第一节 固有免疫应答

    1. 固有免疫系统的组成

    2. 模式识别

    3. NK细胞及其杀伤机制

    4. 固有免疫应答的特点、作用时相及与适应性免疫应答的关系

第一节  固有免疫应答

固有免疫应答（innate immune response）是指体内固有免疫细胞和分子识别、结合病原体及其产物或其他抗原性异物后，迅速活化并吞噬杀伤、清除病原体及其产物或其他抗原性异物，以保护机体的过程。固有免疫应答在机体抗感染免疫中具有重要意义，在适应性免疫应答的启动、调节和效应阶段也起重要作用。参与固有免疫应答的物质主要包括：组织屏障、固有免疫细胞和固有免疫分子。

一、参与固有免疫应答的组织、细胞和效应分子

（一）组织屏障及其作用

1．皮肤黏膜屏障

（1）物理屏障：由致密上皮细胞组成的皮肤和黏膜组织具有机械屏障作用，在正常情况下可有效阻挡病原体侵入。黏膜的物理屏障作用相对较弱，但黏膜上皮细胞的迅速更新、呼吸道黏膜上皮细胞纤毛的定向摆动及黏膜表面分泌液的冲洗作用，均有助于清除黏膜表面的病原体。

（2）化学屏障：皮肤和黏膜分泌物中含有多种杀菌、抑菌物质，主要包括：皮脂腺分泌的不饱和脂肪酸，汗腺分泌的乳酸，胃液中的胃酸及唾液、泪液、呼吸道、消化道和泌尿生殖道黏液中的溶菌酶、抗菌肽等。这些抗菌物质在皮肤黏膜表面形成抗御病原体的化学屏障。

（3）微生物屏障：寄居在皮肤和黏膜表面的正常菌群，可通过与病原体竞争结合上皮细胞和营养物质的方式，或通过分泌某些杀菌、抑菌物质对病原体产生抵御作用。例如：正常菌群可对局部细菌的生长产生拮抗作用，临床不适当地大量和长期应用广谱抗生素，可破坏消化道正常菌群，致使耐药性金黄色葡萄球菌和白色念珠菌大量生长，而引发葡萄球菌性肠炎和白色念珠菌性肠炎；口腔中的唾液链球菌能产生H₂O₂，对白喉杆菌和脑膜炎球菌具有杀伤作用；肠道中大肠杆菌产生的细菌素对某些厌氧菌和G⁺菌具有抑制和杀伤作用。

2．血-脑屏障  由软脑膜、脉络丛毛细血管壁和包在血管壁外的星形胶质细胞组成。其组织结构致密，能阻挡血液中的病原体和其他大分子物质进入脑组织及脑室，从而对中枢神经系统产生保护作用。婴幼儿血-脑屏障尚未发育完善，故易发生中枢神经系统感染。

3．血-胎屏障  由母体子宫内膜的基蜕膜和胎儿的绒毛膜滋养层细胞共同构成。血-胎屏障不妨碍母子间营养物质交换，正常情况下可防止母体内病原体和有害物质进入胎儿体内，从而保护胎儿免遭感染、使之正常发育。妊娠早期（12周内）血-胎屏障发育尚未完善，此时孕妇若感染风疹和巨细胞病毒等，可导致胎儿畸形或流产。 

（二）固有免疫细胞及其作用

在第七章中，对体内执行固有免疫功能的固有免疫细胞已经作了全面的介绍，在此不再赘述。

（三）固有免疫效应分子及其作用

1. 补体系统  补体系统是参与固有免疫应答的重要效应分子。研究证实，病原体侵入机体后，可通过旁路途径和MBL途径迅速激活补体系统，并产生多种补体裂解产物：C3a、C5a具有趋化和致炎作用，可吸引吞噬细胞、到达感染部位，发挥吞噬杀菌作用和引起炎症反应； C3b、C4b具有调理和免疫黏附作用，可促进吞噬细胞对病原体的吞噬清除。上述作用可在特异性抗体产生之前，即病原体侵入机体后迅速产生的，因此在机体早期抗感染免疫应答中具有十分重要的意义。当特异性抗体产生后，侵入体内的病原体与相应抗体结合，也可通过经典途径激活补体，产生溶菌和促进病原体清除等抗感染免疫效应。

