粒细胞分类与功能

第二节　粒细胞分类与功能

一、中性粒细胞主要结构特点

（一）中性粒细胞的颗粒结构　该粒细胞胞质中含有三种颗粒及分泌泡。

1.嗜天青颗粒　又称初级颗粒，是从高尔基体中发育而来。其在原粒细胞的晚期出现，在早幼粒细胞中数量最多，中幼粒细胞已显著减少，晚幼粒细胞完全消失。嗜天青颗粒中含有杀菌的髓过氧化物酶、溶菌酶、防御素、弹性蛋白酶、氧化氮合酶（NOS）、BPI蛋白、蛋白酶3等。此外，还含有较多的水解酶，如：酸性β-甘油磷酸酶，β-葡萄糖醛酸酶、N-乙酰-β-氨基、葡萄糖苷酶、唾液酸酶等；其他还有酸性黏多糖、肝素结合蛋白。这些酶类物质都与中性粒细胞的依氧和非氧杀菌功能密切相关，嗜天青颗粒的标志酶是髓过氧化物酶。

2.特异颗粒　又称次级颗粒。从中幼粒细胞阶段开始产生，随细胞成熟逐渐增多，到成熟细胞时，特异颗粒数量可达初级颗粒的2～3倍。特异颗粒中含有乳铁蛋白、溶菌酶、白明胶酶、β2-微球蛋白、纤维蛋白原激活物、维生素B12结合蛋白等。以上物质与中性粒细胞的趋化、调理、黏附和吞噬功能有关。特异颗粒膜上有多种CD抗原和受体，如：CD15、CD66、CD67、CD11b、CD18及细胞色素b、层粘连蛋白R、玻连蛋白R、FMLPR等。特异颗粒的标志酶是乳铁蛋白。

3.白明胶酶颗粒　含有白明胶酶、细胞色素b、溶菌酶、乙酰转移酶、β2-微球蛋白，它们都参与粒细胞杀菌功能。白明胶酶颗粒标志酶是白明胶酶。

4.分泌泡　含有碱性磷酸酶，也含细胞色素b等。分泌泡的标志酶是碱性磷酸酶，参与粒细胞杀菌功能。

（二）粒细胞的溶酶体　溶酶体是真核细胞中进行降解作用的细胞器，可降解各种生物大分子，如核酸、蛋白质、脂质、黏多糖及糖 原等。其在高尔基体中形成初级溶酶体，内含60多种酸性水解酶。初 级溶酶体与吞噬体融合，形成次级溶酶体消化异物。

（三）中性粒细胞质膜功能蛋白　中性粒细胞质膜是典型的流动镶嵌膜结构。质膜上有丰富的膜蛋白，如：多种受体蛋白、各种膜功能酶 如NADPH氧化酶等趋化性受体。

1.趋化因子（chemokin，CK）　由炎症组织产生的一类吸引白细胞到炎症感染部位的可溶性活性多肽。趋化因子与中性粒细胞质膜上的趋化性受体结合后，才引导中性粒细胞向炎症感染部位移动而发挥其吞噬和杀菌功能。趋化三肽受体（FMLP R）是第一个被证明的中性粒细胞趋化性受体。目前研究表明膜上有多种趋化性受体，如：在中性粒细胞高表达的两种 IL-8 受体、C5a 受体、血小板活化因子（platlet activating factor，PAF）受体、LTB4受体等。

2.调理素受体　该受体包括免疫球蛋白IgG、IgA受体（Fc 受体）和补体分子C3受体。当Fc段与有相应受体的粒细胞后结合，使中性粒细胞能够识别经过它们调理的异常颗粒或免疫复合体。补体C3受体主要促进对病原体的黏附，增进对由CR3介导的C3b／C3bi调理的颗粒的吞噬。受体有许多亚型，如：属IgA的FaαR，补体C3的CR1（CD35）和CR3（CD11b/CD18，Mac-1）等。受体的功能有多方面，介导中性粒细胞对病原体的消化、溶解及吞噬作用等。

3.细胞因子受体　如：PAF、G-CSF、GM-CSFI、IL-1、TNF受体等。

4.黏附性蛋白CD11／CD18复合体　其是粒细胞表面极重要的功能蛋白，主要介导细胞—细胞及细胞—细胞外基质的相互作用。

5.质膜的标志酶　碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、5-核苷酸酶等。

二、嗜酸性粒细胞主要结构特点

成熟嗜酸性粒细胞在骨髓和外周血中所占的比例很小，外周血嗜酸粒细胞仅占其总量的 1%左右，其主要分布在血管外区域，如皮肤、消化道和支气管粘膜等组织；以支气管粘膜处最多。

