免疫系统

製造免疫細胞的器官是指能够实现免疫功能的器官和组织，是免疫细胞发生、定居和发挥效应的场所。按功能的不同可以分为中枢免疫器官和外周免疫器官。

中枢免疫器官和组织是免疫细胞产生、分化、发育以及成熟的场所。包括骨髓和胸腺。

• 骨髓

（页面存档备份，存于）

骨髓是造血组织，也是免疫细胞的产生的场所。造血干细胞是骨髓中的原始细胞，能够分化成各种成熟的血细胞。免疫细胞中的淋巴细胞（T细胞与B细胞）的发育前期是在骨髓内完成，另外B细胞分化为浆细胞后，也回到骨髓，并在这里大量产生抗体。同时骨髓也生产其他重要的免疫细胞，包括粒细胞，自然杀伤细胞、未成熟胸腺细胞等。

• 胸腺

胸腺的主要功能是生产成熟T细胞。不成熟的淋巴T细胞在骨髓中产生，随后迁移到胸腺，受到胸腺激素的誘導，成為成熟但還沒有免疫功能的T细胞，再把它們送到脾臟、淋巴系统和其他器官，讓它們在那裡受胸腺激素的影響進一步成熟，隨時準備抵抗各種對人體有害的敵人。胸腺激素還能提高淋巴细胞的防禦能力，誘導淋巴B细胞成熟。

外周免疫器官和组织是免疫细胞定居的场所，也是免疫细胞发挥免疫应答效应的场所。包括脾、淋巴结和黏膜相关淋巴组织。

• 淋巴结

淋巴结是淋巴T细胞和淋巴B细胞定居的场所，T细胞占淋巴结内淋巴细胞总数的75%，B细胞约占25%。人体分布着大约500-600个淋巴结，广泛的分布在非黏膜部位的淋巴通道，是主要的外周免疫器官。在身体浅表区域，淋巴主要分布在颈部、腋窝、腹股沟等处。在身体内部内脏区域，主要分布在器官门，沿血管分布。当抗原入侵机体通过淋巴液流入淋巴结时，抗原会被淋巴结表面的DC细胞（树突状细胞）捕获，并提呈给TH细胞（辅助性T细胞），诱发T细胞和B细胞活化、增殖，发挥免疫效应，清除入侵的病原微生物、毒素等有害物质。淋巴结中的淋巴细胞可以通过淋巴管，胸导管进入血液，清除血液中的异物，随后返回到淋巴结。[11]

• 脾

脾在胚胎时期具有造血功能，脾窦中存有大量血液以供机体调节血量。淋巴细胞成熟后在脾中定居。其中淋巴B细胞在淋巴细胞中占60%，淋巴T细胞占40%。与淋巴结一样，脾也是人体免疫应答发生的场所。同时体内约90%血液需要流经脾脏，脾脏可以清除血液中的病原体以及衰老的血细胞。

• 黏膜相关淋巴组织

黏膜相关淋巴组织（Mucosa-associated lymphoid tissue，简称MALT)，位于消化道、呼吸道、泌尿生殖道等人体各种黏膜组织中，由黏膜表皮细胞下方的淋巴小结以及表皮细胞之间的微皱褶细胞（M细胞）组成。黏膜层淋巴组织充满淋巴细胞，如：T细胞和B细胞，还有浆细胞和巨噬细胞，每个黏膜层淋巴组织都正好位于抗原需要通过的黏膜上皮处。比如说肠道上的MALT，当微皱褶细胞（M细胞）同时存在时，微皱褶细胞（M细胞）从肠道内捕捉抗原并传递给淋巴组织。

