第2章 免疫组织和器官

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第二章 免疫器官和组织

免疫系统(immune system)是机体执行免疫应答及免疫功能的一个重要系统。免疫系统由免疫器官和组织、免疫细胞(如造血干细胞、抗原提呈细胞、淋巴细胞、NK细胞、粒细胞、肥大细胞、红细胞等)及免疫分子(如免疫球蛋白、补体、各种细胞因子和膜分子等)组成。本章重点介绍免疫器官和组织的结构与功能,免疫细胞和免疫分子将在后续相关章节介绍。

免疫组织(immune tissue)又称为淋巴组织(lymphoid tissue)。淋巴组织在人体内分布广泛,其中胃肠道、呼吸道、泌尿生殖道等黏膜下含有大量非包膜化的弥散淋巴组织(diffuse lymphoid tissue)和淋巴小结(lymphoid nodule),在黏膜局部抗感染免疫中发挥主要作用。淋巴组织是胸腺、脾、淋巴结等包膜化淋巴器官(lymphoid organ)的主要组分。淋巴器官因具有免疫功能,又被称为免疫器官(immune organ)。

免疫器官按其发生和功能不同,可分为中枢免疫器官和外周免疫器官(图2-1),二者通过血液循环及淋巴循环互相联系。中枢免疫器官发生较早,由骨髓和胸腺组成,多能造血干细胞在中枢免疫器官发育为成熟免疫细胞,并通过血液循环输送至外周免疫器官。外周免疫器官发生相对较晚,由淋巴结、脾及黏膜相关淋巴组织等组成,成熟免疫细胞在这些部位定居,并在接受抗原刺激后产生免疫应答。

淋巴细胞和单核细胞经血液循环和淋巴循环进出外周免疫器官和组织,构成免疫系统的完整网络,既能及时动员免疫细胞,使之聚集于皮肤及内脏各处病原体等抗原存在部位,又能使这些部位的抗原经抗原提呈细胞摄取并携带至相应外周免疫器官或组织,进而活化T细胞或B细胞,从而发挥适应性免疫应答及效应作用。

图2-1 人体的免疫器官和组织 第一节 中枢免疫器官和组织

中枢免疫器官(central immune organ)或称初级淋巴器官(primary lymphoid organ),是免疫细胞发生、分化、发育和成熟的场所。人或其他哺乳类动物的中枢免疫器官包括骨髓和胸腺。鸟类的腔上囊(法氏囊)是B细胞分化发育的场所。

一、骨 髓

骨髓(bone marrow)是各类血细胞和免疫细胞发生及成熟的场所,是机体重要的中枢免疫器官。

(一)骨髓的结构与造血微环境

骨髓位于骨髓腔中,分为红骨髓和黄骨髓。红骨髓具有活跃的造血功能,由造血组织和

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血窦构成。造血组织主要由基质细胞和造血细胞组成。基质细胞包括网状细胞、成纤维细胞、血管内皮细胞、巨噬细胞等,由基质细胞及其所分泌的多种细胞因子(IL-3、IL-4、IL-6、IL-7、SCF、GM-CSF等)与细胞外基质共同构成了造血细胞赖以分化发育的环境,称为造血诱导微环境(hemopoietic inductive microenvironment,HIM)。

(二)骨髓的功能

1.各类血细胞和免疫细胞发生的场所 骨髓多能造血干细胞(pluripotent hematopoietic stem cell,HSC)在骨髓微环境中首先分化为髓样祖细胞(myeloid progenitor)和淋巴样祖细胞(lymphoid progenitor),前者进一步分化成熟为粒细胞、单核细胞、树突状细胞、红细胞和血小板;后者则发育为各种淋巴细胞(T细胞、B细胞、NK细胞)的前体细胞(图2-2)。

图2-2 造血干细胞的分化过程

2.B细胞分化成熟的场所 在骨髓中产生的各种淋巴细胞的祖细胞及前体细胞,一部分随血流进入胸腺,发育为成熟T细胞;另一部分则在骨髓内继续分化为成熟B细胞或自然杀伤细胞(NK细胞)。成熟的B细胞和NK细胞随血液循环迁移并定居于外周免疫器官。 3.体液免疫应答发生的场所 骨髓是发生再次体液免疫应答的主要部位。记忆性B细胞在外周免疫器官受抗原刺激后被活化,随后可经淋巴液和血液返回骨髓,在骨髓中分化成熟为浆细胞,产生大量抗体(主要为IgG),并释放至血液循环。在脾脏和淋巴结等外周免疫器官所发生的再次免疫应答,其抗体产生速度快,但持续时间相对较短;而在骨髓所发生的再次免疫应答,则持久地产生大量抗体,成为血清抗体的主要来源。因此,在这点意义上说,骨髓既是中枢免疫器官,又是外周免疫器官。

