医学免疫学的组成和功能

(一)免疫系统的组成

医学免疫学主要研究机体的免疫系统和由免疫系统执行的免疫功能。机体的免疫系统包括免疫器官、免疫细胞和免疫分子(表1-1)。根据功能不同,免疫器官分为中枢免疫器官(central immune organ)和外周免疫器官(primary immune organ)(图1-1),中枢免疫器官含胸腺(thymus)、骨髓(bone marrow)或禽类的法氏囊(bursa of Fabricius),主要功能是为淋巴细胞分化发育成熟提供场所。外周免疫器官含脾脏、淋巴结、黏膜和皮肤相关淋巴组织,其分布广泛,主要功能是为免疫细胞定居和发挥免疫应答提供场所。免疫细胞分为固有免疫细胞和适应性免疫细胞。固有免疫细胞主要包括:中性粒细胞、单核-巨噬细胞、树突细胞、自然杀伤(nature killer,NK)细胞、NKT细胞、γδT细胞、B1细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞等。适应性免疫细胞主要包括T细胞和B细胞。免疫分子包括:抗体、补体、主要组织相容性复合体(MHC)、细胞因子及其受体、白细胞分化抗原和黏附分子等。本章将着重介绍免疫器官,免疫细胞和免疫分子将在其他章节作重点介绍。

表1-1 免疫系统的组成

图1-1 人体的免疫器官和组织

1.中枢免疫器官 骨髓位于骨髓腔中,约占成人总体重的5%,其中含有一定比例的造血干细胞(hematopoietic stem cell,HSC),它是具有高度自我更新和多能分化潜能的造血前体细胞,在骨髓造血微环境诱导下,定向分化为髓样干细胞(myeloid stem cell)和淋巴样干细胞(lymphoid stem cell)。再经过生长、分裂及分化后,髓样干细胞分化为粒细胞、单核细胞、红细胞和血小板等;淋巴样干细胞分化为祖B细胞(pro-B)和祖T细胞(pro-T),前B细胞在骨髓中继续分化为成熟的B细胞,前T细胞则离开骨髓迁移至胸腺,在胸腺微环境下进一步分化为成熟的T细胞。因此,B细胞取名于骨髓或法氏囊的英文首字母“B”,而T细胞则取名于胸腺的英文首字母“T”。无论骨髓还是胸腺,都含有基质细胞以及巨噬细胞或树突细胞,不仅提供支架作用,还可分泌细胞分化所需的一些因子,为细胞之间的相互作用以及细胞发育成熟提供必不可少的微环境。图1-2示胸腺的结构和胸腺细胞。

图1-2 胸腺的结构和胸腺细胞

2.外周免疫器官 在骨髓和胸腺中成熟的各类细胞,会离开中枢免疫器官,经血液循环迁移至外周免疫器官定居,开始行使免疫功能。脾脏是最大的外周免疫器官,外包被膜,实质分为白髓和红髓,白髓内沿中央动脉周围分布的淋巴鞘,主要是T细胞定居的场所,亦称为胸腺依赖区。白髓内还有淋巴小结和生发中心,它们是B细胞定居的场所,亦称非胸腺依赖区,在非胸腺依赖区周围分布的白髓仍然以T细胞定居为主,因此白髓中主要是T细胞。红髓包括脾索和脾窦,脾索中含大量B细胞、浆细胞、巨噬细胞和树突细胞等,脾窦中则充满了血液。在白髓和红髓的交界处则以B细胞居住为主。因此,脾脏中B细胞的比例和数量占优势。脾脏是全身血液的过滤器,负责清除入侵血液中的病原体以及自身衰老退变的细胞;脾脏又是免疫细胞定居,发挥免疫应答的场所。脾脏还能产生一种由苏氨酸、赖氨酸、脯氨酸和精氨酸合成的四肽激素,因其由美国Tufts大学研究者发现,所以命名为特夫素(tuftsin),它能够增强巨噬细胞和中性粒细胞的吞噬功能。脾脏切除后容易感染和发生败血症,可能是由于缺乏特夫素所致。图1-3示脾脏的结构。

