白細胞如何識別入侵者？

Philippa Marrack 是一位免疫學家，她受到霍華德·休斯醫學研究所的資助，在科羅拉多州丹佛市國家猶太醫學和研究中心的醫學系工作。1994 年，Marrack 和她的丈夫 John W. Kappler 獲得了由哥倫比亞大學頒發的享有盛譽的路易莎·格羅斯·霍維茨獎。以下是她的回覆。

身體有許多識別入侵者的方法。其中一些方法可能在進化上非常古老，並從我們的無脊椎動物祖先那裡繼承而來。例如，身體可以識別細菌產生的化學結構，這些結構與高等生物產生的化學物質截然不同。這些化學結構包括環繞細菌的特殊碳水化合物（糖類）和脂類，以及肽，例如氨基酸甲醯蛋氨酸，細菌將其放在所有蛋白質的開頭。

當身體檢測到這些特殊的化學結構時，它會啟用幾個過程，導致細菌的破壞。這些過程包括增加血細胞向入侵者進入身體部位的移動，增加血細胞的吞噬作用（吞食），以及啟用血液中的酶，這些酶可以在細菌中產生孔洞，從而摧毀它們。

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像小鼠和人類這樣的脊椎動物已經進化出識別入侵者的其他方法。這些機制使用稱為 B 細胞的血細胞上的抗體分子和稱為 T 細胞的血細胞上的 ab (αβ) 或 gd (γδ) 受體。這些受體是在 T 細胞和 B 細胞發育過程中透過基因重排產生的。

例如，ab T 細胞受體的 α 鏈是由三個不同的片段組成的單條多肽鏈：Va、Ja 和 Ca。只有一個 Ca 基因，但大約有 50 個 Va 和 50 個 Ja 基因。當 T 細胞發育時，它隨機選擇 50 個 Va 基因中的一個，並將其移動到 50 個 Ja 基因中的一個旁邊。通常，隨機核苷酸（DNA 片段）會被減去或新增到 Va 基因與 Ja 基因相鄰的點。

因此，T 細胞可以在 DNA “α” 鏈上產生至少 50²，即 2,500 個不同的基因，事實上，由於隨機核苷酸的存在，這個數字可能要大得多。類似的流程導致重排的基因編碼 T 細胞受體 “β” 鏈基因，以及 T 細胞受體 γ 和 δ 基因以及抗體基因。

由於這些重排，人體內大約 10¹² 個 B 細胞和 10¹² 個 T 細胞中的每一個都在其表面具有不同的受體。這些 B 細胞和 T 細胞存在於身體的血液和淋巴系統中，處於所謂的靜止狀態——也就是說，它們沒有做任何可檢測到的事情。然而，當 B 細胞或 T 細胞遇到可以與其受體結合的入侵者時，該細胞會分裂多次，從而產生許多子細胞。每個子細胞都帶有與親代細胞相同或非常相似的受體。因此，與入侵者的接觸會從少數 B 細胞和 T 細胞中產生更多可以與入侵者反應的細胞。

在這個分裂過程中，T 細胞和 B 細胞還會產生所謂的效應細胞和記憶細胞。效應細胞的作用是清除入侵者。例如，稱為漿細胞的效應 B 細胞會分泌抗體分子，這些分子與入侵的細菌和病毒結合，並幫助將它們從體內清除。一種稱為細胞毒性 T 細胞的效應 T 細胞會殺死病毒感染的細胞，從而阻止其擴散。記憶細胞存活下來，以保護宿主免受同一種入侵者的進一步感染。

攜帶抗體的 B 細胞和攜帶 ab 或 gd 受體的 T 細胞以不同的方式識別體內入侵者的出現。B 細胞抗體以入侵顆粒（如細菌）進入身體的形式與之結合。攜帶 ab 受體的 T 細胞不直接與入侵者結合。相反，它們與由入侵者蛋白質製成的肽片段結合。這些片段是在其他細胞內部產生的。例如，病毒必須入侵宿主細胞才能增加數量。在那裡，它們產生自己的蛋白質和基因副本。

然而，一些病毒蛋白質會被入侵的細胞分解成肽。這些肽與稱為主要組織相容性複合體 (MHC) 蛋白質的蛋白質結合。正是這種病毒肽和 MHC 蛋白質的組合是 ab T 細胞受體識別的。

gd 受體攜帶 T 細胞如何識別入侵者仍然不確定。一種假設是它們與受損細胞反應，也就是說，它們不是直接識別入侵者，而是識別入侵者對宿主造成的損害。

這些不同的針對體內外來物的方法被認為彼此之間起著備份作用。舊系統與細菌和哺乳動物之間非常不同的化學物質反應。B 細胞及其抗體直接與入侵生物反應，並幫助身體擺脫它們。ab T 細胞僅與與細胞相關的入侵生物片段反應。因此，這些細胞幫助身體排斥存在於細胞內部的生物，例如病毒或結核桿菌。ab T 細胞也擅長與其他免疫系統細胞反應，例如 B 細胞。而 gd T 細胞則與受損的宿主細胞反應。

儘管入侵生物可能會進化到可以避免這些識別方法中的一種，但入侵者幾乎不可能避免所有型別的免疫。因此，高等脊椎動物可以很好地抵抗大多數生物。