免疫细胞是指参与免疫应答过程或与之有关的细胞。包括淋巴细胞、抗原提呈细胞、粒细胞等细胞。

• 淋巴细胞
• 抗原提呈细胞
• 粒细胞

免疫分子是免疫细胞分泌的产物，包括抗体（免疫球蛋白）、补体、细胞因子、人体白细胞抗原（HLA）等。

免疫系统对抗感染的第一步反应就是炎症反应。[29]炎症的特点是红肿，这是因为炎症部位的血液流入量增加而引起。炎症是引发自类二十烷酸（eicosanoid）和细胞因子，这两类分子由受损或被感染的细胞所释放。类二十烷酸包括可以导致发烧和血管舒张（与炎症相关）的前列腺素和可以吸引特定白血球（如粒细胞）的白三烯。[30][31]一般的细胞因子则包括负责白血球之间联系的白介素、促进细胞化学趋向性的趋化因子以及具有抗病毒作用（如关闭宿主细胞的蛋白质合成）的干扰素。[32]此外，炎症反应还可能释放生长因子和细胞毒因子。所有这些细胞因子和其他相关化学物质将免疫细胞带到受感染部位，并且在消灭病原体后促进受损组织的复原。[33]

补体系统是对入侵的外源细胞表面进行攻击的一种生化级联反应。这一系统包含了超过20种不同的蛋白质；这些蛋白质被称为“补体”，因为它们可以补充协助抗体来消灭病原体。补体是先天性免疫反应中主要的体液免疫组分。[34][35]除了哺乳动物，许多物种，包括植物、鱼类，甚至一些无脊椎动物都具有补体系统。[36]

人体内，补体系统的激活是通过补体与识别了病原体的抗体结合或与病原体微生物表面的多糖结合来完成。补体结合信号可以引发快速的免疫攻击反应。[37]这种快速的反应是来源于对补体分子一系列的蛋白酶解所引起的结果。补体分子本身就是蛋白酶。在与微生物结合（初始信号）后，补体分子激活了自己的蛋白酶活性。被激活的补体分子通过酶解其它补体分子来激活它们，这一过程不断循环，被激活的补体分子快速增加。这就形成了一个催化级联反应，通过这种可调控的正反馈从而放大了初始信号。[38]这一级联反应导致大量产生被酶解的多肽，这些多肽可以吸引免疫细胞、提高血管通透性以及附着在病原体表面（方便免疫系统识别）。补体分子的沉积也会破坏病菌的细胞膜，达到杀菌的目的。[34]

扫描电子显微镜下，处于正常循环中的人类血液的图像。可以看到大量饼状的红血球，包括淋巴球、单核球、中性粒细胞在内的表面有突起的白血球，以及较小的盘状的血小板。

白血球（白细胞）以类似于独立单细胞组织的方式来工作，构成了先天性免疫系统的第二只手。[15]先天性免疫白血球包括了吞噬细胞（巨噬细胞、中性粒细胞和树突状细胞）、肥大细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞以及自然杀伤细胞。这些细胞以接触攻击较大的病原体或吞噬并杀死较小的微生物的方式，来识别并消灭入侵物。[36]自然杀伤细胞还是激活适应性免疫系统的重要介导物。[13]

吞噬作用是吞噬细胞通过包裹、吞噬病原体或颗粒的过程，也是细胞型先天性免疫的重要特征。吞噬细胞通常會在身體各處巡邏來搜尋病原體，但其也可以被細胞因子召喚到特定位置。[15]病原體被吞噬細胞所吞噬後，被包裹在一種被稱為吞噬體的胞內囊體內；隨後吞噬體與溶酶体融合形成吞噬溶酶体。在吞噬溶酶体中，病原體被其中的消化性酶所殺死，或者被呼吸爆发所釋放的自由基所殺死。[39][40]吞噬作用的机制来源于细胞对于营养物质的摄取，但被吞噬细胞作为手段利用于吞噬病原体。[41]吞噬作用可能是最古老的宿主防御形式，因为在无脊椎动物中也发现了吞噬细胞的存在。[42]