由于骨髓是人体极为重要的造血器官和免疫器官,骨髓功能缺陷时,不仅会严重损害机体的造血功能,而且将导致严重的细胞免疫和体液免疫功能缺陷。如大剂量放射线照射可使机体的造血功能和免疫功能同时受到抑制或丧失,这时只有植入正常骨髓才能重建造血和免疫功能。另外,利用免疫重建,将免疫功能正常个体的造血干细胞或淋巴干细胞移植给免疫缺陷个体,使后者的造血功能和免疫功能全部或部分得到恢复,可用于治疗免疫缺陷病和白血病等。

(三)造血干细胞与免疫细胞的生成

免疫细胞都属于血细胞,所有血细胞均来源于造血干细胞。因此在一定意义上讲,免疫细胞的发育分化就是造血干细胞分化成熟的过程。

1.造血干细胞的起源 在人类个体发育过程中,造血(hemotopoiesis)首先出现于胚龄第2~3周的卵黄囊(yolk sac),在胚胎早期(第2~3月)HSC从卵黄囊迁移至肝,继而转入脾,因此肝和脾成为胚胎第3~7个月的主要造血器官。随后,HSC又从肝、脾迁至骨髓,骨髓成为胚胎末期一直到出生后的造血场所。

早期的多能造血干细胞具有自我更新(self?renewing)和分化(differentiation)两种重

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要的潜能,赋予机体在整个生命过程中始终保持造血能力。

2.造血干细胞的表面标志 白细胞分化抗原的发现和单克隆抗体技术的应用,为造血干细胞表面标志(marker)的研究及其分离纯化提供了重要的理论和实验依据。人造血干细胞的主要表面标记为CD34和c-kit(CD117),不表达谱系(lineage)特异性标志。

(1)CD34:是一种高度糖基化跨膜蛋白,有1%~4%骨髓细胞表达CD34,其中富含造血干细胞,是造血干细胞的一种重要标志。应用CD34单克隆抗体结合磁珠分离技术或流式细胞术可从骨髓中分离、富集造血干细胞。随着造血干细胞的分化成熟,CD34表达水平逐渐下降,成熟血细胞不表达CD34。

(2)CD117:是干细胞因子(stem cell factor,SCF)的受体,是原癌基因c?kit的编码产物Kit。CD117是属于含有酪氨酸激酶结构的生长因子受体,胞膜外区结构属免疫球蛋白超家族(IgSF)。CD117+ 细胞约占骨髓细胞的1%~4%,50%~70% CD117+ 骨髓细胞表达CD34,因此,CD117也是多能造血干细胞的重要标志。

(3)Lin细胞:应用针对T细胞、B细胞、NK细胞、单核细胞、巨噬细胞、巨核细胞、髓系以及红系等多种谱系相应单克隆抗体的混合抗体(CD2、CD3、CD14、CD16、CD19、CD24、CD56、CD66b和血型糖蛋白A等抗体)结合免疫磁珠分离的方法,除去骨髓或胎肝单个核细胞中上述各个谱系发育不同阶段的细胞,所留下的细胞称为谱系阴性(Lin)细胞,主要为早期造血干细胞。

3.造血干细胞的分化及免疫细胞的生成

(1)多能造血干细胞的分化:应用同系小鼠骨髓细胞输注给经射线照射的小鼠,可在受体小鼠脾脏内形成由单一骨髓干细胞发育分化而来的细胞集落,包括红细胞、粒细胞或巨核细胞等,此称为脾集落形成单位(colony forming unit?spleen,CFU?S)。随后,用半固体培养技术,在有造血生长因子存在的条件下,干细胞在体外可分化为不同谱系的细胞集落,称为体外培养集落形成单位(colony forming unit?culture,CFU?C)。CFU?S和CFU?C主要用于髓样干细胞中各谱系的研究。20世纪80年代后,胚胎胸腺器官培养(FTOC)技术的建立,为淋巴样干细胞分化的研究提供了重要的手段。

骨髓、胸腺造血微环境是造血干细胞发育分化的必要条件。多能造血干细胞最初分化为定向干细胞,包括淋巴样干细胞(lymphoid stem cell)或称淋巴样祖细胞,以及髓样干细胞(myeloid stem cell)或称髓样祖细胞。淋巴样祖细胞继续分化为T细胞、B细胞、NK细胞和一部分树突状细胞;髓样祖细胞最终分化为红细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、肥大细胞、巨核细胞/血小板、中性粒细胞、单核/巨噬细胞和一部分树突状细胞(图2-2)。

