《戰鬥細胞》—先天性免疫系統

整體框架

1.免疫系統是什麼,以及相關的基本概念

2.受傷時身體內部會發生什麼,免疫系統會怎樣快速響應,構築防禦。

3.身體最脆弱的部位,免疫系統又會怎樣奮力保護它們免受嚴重感染。

4.過敏、自身免疫性疾病這樣的免疫障礙,以及怎樣增強抵抗力。

一、免疫系統

區分自身和異物是免疫系統的核心,維持穩態(即維持體內全部細胞及物質的平衡)是其目標,另外免疫系統還有許多種可能會出錯。

自然界中這種現象很常見,叫“湧現”(emergence),指的是實體擁有它的組成部分所沒有的屬性和能力。

免疫系統由兩大王國組成,先天性和適應性免疫。人一出生就有先天性免疫,它能區分自身和異物,並以後者爲敵。先天性免疫系統在一線和敵人近身肉搏,也會判斷敵人屬於哪一大類,有多危險。它還能激活第二道防線,即適應性免疫系統,這種免疫力要經過一些年才能準備就緒,有效地投入使用。適應性免疫力有針對性,能借助非凡的信息儲備和強大的超級武器來打擊自然界中可能出現的每一個敵人。不過儘管它很強大,它的主要任務之一還是增強先天性免疫力。


細胞是生命的最小單元,細胞很微小,它們沒有意識,沒有感情,沒有目標,沒有自由意志,也沒有主動決策。簡而言之,細胞就像生物機器人,完全受更小的細胞構成部件所引導的生化反應驅動。

蛋白質是由氨基酸鍊形成的。氨基酸這種微型有機構件有20種,把它們以無論什麼順序連成一串,就能得到蛋白質。這一原理能讓生命構建出超級多不同種類的蛋白質。

氨基酸鏈生成後,會變形摺疊,從二維的線條變成三維的立體結構

基於氨基酸的種類和排列順序,氨基酸鏈會摺疊成不同的特殊形狀。

蛋白質的形狀會決定它的功能。形狀就是一切。

基於形狀的不同,有些蛋白質可以執行功能,有些則被用作建築原料。細胞幾乎可以用蛋白質合成出所需的一切。

它們還是傳遞信息的信使,可以收發信號,藉此改變自身的形狀,並觸發極度複雜的連鎖反應。

在微觀世界裏,分子的形狀決定了它們是互相吸引還是互相排斥。因此細胞內蛋白質的形狀也決定了蛋白質會互相吸引還是排斥,以及它們之間會發生怎樣的相互作用(作用的頻率則由不同種類蛋白質的數量決定)。地球上所有細胞的生化反應都是由這些相互作用組成的。

總結:細胞裏有很多蛋白質。蛋白質就像三維拼圖的小塊。其特殊的形狀決定了蛋白質能否互相結合或以某種方式相互作用。一系列的此類相互作用促成了細胞的行爲,這些作用就叫“通路”。這就是我們爲什麼說細胞是生化反應指揮下的蛋白質機器人。蛋白質沒有頭腦,沒有生命,它們之間複雜的相互作用創造出了可以做出反應且有生命的細胞,而細胞之間複雜的相互作用又創造出了相當智慧的免疫系統。

二、炎症

炎症是免疫系統對所有類別的損傷做出的普遍反應,目標是將感染侷限在一定範圍內,防止它擴散,同時也協助清除受損和死去的組織,爲免疫細胞和免疫蛋白搭建起直達感染部位的特快通道。旨在快速抵禦損傷和感染。

炎症就是血管壁細胞變形,於是血液的液體組分“血漿”大量滲出,湧到受損或感染部位的過程。有五個標誌紅、熱、腫、痛和功能喪失

液還帶來額外的體溫,這對身體有好處:大部分微生物都不喜歡熱,所以傷口的升溫會讓病菌變得不那麼活躍,生存壓力增加。對你來說,病原體們當然是越難受越好。與此相對,有修復作用的正常細胞很喜歡升溫,這會加快它們的新陳代謝,促進傷口快速癒合。