巨噬细胞和噬中性顆粒白血球可以在体内寻找并攻击入侵的病原体。[43]噬中性顆粒白血球通常存在于血液中，是数量最多的吞噬细胞，能够佔到血液中白血球总数的50-60%。[44]在炎症发生的急性阶段，特别是细菌引起的感染，噬中性顆粒白血球可以快速移动到炎症发生处（又被称为趨化性），也是第一个到达患处的免疫细胞。巨噬细胞是多功能细胞，位于组织内，可生产非常多种类的化合物，包括各种酶、补体蛋白、调控因子（如干扰素1）。[45]巨噬细胞具有“清道夫”的功能，能够清除机体内受损老化的细胞和细胞碎片。巨噬细胞也可以作为抗原呈递细胞，激活适应性免疫系统。[13]

树突状细胞是一種吞噬细胞，主要位于与外界环境接触的组织内，包括皮肤、鼻腔、肺、胃以及小肠。[46]这种免疫细胞的名字来源于它们与神经树突之间的相似性，都具有大量的突起状结构，但树突状细胞与神经系统并没有直接联系。由于可以将抗原呈递给T细胞（适应性免疫系统中的关键细胞之一），因此树突状细胞可以作为身体组织和免疫系统之间的联络橋梁。[46]

肥大细胞位于结缔组织和粘膜内，调控發炎反应。[47]它们通常与过敏或全身性過敏性反應相关。[44]嗜酸性和嗜碱性顆粒白血球类似于噬中性顆粒白血球；它们分泌化学物质来参与抵御寄生虫，也在过敏反应中发挥作用。[48]自然杀手细胞并不直接攻击入侵者，却能够攻击并杀死肿瘤细胞和被病毒侵入的细胞。[49][50]

适应性免疫系统中的细胞被称为淋巴细胞，属于特殊类型的白细胞。B细胞和T细胞是主要的淋巴细胞，由骨髓中的造血干细胞分化而来。[36]B细胞主要参与体液免疫，而T细胞则参与细胞免疫。B细胞和T细胞都携带能够识别特定靶标的受体分子。T细胞负责识别“非自身”靶标，如病原体，但需要抗原（病原体上的一些小片段）经处理并由一种被称为主要组织相容性复合体（MHC）的“自身”受体呈递之后才能实现。T细胞主要有两类：细胞毒性T细胞和辅助型T细胞。杀伤型T细胞只能识别由I型MHC分子呈递的抗原，而辅助型T细胞只能识别II型MHC分子呈递的抗原。这两种抗原呈递机制反映了两类T细胞所具有的不同作用。还有少量的T细胞属于第三类，即γδ T细胞，识别不结合MHC分子的完整抗原。[52]

B细胞抗原特异性受体则是位于B细胞表面的抗体，负责识别整个病原体，而不需要经过抗原呈递。每一种B细胞的细胞系都表达各不相同的抗体，因此，B细胞抗原受体的集合代表了人体能够产生的所有抗体。[36]

细胞毒性T细胞是T细胞中的一个亚群，能够杀死被病毒（或其他病原体）感染的细胞或者受损和失去功能的细胞。[53]与B细胞类似，不同类T细胞能够识别不同的抗原。当其细胞表面的T细胞受体特异性地结合抗原，并与其他细胞表面的I型MHC分子共同形成复合物时，杀伤型T细胞就会被激活。对MHC-抗原复合物的识别是由T细胞表面的辅助受体（CD8）来协助完成。而后，激活的T细胞会在整个身体内巡游来寻找是否有细胞表面带有这一抗原的I型MHC受体分子。一旦接触到这些细胞，T细胞就会释放细胞毒素，如穿孔素，能够在靶细胞的细胞膜上形成孔洞，从而杀死细胞。由T细胞分泌的另外一种毒素，颗粒溶素（一类蛋白酶），能够进入靶细胞并引发细胞凋亡。[54]T细胞杀死受感染的宿主细胞对于防止病毒复制至关重要。同时对于健康细胞而言，不受控的T细胞将是十分危险的。因此，T细胞的激活受到高度调控，通常需要很强的MHC-抗原激活信号或者由辅助T细胞提供附加信号才能够激活T细胞。[54]

