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8 先天性免疫士兵:巨噬细胞和中性粒细胞

8 先天性免疫士兵:巨噬细胞和中性粒细胞

就像前面我们描述的,巨噬细胞和中性粒细胞是先天性免疫系统主要的杀伤力量。它们一起构成一类特殊细胞,叫“吞噬细胞”。这个名字不是免疫名词中最难懂的,西文字面意思就是“吃东西的细胞”。巨噬细胞的意思就是“大吞吃者”,这名字大大地适合它。细胞没有嘴,因此这个尺度下的“吃”自有不同的含义。

假如你没有嘴,要像吞噬细胞一样进食,情况就会是这样:你抓起三明治往身上送。身上哪里都可以,位置不重要。接着身上的皮肤凹进去一块,把三明治“拉”进去包起来,形成一个皮肤口袋,这口袋漂到胃的地方,融入胃里,三明治也就掉进了胃酸当中。

人这样吃东西可能有些可怕,不过细胞这样进食就很实用。整个过程其实挺有趣。吞噬细胞比如巨噬细胞要吞食敌人时,会伸出触手去紧紧抓住敌人,一旦抓牢,就会把猎物拉过来,这时细胞膜会向内凹陷包裹住敌人,像是把它关在了细胞内部的迷你牢笼中。某种意义上,巨噬细胞表面的一部分凹陷进去变成了某种从里面扎口的密封垃圾袋。巨噬细胞里有许多这样的“小隔间”,里面充满大量类似胃酸的物质,起溶解作用。这些小隔间可以和包裹着吞噬物的迷你牢笼融合,把致死性的物质泼遍猎物全身,将其分解成氨基酸、糖和脂肪等,这些分解物不但无害,还有用处:有些给巨噬细胞提供养分,有些会排出巨噬细胞再被其他细胞利用。生命可是最痛恨浪费资源的。

吞噬作用

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这个过程非常重要,是身体清除入侵部队及其产生的废物的主要方式。事实上,巨噬细胞的主要工作就是吞食身体不需要的物质,不管是否需要战斗。

有意思的是,巨噬细胞吃掉的大部分是人体自身的部分。身体的大部分细胞都寿命有限,这样它们就不至于出错或变成癌细胞一类的坏东西。所以每秒钟体内都有约100万细胞经历程序性死亡,这个过程称为“凋亡”(它很重要,我们后面还会提几次)。细胞觉得自己寿命已到的时候,会释放特殊信号,告诉大家它准备离开了。随后,细胞进入凋亡过程,自行分解成碎片,整齐地打包成废弃物。巨噬细胞被信号吸引过来,清理细胞碎片,回收零件。

巨噬细胞大概是免疫系统极为古早的发明,甚至有可能是最早的专门防御细胞,因为几乎所有的多细胞动物都有巨噬细胞式的细胞。某种意义上,巨噬细胞有点像单细胞生物。它们的工作主要是巡逻边境和清运垃圾,但也参与协调细胞合作、引发炎症从而准备好战场、在身体受伤后促进伤口愈合,等等。要是你有文身,可能很多染料都是被巨噬细胞吞了下去,才留在了你身上的。[1]

巨噬细胞可以存活达数月。我们的皮下有几十亿巨噬细胞,负责在脏器表面比如肺以及肠道周围的组织中巡逻。身体里面还有几十亿巨噬细胞。肝脏和脾脏中的巨噬细胞可以捕获衰老的红细胞,将它们整个吃下,回收其中珍贵的铁。在脑内,巨噬细胞占到细胞总量的15%,在这里,它们非常平和,不会误伤那些不可再生的神经细胞——对理解电影或是呼吸这些头等大事来说,神经细胞都必不可少。

巨噬细胞的生活很平淡。它们在负责的区域内游走,四处吞食,也清理垃圾和死细胞。不过一旦被惹怒,它们就会变成令人胆寒的战士。一个被激活的愤怒的巨噬细胞,可以吃掉多达100个细菌,直至力竭而亡——长久以来人们以为巨噬细胞就是这样,像个坏脾气的保安,但后来人们发现其实它扮演了多种不同角色,也和许多其他种类的细胞有着互动,一起发挥一系列作用。

