第三节 免疫性疾病
免疫系统(immune system)机体是执行免疫应答和免疫功能的组织系统。由免疫器官和组织、免疫细胞和免疫分子组成。免疫系统是防卫病原体入侵最有效的武器,它能发现并清除异物、外来病原等引起波动的因素。其功能的亢进会对自身或组织产生伤害。免疫系统是机体保护自身的防御性结构,主要由免疫系统(骨髓、胸腺、淋巴结等)、免疫细胞(淋巴细胞、中性粒细胞、血小板等)以及免疫分子(补体、干扰素、白细胞介素等细胞因子)组成,广义上也包括血液中其他几种浆细胞和肥大细胞。构成免疫系统的核心成分是淋巴细胞,它使免疫系统具备识别能力和记忆能力。
自身免疫病是由多种不同机制免疫系统的紊乱引起的疾病,其特点是患者对自身的组织产生异常免疫应答。根据免疫应答反应对目标器官或组织的影响,自身免疫病可分为不同的类型,最普遍的是类风湿性关节炎、胰岛素依赖型糖尿病和多发性硬化症等。目前对自身免疫病的确切致病机理尚不完全清楚,自身免疫病传统的治疗方法还仅限于免疫系统的非特异性抑制,这种非特异性抑制在患者体内会产生强烈的副作用。随着分子生物学技术的发展及对自身免疫病的病理及生理学机制的进一步了解,基因治疗有望成为自身免疫病治疗方法中特异定位的治疗方法,以尽可能减小传统治疗产生的副作用。
一、免疫系统的免疫防线及其作用
正常人体分泌液、体液中含有多种具有杀伤或抑制病原体的物质。而人体体内的血液中广泛分布着大、小两种吞噬细胞。小吞噬细胞是外周血中的中性粒细胞。大吞噬细胞是血中的单核细胞和多种器官、组织中的巨噬细胞,两者构成单核吞噬细胞系统。当病原体穿透皮肤或粘膜到达体内组织后,吞噬细胞首先从中逸出,聚集到病原体所在部位。多数情况下,病原体被吞噬、杀灭。若未被杀死,则经淋巴管到附近淋巴结,在淋巴结内的吞噬细胞进一步把它们消灭。淋巴结的这种过滤作用在人体免疫防御能力上占有重要地位,一般只有毒力强、数量多的病原体才有可能不被完全阻挡而侵入血流。但是在血液、肝、脾或骨髓等处的吞噬细胞会对病原体继续进行吞噬、杀灭。主要有补体、溶菌酶、防御素、乙型溶素、吞噬细胞杀菌素、正常调理素等。这些物质的直接杀伤病原体的作用不如吞噬细胞强大,往往只是配合其他抗菌因素发挥作用。因此由表及里,人体的免疫防线可以分成三部分:
第一道防线:是由皮肤和黏膜构成的,它们不仅能够阻挡病原体侵入人体,而且它们的分泌物(如乳酸、脂肪酸、胃酸和酶等)还有杀菌的作用。呼吸道黏膜上有纤毛,可以清除异物。
第二道防线:是体液中的杀菌物质和吞噬细胞。这是人类在进化过程中逐渐建立起来的天然防御功能,特点是人人生来就有,不针对某一种特定的病原体,对多种病原体都有防御作用,因此叫做非特异性免疫(又称先天性免疫)多数情况下,这两道防线可以防止病原体对机体的侵袭。
第三道防线:主要由免疫器官(胸腺、淋巴结和脾脏等)和免疫细胞(淋巴细胞)组成。第三道防线是人体在出生以后逐渐建立起来的后天防御功能,是出生后才产生的,特点是只针对某一特定的病原体或异物起作用,因而叫做特异性免疫(又称后天性免疫)。
人体的免疫系统对于维护人体健康具有重要作用,主要体现在三个方面:(1)生理防御:就是人体抵御病原体及其毒性产物侵犯,使人免患感染性疾病。(2)自身稳定:人体组织细胞时刻不停地新陈代谢,随时有大量新生细胞代替衰老和受损伤的细胞。免疫系统能及时地把衰老和死亡的细胞识别出来,并把它从体内清除出去,从而保持人体的稳定。(3)免疫监视:免疫系统具有识别、杀伤并及时清除体内突变细胞,防止肿瘤发生的功能,称为免疫监视。免疫监视是免疫系统最基本的功能之一。
二、艾滋病
艾滋病,即获得性免疫缺陷综合症AIDS(Acquired Immune Deficiency Syndrome)。这是一种人畜共患疾病,由感染“H IV”病毒引起。H IV是一种能攻击人体免疫系统的病毒。它把人体免疫系统中最重要的T4淋巴组织作为攻击目标,大量破坏T4淋巴组织,产生高致命性的内衰竭。这种病毒在地域内终生传染,破坏人的免疫平衡,使人体成为各种疾病的载体。H IV本身并不会引发任何疾病,而是当免疫系统被HIV破坏后,人体由于抵抗能力过低,丧失复制免疫细胞的机会,并感染其他的疾病导致各种复合感染而死亡。