（一）嗜酸性粒细胞的颗粒结构　嗜酸性粒细胞胞质中含有较多的颗粒，其可被嗜酸性染料染成橘红色，称为酸性颗粒。颗粒主要含有碱性蛋白，碱性蛋白有50%是主碱性蛋白（major basic protein，MBP）。主碱性蛋白主要由精氨酸组成，在生理pH条件下易溶解，其作用是破坏细胞膜而杀死寄生虫及引起嗜碱粒细胞释放组胺。嗜酸性粒细胞颗粒和基质中还含有水解性溶酶体酶及酸性磷酸酶、芳香硫酸酯酶及组胺酶、胶原酶、ATP酶等。此外，还存在嗜酸粒细胞阳离子蛋白（eosinophil cationic protein，ECP）、嗜酸粒细胞衍生的神经毒素（eosinophil-derived neurotoxin，END）、嗜酸粒细胞过氧化物酶（eosinophil peroxidase，EPO）等。芳香硫酸酯酶能够灭活过敏性的慢反应物质，这可能是嗜酸粒细胞在过敏性反应中的主要作用。颗粒基质蛋白中的多种物质都能够杀灭寄生虫、细菌及微生物。

（二）嗜酸性粒细胞膜受体　嗜酸性粒细胞质膜上有各种受体，如：IgG、C3b、C3d、C4、IgE、IgM、H1和H2等。溶血磷脂酶（CLC）是嗜酸性粒细胞标志酶。

三、嗜碱性粒细胞主要结构特点

嗜碱性粒细胞是1879年由Paul Enrlich首先发现的。其在外周血白细胞总数中，嗜碱性粒细胞仅占不足1%；在骨髓有核细胞中仅占0.3%。嗜碱性粒细胞能够合成并储存组胺，还生成多种其他生物活性物质，如：酸性粘多糖、慢反应物质（SRS-A）、白三烯C4（LTC4）、PAF、嗜酸粒细胞趋化因子等。嗜碱性粒细胞表面有IgE受体，在体内主要参与速发性（Ⅰ型）超敏反应，其脱颗粒作用后释放组胺等生物活性物质引起临床病理改变。

四、粒细胞动力学

中性分叶核粒细胞（PMN）为终末细胞。粒细胞系占骨髓细胞分类的40%～60%；中性分叶核粒细胞占外周血白细胞分类的50%左右。骨髓粒细胞系发育的顺序是：

1.骨髓　造血干细胞分化出髓系干细胞、髓系干细胞分化出粒单系祖细胞，粒祖细胞发育为原始粒细胞、早幼粒细胞、中幼粒细胞、晚幼粒细胞、杆状（带状）核粒细胞、分叶核粒细胞；其中也包括嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞的发育。原粒细胞和早幼粒细胞各分裂一次；中幼粒细胞可能分裂2～3次，这样，一个原粒细胞经过4～5次分裂发育为16或32个晚幼粒细胞（增殖池）。晚幼粒细胞不再增殖分裂而发育为杆状、分叶核粒细胞，常贮存在骨髓中等待释放（成熟及贮存池）。正常时，粒细胞的储存量是外周血粒细胞总数的15～30倍。

2.血液　分叶粒细胞进入外周血（功能池）后不再返回骨髓中。估计从中幼粒胞阶段到成熟粒细胞阶段大约需要5～7天，但在感染时，这一过程可缩短为48小时。外周血中的粒细胞一部分在循环血流中为循环粒细胞库（CNP）；另一部分粘附于血管内皮细胞上形成粒细胞边库（MNP），CNP和MNP之间保持动态平衡。在外周血中，粒细胞一般停留6～7小时，然后以随机方式进入组织不再返回血流。

3.组织　其主要分布在肺、口、胃肠道、肝、脾等处，一般存活1～3天。随时可发挥吞噬功能后坏死成为脓细胞（pyocyte）或老化的中性粒细胞凋亡而消除。嗜酸粒细胞在血液中停留6～12小时后渗入组织，成熟嗜碱粒细胞只存在于循环系统中。

五、中性粒细胞的生物化学代谢

（一）DNA和与RNA　正常时，由于粒祖细胞和幼稚粒细胞DMA聚合酶含量丰富，所以，幼稚粒细胞与成熟粒细胞DNA的含量一致。急性白血病时，异常超二倍染色体的存在，白血病细胞的DMA含量通常比正常细胞高。DNA聚合酶活性随细胞成熟逐渐下降，到中幼粒细胞阶段仍能合成DNA；晚幼粒细胞则不再合成DNA而失去分裂能力。在正常粒细胞中，RNA合成是以DNA为模板，其合成量随细胞成熟逐渐减少。

