免疫學/介紹
免疫學是研究免疫系統的器官、細胞和化學成分的學科。免疫系統產生先天性和適應性免疫反應。先天性反應存在於許多較低階的物種中，一直到人類的進化階梯，它透過相對粗略的方式抵抗大類病原體。適應性反應是脊椎動物獨有的，它以特異性和選擇性地應對外來入侵者。hb
免疫系統必須保持微妙的平衡，具有強大的防禦反應，能夠摧毀大量外來細胞和病毒，同時避免過度破壞宿主機體。當免疫系統無法對宿主進行足夠的防禦時，就會出現免疫缺陷；這在 HIV 感染和 SCID 中可見。另一方面，如果免疫系統過於活躍並開始攻擊宿主，就會出現自身免疫。這違反了免疫系統自我/非我識別這一重要特性。也就是說，免疫系統開始攻擊或產生針對宿主自身組織的抗體。自身免疫性疾病的例子包括格雷夫斯病、橋本氏甲狀腺炎、重症肌無力和 I 型糖尿病。
人類免疫系統識別非自身實體並啟動效應反應來中和該生物體。在隨後接觸時，可能會發生更快更強的記憶反應。這種記憶反應在歷史上被用來賦予多個群體免疫力，甚至在我們瞭解這種反應的生理基礎之前。修昔底德在他的《伯羅奔尼撒戰爭史》中寫道，那些先前接觸過瘟疫的人可以安全地照料病人。在 19 世紀，接種天花很普遍；這是從天花（天花病毒）皮膚膿皰中取出膿皰，然後將其放入健康人的小切口中。這本身就是一種粗糙的疫苗接種，結痂的乾燥膿皰充當減毒病毒的培養器。愛德華·詹納後來用牛痘病毒來接種（來自vacca，拉丁語中的“牛”）病人以抵抗天花，路易·巴斯德減毒了狂犬病並將其注射到一個小男孩體內，將這種物質命名為疫苗以紀念詹納早期的免疫學研究。
隨著免疫學的進步，許多人開始質疑這些疫苗是如何起作用的。為什麼接觸瘟疫在修昔底德時代只賦予針對瘟疫而不是所有疾病的保護作用？為什麼牛痘，一種與天花相似的疾病，但明顯是一種不太嚴重的病毒，能給奶牛工女足夠的免疫力來抵抗完全的天花感染？簡而言之，是什麼導致這種記憶反應具有相對（但不是絕對）的特異性和選擇性？
首先，一些詞彙
- 血清——血液在凝固後（因此不含凝血因子）的液體非細胞成分。
- 免疫球蛋白——血清的一部分（又稱γ球蛋白），具有抗毒素、沉澱和凝集因子（縮寫：Ig）
- 抗原——“抗體原”；一種外來生物體或分子，它會產生體液免疫反應，導致抗體的釋放（縮寫：Ag）
- 表位——抗原的分子側鏈，每個抗體都會附著在上面；一個抗原可以有多個表位
- 抗體——精煉的 Y 形蛋白，構成血清的免疫球蛋白部分；抗體對某些外來物體具有特異性；抗體可以是膜結合的，也可以是血清中游離的（縮寫：Ab）
注意：通常，抗體和免疫球蛋白可以互換使用。抗原和免疫原可以互換使用（但準確地說，它們並不相同）
關於免疫反應機制，有幾種相互競爭的理論。指令理論假設抗原本身會導致抗體以某種方式摺疊在抗原周圍；這種理論後來被證偽。選擇理論指出，機體在抗體上產生許多不同的側鏈，抗原“選擇”合適的抗體；換句話說，機體產生所有可能的化學側鏈特異性抗體排列，當抗原進入機體時，它就會與對應其表位的抗體匹配。當前的免疫反應理論被稱為克隆選擇理論，該理論指出，單個淋巴細胞（特別是 B 細胞）表達特異性針對特定抗原的受體，這在抗體遇到抗原之前就已經確定。Ag 與細胞結合會啟用細胞，導致克隆子細胞增殖。
