白细胞如何识别入侵者？

Philippa Marrack 是一位免疫学家，她受到霍华德·休斯医学研究所的资助，在科罗拉多州丹佛市国家犹太医学和研究中心的医学系工作。1994 年，Marrack 和她的丈夫 John W. Kappler 获得了由哥伦比亚大学颁发的享有盛誉的路易莎·格罗斯·霍维茨奖。以下是她的回复。

身体有许多识别入侵者的方法。其中一些方法可能在进化上非常古老，并从我们的无脊椎动物祖先那里继承而来。例如，身体可以识别细菌产生的化学结构，这些结构与高等生物产生的化学物质截然不同。这些化学结构包括环绕细菌的特殊碳水化合物（糖类）和脂类，以及肽，例如氨基酸甲酰蛋氨酸，细菌将其放在所有蛋白质的开头。

当身体检测到这些特殊的化学结构时，它会激活几个过程，导致细菌的破坏。这些过程包括增加血细胞向入侵者进入身体部位的移动，增加血细胞的吞噬作用（吞食），以及激活血液中的酶，这些酶可以在细菌中产生孔洞，从而摧毁它们。

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像小鼠和人类这样的脊椎动物已经进化出识别入侵者的其他方法。这些机制使用称为 B 细胞的血细胞上的抗体分子和称为 T 细胞的血细胞上的 ab (αβ) 或 gd (γδ) 受体。这些受体是在 T 细胞和 B 细胞发育过程中通过基因重排产生的。

例如，ab T 细胞受体的 α 链是由三个不同的片段组成的单条多肽链：Va、Ja 和 Ca。只有一个 Ca 基因，但大约有 50 个 Va 和 50 个 Ja 基因。当 T 细胞发育时，它随机选择 50 个 Va 基因中的一个，并将其移动到 50 个 Ja 基因中的一个旁边。通常，随机核苷酸（DNA 片段）会被减去或添加到 Va 基因与 Ja 基因相邻的点。

因此，T 细胞可以在 DNA “α” 链上产生至少 50²，即 2,500 个不同的基因，事实上，由于随机核苷酸的存在，这个数字可能要大得多。类似的流程导致重排的基因编码 T 细胞受体 “β” 链基因，以及 T 细胞受体 γ 和 δ 基因以及抗体基因。

由于这些重排，人体内大约 10¹² 个 B 细胞和 10¹² 个 T 细胞中的每一个都在其表面具有不同的受体。这些 B 细胞和 T 细胞存在于身体的血液和淋巴系统中，处于所谓的静止状态——也就是说，它们没有做任何可检测到的事情。然而，当 B 细胞或 T 细胞遇到可以与其受体结合的入侵者时，该细胞会分裂多次，从而产生许多子细胞。每个子细胞都带有与亲代细胞相同或非常相似的受体。因此，与入侵者的接触会从少数 B 细胞和 T 细胞中产生更多可以与入侵者反应的细胞。

在这个分裂过程中，T 细胞和 B 细胞还会产生所谓的效应细胞和记忆细胞。效应细胞的作用是清除入侵者。例如，称为浆细胞的效应 B 细胞会分泌抗体分子，这些分子与入侵的细菌和病毒结合，并帮助将它们从体内清除。一种称为细胞毒性 T 细胞的效应 T 细胞会杀死病毒感染的细胞，从而阻止其扩散。记忆细胞存活下来，以保护宿主免受同一种入侵者的进一步感染。

携带抗体的 B 细胞和携带 ab 或 gd 受体的 T 细胞以不同的方式识别体内入侵者的出现。B 细胞抗体以入侵颗粒（如细菌）进入身体的形式与之结合。携带 ab 受体的 T 细胞不直接与入侵者结合。相反，它们与由入侵者蛋白质制成的肽片段结合。这些片段是在其他细胞内部产生的。例如，病毒必须入侵宿主细胞才能增加数量。在那里，它们产生自己的蛋白质和基因副本。

然而，一些病毒蛋白质会被入侵的细胞分解成肽。这些肽与称为主要组织相容性复合体 (MHC) 蛋白质的蛋白质结合。正是这种病毒肽和 MHC 蛋白质的组合是 ab T 细胞受体识别的。

gd 受体携带 T 细胞如何识别入侵者仍然不确定。一种假设是它们与受损细胞反应，也就是说，它们不是直接识别入侵者，而是识别入侵者对宿主造成的损害。

这些不同的针对体内外来物的方法被认为彼此之间起着备份作用。旧系统与细菌和哺乳动物之间非常不同的化学物质反应。B 细胞及其抗体直接与入侵生物反应，并帮助身体摆脱它们。ab T 细胞仅与与细胞相关的入侵生物片段反应。因此，这些细胞帮助身体排斥存在于细胞内部的生物，例如病毒或结核杆菌。ab T 细胞也擅长与其他免疫系统细胞反应，例如 B 细胞。而 gd T 细胞则与受损的宿主细胞反应。

尽管入侵生物可能会进化到可以避免这些识别方法中的一种，但入侵者几乎不可能避免所有类型的免疫。因此，高等脊椎动物可以很好地抵抗大多数生物。