免疫系统

免疫系统是一种包括许多生物结构和宿主防御系统的过程的内生物体保护免受疾病。为了正常运行，免疫系统必须检测从病毒到寄生虫的多种病原体，并将其与生物体自身的健康组织区分开。在许多物种中，免疫系统有两个主要子系统：先天免疫系统和适应性免疫系统。两个子系统都使用体液免疫和细胞介导的免疫功能。在人类中，血脑屏障、血脑脊髓液屏障和类似的液脑屏障将外周免疫系统与神经免疫系统分开，从而保护了大脑。

病原体可以迅速进化和适应，从而避免了免疫系统的发现和中和；然而，多种防御机制也已经发展为识别和中和病原体。甚至简单的单细胞生物（例如细菌）也具有保护细菌免受噬菌体感染的酶形式的基本免疫系统。其他基本的免疫机制是在古代真核生物中进化并保留在其现代后代中的，例如植物和无脊椎动物。这些机制包括吞噬作用，称为防御素的抗菌肽和补体系统。包括人类在内的下颌脊椎动物具有更为复杂的防御机制，包括随着时间的流逝适应能力更强地识别特定病原体的能力。适应性（或获得性）免疫在对特定病原体的初始反应后会产生免疫记忆，从而导致对与同一病原体的后续接触的反应增强。获得性免疫的过程是疫苗接种的基础。

免疫系统疾病可导致自身免疫性疾病，炎性疾病和癌症。当免疫系统的活性低于正常水平时，就会出现免疫缺陷，导致反复感染和危及生命的感染。在人类中，免疫缺陷可能是由于遗传疾病（例如严重的联合免疫缺陷），获得性疾病（例如HIV / AIDS）或使用免疫抑制药物引起的。相反，自身免疫是由于过度活跃的免疫系统攻击正常组织而产生的，就好像它们是外来生物一样。常见的自身免疫性疾病包括桥本氏甲状腺炎、类风湿性关节炎、1型糖尿病和系统性红斑狼疮。免疫学涵盖了免疫系统各个方面的研究。

成功进入生物体的微生物或毒素会遇到先天免疫系统的细胞和机制。当模式识别受体识别微生物时，通常会触发先天反应，该模式识别受体识别广泛的微生物群中保守的成分或受损、受伤或受压的细胞发出警报信号，其中许多（但不是全部））被识别病原体的受体识别为同一受体。先天免疫防御是非特异性的，这意味着这些系统以通用方式对病原体做出反应。此系统无法赋予持久的免疫力针对病原体。在大多数生物中，先天免疫系统是宿主防御的主要系统。

先天免疫系统中的细胞使用模式识别受体（PRR）来识别微生物病原体产生的分子结构。PRR是种系编码的宿主传感器，可检测病原体的典型分子。它们是蛋白质，主要由先天免疫系统的细胞表达，例如树突状细胞、巨噬细胞、单核细胞、嗜中性粒细胞和上皮细胞，可以识别两类分子：与病原体相关的分子模式（PAMPs），与微生物病原体和与损害相关的分子模式有关 （DAMPs），与在细胞损坏或死亡期间释放的宿主细胞成分相关。

胞外或内体病原体相关分子模式（PAMPs）的识别是由跨膜蛋白（称为toll样受体（TLR））介导的。TLR共有一个典型的结构基序，即富含亮氨酸的重复序列（LRR），赋予它们特定的外观，也负责TLR的功能。Toll样受体首先在果蝇中发现，并触发细胞因子的合成和分泌以及其他先天性或适应性免疫应答所必需的宿主防御程序的激活。迄今为止，已经在人类中描述了TLR家族的十个功能成员。

先天免疫系统中的细胞具有模式识别受体，可检测细胞质中的感染或细胞损伤。这些胞质受体的三大类是NOD样受体，RIG（视黄酸诱导基因）样受体和胞质DNA传感器。

炎症小体是多蛋白复合物（由NLR，衔接蛋白ASC和效应分子pro-caspase-1组成），可响应胞浆PAMP和DAMP形成，其功能是产生活性形式的炎性细胞因子IL-1β和IL-18。

适应性免疫系统在早期的脊椎动物中进化，并允许更强的免疫反应以及免疫记忆，其中每个病原体都被特征性抗原“记住”。适应性免疫应答是抗原特异性的，并且在称为抗原呈递的过程中需要识别特定的“非自身”抗原。抗原特异性可产生针对特定病原体或病原体感染细胞的反应。通过“记忆细胞”在人体中维持进行这些定制反应的能力。如果病原体感染身体不止一次，这些特定的记忆细胞将被用来快速消除它。

