好书翻译 ||《免疫系统工作原理》-第一章（一）

如何阅读本书

本书既非卷帙浩繁的巨作，也非考试复习的摘抄，而是一次免疫系统的概览，旨在帮助大家理解免疫系统协同工作的原理。

第一章 内容概要

我们的免疫系统以团队协作的模式运行着，各个成员紧密配合、协同御敌。如果我们眼里只有免疫系统的个别成员，可能就很难理解免疫系统的协同工作模式。因而，本书将采取观众视角而非角色视角，以期带领读者多角度、全方位地观察免疫系统的运作全景。

我们要时刻牢记，免疫系统是一个包含多种运动员的“大型运动团体”。虽然这些运动员可以粗略地划分为两个系统（即固有免疫系统和获得性免疫系统），但只有两个系统协同工作才能为我们提供强大的免疫力。

引言

免疫学确实是一门比较难学的科目。首先，免疫学的繁杂细节容易让我们“千叶障目，不见泰山”。为了透过细节看到本质，我在本书中将主要关注免疫系统运作的宏观图景。若读者对某些细节感兴趣，可以通过查阅文献进行深入了解。

其二，免疫学中“凡有规则，必有反例”。尽管免疫学家喜欢通过找反例来探寻深入理解免疫系统工作原理的契机，但这些反例却不利于初学者建立知识框架。我们的目的是带领读者梳理免疫系统脉络、探寻免疫学的规律，因此我虽然会举一些反例，但绝不会耽于罗列反例。

其三，是因为免疫学知识“日新月异、更迭迅速”。免疫学不仅有许多尚待解决的问题，而且还有许多随时会被推翻的结论。我会尽我所能搭建一个“正确的”免疫学框架，偶尔讨论一些未来可能成真的免疫学猜想，但这些东西可能很快就会被推翻——甚至就在你阅读本书的时候。

最后，我认为免疫难学的最主要原因还是因为免疫系统是一个“成员众多、协同互作”的复杂系统。打个比方，我们看足球转播的时候如果整个画面都被一个右边锋占据，我们只能看到这个运动员猛然提速前插，然后又立马停下，我们肯定会看糊涂的。不过这时候只要给一个远镜头的回放，我们就会恍然大悟。原来，右边锋的快速跑动引开了两名防守球员，让前锋轻松接到传球并射门得分了。

免疫系统的运作就像是一场足球比赛，任何一次得分都是球员们协作拼搏的结果。如果只盯着一个球员看比赛，便不免会“谬之一隅，失之全局”。阅读本书需要读者自觉养成免疫系统全局观，这也是第一章的主旨。

接下来让我们快速检阅一遍整个免疫系统，初步了解免疫系统是如何协作的。在后续课程中，我们再回过头来近距离考察每一个免疫系统成员的作用，以及它们相互之间的配合协作。

物理屏障

我们的身体抵御病原体入侵的第一道防线是几道物理屏障。病毒、细菌、寄生虫和真菌等病原体只有攻破物理防线，才会给我们的身体造成麻烦。一直以来，皮肤都被视作最主要的物理屏障，但实际上覆盖我们体表的皮肤总面积仅有2平方米左右。与之相比，衬覆于我们消化系统、呼吸系统和生殖系统表面的粘膜总面积达到了惊人的约400平方米，相当于两个标准网球场的面积。总之，我们的身体需要防范的边界是非常广阔的。

固有免疫系统

入侵者突破了物理屏障（皮肤或粘膜）之后，迎接它们的将是固有免疫系统，即我们的第二道防线。免疫学家称之为“固有”免疫系统，是因为所有动物都生而“固有”之。事实上，固有免疫系统所使用的一些武器已经存在了超过500万年时间。接下来让我展示几个生动的例子来介绍神奇的固有免疫系统。