辅助型T细胞的功能：抗原呈递细胞将抗原呈递到细胞表面的II型MHC分子上，辅助型T细胞在其表面的CD4辅助受体（CD4受体）的帮助下来识别这些抗原与MHC所形成的复合物。完成识别后，辅助型T细胞转变为活性状态，释放出细胞因子和其他激活信号（绿色箭头）从而激活巨噬細胞、细胞毒性T细胞和B细胞，后者可以生产抗体。而激活B细胞和巨噬細胞可以进一步促进辅助型T细胞的增殖。

辅助型T细胞参与调控先天性与适应性免疫反应，根据病原体的情况，帮助机体确定免疫反应类型。[55][56]这类T细胞不具有细胞毒性，无法直接清除受感染细胞或病原体，但它们可以引导其他免疫细胞来完成清除任务。

辅助型T细胞表达T细胞受体来识别结合在II型MHC分子上的抗原。同时，辅助型T细胞上的CD4分子作为辅助受体也参与结合MHC-抗原复合物，并招募T细胞内的其他分子来激活T细胞。与杀伤型T细胞相比，辅助型T细胞与MHC-抗原复合物的结合力较弱，这就意味着辅助型T细胞表面要有大量的受体（约200-300个）都结合上了MHC-抗原复合物才能够激活辅助型T细胞，而杀伤型T细胞只需要一个受体与MHC-抗原复合物结合就能被激活。辅助型T细胞的激活还需要抗原呈递细胞能够较长时间的参与。[57]处于静止期的辅助型T细胞被激活后，会释放大量的细胞因子，从而影响许多类型细胞的活力。由辅助型T细胞所产生的细胞因子信号能够增强巨噬细胞的杀菌功能以及杀伤型T细胞的活力。[15]除此之外，激活辅助型T细胞会导致T细胞表面分子（如CD154，CD40的配基）表达上调，为进一步激活生产抗体的B细胞提供额外的刺激信号。[58]

γδ T细胞具有与一般T细胞不同的T细胞受体，同时带有自然杀伤细胞、杀伤型T细胞和辅助型T细胞的多种特性。γδ T细胞产生免疫反应的条件还不十分清楚。如同其他非典型的T细胞亚型，γδ T细胞的界定跨越了先天性和适应性免疫。[59]一方面，由于可以通过T细胞受体的基因重排产生多样性的抗体并具有免疫记忆，γδ T细胞被认为是适应性免疫系统中的组分。另一方面，由于其表面的限制性T细胞受体或自然杀伤细胞受体可以作为模式识别受体来发挥作用，因此多种γδ T细胞也被归于先天性免疫系统的一部分。例如，大量的人源Vγ9/Vδ2 T细胞可以对微生物产生的分子迅速（几个小时之内）发生反应，表皮内的高度限制性Vδ1+ T细胞会对受损的表皮细胞发生快速反应。[52]

抗体分子由两条重链和两条轻链组成。重链和轻链上的可变区使得抗体可以识别不同的抗原。[60]

B细胞通过其表面的抗体分子特异性结合外源抗原，从而识别病原体。[61]所形成的抗原-抗体复合物被B细胞吞噬，这一抗原在细胞内被分解为肽段。随后B细胞将这些抗原性肽段通过其细胞表面的II型MHC分子呈递出来。这种MHC与抗原的组合吸引来合适的辅助型T细胞，而T细胞接着释放淋巴因子并激活B细胞。[62]激活的B细胞开始分裂，所产生的子代细胞（浆细胞）分泌出数百万个能够识别该抗原的抗体拷贝。这些抗体在血浆和淋巴液内循环，结合到表达对应抗原的病原体上，被抗体所标识的病原体很快被补体系统或吞噬细胞所消灭。抗体也能够直接抵御（“中和”效应）病原体的入侵，通过与细菌毒素结合或与细菌和病毒表面受体（用于感染细胞）结合，来阻止病原体的感染。[63]