（二）蛋白质代谢　粒细胞虽含有大量的蛋白水解酶，但对其蛋白质合成方面研究较少。一般认为，粒细胞在其成熟过程中伴随着许多功能蛋白的合成及储备，到其成熟阶段则完全丧失蛋白质合成能力，但有许多功能蛋白能重复使用。在成熟粒细胞中大多数氨基酸浓度较血浆或红细胞中高几倍，由于粒细胞中有精氨酸酶的缘故，其精氨酸浓度较低。

（三）核苷酸代谢　中性粒细胞具有完全合成嘧啶核苷酸的能力，另外也可以通过催化ATP与核苷和脱氧核苷的激酶来合成（替补途径）。中性粒细胞不能从头开始合成嘌呤核苷酸，因为嘌呤环的主要来源是外源性的。核酸的降解缘于粒细胞内的溶酶体，溶酶体中有核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶，当其释放后作用于外源性或内源性核酸使其降解。成熟粒细胞中的核糖核酸酶活性比原始粒细胞中高10倍。碱性磷酸酶（LAP）是仅存在于晚期粒细胞和成熟粒细胞中的含锌单酯酶，在成熟粒细胞中酶活性最高。但慢性粒细胞白血病时，其活性明显减低；而在真性红细胞增多症时活性显著增高。

（四）糖代谢　中性粒细胞能量的主要来源是糖酵解，而三羧酸循环水平很低。其摄取血浆葡萄糖或胞内糖原进行糖酵解，为其吞噬作用提供能量。中性粒细胞也能通过磷酸己糖旁路进行葡萄糖代谢，特别是在其吞噬作用发生后，磷酸己糖旁路活性可提高10～20倍，以充分提供电子保证其呼吸爆发作用。中性粒细胞储存有肝糖原，当葡萄糖不足时其可快速转化以供糖代谢。糖原从中幼粒细胞开始储存，随细胞成熟而逐渐增加。

（五）环核苷酸代谢　中性粒细胞的环磷酸核苷（cAMP）除作为第二信使分子外，也参与糖原磷酸化酶的激活。ATP由腺嘌呤环化酶催化而生成cAMP，磷酸二酯酶可催化cAMP的降解，正常粒细胞中具有这两种酶。此外，中性粒细胞中的肾上腺素、前列腺素E和腺苷酸环化酶都可使其cAMP浓度高。

（六）脂代谢　中性粒细胞含有中性脂、磷脂及胆固醇，也能合成脂质。在吞噬作用时，其可从血浆中获取溶血卵磷脂来合成磷脂酰胆碱（PC），使其磷脂含量增加三倍。粒细胞中有多种磷脂酶，在中性粒细胞被激活时可依赖它们产生重要的信息传递介质（脂质介质）。如磷脂在磷脂酶A2（PLA2）的作用下使花生四烯酸活化，花生四烯酸主要通过脂氧化酶途径产生的脂类氧化物大多是脂质介质，脂质介质具有重要的调节作用。如：趋化性脂质血小板活化因子（PAF）、白三烯（LTC）、前列腺素内过氧化物（PGG、PGH2）等。这些物质都具有重要生物活性，如介导炎症反应、过敏性慢反应或刺激中性粒细胞形成超氧阴离子（O₂）和释放溶菌酶，调节自然杀伤细胞的活性和激活PKC。

（七）Ca²⁺代谢　中性粒细胞的许多功能依赖于胞浆内Ca²⁺浓度的变化，Ca²⁺也是极重要的第二信使。正常情况下胞内Ca²⁺浓度为10^-7mol/L；在激活时，Ca²⁺浓度可以增高到10^-6 mol/L。Ca²⁺浓度的增加一方面是胞外Ca²⁺内流，另一方面是胞内内质网储存Ca²⁺释放。胞内Ca²⁺浓度的增高可以提高中性粒细胞对各种刺激的反应，但持续Ca²⁺浓度增高则可导致细胞正常代谢的紊乱。所以，中性粒细胞Ca²⁺代谢在多种因素的调节下维持平衡以保证粒细胞的正常功能。

六、中性粒细胞功能

中性粒细胞功能主要指成熟中性分叶核粒细胞的功能。中性分叶核粒细胞通过特殊的变形运动穿过骨髓血窦壁进入外周血循环，是血液中的主要吞噬细胞。其有多种功能，但吞噬和杀菌功能是最主要的。