艾滋病最初在西非传播是某慈善组织做了一批针对某流行病的疫苗捐给某国,但他们不知道的是,正是这批做疫苗用的黑猩猩携带有艾滋病毒。由美国、欧洲和喀麦隆科学家组成的一个国际研究小组说,他们通过野外调查和基因分析证实,人类艾滋病病毒H IV-1起源于野生黑猩猩,病毒很可能是从猿类病毒SIV进化而来。1959年的刚果,还是法属殖民地,一个自森林中走出的土人,被邀请参与一项和血液传染病有关的研究。他的血液样本经化验后,便被予以冷藏,就此尘封数十年。数十年后,这血液样本竟然成为解开艾滋病来源的重要线索。
艾滋病起源于非洲,后由移民带入美国。1981年6月5日,美国亚特兰大疾病控制中心在《发病率与死亡率周刊》上简要介绍了5例艾滋病病人的病史,这是世界上第一次有关艾滋病的正式记载。1982年,这种疾病被命名为“艾滋病”。不久以后,艾滋病迅速蔓延到各大洲。1985年,一位到中国旅游的外籍青年在北京患病入住后很快死亡,后被证实死于艾滋病。这是我国第一次发现艾滋病。
1.艾滋病的病理生理机制
(1)HIV感染对CD4T淋巴细胞的影响
HIV病毒为逆转录病毒(图9-6,图9-7),所以遗传信息存在于两个相同的RNA单链模板中。该病毒能结合人类具有CD4受体的细胞,特别是和CD4T辅助淋巴细胞相结合,还能与神经细胞表面的半乳糖神经酰胺结合,逆转录酶可将病毒RNA逆转录为DNA,然后DNA再与人类基因相整合。病毒DNA序列被感染细胞及其子代细胞终身携带。
图9-6 HIV逆转录病毒的基因序列
图9-7 HIV病毒颗粒内部示意图
gp120、gp41为两种跨膜蛋白。
HIV进入人体后能选择性地侵犯有CD4受体的淋巴细胞,以CD4T淋巴细胞为主。当H IV的包膜蛋白gp120与CD4T淋巴细胞表面的CD4受体结合后,在gp41透膜蛋白的协助下,HIV的膜与细胞膜相融合,病毒进入细胞内。当病毒进入细胞内后迅速脱去外壳,为进一步复制作好准备(图9-8)。最近研究表明,H IV进入细胞内除CD4受体外,还需要细胞表面的蛋白酶同gp120的V3环发生相互作用才能完成。
图9-8 HIV病毒进攻的两个步骤
①CD4:免疫细胞的一种,表达于辅助T(Th)细胞是Th细胞TCR识别抗原的供受体。也是H IV的受体。②CCR5:一种具有趋化活性的小分子细胞因子,使细胞表面具有跨膜G蛋白偶联受体的细胞聚集在一起,是H IV-1入侵机体细胞的主要辅助受体之一。
HIV病毒从宿主细胞复制开始,首先二条RNA在病毒逆转录酶的作用下逆转为DNA,再以DNA为模板,在DNA多聚酶的作用下复制DNA,这些DNA部分存留在细胞浆内,进行低水平复制。部分与宿主细胞核的染色质的DNA整合在一起,成为前病毒,使感染进入潜伏期。经过2~10年的潜伏性感染阶段,当受染细胞被激活,前病毒DNA在转录酶作用下转录成RNA,RNA再翻译成蛋白质。经过装配后形成大量的新病毒颗粒,这些病毒颗粒释放出来后,继续攻击其他CD4T淋巴细胞。大量的CD4T淋巴细胞被HIV攻击后,细胞功能被损害和大量破坏是AIDS患者免疫功能缺陷的原因。
HIV感染CD4T淋巴细胞后,首先引起细胞功能的障碍。当HIV病毒在宿主细胞内大量繁殖更会导致细胞的溶解和破裂。HIV在细胞内复制后,以芽生方式释出时可引起细胞膜的损伤。由于HIV可抑制细胞膜磷脂的合成从而影响细胞膜的功能,导致细胞病变。HIV还可以感染骨髓干细胞导致CD4T淋巴细胞减少。
