保衛人體健康的免疫大軍

文/呂怡貞
審稿/徐世達(馬偕紀念醫院小兒過敏免疫科主任、台灣兒童過敏氣喘免疫及風濕病醫學會理事長、台灣氣喘衛教學會榮譽理事長)

人體免疫機制複雜微妙,靠著陣容龐大的免疫兵團在眾多設計精良的機制下並肩作戰,特異性與非特異性免疫大軍彼此合作無間,我們的身體免於內憂外患的侵襲。

免疫系統是守衛個體健康的堅固堡壘,一道道嚴密的防禦關卡、環環相扣的作用機制,幾世紀來科學家逐一解密也每每驚聲讚歎。2011年的諾貝爾生醫獎得主史坦曼確認樹突細胞有著主導人類免疫系統的重要功能(見〈分秒不鬆懈的人體免疫防禦系統〉),推翻了過去認為由淋巴球主導的特異性免疫,是免疫反應中最主要關鍵的看法,重導了幾十年來學界只著重特異性免疫的研究方向。

特異性免疫

若先天性免疫無法有效消滅病原,個體的淋巴球就會產生特異性免疫反應來加強防禦(註1),與非特異性免疫共同作戰。特異性免疫專門針對外來特定抗原(註2),當抗原入侵時會進行辨識,接著啟動淋巴球中的T細胞和B細胞產生一連串反應,過程中產生的抗體為特異性抗體,具有專一性,僅能與該特定抗原相結合;且具有記憶性,往後當同樣抗原再次入侵,會立即產生免疫反應且反應會增強。

特異性免疫可分為細胞免疫與體液免疫,透過相互聯繫發揮作用。細胞免疫由T細胞主導,T細胞是原始淋巴球在胸腺中發育成熟後分化產生,主要攻擊受感染細胞、癌細胞與移植細胞。T細胞根據細胞膜上的特殊受體與功能不同,分成輔助者T細胞(helper T cell)、細胞毒性T細胞(cytotoxic T cell)、調節性T細胞(regulatory T cell)等不同種類。

體液免疫的主角是B細胞B細胞在骨髓組織中分化,受抗原刺激後會釋放出抗體到體液(血液和淋巴液)中,主要攻擊細胞外的病原。一種B細胞只能針對一種抗原產生一種抗體

人體主要免疫細胞與作用
人體主要免疫細胞與作用。正常狀態下,各種白血球在人體內比例約:吞噬細胞佔60~80%,淋巴球佔20~40%;概括來分,前者屬於非特異性免疫,後者的B細胞與T細胞屬於特異性免疫,但彼此間仍有密切的交互作用,樹突細胞為關鍵。

免疫反應過程

人體免疫機制複雜微妙,免疫反應往往不只由一種機制造成,可能同時有多種機制並肩作戰,非特異性免疫與特異性免疫也會有交互作用。馬偕紀念醫院小兒過敏免疫科主任徐世達表示,最新觀念認為前端的免疫機制才是關鍵,由樹突細胞領軍開啟先天性免疫防禦,接著扮演非特異性與特異性免疫的溝通橋梁,最後在特異性免疫裡指導淋巴球如何用最有效的方式殲滅外敵。樹突細胞身兼前線士兵、通訊兵與作戰指揮官的重要角色。

大致來說,當病原體侵入人體,吞噬細胞會進行吞噬,被吞噬的病原體蛋白質在細胞內被酵素分解,吞噬細胞中的樹突細胞與巨噬細胞會將具有抗原的斷片放到自己的細胞膜上,呈現給輔助者T細胞與B細胞,以活化與刺激這兩者,進一步引發特異性免疫反應。樹突細胞的抗原呈現能力較巨噬細胞強大,是最重要的抗原呈現細胞,會分析所吞噬病原體的組成結構,將已正面交鋒過的手下敗將特徵告知輔助者T細胞與B細胞,同時也左右了輔助者T細胞與B細胞分化的形態。

活化後的輔助者T細胞會根據樹突細胞的指令分泌細胞素(cytokine,註3),再去活化自然殺手細胞、細胞毒性T細胞、巨噬細胞以及之前已受樹突細胞上抗原呈現訊息刺激的B細胞等。自然殺手細胞與細胞毒性T細胞會分別執行直接攻擊與毒殺抗原的工作,相關的巨噬細胞則能更容易分解所吞噬的病原體。而輔助者T細胞會再進一步將特定少數的細胞毒性T細胞轉化成記憶T細胞。

而B細胞則會大量複製且分化成漿細胞(plasma cell)與記憶B細胞,漿細胞會根據樹突細胞的指令製造最有效的抗體,是負責大量製造抗體的工廠。當抗體與抗原結合後,會消除抗原的作用(並非直接消滅抗原),例如,佔據原本抗原侵入健康細胞的區域使兩者無法結合,或者,讓帶有此抗原的病原體易受破壞、失去活性或更容易被吞噬細胞所吞噬。

特異性免疫反應具記憶性,當再次遇到同樣抗原入侵,能夠立即辨識且有免疫增強的作用,如記憶T細胞會立刻活化細胞毒性T細胞進行殲滅,記憶B細胞則會大量增殖分化與迅速製造抗體(不需再透過輔助者T細胞),更有效摧毀病原體。

靠著樹突細胞的領導有方以及特異性免疫與非特異性免疫的合作無間,免疫大軍讓身體免於內憂外患的侵襲,如同體內24小時的保全系統,默默持續維護個體健康。

非特異性免疫
(電腦繪圖:姚裕評)

非特異性免疫流程:

  1. 樹突細胞或巨噬細胞吞進病原
  2. 病原的表面抗原被標定後,呈現在樹突細胞或巨噬細胞表面(此功能以樹突細胞的能力最為強大)
  3. 樹突細胞或巨噬細胞以標定的表面抗原與輔助者T細胞和B細胞接合(此步驟為非特異性免疫與特異性免疫連結的關鍵,以樹突細胞的能力最為強大)
  4. 輔助者T細胞再和曾與巨噬細胞接合過的B細胞接合,使B細胞活化
  5. 被活化的B細胞分裂增生,並分化為漿細胞與記憶B細胞,漿細胞大量產生抗體,部份的抗體會附著於記憶B細胞,當下次遇到同樣抗原,可立即分化成漿細胞,直接製造抗體
  6. 輔助者T細胞活化細胞毒性T細胞,直接毒殺病原體
  7. 輔助者T細胞活化自然殺手細胞,直接攻擊病原體
  8. 輔助者T細胞將特定細胞毒性T細胞轉化成記憶T細胞。

註1:魚類以上的脊椎動物才有特異性免疫。
註2:抗原多為大分子蛋白質(但非全部,也有多醣類等),例如細菌或病毒上某個可以被辨認的蛋白質片段,能刺激抗體產生
註3:為可調節免疫反應的訊號蛋白質的通稱;此處的細胞素可幫助免疫細胞活化。

From:科學人雜誌

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