(2)髓样干细胞及其分化:髓样干细胞可分化为一种多能髓样造血祖细胞,称之为CFU-GEMM(G、E、M、M分别表示粒细胞、红细胞、巨噬细胞和巨核细胞),进而可分化为红系、巨核系、粒单系、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞(图2-2)。

① 红系:红细胞生成素(EPO)是红系分化中最为重要的生长因子。髓样祖细胞体外培养时,在EPO和SCF存在条件下,可形成由许多细胞组成形如爆发火花样的集落,称为

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爆式红系前体形成单位(burst forming unit?erythroid precursor,BFU-E),进一步分化可形成细胞数较少的红细胞集落形成单位(colony forming unit?erythrocyte,CFU?E)。

② 巨核系:血小板生成素(TPO)是巨核细胞/血小板谱系分化中关键的生长因子。髓样祖细胞在TPO和其他造血生长因子(如IL-6,IL-11)存在条件下,体外可形成巨核细胞集落形成单位(colony forming unit?megakaryocyte,CFU?Meg)。

③ 粒单系:CFU?GEMM在GM?CSF、SCF和IL-3等生长因子的刺激下,可进一步分化为粒细胞单核细胞共同前体集落形成单位(colony forming unit?common precursor of granulocyte and monocyte,CFU?GM),CFU?GM在G?CSF、GM?CSF、IL-3或M-CSF、GM-CSF、IL-3诱导下分别分化为中性粒细胞和单核/巨噬细胞两个不同的谱系。

④ 嗜酸性粒细胞:CFU?GEMM在GM?CSF、IL?5和IL?3诱导下,可分化为嗜酸性粒细胞集落形成单位(CFU?Eos),进而分化成熟为嗜酸性粒细胞。

⑤ 嗜碱性粒细胞:CFU?GEMM在IL?5、TGF??诱导下分化为嗜碱性粒细胞集落形成单位(CFU?Baso),在IL?3和IL?4存在下可进一步分化成熟为嗜碱性粒细胞。

(3)淋巴样干细胞及其分化 淋巴样干细胞在骨髓造血微环境中分化为前B淋巴细胞和前T淋巴细胞。前者在骨髓中继续分化为成熟B细胞,后者经血循环转移至胸腺,在胸腺微环境中进一步分化为成熟T细胞。成熟的B、T细胞离开骨髓或胸腺进入血循环,定居于外周免疫器官。这些尚未接触过抗原的成熟B、T细胞被称为初始淋巴细胞(naive lymphocyte)。

淋巴细胞(T细胞和B细胞)具有抗原受体(antigen receptor),是适应性免疫应答的主要细胞,并具有多样性、特异性和记忆性等重要特性。有关T、B细胞的分化与发育的具体过程将分别于第九章和第十章作详细介绍。

二、胸 腺

胸腺(thymus)是T细胞分化、发育、成熟的场所。胸腺在胚胎早期由双侧第Ⅲ、Ⅳ对咽囊及相对应的鳃沟发育而成。胸腺位于胸骨后、心脏上方。

人胸腺的大小和结构随年龄的不同而有明显差异。胸腺出现于胚胎第9周,在胚胎第20周发育成熟,已具有正常胸腺的结构,是发生最早的免疫器官。新生期胸腺约重15~20g,以后逐渐增大,至青春期可达30~40g。青春期以后,胸腺随年龄增长而逐渐萎缩退化,表现为胸腺细胞减少,间质细胞增多,并含有大量脂肪细胞。老年期胸腺萎缩,多被脂肪组织取代,功能衰退,造成细胞免疫力下降,机体容易发生感染和肿瘤。

(一)胸腺的结构

胸腺分左右两叶,表面覆盖有一层结缔组织被膜,被膜伸入胸腺实质,将实质分隔成若干胸腺小叶。胸腺小叶的外层为皮质(cortex),内层为髓质(medulla),皮-髓质交界处含有大量血管(图2-3)。