当受HIV感染的CD4T淋巴细胞表面存在的gp120发生表达后,它可以与未感染的CD4T淋巴细胞CD4分子结合,形成融合细胞,从而改变细胞膜的通透性,引起细胞的溶解和破坏。游离的gp120也可以与未感染的CD4T淋巴细胞结合,作为抗体介导依赖性细胞毒作用的抗原,使CD4T淋巴细胞成为靶细胞,受K细胞攻击而损伤。gp41跨膜蛋白,能抑制有丝分裂原和抗原刺激淋巴细胞的增殖反应,从而使CD4T淋巴细胞减少。HIV感染后一般首先出现CD4T淋巴细胞轻度至中度降低,该细胞总数可持续数年不变,反应病毒为免疫应答所抑制。历经一段时间后,CD4T细胞逐渐进行性下降,表明病毒逐渐逃脱了免疫应答的控制。
(2)HIV感染对其他免疫细胞的影响
HIV感染所致免疫功能的损害,不仅使CD4T淋巴细胞被破坏,其他免疫细胞也不同程度地受到影响。
单核巨噬细胞:因其表面也具有CD4受体,所以也易被HIV侵犯,但其感染率远远低于CD4T淋巴细胞。研究发现被HIV感染的单核巨噬细胞有播散HIV感染的作用,它可以携带HIV进入中枢神经系统。在脑细胞中受HIV感染的主要是单核-巨噬细胞,如小胶质细胞。
CD8T淋巴细胞:CD8T淋巴细胞有对HIV特异的细胞溶解能力,在HIV感染初期,具有抑制病毒复制和传播作用,当CD8T淋巴细胞功能受损时HIV感染者病情发展。在HIV感染的进展期,HIV-1特异的细胞毒T淋巴细胞(CTL)的数目进行性减少,说明CD8T淋巴细胞对H IV特异的细胞溶解活力的丧失,可能与CTL减少有部分关系。H IV选择性变异和由于CD4T淋巴细胞的破坏也是促使HIV特异性细胞溶解活力丧失的原因。
B淋巴细胞:HIV感染后,可通过多克隆抗体激活B淋巴细胞,使外周血液中B淋巴细胞数量增加,分泌免疫球蛋白,使IgG和IgM的水平增高。同时B淋巴细胞对新抗原刺激的反应性降低。因此,在HIV感染进展时,化脓性感染增加,而对流感A病毒疫苗和乙肝疫苗的抗体反应降低。HIV感染、B淋巴细胞多源活化的机制不明,可能是由于缺乏正常T细胞的调节,B淋巴细胞被Epstein-Barr病毒激活阶段,或H IV直接激活B淋巴细胞。
2.促进AIDS发生的因素
HIV感染后,相当长时间内H IV在体内保持极低水平的复制,这就是AIDS无症状期持续时间很长。原因之一是由于细胞免疫和体液免疫可以降低调节病毒复制,原因之二是H IV进入CD4T淋巴细胞后,部分成为潜伏型。许多研究表明,一些细胞因子和其他病毒感染,能激活H IV的复制和表达。有报道认为糖皮质激素和白介素(IL-4,IL-6和IL-10等细胞因子)能协同增强HIV的复制。肿瘤坏死因子(TNF-α、β)和IL-1亦能导致HIV的表达,其中特别是TNF-α。其他病毒的各种基因产物,能促进HIV高水平复制,而且有些病毒还能和H IV-1协同破坏CD4T淋巴细胞。所以在临床上AIDS患者常常合并感染巨细胞病毒、疱疹病毒、EB病毒、人类T淋巴细胞白血病病毒等,又促使病情恶化。
3.H IV感染后的免疫应答
人体的免疫系统是抗外部感染的最后防线,许多病源体感染人体,最后通过人体的细胞免疫和体液免疫而被消灭。机体的免疫系统对H IV的初期感染起一定的抑制作用,但随着免疫系统的损害及H IV的变异,机体的免疫系统最终对H IV的感染无能为力。H IV感染能激发机体产生特异的细胞免疫反应和对各种病毒抗原产生相应抗体。机体产生T淋巴细胞介导的细胞毒作用,H IV感染者脑部有T淋巴细胞浸润。CD8T淋巴细胞对H IV病毒的抑制,溶解感染H IV的靶细胞,说明T细胞在H IV感染中发挥抑制H IV复制作用。机体产生的抗体可以中和游离H IV病毒及已和细胞结合的而尚未进入细胞内的H IV颗粒。自然杀伤细胞(NK)和杀伤细胞(K细胞)通过抗体依赖性细胞毒性作用能杀伤和溶解HIV感染的细胞。机体的细胞免疫和体液免疫作用可在一段时间内控制H IV的复制及扩散。但是,由于病毒的变异和重组,可以逃脱免疫监视,不能被机体的免疫系统彻底清除。当机体的免疫系统被进一步破坏时,在某些触发因素的作用下,使H IV大量复制和播散,最终导致AIDS的发生。
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