适应性免疫系统的细胞是特殊类型的白细胞，称为淋巴细胞。B细胞和T细胞是主要类型的淋巴细胞的和衍生自造血干细胞在骨髓中。B细胞参与体液免疫反应，而T细胞参与细胞介导的免疫反应。

杀伤性T细胞仅识别与I类MHC分子偶联的抗原，而辅助性T细胞和调节性T细胞仅识别与II类MHC分子偶联的抗原。抗原呈递的这两种机制反映了两种类型的T细胞的不同作用。第三个次要亚型是识别未结合MHC受体的完整抗原的γδT细胞。双阳性T细胞在胸腺中暴露于多种自身抗原，其中碘是其胸腺发育和活动所必需的。

相反，B细胞抗原特异性受体是B细胞表面上的抗体分子，无需任何抗原处理即可识别整个病原体。B细胞的每个谱系都表达不同的抗体，因此完整的B细胞抗原受体代表了人体可以制造的所有抗体。

B细胞和T细胞都携带识别特定靶标的受体分子。T细胞仅在抗原（病原体的小片段）经过加工并与称为主要组织相容性复合体（MHC）分子的“自身”受体结合后才能识别“非自身”靶标，例如病原体。

免疫系统是一种非常有效的结构，具有特异性、诱导性和适应性。但是，宿主防御的失败确实会发生，并且可分为三大类：免疫缺陷、自身免疫和超敏反应。

当免疫系统的一种或多种成分失活时，就会出现免疫缺陷。年轻人和老年人的免疫系统对病原体的反应能力都下降，由于免疫衰老，免疫反应在50岁左右开始下降。在发达国家，肥胖、酗酒和吸毒是免疫功能差的常见原因，而营养不良是发展中国家免疫缺陷的最常见原因。缺乏足够蛋白质的饮食与细胞介导的免疫力、补体活性、吞噬细胞功能、IgA抗体浓度和细胞因子产生有关。另外，由于基因突变或手术切除而导致的胸腺在幼年时期的丧失导致严重的免疫缺陷和对感染的高敏感性。

免疫缺陷也可以被继承或“ 获得”。慢性肉芽肿病是吞噬细胞破坏病原体能力降低的一个例子，是遗传性或先天性免疫缺陷的一个例子。艾滋病和某些类型的癌症会导致获得性免疫缺陷。

过度活跃的免疫反应形成了免疫功能障碍的另一端，尤其是自身免疫性疾病。在这里，免疫系统无法正确区分自我和非自我，并攻击身体的一部分。在正常情况下，许多T细胞和抗体会与“自身”肽发生反应。特殊细胞（位于胸腺和骨髓中）的功能之一是向年轻淋巴细胞呈递遍布全身的自身抗原，并消除那些识别自身抗原的细胞，从而阻止自身免疫。

超敏反应是一种损害人体自身组织的免疫反应。根据涉及的机制和超敏反应的时间过程将它们分为四类（I型至IV型）。I型超敏反应是一种立即反应或过敏反应，通常与过敏有关。症状可能从轻度不适到死亡。I型超敏反应是由IgE介导的，当被抗原交联时，它触发肥大细胞和嗜碱性粒细胞脱粒。当抗体与患者自身细胞上的抗原结合并标记为破坏时，就会发生II型超敏反应。这也称为抗体依赖性（或细胞毒性）超敏反应，由IgG和IgM抗体介导。沉积在各种组织中的免疫复合物（抗原、补体蛋白以及IgG和IgM抗体的聚集体）触发III型超敏反应。IV型超敏反应（也称为细胞介导的或迟发型超敏反应）通常需要两到三天才能形成。IV型反应涉及许多自身免疫和感染性疾病，但也可能涉及接触性皮炎。这些反应是由T细胞，单核细胞和巨噬细胞介导的。

炎症是免疫系统对感染的最早反应之一，但它可能在没有已知原因的情况下出现。

类花生酸和细胞因子会产生炎症，它们会通过受伤或感染的细胞释放出来。类二十烷酸包括前列腺素产生发烧和扩张的血管与炎症相关，和白三烯吸引某些白血细胞（白细胞）。常见的细胞因子包括负责白细胞之间交流的白介素；趋化因子促进趋化作用 ; 和干扰素具有抗病毒影响，例如关闭宿主细胞中的蛋白质合成。生长因子和细胞毒性因子也可能被释放。这些细胞因子和其他化学物质将免疫细胞募集到感染部位，并在病原体去除后促进受损组织的愈合。