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图2-3 胸腺的结构

1.皮质 胸腺皮质分为浅皮质区(outer cortex)和深皮质区(inter cortex)。皮质内85%~90%的细胞为未成熟T细胞(即胸腺细胞),并有胸腺上皮细胞(thymus epithelial cell,TEC)、巨噬细胞(macrophage,M?)和树突状细胞(dendritic cell,DC)等。胸腺浅皮质区内的胸腺上皮细胞可包绕胸腺细胞,称为胸腺抚育细胞(thymic nursing cell),可产生某些促进胸腺细胞分化发育的激素和细胞因子。深皮质区内主要为体积较小的皮质胸腺细胞。 2.髓质 髓质内含有大量胸腺上皮细胞和疏散分布的较成熟的胸腺细胞、Mo/M?和DC。髓质内常见哈氏小体(Hassall's corpuscle),也称胸腺小体(thymic corpuscle),由聚集的上皮细胞呈同心圆状包绕排列而成,是胸腺结构的重要特征。哈氏小体在胸腺发生炎症或肿瘤时消失。 (二)胸腺微环境

胸腺实质主要由胸腺细胞和胸腺基质细胞(thymic stromal cell,TSC)组成。前者绝大多数为处于不同分化阶段的未成熟T细胞。后者则以胸腺上皮细胞为主,还包括M?、DC及成纤维细胞等。TSC构成了决定T细胞分化、增殖和选择性发育的胸腺微环境。 胸腺上皮细胞是胸腺微环境最重要的组分,这些细胞以两种方式参与胸腺细胞的分化。

1.分泌细胞因子和胸腺肽类分子 胸腺基质细胞能产生多种细胞因子,如SCF、IL-1、IL-2、IL-6、IL-7、TNF-α、GM-CSF和趋化因子等,这些细胞因子通过与胸腺细胞表面相应受体结合,调节胸腺细胞的发育和细胞间相互作用。胸腺上皮细胞分泌的胸腺肽类分子包括胸腺素(thymosin)、胸腺肽(thymulin)、胸腺生成素(thymopoietin,TP)等,具有促进胸腺细胞增殖、分化和发育等功能。

2.细胞-细胞间相互接触 胸腺上皮细胞与胸腺细胞间可通过细胞表面黏附分子及其配体、细胞因子及其受体、辅助受体及其配体、抗原肽-MHC分子复合物与TCR的相互作用等,诱导和促进胸腺细胞的分化、发育和成熟。

细胞外基质(extracellular matrix)也是胸腺微环境的重要组成部分,包括多种胶原、网状纤维蛋白、葡萄糖胺聚糖等。它们可促进上皮细胞与胸腺细胞接触,并促进胸腺细胞在胸腺内移行和成熟。 (三)胸腺的功能

1.T细胞分化、成熟的场所 胸腺是T细胞(特别??T细胞)发育的主要场所。从骨髓迁入到胸腺的前T细胞(胸腺细胞)循被膜下→皮质→髓质移行,在独特的胸腺微环境作用下,经过复杂的选择性发育(阳性选择和阴性选择)过程,90%以上的胸腺细胞死亡,而只有少部分胸腺细胞最终分化发育成为成熟的功能性CD4+T细胞或CD8+T细胞,并获得自

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身免疫耐受和MHC限制性抗原识别能力。发育成熟的初始T细胞(naive T cell)进入血循环,定位于外周淋巴器官。

由于胸腺是T细胞分化、成熟的主要场所,若胸腺发育不全或缺失,可导致T细胞缺乏和细胞免疫功能缺陷。如迪乔治(DiGeorge)综合征,患儿因先天性胸腺发育不全,缺乏T细胞,极易反复发生病毒性和真菌性感染,甚至死亡(见第十九章)。

2.免疫调节 胸腺基质细胞所产生的多种细胞因子和胸腺肽类分子,不仅能促进胸腺细胞的分化发育,对外周免疫器官和免疫细胞也具有调节作用。

3.自身耐受的建立与维持 T细胞在胸腺微环境发育过程中,自身反应性T细胞通过抗原受体(TCR)与胸腺基质细胞表面表达的自身抗原肽-MHC复合物呈高亲和力结合,引发阴性选择,启动细胞程序性死亡,导致自身反应性T细胞克隆消除,形成自身耐受。若胸腺基质细胞缺陷,阴性选择机制发生障碍,出生后易患自身免疫病(见第十五章)。

第二节 外周免疫器官和组织

外周免疫器官(peripheral immune organ)或称次级淋巴器官(secondary lymphoid organ),是成熟淋巴细胞(T细胞、B细胞)定居的场所,也是这些淋巴细胞针对外来抗原刺激后启动初次免疫应答的主要部位。外周免疫器官包括淋巴结、脾和黏膜相关淋巴组织等。

一、 淋巴结

人体全身约有500~600个淋巴结(lymph node),是结构最完备的外周免疫器官,广泛存在于全身非黏膜部位的淋巴通道上。在身体浅表部位,淋巴结常位于凹陷隐蔽处,如颈部、腋窝、腹股沟等处;内脏的淋巴结多成群存在于器官门部附近,沿血管干排列,如肺门淋巴结。这些部位都是易受病原微生物和其他抗原性异物侵入的部位。 (一)淋巴结的结构