（一）黏附功能　是中性粒细胞的基本功能，失去黏附功能，中性粒细胞的其他功能便不能实现。中性粒细胞发挥其功能的场所主要是在各种组织内，循环血流中快速运动的中性粒细胞是不能穿过血管壁进入组织的。中性粒细胞的黏附作用包括细胞-细胞、细胞-细胞外基质的黏附，这有助于中性粒细胞接受信息并作出相应的反应来调节其行为。中性粒细胞黏附于与血管内皮细胞是体内极重要的生理功能，是中性粒细胞能穿过血管壁的基础，也是炎症前期的准备。在这一过程中，免疫球蛋白类、选择素类、整合蛋白类等起黏附分子介导作用，使中性粒细胞得到信息，改变细胞内生化反应，导致其形态变化最终使中性粒细胞穿越内皮细胞层趋向炎症部位。

（二）趋化功能　机体损伤部位的代谢产物，其中有强烈刺激中性粒细胞向该部位游去的可溶性物质，这些物质称为趋化因子（chemotactic factor）或化学吸引剂。体内有多种趋化因子如：补体系统产物（如C5a C3bi）、激肽释放酶、白三烯（LTB4）、血小板活化因子（PAF）、PDGF、Fn、FDP、TNF-β及免疫复合物等。由于感染部位代谢物质也使血管壁通透性增加，黏附于血管壁的中性粒细胞易进入组织。进入组织后中性粒细胞开始了趋化运动。即中性粒细胞质膜上的特异性受体（趋化因子或调理素受体）与趋化因子结合，激活了细胞内蛋白质、酶、糖等信息传递系统，并引起细胞内Ca²⁺浓度的变化，导致细胞骨架的改变使细胞变形或伪足伸展，推动粒细胞按化学吸引物的浓度梯度移行到炎症感染部位。

（三）吞噬功能　中性粒细胞吞噬功能可分为表面吞噬和调理吞噬。

1.表面吞噬　当中性粒细胞游移到炎症处，多个粒细胞伸展伪足向细菌颗粒周围包绕，形成了颗粒—中性粒细胞受体之间的吞噬体（phagosome）。在粒细胞数量偏低的部位表面吞噬作用不强。

2.调理吞噬　体液中的一些物质直接与细菌结合或启动后覆盖在细菌表面，以增强粒细胞的吞噬能力。这些物质称为调理素，主要是补体和抗体，如：C3b、C3bi及免疫球蛋白；吞噬作用是通过抗体分子上游离的FC段与粒细胞膜上的FC受体或C3b受体结合后完成的。

3.吞噬过程　经调理的细菌颗粒与中性粒细胞膜接触后，膜受刺激而局部 形成口袋状使细菌内陷，微丝促使伪足伸展，将细菌包围封入后伪足合拢形成吞噬体。该吞噬体与粒细胞质膜脱离向粒细胞中央移动，同时开始吞噬杀菌作用。

（四）杀菌功能　中性粒细胞杀菌功能有非氧杀菌和依氧杀菌两种机制：

1.非氧杀菌型　在吞噬体移动过程中，中性粒细胞内的特异颗粒迅速移向吞噬体并与之融合形成吞噬-溶酶体（phagolysosome），该颗粒即在细胞质内消失，此过程称为脱颗粒作用（degranulation）；随着嗜天青颗粒、白明胶酶颗粒均发生脱颗粒作用。颗粒中包含的抗菌蛋白水解酶即释放出来，并大多储留在吞噬体内，开始了非氧杀菌消化过程。溶酶体颗粒和嗜天青颗粒中的髓过氧化物酶（MPO）和酸性水解酶对吞噬体有杀菌和消化降解作用；特异颗粒和白明胶酶颗粒的乳铁蛋白、溶菌酶、白明胶酶等亦加强杀菌。此外，乳铁蛋白可螯合铁离子，阻止铁被细菌生长时利用；同时乳铁蛋白和铁离子形成的复合物又可催化O₂和H₂O₂形成高毒性的羟基自由基OH，OH也有较强的杀伤性。特异颗粒膜上含有的细胞色素b558是NADPH氧化酶重要组分之一，可触发依氧杀菌。在颗粒酶的协同作用下，细菌或异物被完全消化而清除。此外，脱颗粒作用导致的膜易位及膜上的多种受体均可促进中性粒细胞的黏附、趋化、吞噬杀菌及呼吸爆发作用。