     想象有一天你洗完澡后光脚踏出浴缸，此时你突然感觉大脚趾传来一阵刺痛，低头一看才发现你的大脚趾让木刺儿给扎破了，而木刺上遍布细菌。如果你没有在浴缸里面喝得酩酊大醉、倒头就睡的话，那么你会在接下来几个小时内注意到伤口周围开始发红发肿，这些迹象表明你的固有免疫系统已经投入了战斗。人类身体的各处组织都有白细胞负责巡逻守卫。在我们看来，机体组织似乎是非常坚硬的，那是因为我们视角非常大。而在一个细胞看来，组织在某种程度上就是一块充满空隙的海绵，单个细胞可以较为轻松地穿梭其中。驻扎在组织中的防御细胞非常多，其中就有固有免疫系统中最出圈的成员——巨噬细胞（Macrophage）。如果我是木刺上的一个细菌的话，我最不想遇到的就属巨噬细胞了。这里有一张揭示巨噬细胞如何吞噬细菌的电子显微镜照片（下图）：                         

你可能已经知道，巨噬细胞消灭细菌的过程并不是守株待兔般的被动等待或者瞎猫碰上死耗子搬的乱抓一气。事实上，巨噬细胞能够感知细菌的存在并主动伸出伪足加以捕捉。那么，巨噬细胞是如何感知细菌的呢？答案是巨噬细胞表面安装了许多天线（受体），这些天线协调工作就可以识别微生物所共有的一些“危险信号”分子。例如，细菌表面的膜是由特定的脂质和糖类组成的，其中一些在巨噬细胞看来就是“发现你，吃掉你”的信号。当巨噬细胞侦测到这些危险分子的时候，它们就会爬向正在释放这些分子的微生物。

       巨噬细胞找到细菌时，它会先用一个叫做巨噬小体（phagosome）的袋子（囊泡）把细菌装起来。接着，巨噬细胞把这个装着细菌的囊泡吞进细胞内，并与另一个被称为溶酶体（lysosome）的囊泡融合。溶酶体内装着许多可以强劲地破坏细菌菌体的化学物质和酶类。实际上，如果这些化学物质和酶类在巨噬细胞胞内被释放的话，其强大的破坏力足以杀死巨噬细胞自身，这也是为何它们必须被特殊的囊泡包裹起来。巨噬细胞正是借助这个聪明的策略来杀死入侵微生物，并避免了搬起石头砸自己的脚。这整个过程被称为巨噬作用（phagocytosis），下面的图片形象地展示了巨噬作用是怎么进行的（下图）：

巨噬细胞实际上是非常古老的细胞，其所采用的内化技术只是阿米巴原虫的吞噬技术的改良版，而阿米巴原虫已经占领地球大约2.5亿年。那么，为什么这个细胞被称为巨噬细胞呢？“巨（Macro）”自然是指大，巨噬细胞是一个非常大的细胞。而“噬（Phage）”来自于一个表示“吃”的希腊词语。因此，巨噬细胞实际上就是一个“大吃货”。在没有入侵者需要抵抗的时候，巨噬细胞就是体内负责收集垃圾的环卫工，它们几乎什么都吃。免疫学家甚至可以利用巨噬细胞的好胃口给它们投喂铁屑，然后用小磁铁把巨噬细胞从其他细胞中分离出来，这可是真事儿！

那么巨噬细胞又是从何而来的呢？巨噬细胞和其他所有的血细胞一样，都是由具有自我更新能力的造血干细胞产生的。自我更新是指当一个干细胞长大并分裂成两个子细胞时，它通过“一个给我，一个给你”的策略让其中的一个子细胞继续保持干细胞的特性，而另外一个子细胞走向分化过程并最终成为成熟的血细胞的过程。这种策略确保了机体内始终有足够的造血干细胞来源源不断地产生成熟的血细胞。