2. 细胞因子  病原体感染机体后，可刺激免疫细胞和感染的组织细胞产生多种细胞因子，如IFN-α/β、IFN-γ、IL-1、IL-6、TNF、GM-CSF等，可参与抗病毒、诱导和促进炎症反应及抗肿瘤等多种免疫功能。

3. 防御素（defensin）  防御素是一类耐受蛋白酶的小分子多肽，对细菌、真菌、病毒、原虫、肿瘤细胞等具有直接杀伤作用。人和哺乳动物体内存在的α-防御素为阳离子多肽，主要由中性粒细胞和小肠潘尼细胞（Paneth's cell）产生，可通过以下作用机制杀伤病原体：①通过与病原体带负电荷成分（如G^-菌的脂多糖、G⁺菌的磷壁酸和病毒包膜脂质等）的静电作用，使病原体膜屏障破坏、通透性增加，导致病原体死亡；②诱导病原体产生自溶酶，干扰DNA和蛋白质合成；③具有致炎和趋化作用，可增强吞噬细胞对病原体的吞噬杀伤和清除作用。

4. 溶菌酶（lysozyme）  溶菌酶是一种不耐热的碱性蛋白，广泛存在于各种体液、外分泌液和吞噬细胞溶酶体中。溶菌酶能够裂解G⁺菌细胞壁中N-乙酰葡萄糖胺与N-乙酰胞壁酸之间的β-1,4糖苷键，使细胞壁的重要组分肽聚糖破坏，从而导致细菌溶解破坏。G^-菌由于在肽聚糖外还有脂多糖和脂蛋白包裹，所以对溶菌酶不敏感。但在特异性抗体和补体存在条件下，G^-菌也可被溶菌酶溶解破坏。

5. 乙型溶素（β-lysin）  乙型溶素是血清中一种对热较稳定的碱性多肽，在血浆凝固时由血小板释放，故血清浓度显著高于血浆水平。乙型溶素可作用于G⁺菌细胞膜，产生非酶性破坏效应，但对G^-菌无效。

二、固有免疫应答作用时相

（一）瞬时固有免疫应答阶段

发生于感染0～4小时之内。皮肤黏膜及其分泌液中的抗菌物质和正常菌群作为物理、化学和微生物屏障，可阻挡外界病原体对机体的入侵，具有瞬时免疫防御作用。当少量病原体突破机体屏障结构，进入皮肤或黏膜下组织后，可被局部存在的巨噬细胞迅速吞噬清除。有些病原体如G^-菌可通过直接激活补体旁路途径而被溶解破坏；补体活化产物C3b/C4b可介导调理作用，显著增强吞噬细胞的吞噬杀菌能力；C3a/C5a则可直接作用于组织中肥大细胞，使之脱颗粒释放组胺、白三烯和前列腺素D₂等血管活性物质，致局部血管扩张、通透性增强。中性粒细胞是机体抗细菌、抗真菌感染的主要效应细胞，中性粒细胞浸润是细菌感染性炎症反应的重要特征。在感染部位组织细胞产生的促炎细胞因子（IL-8，IL-1和TNF等）和其他炎性介质作用下，局部血管内中性粒细胞可被活化，并迅速穿过血管内皮细胞进入感染部位，发挥强大吞噬杀菌效应，通常绝大多数病原体感染终止于此时相。