先天免疫是基礎的，非特異性的。它包括
- 吞噬細胞（巨噬細胞、中性粒細胞；更一般地說，
抗原呈遞細胞 (APC)
- 屏障（例如皮膚）
- 抗菌化合物
- 炎症
某些細胞“吞噬”外來入侵者；這被稱為吞噬作用。許多這類細胞被稱為抗原呈遞細胞 (APC)，因為它們會分解吞噬的病原體並在其表面展示抗原的特定表位。透過這種方式，它們會將抗原的呈遞侷限在特定位置，形成先天反應和適應反應之間的重要聯絡。淋巴細胞（如 B 細胞和 T 輔助細胞）將被呈遞抗原，從而啟動適應性反應。單核細胞衍生的細胞是常見的 APC，它們包括組織巨噬細胞和血液中的單核細胞；嗜中性粒細胞也是 APC。在免疫系統細胞部分的後面，將進一步討論 APC。
皮膚包含表皮和真皮。表皮包含緊密堆積的，具有角蛋白防水的表皮（角蛋白陽性）細胞。真皮包含結締組織、血管、毛囊、汗腺和皮脂腺。皮脂腺分泌皮脂；它包含脂肪酸和乳酸，將皮膚 pH 值降低至 3-5，有時會導致痤瘡。
粘膜包含正常菌群、粘液和纖毛。粘膜存在於身體的鼻子、眼睛、嘴巴、泌尿生殖器和肛門區域。菌群是指居住在人體內的細菌，處於相對穩定的狀態；胃腸道包含大量這些細菌，世界不同地區包含不同的菌群。這就是人們會患上旅行者腹瀉的原因：簡而言之，來自世界某個地區的菌群更危險，因為身體沒有適應它們的存在。粘液包含某些粘蛋白蛋白、無機鹽和水；它由杯狀細胞分泌。纖毛在兩個階段來回擺動，被稱為有效衝程和恢復衝程；這使得粘液能夠被掃出體外，無論是從肺部經呼吸道近端遠端排出，還是從胃腸道向下經腸道排出，最終透過排便排出體外。腸神經系統導致腸道收縮，將食物、廢物和細菌/毒素向下移動消化道。這只是人體不同系統與免疫系統本身協同工作的眾多例子之一。其他例子包括骨骼肌，它擠壓靜脈中的血液，以及淋巴管中的淋巴，或者神經系統，它支援機體在感染時升高體溫。
一些細菌可以透過菌毛或纖毛附著到粘膜上，這些結構附著在粘膜上皮細胞上的特殊糖蛋白/糖脂上。
幾種抗菌化合物介導了先天免疫反應。
- 溶菌酶--淚液和粘液中的水解酶; 裂解
細菌細胞壁中的肽聚糖
- 干擾素--由病毒感染的細胞產生; 結合到附近的
細胞（它是一種旁分泌因子），誘導一種廣義的抗病毒狀態
- 補體--迴圈的非活性血清蛋白，作用於
病原體細胞膜
- 收集素--表面活性物質; 透過破壞殺死細菌
它們的脂質膜或凝集它們
- Toll樣受體---（TLRs）膜結合受體，透過模式識別反應
某些類別的分子; 例如，TLR4 識別革蘭氏陰性細菌上的脂多糖 (LPS)
經典生物學將幾個特徵歸為炎症反應。這些包括髮紅（紅斑，rubor）、發熱（calor）、腫脹（水腫，tumor）、疼痛（dolor）和功能喪失（functio laesa）。引起這些症狀的生理過程是先天免疫反應的核心。
