,巨噬細胞分泌IL-1激活TH細胞,TH細胞分泌IL-2、IL-4、等再激活B細胞,TH細胞和B細胞即發(fā)生轉化(transformation)。TC細胞識別抗原的機制與上述有所不同,它只能識別與MHC-Ⅰ類分子結合的抗原,并在TH細胞分泌的IL-2的刺激下發(fā)生轉化。淋巴細胞轉化是指由靜息期的小淋巴細胞轉變成代謝活躍并能進行增殖的大淋巴細胞的過程,此時細胞核增大,染色質變細,核仁明顯,胞質增多,胞質內(nèi)游離核糖體增多而嗜堿性增強,細胞增大至15~20μm,形似幼稚的母細胞,故又稱母細胞化(blastoformation)或返幼(rejuvenation)(圖9-4)。
圖9-3 抗原呈遞細胞處理抗原過程示意圖
圖9-4 淋巴細胞的轉化
。2)增殖分化階段:TH細胞在此階段起重要的調(diào)節(jié)作用。它分泌IL-2可刺激自身(TH)和TC細胞發(fā)生一系列的分裂和分化;它分泌的IL-4等和干擾素則可刺激B細胞發(fā)生一系列的分裂和分化。細胞增殖中,其抗原受體的特異性不變,故稱為單株增殖,結果產(chǎn)生兩類細胞:①效應細胞(effector cell),是失去分裂能力的終末細胞(end cell),大量效應細胞可增強機體快速清除抗原的能力;②記憶細胞(memory cell),是經(jīng)過一段分化后再次轉入靜息期的小淋巴細胞,壽命長,當再次遇到該抗原時能迅速轉化增殖形成大量效應細胞,使機長期保持對該抗原的免疫力。預防接種疫苗可使機體產(chǎn)生大量記憶細胞。
。3)效應階段:效應細胞經(jīng)血流遷移至病灶附近清除抗原(病原體),在疾病轉愈期效應細胞增多。B細胞的效應細胞是漿細胞,壽命約1周,能大量分泌抗體,抗體經(jīng)血流循環(huán)全身,其半衰期為10~20天。抗體能中和抗原的毒性,促使靶細胞溶解,抗原與抗體結合后還易被吞噬細胞吞噬,Th效應細胞是分泌淋巴因子的主要細胞。如巨噬細胞游走抑制因子等聚集巨噬細胞和激活其吞噬和殺菌能力,淋巴毒素能殺傷靶細胞,γ-干擾素可抑制病毒復制及激活NK細胞殺靶細胞等。Tc效應細胞進入病灶與靶細胞抗原結合后,釋放穿孔蛋白(perferin),它能嵌入靶細胞膜,在膜上形成中央有孔的聚合體,使細胞外液進入靶細胞而使其膨脹破裂,而Tc效應細胞不受損傷,還能再次殺傷靶細胞,但壽命僅數(shù)天。
。ǘ)抗原呈遞細胞
抗原呈遞細胞(antigen presenting cell)是免疫應答起始階段的重要輔佐細胞,有多種類型。其中巨噬細胞分布最廣,是處理抗原的主要細胞。交錯突細胞(interdigitating cell)分布于脾、淋巴結和淋巴組織中的T細胞區(qū),是輔佐細胞免疫應答的主要成分。濾泡樹突細胞(follicular dendritic cell)僅分布于淋巴小結的生發(fā)中心,能借抗體將大量抗原聚集于細胞突起表面,與選擇B細胞高親和性抗體細胞株的功能有關。郎格漢斯細胞(Langerhans cell)分布于表皮深層,可捕獲和處理侵入表皮的抗原,并能離開表皮經(jīng)淋巴進入淋巴結,轉運抗原或轉變?yōu)榻诲e突細胞。微皺褶細胞(microfold cell)位于回腸集合淋巴小結頂端上皮及扁桃體隱窩上皮中,也有捕獲和轉遞抗原的作用。
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