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免疫学:适应性免疫系统是如何运行的?

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您是否曾想过人们如何能够对特定疾病产生免疫?这个重要问题一直是许多关键医学和免疫学研究工作的重点。答案是,这一切都是由于适应性免疫系统的细胞和抗体。

获得性免疫系统

适应性免疫应答非常有利,因为它靶向极具特异性的病原体,并且可以将关于该病原体的“记忆”存储多年,所以可以在后续接触到该病原体情况下更快产生应答。这种免疫学记忆是疫苗背后的原理。疫苗通过与灭活病毒接触来准备好我们的免疫系统,这使我们将来可以更快速、更轻松地对抗这种疾病。先天性免疫系统应答非常快速,而适应性免疫系统这需要更长时间来生成这种专门攻击,一般需几天或几周。

19-IMO-12805-Immunology 适应性免疫系统是如何运行的?

正如在本系列上一篇博客帖子中提到的,有许多不同类型的细胞和因子会在体内检测到侵入的病原体后立即采取措施。要注意的是,只有在先天性免疫系统中的细胞特异性地触发了适应性免疫应答的情况下,才会调动适应性免疫应答。这通常发生在先天性免疫应答不足以抵抗感染的情况下。因此,先天性和适应性免疫应答相互作用,以提供持久的免疫力。

免疫细胞标记物通路

 

总体而言,免疫系统最关键的工作之一就是将自体与非自体区分开来。被检测为非自我的任何大分子均称为抗原。并非所有抗原都有害,例如那些源自食物颗粒、花粉、皮屑或灰尘的抗原。并且有许多大分子均被视为自我,包括身体细胞上的识别分子和有益菌。重要的是,当身体难以区分自我与非自我,就会出现慢性健康疾病,其范围从过敏到自身免疫性疾病,例如全身性红斑狼疮和多发性硬化症。

一旦先天性免疫细胞(例如巨噬细胞或其他抗原呈递细胞 (APC))吞噬侵入的细菌、病毒或疫苗,它们往往到达淋巴结,并在其细胞表面上呈递来自该病原体的抗原至 T 细胞。他们使用其细胞表面上称为主要组织相容性复合体(或 MHC)的特异性受体呈递新抗原;通常为 MHC II 类。T 细胞通过称为 T 细胞受体 (TCR) 的特异性受体检测这种独特的抗原/受体呈递。

感染之后可在不同的时间激活多种类型的 T 细胞,每种工作都有不同的专门工作。两种主要类型的 T 细胞为辅助性 T 细胞 (Th) 和细胞毒性 T 细胞。这些细胞充当关键介质来激活其他细胞,包括细胞毒性 T 细胞和 B 细胞。细胞毒性 T 细胞是攻击病毒感染细胞甚至癌细胞的专门杀伤细胞。某些细胞,例如自然杀伤细胞,能够识别并杀死癌细胞而无需检测 MHC 受体。一旦靶向这些细胞之一,细胞毒性 T 细胞就会使用穿孔素、颗粒酶和蛋白酶,甚至使用 FAS 配体信号转导来触发半胱天冬酶级联并诱导不健康的细胞凋亡。辅助性 T 细胞和细胞毒性 T 细胞均在激活时释放细胞因子。这些胞外细胞因子信号可募集和提示其他淋巴细胞的增殖,以增强免疫应答。

细胞因子有助于诱导未成熟 T 和 B 细胞的成熟。脾脏或淋巴结中的初始 B 细胞可以几种不同的方式激活,但通常需要一个以上的步骤才可分化为可分泌针对特异性抗原从而针对病原体的抗体的浆细胞。初始 B 细胞要求特异性抗原与其 B 细胞受体 (BCR) 结合,以便其可以通过细胞表面上的 MHC II 类受体向辅助性 T 细胞呈递抗原。辅助性 T 细胞随后释放细胞因子,而这导致 B 细胞增殖和分化进入浆细胞。然后,这些浆细胞将抗体分泌到淋巴和血液中,以靶向特异性病原体。要注意的是,B细胞表面上的 BCR 与最终释放的抗体在结构上几乎完全相同。

抗体,或免疫球蛋白,属于大型 Y 形糖蛋白,其特异性靶向侵入的病原体,并且擅长于中和体液或胞外间隙中存在的细菌和病毒。它们可通过与病原体表面受体的结合来实现这一点,这种结合可能是其侵入细胞所必需的。它们还可以触发集聚和病原体团块沉淀,使巨噬细胞更容易吞噬病原体。最终,它们还可以激活补体系统(如本系列上一篇博客帖子中所述),这会导致有害细菌裂解。

一旦感染和免疫应答的峰值已过,一些剩余的已经过训练以识别特异性抗原的 T 和 B 细胞就会被保存为记忆 T 和 B 细胞。如果后续接触到该特异性抗原,则这些记忆细胞会再次增殖并产生活性。这使免疫系统能够比第一次接触更快速、更有力地产生应答。

调节性 T 细胞 (Treg) 也是适应性免疫系统的一个重要部分,它充当关键的关闭开关。它们通过抑制 T 细胞活性控制免疫应答,以确保免疫系统不过度反应及不攻击自身抗原或其他无威胁的信号。这些类型的细胞发生功能障碍会导致自身免疫性疾病。研究表明,调节 Treg 的功能可能非常有助于治疗自身免疫性疾病、癌症和器官移植接受者。

T 细胞和 B 细胞发育的复杂性质导致它们在细胞表面上显示出不同的受体,并且它们彼此之间的相互作用可在每个细胞中激活多个信号级联。在本系列的下一篇博客帖子中,我们将更深入地介绍这些细节,并了解研究人员可用于检测和识别特异性免疫细胞的方式。

其他资源:

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选择参考文献:

April Lowell, PhD
April Lowell, PhD
April Lowell 是 CST 的一名博士分子生物学家兼科学营销作家。在没有阅读和创作酷炫的新科学话题时,她会与家人一起玩游戏、烘焙,还会紧跟最新怪杰粉丝圈的活动。

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