紅斑是由於組織床中毛細血管後小靜脈的收縮和毛細血管前小動脈/後小動脈的血管擴張造成的。這會導致毛細血管床內靜水壓力的升高，克服間質液的滲透壓，並導致滲出液（含有 C 反應蛋白和巨噬細胞等急性期蛋白的高蛋白液體）流入間質組織。滲出液的流動也允許凝血級聯的因子進入組織損傷區域，形成凝塊，並最終形成瘢痕。某些炎症因子還會導致吞噬細胞進入受損組織。在趨化性的反應下，這些吞噬細胞會穿過現在可滲透的毛細血管，趨化性是指吸引細胞到達損傷部位的因子的釋放。細胞首先靠近毛細血管壁（邊緣化），穿過毛細血管內皮細胞之間的間隙（遊走），然後進入組織本身。組胺有助於介導這種反應，某些因子（如緩激肽，可能還有前列腺素）會刺激皮膚疼痛感受器。因此，血液流入組織，導致發紅、溫暖的穩態溫度、腫脹和疼痛；功能喪失是這四種狀態的次要影響。
適應性免疫是響應抗原暴露而發生的。它是特異性的，並且具有記憶性。只要抗原是由我們在生物系統中遇到的正常化學元素組成（例如碳、氮、硫、氫、氧），我們就可以對其形成適應性反應。這就是我們抵禦新疾病的方式，並且已經證明，我們可以在實驗室中創造出地球上以前從未存在過的抗原，然後讓動物對其產生有效的免疫反應。如前所述，適應性免疫系統的特異性與區分自身抗原和非自身抗原的能力相輔相成；簡單地說，身體不會攻擊自身的細胞，除非它們被病毒入侵併要求被犧牲以保護宿主。當免疫系統攻擊身體時，就會發生一種疾病狀態：自身免疫病。
初次反應需要 5-6 天，但記憶性（二次）反應會更快、更致命。它包括
- 淋巴細胞
- 抗體
血液細胞是在成年人的骨髓中產生的。白細胞是白細胞 (WBC)。這包括單核細胞（在體內會變成無數種細胞型別，最重要的是巨噬細胞）、粒細胞（中性粒細胞、嗜鹼性粒細胞、嗜酸性粒細胞）和淋巴細胞。在所有白細胞中，淋巴細胞在適應性免疫反應中最為突出。在周圍血塗片中，淋巴細胞的大小與紅細胞（紅細胞，RBC）大致相同，儘管如果它們被啟用，它們可能會更大，並且如果它們是 B 細胞，則具有典型的“鐘面”核。淋巴細胞之所以得名，是因為迴圈血液中只有不到 1% 的淋巴細胞；其餘的位於淋巴結、脾臟和其他淋巴器官中。T 淋巴細胞離開骨髓，前往胸腺，在那裡它們成熟並獲得對身體可能接觸到的各種抗原的特異性；此外，任何針對身體自身表位的 T 細胞都會在胸腺中被選擇性淘汰（殺死），以防止任何可能的自身免疫。在 B 淋巴細胞的情況下，骨髓中也會發生類似的過程。B 細胞的命名很方便（“B 代表骨髓”），但這只是一個巧合；事實證明，它們之所以被稱為 B 細胞，是因為鳥類的法氏囊，即鳥類洩殖腔（下大腸，cloaca 拉丁語意為“下水道”）中的一個小囊。
B 細胞離開骨髓時，它們已經指定了特定的膜結合 Ig（抗體）。Ig 本身由兩條中間重鏈（兩者相同）和兩條側向輕鏈（也相同）組成，它們連線到重鏈的“頂部”，形成 Y 形。在遇到抗原之前，B 細胞被稱為“幼稚”細胞。一旦遇到抗原，幼稚 B 細胞就會經歷克隆擴增；活化的 B 細胞會形成一些子代記憶 B 細胞和一些漿細胞。記憶細胞會等待再次遇到抗原，而漿細胞則會開始大量分泌抗體（Ig）。B 細胞可以結合到體內遊離未加工的抗原，就像 APC 可以結合一樣。