淋巴结表面覆盖有致密的结缔组织被膜,被膜结缔组织深入实质,构成小梁(trabecula),作为淋巴结的支架。被膜外侧有数条输入淋巴管(afferent lymphatic vessel),输出淋巴管(efferent lymphatic vessel)则由淋巴结门部离开。淋巴结的实质分为皮质区和髓质区两个部分(图2-4)。

图2-4 淋巴结的结构

1.皮质区 皮质区分为浅皮质区和深皮质区。靠近被膜下为浅皮质区,是B细胞定居的场所,称为非胸腺依赖区(thymus-independent area)。在该区内,大量B细胞与巨噬细胞、滤泡树突状细胞聚集并形成初级淋巴滤泡(primary lymphoid follicle),或称淋巴小结(lymph nodule),主要含静止的初始B细胞;受抗原刺激后,淋巴滤泡内出现生发中心(germinal center,GC),称为次级淋巴滤泡(secondary lymphoid follicle),内含大量增殖分化的B淋

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巴母细胞,后者可向内转移至淋巴结中心部髓质,分化为浆细胞并产生抗体。B细胞缺陷时 ,皮质缺乏初级淋巴滤泡和生发中心。

浅皮质区与髓质之间的深皮质区又称副皮质区(paracortex),是T细胞定居的场所,称为胸腺依赖区(thymus-dependent area)。副皮质区含有部分自组织迁移而来的DC。这些DC表达高水平MHCⅡ类分子,是DC提呈抗原肽给Th细胞的重要分子。

副皮质区有许多由内皮细胞组成的毛细血管后微静脉(post-capillary venule,PCV),也称高内皮微静脉(high endothelial venule,HEV),在淋巴细胞再循环中起主要作用,随血流来的淋巴细胞由此部位进入淋巴结。

2.髓质区 髓质区由髓索和髓窦组成。髓索由致密聚集的淋巴细胞组成,主要为B细胞和浆细胞,也含部分T细胞及M?。髓窦内富含M?,有较强的滤过作用。 (二)淋巴结的功能

1.T细胞和B细胞定居的场所 淋巴结是成熟T细胞和B细胞的主要定居部位。其中,T细胞约占淋巴结内淋巴细胞总数的75%,B细胞约占25%。

2.免疫应答发生的场所 抗原通过淋巴液进入局部引流淋巴结,被副皮质区的DC捕获、处理,并提呈给Th细胞,使其活化、增殖、分化为效应T细胞。淋巴结中的B细胞的活化首先发生在富含T细胞的副皮质区,部分B细胞识别抗原,通过T-B细胞的协同作用,B细胞增殖、分化为浆细胞,并分泌抗体。小部分B细胞和Th细胞迁移至皮质初级淋巴滤泡,通过FDC、B细胞和T细胞的相互作用,B细胞大量增殖形成生发中心。在生发中心产生的浆细胞,部分迁移至髓质区,而大部分则经输出淋巴管,经胸导管进入血流,迁移至骨髓,成为再次免疫应答时抗体的主要来源。效应T细胞除在淋巴结内发挥免疫效应外,更主要的是,随输出淋巴管,经胸导管进入血流,再分布至全身,发挥免疫应答效应。故淋巴结是发生免疫应答的主要场所之一。

3.参与淋巴细胞再循环 淋巴结深皮质区的HEV在淋巴细胞再循环中起重要作用。来自血液循环的淋巴细胞穿过HEV进入淋巴结实质,然后通过输出淋巴管汇入胸导管,最终经左锁骨下静脉返回血液循环。

4.过滤作用 侵入机体的病原微生物、毒素或其他有害异物,通常随组织淋巴液进入局部引流淋巴结。淋巴液在淋巴窦中缓慢移动,有利于窦内M?吞噬、清除抗原性异物,从而发挥过滤作用。

二、脾

脾(spleen)是胚胎时期的造血器官,自骨髓开始造血后,脾演变成人体最大的外周免疫器官。

(一)脾的结构

脾外层为结缔组织被膜,被膜向脾内伸展形成若干小梁。脾实质可分为白髓和红髓。 1.白髓 白髓(white pulp)为密集的淋巴组织,由围绕中央动脉而分布的动脉周围淋巴鞘、淋巴小结和边缘区组成。脾动脉入脾后,分支随小梁走行,称小梁动脉(trabecular