（二）早期固有免疫应答阶段

发生于感染后4～96小时之内。此时，在某些细菌成分如脂多糖（LPS）和感染部位组织细胞产生的IFN-γ、MIP-1α和GM-CSF等细胞因子作用下，感染周围组织中的巨噬细胞被募集到炎症反应部位，并活化，以增强局部抗感染免疫应答能力。与此同时，活化巨噬细胞又可产生大量促炎细胞因子和其他炎性介质如白三烯、前列腺素D₂和血小板活化因子等，进一步增强扩大机体固有免疫应答能力和炎症反应，产生以下主要反应：①在炎性介质作用下，局部血管扩张，通透性增强，有助于血管内补体、抗体等免疫效应分子和吞噬细胞进入感染部位发挥抗感染免疫作用；②在MIP-1α/β和MCP-1等趋化因子作用下，血管内单核细胞和周围组织中更多的吞噬细胞聚集至感染部位，使局部抗感染免疫作用显著增强；③TNF和血小板活化因子可使局部血管内皮细胞和血小板活化，导致凝血形成血栓封闭血管，从而有效阻止局部病原体进入血流向全身扩散；④促炎细胞因子TNF-α、IL-1 和IL-6作为内生致热源，可作用于下丘脑体温调节中枢引起发热，对体内病原体的增殖产生抑制作用；⑤促炎细胞因子也是引发急性期反应的主要物质，可促进骨髓细胞生成并释放大量中性粒细胞入血，以提高机体抗感染免疫应答能力；还可刺激肝细胞合成分泌一系列急性期蛋白，其中甘露糖结合凝集素（MBL）可激活补体，进一步增强调理作用和产生溶菌效应。此外，B1 细胞接受细菌多糖抗原刺激后，可在48小时之内产生相应以IgM为主的抗体，杀伤溶解进入血流的病原体；NK细胞、γδT细胞和NK T细胞则可对某些病毒感染和胞内菌感染的细胞产生杀伤破坏作用，在早期抗感染免疫过程中发挥作用。

（三）适应性免疫应答诱导阶段

发生于感染96小时之后。此时，活化巨噬细胞和树突状细胞作为专职抗原提呈细胞，可将摄入的病原体等外源性抗原或内源性抗原加工处理为小分子多肽，并以抗原肽-MHC分子复合物的形式表达于细胞表面，同时共刺激分子（如B7和ICAM等）表达上调，为激活T细胞启动适应性免疫应答做好准备。

   

三、固有免疫应答的特点

固有免疫应答由固有免疫细胞和分子介导，其主要特点是“泛特异性”识别。即固有免疫细胞识别的是多种“非己”异物共同表达的分子，而不是抗原表位，因而对多种病原体或其产物均可应答，并迅速产生免疫效应。活化固有免疫细胞与抗原特异性T、B淋巴细胞不同，它们未经克隆扩增，即可迅速产生免疫效应。此外，固有免疫细胞寿命较短，在对病原体的应答过程中不产生免疫记忆，通常也不形成免疫耐受。

在固有免疫应答中，对于宿主而言最大的挑战就是通过有限的受体迅速识别大量不同的病原体并作出应答。由免疫学家Charles Janeway提出的模式识别理论（pattern recognition theory）指出，固有免疫细胞不表达特异性抗原识别受体，但可以经其细胞表面模式识别受体，识别表达于多种病原体表面的模式分子而活化，产生免疫效应。

1. 病原相关分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）  主要是指某些病原体及其产物所共有的、高度保守的泛特异性分子结构，能被固有免疫细胞识别。PAMP种类有限，但在病原体中分布广泛，主要包括G^-菌脂多糖（LPS），G⁺菌肽聚糖和磷壁酸，分枝杆菌和螺旋体脂蛋白和脂肽、细菌和真菌的甘露糖，细菌非甲基化DNA CpG序列，病毒双股RNA（dsRNA）以及宿主凋亡细胞表面磷脂酰丝氨酸等。PAMP具有如下特征：①通常只表达于病原体表面，而不表达于正常组织细胞表面，借此，固有免疫细胞可以区分“自身”与“非己”成分，并对表达PAMP的病原体及其产物产生应答；②为病原体生存所必需，因而不能通过进化来逃避固有免疫细胞识别；③是固有免疫实现泛特异性识别的分子基础。