在繼續討論 T 淋巴細胞之前，應該注意的是，某些細胞表面分子區分了每個人的獨特免疫系統特徵。主要組織相容性複合體（MHC 或 HLA）是一種表達在宿主細胞表面的蛋白質型別，它與 T 細胞的 T 細胞受體 (TCR) 相互作用。幾乎所有身體的細胞，包括 APC，都在其表面表達 I 類 MHC（MHC-I）。只有 APC 表達 II 類 MHC（MHC-II）。因此，大多數身體細胞表達 MHC-I，而 APC 表達 MHC-I 和 MHC-II。當抗原進入身體細胞並被分解時，分解產物會與 MHC-I 結合，並被送到細胞表面。這形成了 MHC-I/Ag 複合物，通常發生在病毒或細菌進入細胞並被細胞內防禦機制分解時。這也可以在 APC 中發生，但 APC 還會處理它們吞噬的抗原，將其作為 MHC-II/Ag 複合物呈現在其細胞表面。
T 細胞可以細分為兩種主要型別：T 輔助細胞和 T 細胞毒性細胞。T 輔助細胞表達 T 細胞受體 (TCR)，它會與 APC 表面相互作用。具體來說，它們與 APC 表面上的 MHC-II/Ag 複合物相互作用，並且 TCR 透過 CD4 受體在結合中保持穩定。CD 代表“分化簇”，它只是一個主要存在於 T 細胞上的細胞受體類別。T 輔助細胞含有 CD4 受體，而 T 細胞毒性細胞含有 CD8 受體。結合後，T 輔助細胞釋放細胞因子，這些細胞因子充當趨化因子，呼叫更多 T 輔助細胞、T 細胞毒性細胞、APC 和 B 細胞。
T 細胞毒性細胞遇到已被入侵併在其表面呈遞 MHC-I/Ag 的身體細胞。Tc 細胞將其 TCR 擴充套件到 MHC-I/Ag 複合物，並用它們的 CD8 受體臂穩定這種相互作用。結合後，CD8+ 細胞會分化，就像幼稚 B 細胞一樣，分化為記憶 T 細胞和細胞毒性 T 淋巴細胞 (CTL)，效應細胞會導致呈遞 MHC-I/Ag 的細胞（“改變自身細胞”）死亡（凋亡）。CTL 透過分泌穿孔素來觸發凋亡，穿孔素允許絲氨酸蛋白酶（顆粒酶 B）進入，從而啟用細胞內執行者半胱天冬酶。應該注意的是，癌細胞也可以成為改變自身細胞，而 CTL 在破壞癌細胞中非常重要。T 細胞只有在抗原被處理後才能與抗原相互作用，無論是正常的身體細胞（MHC-I）還是 APC（MHC-II）。
兩種 T 細胞型別的區別
- T 輔助細胞對由 APC 吞噬的異源抗原產生反應，
呈遞在 MHC-II 上，透過與 TCR 和 CD4 結合。
- T 細胞毒性細胞對內源性抗原（如病毒或癌症）產生反應
蛋白質），由許多型別身體細胞中的溶酶體分解，呈遞在 MHC-I 上，透過與 TCR 和 CD8 結合。
請注意，抗原和 MHC 都是呈遞給 T 細胞的；每個人都有獨特的 MHC。這就是為什麼我們需要進行骨髓移植配型的原因——我們不希望人們在骨髓中產生大量新的免疫細胞，這些細胞認為體內所有的 MHC 實際上只是抗原；當這種情況發生時，就會被稱為 **移植物抗宿主病**。新的骨髓不僅會產生攻擊體內所有細胞 MHC 的細胞，而且當人體在 MHC 上呈遞 Ag 時，移植的 **淋巴細胞** 將無法識別這種 MHC-I/Ag 複合物（儘管 MHC-II 複合物細胞會在新的骨髓中生成，因此 APC 在某些情況下仍然可以呈遞）。不幸的是，這些 APC 會非常忙碌地呈遞宿主自身的體細胞；顯然，骨髓移植的 MHC 分型（也稱為 HLA 分型）是人類免疫系統優雅的自我-非我識別機制的必然結果。同樣值得注意的是，我們的呈遞分子決定著我們的免疫能力。有些人擁有 MHC 基因，這些基因在呈遞抗原方面並不那麼出色，因此有些人比其他人具有更強的免疫反應。