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artery)。小梁动脉分支进入脾实质,称为中央动脉。中央动脉周围有厚层弥散淋巴组织,称为动脉周围淋巴鞘(periarteriolar lymphoid sheaths,PALS),主要由密集的T细胞构成,也含有少量DC及M?,为T细胞区。在PALS的旁侧有淋巴小结,又称脾小结(splenic nodule),为B细胞区,内含大量B细胞及少量M?和滤泡树突状细胞(FDC)。未受抗原刺激时为初级淋巴滤泡,受抗原刺激后中央部出现生发中心,为次级淋巴滤泡。

白髓与红髓交界的狭窄区域为边缘区(marginal zone),内含T细胞、B细胞和较多M?。中央动脉的侧支末端在此处膨大形成边缘窦(marginal sinus),内含少量血细胞。边缘窦内皮细胞之间存在间隙,血细胞可经该间隙不断地进入边缘区的淋巴组织内,是淋巴细胞由血液进入淋巴组织的重要通道。T细胞经边缘窦迁入PALS,而B细胞则迁入脾小结、脾索或脾血窦。白髓内的淋巴细胞也可进入边缘窦,参与淋巴细胞再循环。

图2-5 脾的结构

2.红髓 红髓分布于被膜下、小梁周围及白髓边缘区外侧的广大区域,由脾索和脾血窦(splenic sinus)组成。脾索为索条状组织,主要含B细胞、浆细胞、M?和DC。脾索之间为脾血窦,其内充满血液。脾索和脾血窦中的M?能吞噬和清除衰老的血细胞、抗原抗体复合物或其他异物,并具有抗原提呈作用。

(二)脾的功能

1.T细胞和B细胞定居的场所 脾是各种成熟淋巴细胞定居的场所。其中,B细胞约占脾淋巴细胞总数的60%,T细胞约占40%。

2.免疫应答发生的场所 脾是机体对血源性抗原产生免疫应答的主要场所。血液中的病原体等抗原性异物经血液循环进入脾脏,可刺激T、B细胞活化、增殖,产生效应T细胞和浆细胞,并分泌抗体,发挥免疫效应。脾是体内产生抗体的主要器官,在机体的防御、免疫应答中具有重要地位。

3.合成某些生物活性物质 脾可合成并分泌某些重要生物活性物质,如某些补体成份等。

4.过滤作用 体内约90%的循环血液要流经脾脏,脾内的M?和树突状细胞均有较强的吞噬作用,可清除血液中的病原体、衰老的红细胞和白细胞、免疫复合物以及其他异物,从而发挥过滤作用,使血液得到净化。

三、黏膜相关淋巴组织

黏膜相关淋巴组织(mucosal-associated lymphoid tissue,MALT)亦称黏膜免疫系统(mucosal immune system,MIS),主要指呼吸道、胃肠道及泌尿生殖道黏膜固有层和上皮细胞下散在的无被膜淋巴组织,以及某些带有生发中心的器官化的淋巴组织,如扁桃体、小肠的派氏集合淋巴结(Peyer’s patches,PP)及阑尾等。

人体黏膜的表面积约400平方米,是病原微生物等抗原性异物入侵机体的主要途径,故

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MALT 是人体重要的防御屏障。另外,机体近50%的淋巴组织分布于黏膜系统,因此,MALT又是发生局部特异性免疫应答的主要部位。

(一)MALT的组成

MALT主要包括肠相关淋巴组织、鼻相关淋巴组织和支气管相关淋巴组织等。 1.肠相关淋巴组织 肠相关淋巴组织(gut-associated lymphoid tissue,GALT)包括派氏集合淋巴结、淋巴小结(淋巴滤泡)、上皮间淋巴细胞、固有层中弥散分布的淋巴细胞等。GALT 的主要作用是抵御侵入肠道的病原微生物感染。