虽然适应性免疫系统中的经典分子（如抗体和T细胞受体）仅存在于有颌类脊椎动物，一种不同于经典分子的淋巴细胞衍生分子被发现存在于初等无颌类脊椎动物中（如七鰓鰻和盲鳗）。这些动物可生成大量被称为“可变淋巴受体”的分子，这些分子产生于少量（一到两个）基因，功能被认为接近有颌类脊椎动物中的抗原受体，以类似抗体的高度特异的结合方式来识别病原性抗原。[64]

当B细胞和T细胞被激活后，就会开始复制分裂以产生子代细胞，这些子代细胞中的一部分会成为长寿的记忆细胞，例如记忆B细胞、记忆T细胞、骨髓浆细胞[65]（BMPC；区别于血循浆细胞 CPC，circulating plasma cells）。在动物的一生中，这些记忆细胞能够记住免疫系统所遇到的每一个特定的病原体，一旦再次接触到此病原体就会触发强烈的免疫反应。这便是“适应性”，因为机体的免疫系统能够以此对入侵病原体产生适应，从而随时准备着应对入侵者的挑战。免疫记忆可以分为短期被动记忆和长期主动记忆。

新生婴儿由于没有接触过病原体，因此特别容易发生感染。而母亲可以为婴儿提供多种被动免疫保护。在怀孕期间，一种被称为IgG的抗体从母亲体内直接通过胎盘进入胎儿体内，使得婴儿即使在出生时体内也具有高的抗体水平，并且与母体的抗原识别特异性保持一致。[66]母乳或牛初乳也含有抗体，可以进入婴儿肠道来保护其免受细菌感染，直到新生儿能够自己产生抗体。[67]无论是胎儿期还是婴儿发育早期，其体内的免疫都是被动免疫，因为其机体并没有产生任何记忆细胞或抗体，只是借用母体。这种被动免疫通常是短期的，持续时间从几天到几个月。在医学上，通过注射含丰富抗体的血清，能够将保护性被动免疫从一个个体人为地转移到另一个个体。[68]

免疫反应的时间进程。包括从首次感染（病原体或疫苗引起）到主动性免疫记忆的形成和维持。

长期主动记忆是通过感染而激活B细胞和T细胞来获得的。主动免疫也能够通过疫苗接种来产生。疫苗接种的原理是将来自病原体的抗原注入机体来刺激免疫系统，在不引起疾病的情况下引发免疫记忆。[15]这一技术的成功在于它充分利用了免疫系统所具有的天然特异性和可诱导性。由于感染性疾病依然是导致死亡的主要原因之一，疫苗接种可以说是人类对免疫系统最有效的改造。[36][69]

多数病毒疫苗是基于毒性弱化病毒开发的，而许多细菌疫苗则是来源于微生物中的非细胞组分，包括无害的毒素组分。[15]由于来自于非细胞性疫苗中的许多抗原无法有效地诱导适应性反应，多数细菌疫苗中还添加了免疫佐剂（能够激活先天性免疫系统中的抗原呈递细胞），从而最大化免疫原性。[70]

当免疫系统中的一个或多个组分失去活性就会造成免疫功能低下或免疫缺陷。一般而言生物體的免疫運作到足以產下子代的時間結束後就逐漸衰敗，免疫系統在有生殖力的期間會達到高峰，繁殖週期結束後就會下降，人体的免疫力是在50岁之后开始下降，出现免疫衰老，會引發癌症等一系列疾病，中年以後易得癌症，這就是原因之一。[71][72]剔除年龄因素，在发达国家，肥胖、嗜酒和滥用药品都是导致免疫功能低下的因素。[72]而在发展中国家，营养不良则是引起免疫功能低下的主因。[72]饮食缺乏足够的蛋白质与免疫力低下密切相关，包括损害细胞介导免疫、补体活力、吞噬细胞功能、IgA抗体浓度以及细胞因子的产生。缺乏单个营养元素，如铁、铜、锌、硒、维生素A、C、E和B₆，以及叶酸 （维生素B₉），也能够降低免疫反应活力。[72]此外，在发育早期，由于基因突变或者外科手术导致胸腺缺失，会引起严重的免疫力低下并且很容易感染疾病。[73]