適應性免疫系統的細胞和體液反應透過 T 輔助細胞-B 細胞的相互作用聯絡在一起。T 輔助細胞分泌細胞因子，促進 B 細胞趨化到感染部位，以及 B 細胞分化和生長。B 細胞本身，在其效應漿細胞形式中，會釋放抗體到血液中。抗原，或進入體內的外來物質，對免疫系統非常有害。但是，當產生特定的抗體與抗原結合時，外來物質就會變得無害並被輸送到淋巴中。抗體在補體系統中也起著非常重要的作用；這是脊椎動物適應性免疫反應充分利用相對原始的先天免疫反應的例子。針對自身細胞的抗體是極大的危險。I 型糖尿病可能是由自身免疫反應引起的，在這種情況下，人體會產生針對胰島 Langerhans 胰島的自身 β 細胞的抗體。格雷夫斯病是一種人體會產生針對甲狀腺濾泡細胞受體的抗體的疾病；這些抗體使細胞持續啟用，使患者出現甲狀腺功能亢進，並加速其代謝，從而產生不良影響。有趣的是，這與橋本甲狀腺炎形成對比；在這種情況下，人體會產生針對甲狀腺濾泡細胞受體的抗體，但在此情況下，細胞會被抗體關閉，患者會經歷甲狀腺功能減退。
由於抗體過度反應（超敏反應）引起的自身免疫是巨大的問題，而且在女性中比男性中更為普遍。女性往往具有更高的免疫球蛋白（抗體）滴度，因此她們會產生更強（有時是壓倒性的）免疫反應。例如，每 1 名患上格雷夫斯病的男性，就會有 8 名女性患上這種疾病。
抗體通常用於在緊急情況下產生短期體液免疫。許多抗蛇毒血清實際上是馬免疫球蛋白，其目的是與蛇毒結合，直到蛇毒被清除出體內。
應該注意的是，所有上述免疫反應都會導致外來病原體的破壞或凝集。免疫反應的目標是三方面的。
- 透過先天性或體液反應（如補體固定或巨噬細胞內吞作用）破壞外來抗原。
- 吸引免疫細胞到感染部位，以便它們吞噬、加工並將抗原呈遞給 T 細胞。
- 透過淋巴系統將抗原轉移到分化部位（如淋巴結、胸腺），使其能夠與幼稚 B 細胞相互作用。這個過程會產生新的效應細胞和記憶細胞，這些細胞可以返回感染部位，並透過適應性反應以高效的方式摧毀外來細胞。
上述免疫反應顯示了先天免疫系統和適應性免疫系統之間的密切相互作用，以及適應性反應的亞類。上面介紹的 **克隆選擇** 免疫反應理論在淋巴細胞的作用中很明顯。克隆選擇簡單來說就是抗原被呈遞給許多迴圈中的幼稚 B 細胞和（透過 MHC）T 細胞，與抗原匹配的淋巴細胞會被 “選擇” 來形成自身的克隆，包括記憶細胞和效應細胞。這種大量子細胞的產生被稱為 **克隆擴增**，它是理解免疫學理論基礎的關鍵。不僅如此；克隆選擇在淋巴器官中也以負面方式發揮作用。在這裡，人體自身的表位被呈遞給嬰兒淋巴細胞；那些發生反應的淋巴細胞被識別為叛徒，並在它們（以及它們未來的克隆子細胞）離開並對身體造成破壞之前被摧毀。
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