醫學

分秒不鬆懈的人體免疫防禦系統

外在環境充斥眾多病原,人體時時刻刻暴露其中,與外來病原對抗、捍衛個體健康,是一場永無止境的長期戰役,人體的免疫防禦系統總是處於備戰狀態,從不鬆懈。

撰文/呂怡貞
審稿/徐世達(馬偕紀念醫院小兒過敏免疫科主任、台灣兒童過敏氣喘免疫及風濕病醫學會理事長、台灣氣喘衛教學會榮譽理事長)
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醫學

分秒不鬆懈的人體免疫防禦系統

外在環境充斥眾多病原,人體時時刻刻暴露其中,與外來病原對抗、捍衛個體健康,是一場永無止境的長期戰役,人體的免疫防禦系統總是處於備戰狀態,從不鬆懈。

撰文/呂怡貞
審稿/徐世達(馬偕紀念醫院小兒過敏免疫科主任、台灣兒童過敏氣喘免疫及風濕病醫學會理事長、台灣氣喘衛教學會榮譽理事長)
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  2011年的諾貝爾生理醫學獎由三位免疫學家共同獲得:美國洛克斐勒大學教授史坦曼(Ralph M. Steinman)、斯克里普斯研究院教授比特勒(Bruce Beutler)和法國國家科學研究院研究員霍夫曼(Jules A. Hoffmann)。

  三位科學家在先天免疫系統上有突破性的發現,史坦曼發現樹突細胞(dendritic cell)為啟動人體免疫系統的關鍵,解開先天性免疫與適應性免疫連結之謎;比特勒與霍夫曼從基因研究發現,在果蠅與哺乳類免疫細胞表面的特殊受體鐸受體(toll receptor)與類鐸受體(toll-like receptor, TLR)對於偵測與辨識外來病原體、啟動非特異性免疫防禦扮演十分重要的角色。這些研究結果有助於多種疾病疫苗的研發,如過敏、感染乃至癌症等,讓未來的疾病治療與預防醫學展露曙光。遺憾的是,史坦曼於公佈前因胰臟癌過世,留下偉大的醫學貢獻。


伸著長長手臂的樹突細胞。(圖片來源:科學人)

在實驗室培養成熟的樹突細胞。(圖片來源:科學人)


內外兼修的人體免疫系統


  人體內的免疫系統可分為對內的監視與平衡穩定功能,以及對外的防禦功能。對內包括辨識健康正常的自體細胞與不正常或發生突變的細胞,辨識後移除自體內老化、受損、變形、死亡、癌化等老廢細胞;對外則可抵抗外來病原體侵犯。

  免疫系統受損時,會產生四大免疫偏差:對內如果監視與平衡穩定功能低下,無法去除癌細胞,個體會罹患癌症;監視與平衡穩定功能亢進的話,則會因認識不清而誤清除自體正常細胞,使個體產生自體免疫疾病;對外如果防禦能力低下,清除外來侵害的能力不健全(即稱免疫不全),個體容易受到病原體感染;若個體對生活中常見且無害的外來物產生與一般人不同的過度敏感反應,即防禦功能過度亢進,則為過敏,而引發過敏的外來物稱為過敏原。


站在最前線的先天性免疫


  外在環境充斥著各種病原,我們常說的「抵抗力」,就是個體抵抗外來病原體侵犯的能力。「屏障系統」為第一道防線,包括,皮膚表皮角質化、呼吸道、胃腸道與生殖泌尿道的黏液與黏膜阻擋、氣管黏膜的纖毛運動、胃腺分泌胃酸與蛋白酶、消化道的正常菌叢生長等。免疫系統的「非特異性免疫」則為第二道防線,此兩道防線與生俱來,會對所有入侵者發揮作用,稱為「先天性免疫」。

  非特異性免疫是指免疫系統會對所有外來病原體和自體老廢細胞均加以吞噬、消化、破壞和殺死,並非針對某一特定抗原才會發生,因此無需事先記憶、也無法藉由事先記憶來增強免疫力。非特異性免疫除了抵禦病原侵入,也可以阻止感染蔓延,分為細胞作用及非細胞作用。

  在細胞作用方面,吞噬作用為人體免疫系統的第一步。吞噬細胞藉變形運動穿過微血管與淋巴管進入組織,包圍、吞噬並分解目標物。其中「樹突細胞」與「巨噬細胞」(macrophage)辨識外來病原體後予以摧毀,進一步啟動後續「特異性免疫」(即適應性免疫)防禦;而「嗜中性白血球」(neutrophil)的吞噬能力最強,且會釋放化學物質吸引更多白血球來前線支援。除吞噬細胞外,「自然殺手細胞」(natural killer cell)也不需特定辨識分子,就可與帶有抗原的細胞相接,釋放穿孔素直接將其殲滅。

  其中,樹突細胞早在19世紀就已經被發現,但其生理功能直到1973年史坦曼發表研究後才為人所知。以往技術上難以將樹突細胞與新鮮組織分離,史坦曼則在小鼠脾臟中重新發現它們,根據其樹狀外形命名,並確認它們是免疫系統的一部份。樹突細胞存在於與外在環境接觸的組織中,如表皮細胞、鼻腔與肺的黏膜細胞等,平時在血液裡巡邏監控,一旦遇到入侵者便吞噬摧毀,接著下達命令給後續作戰的免疫細胞、指導它們如何有效抗敵,是連結先天性免疫與適應性免疫的關鍵角色。樹突細胞表面遍佈多種類的類鐸受體,以利與各式病原體結合,使樹突細胞擁有超強偵測與辨識外來入侵者的能力。

  非細胞作用則包含一些免疫相關的酵素、介質(註1)、非特異性抗體(註2)等。例如,發燒是病毒或細菌釋放的毒素刺激白血球分泌「內生性致熱原」(endogenous pyrogen),這類介質促使下視丘的體溫調節中樞將體溫上調以提高代謝速率;「干擾素」(interferon)是由被病毒感染的細胞所產生的多胜肽物質,會干擾與抑制病毒複製,降低病毒株感染其他鄰近細胞的能力;「補體」(complement)為血漿中的一群蛋白質,可經由特異性或非特異性免疫的途徑活化,活化後的補體會直接攻擊外來病原,破壞病原體的細胞膜使其傷亡,同時,補體也會增強吞噬作用,或與抗體合作加強特異性免疫反應。





註1:為免疫反應中相關的化學媒介物質的通稱


註2:抗體也分為特異性與非特異性,均由B細胞所釋放,平常狀態下少量非特異性抗體會在體內游移,當個體受外來抗原入侵,啟動特異性免疫時,特異性抗體才會被大量釋放,以因應大規模作戰。






延伸閱讀

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〈保衛人體健康的免疫大軍〉,呂怡貞撰文,科學EasyLearn網路版

〈免疫系統的長手臂〉,班雪侯(Jacques Banchereau)撰文,《科學人》2003年1月號

〈樹突細胞治癌之路〉,楊文光撰文,《科學人》2003年1月號

〈免疫系統的維和部隊〉,法賀維瑞(Zoltan Fehervari)、?口志文(Shimon Sakaguchi)撰文,《科學人》2006年11月號

《過敏免疫全書》,中華民國免疫學會醫師群合著,原水出版

《免疫大戰:身心與免疫系統的親密關係》,Rachel Charles著,林宜昭譯,探索文化出版

高中必修科目《基礎生物》