突破物理屏障进入体内的病菌将遇到非特异和特异免疫系统的攻击,导致三种结果(导图中的菱形框)。本篇讲解第一种也是最佳结果:灭敌于无形(红框)。主要角色是非特异免疫系统中的巨噬细胞和补体系统。
灭敌于无形之巨噬细胞篇
破墙而入的病菌好奇地打量着眼前的一切,这个地方太好了,温暖如春,食物丰富,刚才破墙的努力都是值得的啊,,,正陶醉在对未来幸福生活的憧憬中,眼前突然闪出一胖大和尚,哦不,一胖大细胞,只见这个细胞身形一变,不知从哪里伸出一只手,啪地搭在病菌身上。说时迟那时快,病菌还没来得及反应,只觉得眼前一黑,居然被这个细胞活生生吞到肚子里去了。悲剧才刚刚开始,不一会儿,这个病菌就感觉一股刺鼻的酸味,然后有无数个小玩意扑上来,开始在自己身体各部位咬噬,很快,整个病菌就彻底解体,壮烈牺牲。
这个胖大细胞不是别人,正是我的第二道防线,非特异免疫系统 (Innate immunity)的第一员大将,巨噬细胞 (macrophage)。
从巨噬细胞开始,免疫系统里面的大侠们,也就是各种免疫细胞,就要一一上场,大显身手了。
非特异免疫系统(又称先天免疫系统或者固有免疫系统)是一个较早进化的系统,所以普遍存在于动植物和一些低等生物中。这个系统有四个主要成员,包括一左一右两个护法,一个专业刺客和一个中央特派员,个个身怀绝技,功能搭配齐全。唯一不足之处是四肢发达,头脑却相对简单了点。
左护法就是上面提到的巨噬细胞。噬者,食也。顾名思义,这个细胞胃口奇大,特别能吃,它对付病菌的法宝就是吞而食之。它不仅能吃,而且绝不挑食,一切异物,病菌,废料,甚至死亡的正常细胞,全是它的美味佳肴。它的座右铭是:吃一切可吃的东西!所以它不仅是免疫系统的大神,也是体内的清道夫环卫工。
它的嘴巴就是它的细胞膜。它的膜上有专门的受体用来感受各种异物,当这些受体接触到异物时,那部分的细胞膜内陷,并最终包裹着异物从膜上断裂进入细胞内部,形成内噬体(phagosome)。
巨噬细胞体内有一个小细胞器,叫做溶酶体(lysosome),就像我们的胃,里面也是酸性环境,而且有很多消化酶。这些消化酶的座右铭是:降解一切可以降解的东西!内噬体进入细胞,便和溶酶体融合,异物就变成了美餐。
溶酶体还有一个狠招,它内部的氧化酶可以形成各种各样的有毒化合物,什么过氧化氢,一氧化氮,超氧离子,,,品种齐全,质量上乘,一拥而上,把病菌杀死。这个过程有个响亮的名字,呼吸爆(respiratory burst)!
对于这样一位既勇敢又能吃的好同志,我战略性地把它分布在身体各部位,和群众打成一片,随时在正常细胞周围巡逻,搜索可疑分子。这样做是经过深思熟虑的。因为病菌可以在体内任何地方入侵,我必须确保在第一时间就能够发现异物的存在并加以控制和消灭。所以任何地方都必须有免疫防护,巨噬细胞就是这个免疫先头部队的主力成员。
那么巨噬细胞是如何识别病菌和受损细胞的?原来,巨噬细胞可以识别一类特殊的受体,这些受体叫做pattern recognition receptor,简称PRR,中文是模式识别受体。这些受体包括:1)病菌携带的那些明显的,普遍的,与人体细胞不同的特征(病菌模式),比方细菌细胞壁上的脂多糖,脂多肽以及细菌病毒特有的DNA/RNA等等;2)人体自身细胞受损信号(危险模式)。前者告诉巨噬细胞有外源病菌存在,后者告诉巨噬细胞自身细胞有损伤。一旦这些受体被激活,巨噬细胞就胃口大开,非吃出一条血路来不可,拉都拉不住。不仅巨噬细胞,非特异免疫系统的另外几员大将也都有类似识别功能。
这种能力是先天的,在爹妈的生殖细胞里面就携带着,不需要后天学习获得,因此又得名先天免疫。
但是非特异免疫系统缺乏对微小特征和细微差别的辨别能力。由于病菌千变万化,非特异免疫系统虽然基本都能认识,但是仅靠几个有限的受体很难做到对所有病菌都能辨认得又狠又准,因此就需要别的机制来帮助它提升视力。
其中一个重要的机制叫做补体系统(complement system),那就请看:
灭敌于无形之补体篇
补体系统由一系列蛋白酶组成,其组织分明,像梁山好汉一样,排名一点不能乱。在和平环境下它们手脚都被一个铁链子捆住,没有活性,而一旦大哥和病菌表面的特定分子结合,就可以扭转身形,使出乾坤大挪移的手法砍断自身的锁链。大哥一激活,便立马回身砍断二哥的铁锁,二哥再激活三哥,以此一步步走下去,形成了一个串联放大式反应序列(cascade),在病菌表面产生了大量激活的补体复合物。
这些复合物有啥用?最大的用处就是让非特异免疫系统的吞噬细胞(包括巨噬细胞以及后面要提到的噬中性粒细胞)看得见病菌。这些复合物就像插在病菌身上的标签,吞噬细胞表面有专门辨别这些标签的受体。有了补体,吞噬细胞的工作就简单了,别人已经把该吃的东西打上了标签,它都不用管食物是啥,直接吃就好。
这个标签功能叫做调理功能(opsonization)。
这里要提一句,补体的这个功能和后面要详细介绍的大名鼎鼎的抗体可谓异曲同工。抗体的主要功能之一就是通过和病菌表面的抗原结合给病菌插标签,告诉非特异免疫细胞啥该吃。其实,补体的名字原先就是补充抗体功能的意思。
补体的大哥不仅能被病菌表面分子激活,还能被结合了病菌的抗体激活。所以,补体,抗体和吞噬细胞之间形成了一个三角关系:补体和抗体就像给吞噬细胞多装了两双眼睛,使得它可以更好地识别病菌;抗体可以激活补体;后面会讲到,吞噬细胞又可以激活抗体。
虽然吞噬细胞,补体,抗体都可以识别病菌表面的分子,抗体绝对算得上一枝独秀。吞噬细胞和补体是死脑筋,只能识别那些它们生来就能识别的分子,不认识的就是不认识,不会学习。抗体就不一样了,它千变万化,能识别的分子不可计数。所以,吞噬细胞和补体只能老老实实的在非特异免疫部队里面待着,抗体则属于特异免疫的生力军,其强大免疫力的原理后面再说。
除了调理功能,补体还可以在病菌表面形成破膜复合物,直接在病菌上打洞把它杀死。
破墙而入的敌人绝大部分情况下都让左护法巨噬细胞和补体消灭了,右护法,刺客和中央特派员根本都没露面。整个过程基本在四个小时之内完成。尽管战事既惨烈又野蛮,主人却毫无察觉,因为被吃干净的病菌是不会引发任何症状的,所以主人身体里面每天发生多少这样的战争也就无从统计了。
这是免疫战争的第一种结果,就是一切正常,好像啥事也没有发生过。
这也是我追求的最高境界,所谓谈笑间樯橹灰飞烟灭。