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人類免疫系統如何運作:先天免疫、適應性免疫和記憶

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Neutrophil engulfing anthrax bacteria, taken with a Leo 1550 scanning electron microscope. Scale bar is 5 micrometers.
圖片: Volker Brinkmann · CC BY 2.5 · Wikimedia Commons

重點

免疫系統通過兩個相互關聯的階段保護身體:一個立即但非特異性的先天反應,以及一個較慢但針對特定病原體的適應性反應,並留下記憶細胞。根據美國國家衛生研究院和世界衛生組織,這種記憶也是疫苗保護人群的生物學基礎。

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根據美國國家普通醫學科學研究所(NIGMS)(美國國家衛生研究院的一部分)的說法,人類免疫系統是由器官、組織和專門血細胞組成的網絡,能識別並消除細菌、病毒、真菌和寄生蟲等威脅。它通常被描述為在兩個相互交織的分支中運作:先天免疫和適應性免疫。

先天免疫:防禦的第一道防線

根據克利夫蘭診所的解釋,先天免疫是人出生時就具有的保護,它能立即對任何外來生物體做出反應,無需先前接觸。根據NIGMS的說法,其組成部分包括皮膚和鼻子、喉嚨及肺部的黏膜等物理屏障、胃酸、唾液和淚液中的酶、稱為吞噬細胞的專門細胞(吞噬入侵者)以及在血液中循環的補體蛋白。

因為先天免疫對許多病原體共有的廣泛模式做出反應,而不是對一種特定的病菌,NIGMS將其描述為非特異性。這也是先天防禦為什麼能在感染後的數分鐘至數小時內發揮作用的原因,早於更有針對性的反應被啟動。

適應性免疫:有針對性和可記憶

根據NIGMS的說法,適應性免疫(也稱為獲得性免疫)在身體接觸特定病菌後發展,需要幾天時間才能完全有效。根據克利夫蘭診所的說法,它依靠B淋巴細胞(產生附著在稱為抗原的精確靶點的抗體)和幫助協調和執行攻擊的T淋巴細胞。

適應性免疫的一個決定性特徵是記憶。根據世界衛生組織的說法,在身體打敗病原體後,一些產生抗體的細胞作為記憶細胞存活。世界衛生組織指出,如果同一病原體再次出現,這些記憶細胞使身體能夠比第一次接觸時更快、更有效地產生抗體。

免疫細胞的來源和聚集地

多個器官在整個身體中支持這個系統。克利夫蘭診所表示,骨髓作為產生血細胞(包括白血球)的工廠發揮作用。胸骨後的胸腺是T細胞在被部署前成熟的地方。脾臟儲存白血球並回收受損細胞,而淋巴結(集中在頸部、腋下、腹股溝和腹部的小腺體)過濾體液,是免疫細胞對抗原做出反應的場所。

先天免疫 vs. 適應性免疫
特徵先天免疫適應性免疫
反應速度立即需要幾天才能完全有效
特異性非特異性,對一般危害模式做出反應抗原特異性,針對一種特定病原體
主要參與者皮膚、黏膜、胃酸、吞噬細胞、補體蛋白B淋巴細胞、T淋巴細胞、抗體
記憶無有——記憶細胞使未來反應更快

為什麼這對疫苗很重要

免疫記憶是疫苗旨在利用的機制。根據世界衛生組織的說法,疫苗將身體暴露於病原體的減弱或滅活片段(稱為抗原),促使B淋巴細胞產生抗體,而不會導致疾病本身。這個過程還會生成記憶細胞,因此後來與真實病原體的接觸會引發更快、更強的抗體反應。

世界衛生組織表示,某些疫苗需要間隔數週或數月的多次劑量,特別是為了允許長壽命抗體的產生和記憶細胞的發展。該組織還指出,單獨麻疹疫苗預計在2000年至2023年間在全球預防了約6000萬人死亡。

當系統出現故障時

免疫系統並不總是按預期運作。根據克利夫蘭診所的說法,在自身免疫病(如狼瘡或類風濕性關節炎)中,免疫系統錯誤地攻擊身體自身的健康細胞。免疫缺陷是指免疫反應減弱,可以是遺傳性或獲得性的,使一個人更容易受到感染。當免疫系統對實際上無害的物質過度反應時會發生過敏,產生的症狀範圍從輕微到嚴重。

這些情況說明保護身體的相同機制——識別、反應和記憶——也可能出現故障,這就是為什麼持久或異常的免疫症狀通常由合格的臨床醫生評估,而不是自我診斷。

常見問題

先天免疫和適應性免疫的主要區別是什麼?
根據NIGMS和克利夫蘭診所的說法,先天免疫是立即且非特異性的,對許多不同的威脅以相同方式做出反應,而適應性免疫需要幾天才能發展,但針對一種特定的病原體並創造持久的記憶。
哪些器官是免疫系統的一部分?
根據克利夫蘭診所的說法,關鍵器官包括骨髓(產生血細胞)、胸腺(T細胞成熟的地方)、脾臟(儲存和回收免疫細胞)以及淋巴結(過濾液體並主持免疫反應)。
疫苗如何使用免疫系統?
根據世界衛生組織的說法,疫苗引入無害的抗原,促使B淋巴細胞製造抗體並建立記憶細胞,因此如果身體後來接觸到真實病原體,就可以更快地做出反應。
當免疫系統攻擊身體自身細胞時會發生什麼?
這被稱為自身免疫病;克利夫蘭診所引用的例子包括狼瘡和類風濕性關節炎,其中免疫系統錯誤地靶向健康組織。
為什麼有些疫苗需要多於一次的劑量?
世界衛生組織指出,間隔數週或數月的多次劑量使身體有時間產生長壽命抗體並發展記憶細胞,以獲得更強的未來保護。

來源

  1. Cleveland Clinic — Immune System Function, Conditions & Disorders
  2. NIH NIGMS Biobeat — What Is the Immune System?
  3. World Health Organization — How do vaccines work?

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