免疫功能低下在很多情况下具有可遗传性或“获得性”。[15]例如，慢性肉芽腫病的患者体内的吞噬细胞攻击病原体的能力降低，属于原发性免疫缺陷，可被遗传。而像艾滋病和一些癌症可以导致获得性免疫缺陷。[74][75]

手的關節因 類風濕性關節炎（一種自体免疫性疾病）而腫脹和變形

与免疫功能低下对应的另一个极端是过度免疫反应，其同样会损害人体健康，造成自体免疫紊乱疾病。当免疫系统无法正确区分自体和异体抗原时，就会攻击自身部分机体。通常情况下，能够识别自身抗原的淋巴细胞在人体发育早期就会消失。位于胸腺和骨髓中的特异化细胞将自体抗原呈递给新生淋巴细胞，并将能够识别自体抗原的细胞消灭，从而阻止自体免疫。[61][76]

超敏反应是损害自身机体的免疫反应。按照超敏的反应机制和时程，可以分为四类（I-IV）。I型超敏反应是一种即时的、急性的反应，通常与过敏相关，症状多样，从轻微的不适到死亡都可能出现。I型超敏反应由免疫球蛋白IgE所介导，当与抗体相连时，能够触发肥大细胞和嗜碱性粒细胞的脱颗粒作用。[77]当抗体结合到患者自身细胞的抗原上时，就会引起II型超敏反应，摧毁这些细胞。因此，这类反应又被称为抗体依赖（或细胞毒性）超敏反应，主要由IgG和IgM介导。[77] 免疫复合物（包括抗原聚集体、补体蛋白、IgG以及IgM抗体）如果没有被及时清除，可能诱发III型超敏反应。[77]IV型超敏反应又被称为细胞依赖型或延迟型超敏反应，通常发展2至3天后才产生症状。IV型超敏反应多出现于自体免疫和感染性疾病中，也出现于接触性皮炎。这类反应由T细胞、单核细胞及巨噬细胞所介导。[77]

如同其他体内系统，免疫系统的功能依赖于正常的营养供应。长期以来，人们已经形成共识，严重的营养不良会导致免疫缺陷。同样，营养过剩所引起的疾病，如糖尿病和肥胖症，能够破坏免疫功能。而中度营养不良以及缺乏特定微量元素和营养，也会减弱免疫应答。[109]胎儿期营养缺乏甚至会导致终身免疫系统缺陷。[110]

食物可以影响免疫系统。新鲜的水果、蔬菜和富含特定脂肪酸的食物可以帮助保持健康的免疫系统。[111]在传统医学中，一些草药被认为可以激活免疫系统，[112]如紫錐花、甘草、人参、黄芪、鼠尾草、大蒜、接骨木和牛膝草等，甚至蜂蜜；但还需要进一步的研究来了解它们的作用机制。

药用真菌，如香菇[113]、灵芝[114][115]、云芝[116]、姬松茸[117]和灰树花[118]，可能具有上调免疫系统功能，得到了一些体内、体外及有限的临床研究结果的支持。而这些真菌中具有调控免疫功能的活性物质可能是一大类多糖，特别是β-葡聚醣和α-葡聚醣（如从香菇中提取的活性己糖相關化合物[119][120][121]）。β-葡聚醣激活免疫系统的机制还不十分清楚。一种可能的机制是通过与在多种免疫细胞中表达的补体受体3（CD18）相互作用来影响免疫系统。[122]其他免疫受体，如Toll样受体2，[123]Dectin-1、乳糖神经酰胺（lactosylceramide）和清道夫受体也被发现能够接受来自β-葡聚醣的信号。[124]