2. 模式识别受体（patternrecognition receptor，PRR）主要是指存在于固有免疫细胞表面、胞内器室膜上和血清中的一类能够直接识别结合病原体及其产物某些共有的特定分子结构的受体。来自不同组织部位的同一类型固有免疫细胞（如巨噬细胞）均表达相同的PRR，具有相同的识别特性，与TCR/BCR相比，其多样性较少。表达于固有免疫细胞膜表面的PRR 称为膜型PRR，包括：①甘露糖受体（Mannose receptor，MR），主要识别表达于病原体表面的甘露糖和岩藻糖残基；②清道夫受体（scavenger receptor，SR），可以识别G^-菌脂多糖、G⁺菌肽聚糖和凋亡细胞表面磷脂酰丝氨酸等；③Toll样受体（Toll-likereceptor，TLR）家族，包括11个成员（TLR1-11）。存在于血清中的PRR称为分泌型PRR，主要包括某些急性期蛋白如甘露糖结合凝集素和C反应蛋白。分泌型PRR分别能与病原体表面的甘露糖残基和磷酸胆碱结合，并通过激活补体产生溶菌和调理作用。

   

四、固有免疫应答与适应性免疫应答的关系

（一）固有免疫应答启动适应性免疫应答

DC作为体内唯一能启动初始T细胞活化的抗原提呈细胞，是机体特异性免疫应答的始动者。巨噬细胞在吞噬、杀伤和清除病原体的同时，也具有抗原加工和提呈功能。这两类固有免疫细胞直接参与适应性免疫应答的启动。

（二）固有免疫应答影响适应性免疫应答的类型

固有免疫细胞通过表面PRR对不同种类病原体的识别，可启动不同类型的适应性免疫应答。研究表明，不同的固有免疫细胞通过表面PRR接受不同的配体分子（PAMP）刺激后，可产生不同的细胞因子。这些不同的细胞因子可调节特异性免疫细胞的分化方向，从而决定了适应性免疫应答的类型。如巨噬细胞接受胞内菌刺激后，可产生以IL-12和IFN-γ为主的细胞因子，诱导初始T细胞分化为Th1细胞；Th1细胞分泌IL-2、IFN-γ和LTα为主的Ⅰ型细胞因子，诱导活化Th细胞和CTL细胞增殖分化为效应T细胞，产生细胞免疫应答。NK T细胞和肥大细胞接受某些寄生虫刺激后，可产生以IL-4为主的细胞因子，诱导初始T细胞分化为Th2 细胞；Th2细胞分泌IL-4、IL-5、IL-6、IL-10为主的Ⅱ型细胞因子，诱导活化B细胞增殖分化，产生体液免疫应答。

（三）固有免疫应答协助适应性免疫应答发挥免疫效应

B细胞增殖分化为浆细胞后，通过分泌抗体产生免疫效应。但抗体本身不具备直接杀菌和清除病原体的作用。只有在固有免疫细胞（如吞噬细胞和NK细胞）和固有免疫分子（如补体）参与下，通过调理吞噬、ADCC及补体介导的溶菌效应等机制，才能有效杀伤清除病原体等异物。另外，CD4⁺Th1细胞通过分泌IL-2、IFN-γ、TNF-β等细胞因子和表达FasL诱导产生细胞免疫效应。其中除FasL和少数细胞因子如TNF-β可直接诱导胞内菌感染的靶细胞或其它细胞发生凋亡外，多数细胞因子是通过活化吞噬细胞和NK 细胞，促进其吞噬、杀伤功能，有效发挥免疫防御和监视功能。