How the immune system works：第一章（图文全译）
免疫系统工作原理 | 劳伦·松佩拉（Lauren Sompayrac，第六版 2019年出版）：
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，而是一幅免疫系统的概览图，旨在帮助大家解免疫系统协同工作的原理和奥妙。
第一章 免疫系统概览
我们的免疫系统采取团队协作的工作模式，各种成员协同配合、共同御敌。如果我们紧紧盯着免疫系统中的某一个成员，那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图景。
读者务必谨记，免疫系统是一个涉及多种类型运动员的“团体运动”。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而有力的免疫力。
引言
免疫学确实是一门比较难学的科目。首先，是因为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，我们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，可以通过文献进行深入了解。
第二，是免疫学中的“凡有规则，必有反例”。尽管免疫学家喜欢喜欢通过找反例来探寻深入理解免疫系统工作原理的线索，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检阅免疫系统、探寻免疫学的本质规律，我们虽然会不时举一些反例，不会耽于罗列反例。
第三，是因为免疫学知识“日新月异、永无止境”。免疫学中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。我会竭我所能地描绘“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，如果我们看足球转播的时候整个画面里只有右边锋，看到他猛然提速前插，然后猛然停下，我们肯定会看糊涂。这时候只要给个远镜头回放，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。免疫系统的运动就像是一场足球比赛，任何一分都是球员协作拼搏的结果，如果只盯着一个球员看比赛，就会“一叶障目，不见泰山”。阅读本书需要读者养成免疫全局观，这就是第一节章的主旨。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。在后续章程中，我们再回过头来近距离考察每一个免疫系统成员的作用，以及它们之间的互作。
物理屏障
我们的身体抵御病原体入侵的第一道防线是一道道物理屏障。病毒、细菌、寄生虫和真菌等病原体只有击垮物理防线，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才不过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的总面积，达到了惊人的约400平方米，相当于两个标准网球场的面积之和。因此，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，而且木刺上遍布细菌。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，这些症状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是由白细胞负责巡逻守卫的。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，我最不想遇到的就是巨噬细胞。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（图1.1）：
图1.1. 巨噬细胞正在吞噬细菌（电子显微镜照片）
你或许已经知道巨噬细胞消灭细菌的过程，它们并不是守株待兔地被动等待或者瞎猫碰上死耗子地乱撞一气。事实上，巨噬细胞能够侦测到细菌的存在并主动伸出伪足将其捕捉。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），这些天线可以帮助巨噬细胞识别许多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，而其中一些在巨噬细胞看来就是“发现你，就吃掉你”的危险信号。当巨噬细胞侦测到这些代表危险的分子的时候，它们就会顺藤摸瓜地爬向释放这些分子的微生物。
当巨噬细胞找到细菌时，它会先构造一个叫做巨噬小体（phagosome）的袋子（囊泡）把细菌装进去。接着，巨噬细胞会把这个装着细菌的囊泡吞进体内，并与另一个被称为溶酶体（lysosome）的囊泡融合。溶酶体内装载的许多化学物质和酶类可以强劲破坏细菌。事实上，如果这些化学物质和酶类在巨噬细胞胞内被意外释放的话，其强大的破坏力也足以杀死巨噬细胞自身，这也是为何它们必须被巨噬细胞用特殊的囊泡包裹起来的缘故。巨噬细胞正是借助这个聪明的策略来杀死入侵微生物，同时也避免了搬起石头砸自己的脚。上面描述的整个过程被称为巨噬作用（phagocytosis），下面我们用一张图片来形象地展示巨噬作用是怎么进行的（图1.2）：
巨噬细胞是非常古老的一类细胞。实际上，巨噬细胞采用的内化技术只是阿米巴原虫的吞噬技术的改良版，而阿米巴原虫已经存在了2.5亿年。那么，为什么这个细胞被称为巨噬细胞呢？“巨（Macro）”即是“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”。在没有入侵者需要消灭的时候，巨噬细胞就充当体内负责收集垃圾的“环卫工人”，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微铁屑，然后用小磁铁把巨噬细胞从其他细胞中分离出来。不要惊讶，这可是真的！
巨噬细胞从何而来呢？巨噬细胞和其他所有的血细胞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。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，它们在我们出生之前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，这些决定可不是随机的，而是经过精心控制并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。造血干细胞的其他子细胞也包括巨噬细胞、中性粒细胞或者其他类型的白细胞。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（图1.3）：
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），并且每时每刻都有两百万左右的单核细胞在我们的身体里循环。虽然这听起来有点毛骨悚然，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，在此期间它们会设法通过内皮细胞之间的缝隙穿越毛细血管（即末端微血管）。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，并最终分化为巨噬细胞。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经工作。
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加伤口周围的血流量，而血流量的增加会让你的大脚趾周围发红。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，告诉你你被刺破的大脚趾还有待恢复。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。当固有免疫系统进入战场并开始消灭入侵者，你的大脚趾的伤口周围很快就会开始发生肉眼可见的炎症反应。
固有免疫应答的逻辑是这样的：因为我们的身体需要防御的边界非常漫长，所以机体的哨兵（巨噬细胞）必须时刻侦测入侵者。一旦哨兵发现外敌入侵，就会发出调兵信号（细胞因子）招募更多的防御兵力到达战场。当然巨噬细胞也不会闲着，它们会竭尽所能地抵御入侵者并控制战场态势，等待援兵到来。因为固有免疫系统中有巨噬细胞这样天生就可以识别多种常见入侵者的战士，所以固有免疫应答非常迅速，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癌细胞的自然杀伤细胞（Natural kill cell，NK细胞）。我们会在接下来的章节中详细介绍巨噬细胞在固有免疫系统中的队友。