淋巴结分布于淋巴循环的各个部分,常见于皮下以及肠系膜等处。淋巴结外包被膜,实质分为皮质和髓质。皮质又分为接近被膜的浅皮质区和接近髓质的深皮质区(又称副皮质区)。浅皮质区含有淋巴小结,主要是B细胞定居的场所,也称初级淋巴滤泡或胸腺非依赖区。深皮质区为弥散淋巴结,主要由T细胞组成,还有少量树突细胞和巨噬细胞,称胸腺依赖区。深皮质区内的毛细血管后小静脉主要由高立方内皮细胞(highendothelialvenule, HEV)组成,是血液中淋巴细胞进入淋巴结的重要通道。类似脾脏的红髓,淋巴结的髓质由髓索和髓窦组成,髓索中含有B细胞、浆细胞和巨噬细胞等。髓窦是淋巴细胞通道,与输出淋巴管相通。髓窦内还有许多巨噬细胞,负责吞噬和清除病原体等异物。从比例和数量统计,T细胞在淋巴结中占优势。图1-4示淋巴结的结构。

图1-3 脾脏的结构

图1-4 淋巴结的结构

黏膜相关淋巴组织(mucosa-associated lymphoid tissue,MALT)又称黏膜免疫系统(mucosal immune system,MIS),是广泛分布于黏膜固有层和上皮细胞下散在的淋巴组织,常见于肠道黏膜、呼吸道黏膜、生殖道黏膜、扁桃腺和阑尾等部位。MALT是全身免疫系统的重要组成部分,因为机体淋巴组织的50%存在于黏膜系统,它是防御病原体从黏膜入侵机体的重要屏障,也是黏膜免疫应答的场所。譬如,小肠黏膜层绒毛细胞之下散在分布着一些团状细胞,即肠道集合淋巴结,又称派氏小结(Peyer patch),它通过HEV从血液循环中收集T和B细胞,并提供T和B细胞活化的场所,启动肠道黏膜免疫应答,最终通过输出淋巴管传递信息和物质,或进入血液循环。黏膜淋巴组织除了执行黏膜局部免疫应答,其中的B细胞还负责产生分泌型IgA(SIgA)。图1-5示黏膜免疫相关的淋巴组织和细胞。

图1-5 黏膜免疫相关淋巴组织

在外周免疫器官定居和发挥免疫应答的淋巴细胞并不永久固定在某一淋巴结或脾脏中,它们通过与淋巴管相连,到达全身各个组织,形成淋巴管网络。淋巴细胞随着淋巴样物质通过引流淋巴管进入主淋巴管,经胸导管进入颈大静脉,最终进入血液循环。同样,血液中的淋巴细胞通过外周免疫器官中的HEV可以进入脾脏或淋巴结,如果是初始的淋巴细胞在淋巴结中没有被活化,它们将随着淋巴导管进入下一个淋巴结,或被刺激活化,或再通过淋巴管网络至胸导管进入血液循环。所有的免疫细胞都必须经过血液和淋巴管两套循环系统才能在体内发挥免疫监视作用。图1-6示淋巴细胞再循环网络示意图。

(二)免疫系统的功能

根据免疫学的概念及免疫系统的组成特点,机体的免疫系统主要有三大功能。①免疫防御(immune defense),主要防止外界病原体(含细菌、病毒、真菌、支原体、衣原体、寄生虫等)及其他有害物质的入侵和(或)消灭已入侵的病原体及有害物质。②免疫监视(immune surveillance),主要识别体内不断发生突变或畸变的恶性细胞,如基因突变诱导的肿瘤细胞,并通过免疫应答对其清除。③免疫自稳(immune homeostasis),主要通过不断清除体内衰老病变的细胞或抗原-抗体复合物,通过免疫网络调节免疫应答的平衡,维持免疫功能在生理状态下的相对稳定,这是免疫系统内部自控调节的机制。免疫功能通过其所发挥的各种生物学效应,在生理条件下维持机体内环境的相对稳定性,起到保护性的作用。但是,当免疫功能异常时,免疫系统也会诱导机体发生不同的病理变化而致病。譬如,当免疫防御过强时,就会引起过敏性疾病等超敏反应;免疫防御过弱时,会引起免疫缺陷病。同理,当免疫监视被削弱,肿瘤会发生,或感染性疾病得不到控制,演变成持久的慢性感染。相反,当免疫自稳过强时,就会发生对机体正常组织细胞的攻击,导致组织损伤,造成自身免疫性疾病。因此,适度的免疫应答是免疫功能正常发挥的前提。表1-2概括了免疫系统三大功能的生理和病理表现。

图1-6 淋巴细胞循环网络示意图

表1-2 免疫功能的生理和病理表现