图2-6 肠黏膜M细胞的功能示意图

(1)M细胞:在肠集合淋巴小结处,局部肠黏膜向肠腔呈圆顶状隆起,此部位无绒毛和小肠腺,在派氏集合淋巴小结内含有散在的M细胞(membranous epithelial cell or microfold cell,膜上皮细胞或微皱褶细胞)(图2-6)。M细胞是一种特化的抗原转运细胞(specialized antigen transporting cell),其顶部胞质较薄,细胞核位于基底部,细胞基底部质膜内陷形成一个较大的穹隆状凹腔,内含T细胞、B细胞、M?和DC。M细胞可通过吸附、胞饮和内吞等方式摄取肠腔内抗原性异物,并以囊泡形式转运给凹腔内的M?或DC,再由它们将抗原提呈给淋巴细胞。淋巴细胞进入黏膜淋巴小结和肠系膜淋巴结,其中B细胞在Th细胞辅助下分化为幼浆细胞,后者经淋巴细胞再循环途径,大部分返回至肠黏膜固有层并转变为浆细胞。肠黏膜固有层浆细胞主要产生IgA,后者与肠黏膜上皮细胞基底面或侧面上的膜表面相应受体结合,并经胞吐转运过程分泌至小肠黏膜表面,形成大量分泌型IgA(secretory IgA,SIgA),从而执行黏膜免疫应答。部分幼浆细胞可经血液循环进入唾液腺、呼吸道黏膜、女性生殖道黏膜和乳腺等部位,产生SIgA,发挥相似的免疫作用,使肠道免疫成为全身免疫的一部分。

(2)上皮内淋巴细胞:上皮内淋巴细胞(intraepithelial lymphocyte,IEL)是存在于小肠黏膜上皮内的一类独特的细胞群,IEL可能存在两种不同的细胞来源:①约40%的IEL为胸腺依赖性,其表型与外周血T细胞相同,由??+T细胞组成。这类细胞可能是派氏集合淋巴小结中的T细胞受抗原刺激后增殖,然后通过淋巴循环和血液循环迁移至肠上皮。因此,其数量多少与抗原的刺激有关。②约60%的IEL为胸腺非依赖性,主要为??+T细胞。这类T细胞可能以造血前体细胞形式,不经胸腺而直接由骨髓迁移至肠上皮,并在肠上皮提供的微环境中分化成熟。??+T细胞属固有免疫细胞,具有较强的细胞毒作用,并能分泌多种细胞因子。因此,IEL在免疫监视和细胞介导的黏膜免疫中具有重要作用。

2.鼻相关淋巴组织 鼻相关淋巴组织(nasal-associated lymphoid tissue,NALT)包括咽扁桃体、腭扁桃体、舌扁桃体及鼻后部其他淋巴组织,它们共同组成韦氏环(Waldeyer’s ring),其主要作用是抵御经空气传播的病原微生物的感染。NALT与淋巴结的结构相似,由淋巴小结及弥散的淋巴组织组成。NALT表面覆盖有上皮细胞,但无结缔组织被膜,也无输

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入淋巴管。抗原和异物陷入淋巴上皮隐窝中,然后被送至淋巴小结。淋巴小结主要由B细胞组成,受抗原刺激后增殖,形成生发中心。

3.支气管相关淋巴组织 支气管相关淋巴组织(bronchial-associated tissue,BALT)主要分布于各肺叶的支气管上皮下,其结构与派氏集合淋巴小结相似,滤泡中的淋巴细胞受抗原刺激后增殖,形成生发中心,其中主要是B细胞。

(二)MALT的功能及其特点

1.参与黏膜局部免疫应答 MALT在肠道、呼吸道及泌尿生殖道黏膜构成了一道免疫屏障,是参与局部特异性免疫应答的主要部位,在黏膜局部抗感染免疫防御中发挥关键作用。

2.产生分泌型IgA MALT中的B细胞多为产生分泌型IgA(SIgA)的B细胞,这是因为表达IgA的B细胞可趋向定居于派氏集合淋巴结和固有层淋巴组织;另外,与淋巴结和脾相比,派氏集合淋巴小结含有更多可产生大量IL-5的Th2细胞,而IL-5可促进B细胞分化并产生IgA。B细胞在黏膜局部受抗原刺激后所产生的大量SIgA,经黏膜上皮细胞分泌至黏膜表面,成为黏膜局部抵御病原微生物感染的主要机制。

第三节 淋巴细胞归巢与再循环

成熟淋巴细胞离开中枢免疫器官后,经血液循环趋向性迁移并定居于外周免疫器官或组织的特定区域,称为淋巴细胞归巢(lymphocyte homing)。定居在外周免疫器官(淋巴结)的淋巴细胞,可由输出淋巴管经淋巴干、胸导管或右淋巴导管进入血液循环;淋巴细胞随血液循环到达外周免疫器官后,可穿越HEV,并重新分布于全身淋巴器官和组织。淋巴细胞在血液、淋巴液、淋巴器官或组织间反复循环的过程称为淋巴细胞再循环(lymphocyte recirculation)。淋巴细胞在机体内的迁移和流动是发挥免疫功能的重要条件。