2.依氧杀菌　还原型辅酶Ⅱ（NADPH）在磷酸己糖旁路中产生，NADPH氧化。酶从NADPH 上获得电子使氧分子（O₂）还原转变为超氧阴离子（O₂）。免疫系统的吞噬细胞如中性粒细胞、嗜酸粒细胞、单核细胞、巨噬细胞及B淋巴细胞等。都可产生活性氧。这一过程伴随着氧消耗量的骤然增高，这种大量耗氧生成O₂的生理行为称呼吸爆发作用（Respiratory burst）。中性粒细胞的依氧杀菌在吞噬后数秒内开始，此时磷酸己糖旁路活性可提高10～20倍，以保证充足的电子供应。产生的O₂在超氧化物歧化酶的催化下生成H₂O₂，依氧杀菌的主要环节就是呼吸爆发。NADPH氧化酶是由多个亚基组成的复合酶，在细胞未活化时处于未组装的静止状态。中性粒细胞内出现经调理素处理的颗粒（吞噬体）、或不溶性复合物；趋化因子、C5a、PAF等与膜上受体结合后都可激活磷酸己糖旁路和NADPH氧化酶形成，并导致产生高毒性的活性氧物质（reactive oxygen species，ROS），这些物质包括H₂O₂、OCI、OH 及氯胺等。H₂O₂在嗜天青颗粒髓过氧化物酶（MPO）的介导下可生成毒性更强的OCI，其杀菌能力约是H₂O₂的100 -1000倍。一般把O₂、OCI这一条杀菌途径称为MPO途径或MPO系统。ROS对细菌的膜、核酸及酶都有极强的破坏作用，从而杀死细菌。近年有研究表明，微量的ROS参与信号传导的调控、调节转录因子的活化、基因表达及调节凋亡。因此把ROS也看作第二信使物质。OCI与胺反应又生成的氯胺有极强大的杀菌作用，同时，在炎症反应中氯胺也具有信号调节功能。

3.活性氮物质（reactive nitrogen species，RNS）　中性粒细胞嗜天青颗粒中有氧化氮合酶（NOS），粒细胞也能够在代谢过程中产生氮自由基，即NO。NO具有杀菌作用，但NO能抑制中性粒细胞的呼吸爆发，因此，该杀菌作用可能仅是在中性粒细胞正常的杀菌功能有缺陷或受损伤时的替代。

七、嗜酸及嗜碱粒细胞功能

（一）嗜酸性粒细胞功能　嗜酸粒细胞亦有变形性、黏附性、趋化性、脱颗粒作用和呼吸爆发作用，其主要功能如下是：

1.杀伤细菌和寄生虫　嗜酸粒细胞可吞噬多种小异物如：细菌、真菌、免疫复合物、致敏红细胞及惰性颗粒等。并以脱颗粒作用进行氧化分解反应杀伤吞噬体。在抗体及补体的介导下，通过脱颗粒作用使主碱性蛋白释放并分泌到寄生虫表面粘住寄生虫（尤其是幼虫），然后把其毒性颗粒直接注入寄生虫体内杀灭。嗜酸粒细胞是体内专门针对寄生虫类特异免疫系统的重要成员。

2.调节超敏反应　在超敏反应中，补体与免疫复合物的反应可生成对嗜酸粒细胞有趋化作用的物质导致其颗粒内容物释放，如释放出组胺酶、芳香硫酸酯酶，溶血磷脂酶、磷脂酶 B、D 等。这些物质能灭活组胺、5-羟色胺、钝化过敏反应慢反应物质而限制嗜碱粒细胞在Ⅰ型超敏反应中的作用，还能钝化PAF、钝化趋化性肽等，阻止超敏反应的发展。此外，嗜酸粒细胞在炎症反应中的病理损伤作用应受到重视。

（二）嗜碱粒细胞功能　嗜碱粒细胞在血液中的数量极少。主要是在过敏性慢反应中起作用。当过敏性应激后嗜碱粒细胞在肺、皮肤和鼻部迅速地增多，由IgE介导其颗粒释放出组胺及其他生物活性物质，并能够维持较长时间。组胺能使小动脉和毛细血管扩张，并增强其通透性；也可使支气管及其他平滑肌收缩；促进腺体分泌及引起瘙痒、荨麻疹、哮喘发作等。嗜碱粒细胞释放的介质可与特异性致敏原作用，也能抵抗寄生虫。但嗜碱粒细胞释放的介质也是临床上引起免疫性超敏反应的基础。