免疫系统要在几百万种分子之间区分敌我,它是怎幺办到的?

2020-06-18 8804

免疫系统要在几百万种分子之间区分敌我,它是怎幺办到的?

生物医学的知识,攸关每个人的生命及健康,俗话说:「知识就是力量」,缺乏了知识,人就像是被剪了头髮的大力士参孙,会被欺骗、蒙蔽、剥削及奴役呢!

免疫学可以算是基础生物学的一支,也是基础医学里,极为重要的一个学问,想想看!它研究生物怎样对付外敌入侵,我们一般人如果能比较深入了解这学问,那幺就较能预防疾病,而能保持健康,甚至于能防範约四成的癌症呢!故我这篇给老师及一般学生,希望利用三千字的空间,让你了解这有点玄妙的学问。

不管是单细胞或多细胞生物,总有极多比它小的生命想要侵入它、利用它,以便大量繁殖自己的后代。这些生命,小如转位子(transposon,只是一小段寄生性去氧核糖核酸)、病毒(virus,只是一段核酸或去氧核糖核酸被蛋白质所包覆,有感染能力),中如细菌,大如蛔虫、钩虫或条虫,均可积极或被动地侵入个体,统称为「病毒生物」,而被侵入的寄主,若要生存,必得积极防御,也即须有免疫体系。

动物体抵御病原的第一道防线是皮肤、上皮组织、黏膜等物理屏障,眼泪能沖洗角膜,移除附上的细菌;呼吸黏膜的纤毛细胞,不停摆动其纤毛,以移除黏液及上附的异物。除了屏障及扫除功能,这些处所也有化学武器,如眼泪、唾液及黏膜内的溶菌酶,可溶解细菌的细胞壁;而皮肤的油脂腺分泌脂肪酸,可以杀菌;汗水中的盐,也在皮肤上製造高盐环境,防止多种菌生长。

第二道防线是所谓「先天免疫力」,即有一些有免疫能力的细胞表面,业已有些所谓受器的分子,能认识老敌人的某些表面分子,一旦两个分子接合,促使受器的形状改变,便能送信号给细胞核,开动很多基因,活化它的防御功能,如增高吞噬能力,可吞掉细菌或病毒,并将之消化掉;也可分泌小分子(如化学动力素chemokines、细胞动力素cytokines)召唤类似的吞噬细胞来帮忙打架,或诱发小地域的发炎,让这地域血管通透性增加,血浆渗入组织,造成红肿热痛,且吸引各种免疫细胞来,群策群力消灭病原生物。

认识且区别对待自我分子及敌方方子,不但是先天免疫力的关键,也是整个免疫系统要有的能力。我们想了解纷繁的免疫学,自然该掌握之,但免疫细胞周行全身,可能遇见千千万万大分子,它怎能区分敌我呢?

对参与先天免疫的来说,它拥有的基因组内,已经有许多受器分子的基因,能编码出许多受器的分子,这些基因是亿万年来,生物体一代又一代抵御病原生物攻击后,所演化出的抗敌法宝,只要表现在细胞外面,就能认识外敌,活化吞噬之类功能。

但病原生物不能反制吗?何不改变外表分子形状,以避免被识出?原来受器分子(现称模式辨识分子 pattern-recognition molecules)能专门辨识病原生物难以割捨的结构大分子,例如原发现于果蝇细胞表面,现普遍存于某免疫细胞表面的似托受器(Toll-like receptors,TLRs)这十多种分子之一(例如TLR-4)即能直接认识革兰氏阴性菌表面重要分子——脂肪多醣,细菌没这分子不能生存,放在长久演化互斗过程之中。单以此项言之,假设我们偏袒动物这方,就可说「魔高一尺,道高一丈」。

先天免疫力动作很快,外敌入侵当下,不晚于四小时,即发动防御,但若它招架不住,就会靠它所发的化学信号,启动下一层防御体系,称为「适应性免疫」。

这系统既要承接下这溃退中的战线,就得更精确认识外敌,这任务就非几十种受器分子所能完成,而须分辨外敌及特殊的表现分子,这意味,得有能力认识百万种以上的分子表面形状。

想想看!一个系统,既要知道几十万种分子形状是属于自己的,更要认识几百万种分子形状是外敌的,可予以攻击,这让一位天赋智能极高的人,尚且办不到。动物体内几十种血液及淋巴细胞构成的系统,何处是它的记忆?何处是它的神经?何处是它的头脑?即能辨识,又能记忆,又能发动攻击,如何达成呢?

能解开这天大的祕密,是免疫学家自1960年以来,累积的重大成就。原来生物演化过程中,发明了排列组合,它将受器分子拆成好几个零件,如可变区(V区)、接合区(J区)、与不变区(C区),每种零件均有多种变形,当免疫细胞分裂及分化峕,在基因组上排列的这数百段基因,便可经随意的组合,产生百万种不同的受器分子,可供选择。



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