巨噬细胞对于我们的对外防御至关重要，在我们出生前它们就已经在组织中担负起防卫重任。而在我们出生后，定居在骨髓中的造血干细胞才开始根据机体的需要更新巨噬细胞和其他所有的血细胞。造血干细胞的子代细胞在分化成熟的过程中，必须决定它们最终分化的细胞类型。不难想象，这些决定并不是随机的，而是经过精心控制的，以确保每种类型血细胞的数目刚好合适。比如说，一部分子代细胞会成为运输氧气的红细胞，而我们的造血干细胞工厂必须以每秒两百万的速度产生红细胞，才能填补因为机体正常损耗而产生的红细胞空缺。造血干细胞的子细胞也包括巨噬细胞、中性粒细胞等白细胞。正如白葡萄酒本身并不是白色的，白细胞实际上也并非“白色的细胞”。它们本身是无色的，而免疫学家称之为白细胞是为了表明它们不是红色的，因为它们没有血红蛋白（hemoglobin）。下图展示了造血干细胞可以产生的种类繁多的血细胞的一部分（下图）：

那些可以最终分化成巨噬细胞的子细胞在离开骨髓并进入血液时，还是所谓的单核细胞（monocyte），我们身体里面任何时刻都有两百万左右的单核细胞在循环着。虽然这听起来有点毛骨悚然的感觉，不过你应该感到庆幸。如果不是它们的勤恳巡逻，你早就陷入大麻烦了。单核细胞在血液里面的存留时间大约是3天，在此期间它们会通过内皮细胞之间的缝隙穿越毛细血管（即血管的末端）。内皮细胞是一种瓦片状的细胞，而单核细胞可以钻入它们之间的缝隙、离开血液并进入组织，最终分化为成熟为巨噬细胞。在组织中，绝大多数巨噬细胞都是一边闲逛着做点环卫工的兼职工作，一边等待着你被木刺扎破大脚趾然后投入抵御入侵的正式工作。

当巨噬细胞吃掉扎入你大脚趾的木刺上的细菌之后，它们会释放化学物质来增强伤口周围的血流量，而血流量的增加会让你的伤口周围发红。其中一些化学物质也会让血管内皮细胞发生收缩，产生的缝隙则会让血液内的液体成分从毛细血管中渗出到组织内，这些外渗的液体会让你的大脚趾肿起来。此外，巨噬细胞释放的化学物质还会刺激伤口周围的神经末梢，传递疼痛信号到你的大脑中，告诉你被刺破的大脚趾要好生修养一番。

在与细菌战斗的过程中，巨噬细胞产生和释放的各种蛋白质被统称为细胞因子（cytokines），正是这些有点像激素的信息素介导了免疫细胞间的通信。一些细胞因子会警示单核细胞和在附近毛细血管内巡逻的其他免疫细胞，并招呼它们离开血液、进入组织、投入战斗。当固有免疫系统投入战场并开始消灭入侵者后，你的伤口周围很快就会开始发生肉眼可见的炎症反应——红、肿、热、痛。

固有免疫应答的基本逻辑是这样的：因为我们的身体需要防御的边界非常漫长，所以你的哨兵（巨噬细胞）必须时刻侦测入侵者。一旦哨兵侦测到外敌入侵，它们就会发送战斗信号（细胞因子）招募更多的防御兵力到达战场。接着巨噬细胞会竭尽所能地抵御入侵者、控制战场态势并等待援兵到达。因为固有免疫系统有巨噬细胞这样的天生就可以识别多种常见入侵者的战士，所以固有免疫系统的应答非常迅速，如果不出意外，几天之内就可以结束战斗。

固有免疫团队还有其他一些成员。除了专职吞噬的巨噬细胞，还有可以在细菌表面打孔的补体蛋白（complement proteins）。以及可以破坏细菌、寄生虫、被病毒感染的细胞和部分癌细胞的自然杀伤细胞（Natural kill cell，NK细胞）。我们将于后续章节再详细介绍巨噬细胞在固有免疫系统中的队友们。

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本章节翻译自Lauren Sompayrac的How the immune system works, 本书作者以提纲挈领的方式描绘了一副生动的免疫系统的工作全景图。作者语言诙谐，比喻生动，是一本入门免疫学难得的好书。笔者阅读欣赏之余，深感有必要加以翻译，以飨国内正在探索免疫学的同学们。

目前的翻译工作仅为兴趣使然，本书翻译尚未取得原作者同意，谢绝一切转载。若有朝一日得以完成全本的翻译，或可联系Lauren Sompayrac教授申请翻译出版的授权。