然後是疼痛。炎症釋放的化學物質讓神經末梢對疼痛更加敏感,在局部腫脹的過程中,具有疼痛感受器的神經細胞應壓力而激活,把疼痛信號傳給大腦。

功能喪失和疼痛使你只得休息,不去增加患處的負擔。它迫使你給身體一些時間修復。

細胞非自然死亡,皮下的肥大細胞破裂或是被激活,以及免疫系統處於戰鬥狀態,都會釋放化學物質,引發炎症。

炎症反應有好處,是免疫啓動進行防禦的體現,大量的體液和各種各樣的化學物質會讓敵人頭痛,也能召喚增援部隊,幫生力軍快速到達感染區域;這些都使戰場上的防禦更容易。

但炎症也會給身體壓力,許多情況下會實實在在地危及健康。

三、細胞行爲

1.細胞如何傳遞信息——細胞因子

對細胞來說,信息是實實在在的物理對象:“細胞因子”,細胞因子是一類小分子蛋白質,用以傳遞信息。信號要超過一定閾值才能激活細胞

細胞就是受生化反應指揮的蛋白質機器人。生化反應會在蛋白質之間引發一系列相互作用,稱爲“通路”。通路一旦啓動,就會引發行爲。而細胞因子和細胞的相互作用,是通過細胞表面名爲“受體”的特殊結構所介導的通路實現的。受體就是細胞的鼻子。

受體就是插在細胞膜上的蛋白質識別裝置。它們一部分在胞外,一部分在胞內。實際上,細胞表面有一半的地方分佈着大量、多種的受體蛋白,負責執行吸收特定營養、細胞間通訊或觸發各種細胞行爲等不同功能。簡單說,受體就像細胞的“感官”,可以讓細胞內部知道外部的情況。一旦受體識別了一個細胞因子,就會在胞內啓動一條通路。經過一系列的蛋白質相互作用,指示細胞內的基因上調或抑制其表達。

2.細胞如何分辨敵我

不管細菌怎麼突變,只要它還是細菌,就不得不使用一些特定的蛋白質,如鞭毛,人類細胞就不用鞭毛。

只要細胞識別到鞭毛,就知道這是細菌

細菌還會分泌蛋白質,產生垃圾,這些信號都能被免疫細胞受體接收到,暴露細菌的身份和行蹤。

四、補體系統

補體系統是由30多種不同的蛋白質(不是細胞!)組成的軍隊,它們通力協作,巧妙配合,阻止入侵者在人體內優哉遊哉。

補體系統有三大作用:

打擊敵人,讓敵人不好過。

激活免疫細胞,引導免疫細胞發現並消滅敵人。

往敵人身上扎洞,直至它們死去。

發現敵情的時候,平常遊離無用的補體蛋白會分裂成兩部分,一部分會成羣結隊的覆蓋在細菌表面,延緩其行動,一部分則作爲示警信號快速通知免疫細胞到達戰場,同時還可以中和細胞表面的電荷,讓吞噬細胞更好的抓住細菌

最後,補體還會變形爲針刺一樣的形狀扎入細胞,致其死亡


總結一  皮膚和先天免疫

身體表面有一道設計巧妙、能自我修復的城牆,它固若金湯,極難逾越,非常好地保護着人體。而一旦敵人攻破了城牆,先天性免疫系統就會立刻反應。

首先出戰的是“黑犀牛”巨噬細胞,它們體型龐大,能把敵人整個吞下,結果它們的性命。要是發現敵人太多,巨噬細胞就會分泌細胞因子,這是一種信息蛋白,能召喚來中性粒細胞,這種“端着機槍的黑猩猩瘋狂敢死隊”。中性粒細胞活不了多久,而且它們在戰鬥中會誤傷無辜,因而傷害身體。巨噬細胞和中性粒細胞都可以引發炎症,炎症會把大量的體液和援軍帶到感染部位,使得患處局部腫脹。援軍之一就是補體,它們是幾百萬微小蛋白組成的部隊,可以輔助免疫細胞殺敵,還參與標記、黏附、削弱和清除敵人。對大多數小傷口和感染來說,有這些強力的隊伍協同工作就足夠了。

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