一、淋巴细胞归巢

成熟T细胞和B细胞进入外周淋巴器官后将定向分布于不同的特定区域,如T细胞定居于副皮质区,B细胞则定居于浅皮质区;不同功能的淋巴细胞亚群也可选择性迁移至不同的淋巴组织,如产生SIgA的B细胞可定向分布于MALT。

淋巴细胞归巢现象的分子基础是淋巴细胞表面的归巢受体(homing receptor)与内皮细胞表面相应黏附分子――血管地址素(vascular addressin)的相互作用。如初始T细胞表面表达L-选择素(L-selectin),而HEV中的内皮细胞表达L-选择素的配体CD34和GlyCAM-1,两者相互作用,促使T淋巴细胞黏附于HEV,继而迁移至淋巴结内的T细胞区(详见第七章)。

二、淋巴细胞再循环及其生物学意义

1.淋巴细胞再循环途径有多条通路,包括①在淋巴结,淋巴细胞(T、B细胞)可随血液循环进入深皮质区,穿过HEV进入相应区域定居,随后再移向髓窦,经输出淋巴管汇入

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胸导管,最终由左锁骨下静脉返回血液循环;②在脾脏,随脾动脉进入脾脏的淋巴细胞穿过血管壁进入白髓,然后移向脾索,再进入脾血窦,最后由脾静脉返回血液循环。只有少数淋巴细胞从脾输出淋巴管进入胸导管返回血液循环;③在其他组织,随血流进入毛细血管的淋巴细胞可穿过毛细血管壁进入组织间隙,随淋巴液回流至局部引流淋巴结后,再经输出淋巴管进入胸导管和血液循环(图2-7)。

图2-7 淋巴细胞再循环模式图

2.淋巴细胞再循环的生物学意义 参与再循环的淋巴细胞主要是T细胞,约占80%以上。通过淋巴细胞再循环,使体内淋巴细胞在外周免疫器官和组织的分布更趋合理。淋巴组织可不断地从循环池中得到新的淋巴细胞补充,有助于增强整个机体的免疫功能。带有各种特异性抗原受体的T细胞和B细胞,包括记忆细胞,通过再循环,增加了与抗原和APC接触的机会,这些细胞接触相应抗原后,即进入淋巴组织,发生活化、增殖和分化,从而产生初次或再次免疫应答;有些部位(如肠黏膜)淋巴细胞接受抗原刺激后,通过淋巴细胞再循环后仍可返回到原来部位,在那里发挥效应淋巴细胞的作用;通过淋巴细胞再循环,使机体所有免疫器官和组织联系成为一个有机的整体,并将免疫信息传递给全身各处的淋巴细胞和其他免疫细胞,有利于动员各种免疫细胞和效应细胞迁移至病原体、肿瘤或其他抗原性异物所在部位,从而发挥免疫效应。

小 结

免疫系统是机体执行免疫功能的物质基础,由免疫器官和组织、免疫细胞及免疫分子组成。免疫器官可分为中枢免疫器官和外周免疫器官。中枢免疫器官由骨髓及胸腺组成,是免疫细胞发生、分化、发育和成熟的场所。骨髓既是各种血细胞和免疫细胞的来源,也是B细胞发育、分化、成熟的场所。胸腺是T细胞分化、发育、成熟的场所。胸腺微环境对T细胞的分化、增殖和选择性发育起着决定性作用。外周免疫器官包括淋巴结、脾和黏膜免疫系统等,是成熟T 细胞、B 细胞等免疫细胞定居的场所,也是产生免疫应答的部位。淋巴结和脾脏具有过滤作用,可清除进入体内的病原体和其他有害异物。黏膜免疫系统包括肠相关淋巴组织、鼻相关淋巴组织和支气管相关淋巴组织,其中含有大量主要产生SIgA的B细胞,它们在肠道、呼吸道及泌尿生殖道等黏膜局部发挥着重要的抗感染作用。成熟淋巴细胞可通过淋巴细胞再循环运行于全身,以增强机体的免疫应答和免疫效应。

思考题

1.简述中枢免疫器官和外周免疫器官的组成和功能。

2.试述淋巴结、脾和肠黏膜相关淋巴组织的结构特点和与其功能的关系。 3.什么是淋巴细胞再循环?有何生物学意义?

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参考文献

1. 陈慰峰主编. 医学免疫学. 第4版, 北京: 人民卫生出版, 2004 2. 龚非力主编. 医学免疫学. 北京: 科学出版社, 2003

3. Abbus A K, et al. Cellular and Molecular Immunology. 5th ed. Philadelphia: W.B. Saunders. 2004 4. Janeway C A, et al. Immunobiology. 5th ed. New York: Current Biology Publication. 2004

(司传平)

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/adm5.html

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