所以,巨噬细胞更像先天性免疫部队中的地方长官:在战斗中,它们指挥其他细胞该做什么,也告诉它们要继续还是停止作战。

最后,当感染得到控制后,巨噬细胞能下令减慢甚至终止相应部位的免疫应答,避免对身体造成进一步损害。持续的免疫反应对你可不好,因为免疫细胞一般都会让身体处于压力之下,并消耗大量的能量和资源。所以,战斗平息后,有些巨噬细胞会把战场变成工地,还会确确实实地吃掉剩下的战士。随后,它们会释放化学物质,促进平民细胞的再生和血管等受损组织的重建,这样伤口就能更快愈合。再说一遍,免疫系统讨厌浪费任何资源。

中性粒细胞就要简单一些了。它就是为了战斗和为集体献身而生的。它就好像是免疫系统的斯巴达战士,随时准备着发起疯狂的自杀式袭击。如果还是用动物打比方的话,它就像是嗑了兴奋药的黑猩猩,脾气暴躁,手里还拿着机枪。它是免疫系统的泛用型武器,是特为快速解决绝大多数常见敌人、特别是细菌而打造的。它是血液中数量最多同时无疑也是最厉害的免疫细胞。中性粒细胞的确很危险,因此都带有自毁装置。它们寿命很短,不发挥作用的情况下只能活几天,随后就会启动程序性死亡。

而在战斗中,它们只能活几小时。它们给身体的基础设施造成大灾难的风险实在太高了。每天都有1000亿中性粒细胞自行死去,同时也有约1000亿中性粒细胞新生,准备在必要时为你而战。[2]

尽管可能危及身体,但它们对你的日常生存来说依然必不可少,没有它们,你的防御力量将大大削弱。在交战中,除了生吞敌人外,它们还有两大武器:向敌人释放酸,以及牺牲自己以制造死亡陷阱。中性粒细胞体内有大量“颗粒”,这些颗粒基本就是装满致命弹药的小包裹。你可以把它们想象成小刀小剪,能把敌人割划伤残。要是中性粒细胞碰到一群细菌,它就会发射大量的颗粒,把细菌的外表面割碎。这种方法的问题是它的针对性不强,可能误伤无辜,比如会误伤正常细胞。这也是身体有点怕它的原因之一。它们杀敌的效率很高,可一旦反应过激,就可能害多利少。[3]

不过中性粒细胞在战斗中最令人不解的行为是不惜牺牲自己,用体内的DNA形成致命的网。为了更好地理解这个过程,想象你是个盗贼,想要夜闯博物馆,让自己和同伙们大偷一把。你成功地躲过了摄像头和警报器,进入了满是珍玩的宝库。“事情太顺利了”,你一边往包里塞名画一边想。

突然,你看到一名守卫大叫着向你冲来,于是你做好了打斗的准备。可是守卫并没有朝你挥拳,而是撕开自己的胸膛,把肋骨劈成无数尖利的碎片,还掏出了肠子。你甚至来不及困惑,他就已经舞起扎满骨头碎片的肠子,像挥舞一条世上最恶心的鞭子一样,朝你打来。他狠狠地抽打你,你疼得大喊大叫,在茫然不解中就受了重伤,彻底被打晕,跑也跑不了了。接着他一拳打在你脸上。“这跟我想的不一样啊”,你心想,而此时守卫已经开始大口地生吞你了。

简而言之,中性粒细胞在制造“中性粒细胞胞外陷阱”(NET)时就和上面的守卫一样。它一旦觉得有必要采取极端措施,就会开始疯狂的自杀。首先是细胞核溶解,释放出DNA。这些DNA充满细胞后,大量的蛋白质和酶——相当于故事中尖利的骨头碎片——会黏附其上。随后中性粒细胞会吐出所有这些DNA,在细胞周围形成巨大的网。这种网不但能困住并伤害敌人,还构建出了一道物理屏障,阻止细菌、病毒逃逸及进一步深入体内。在这之后,英勇的中性粒细胞会一命呜呼——不死才怪呢。

有时候,这些猛士虽然已呕尽DNA,却仍在坚持战斗,朝敌人投掷酸性颗粒或是直接吞食敌人,发挥中性粒细胞的作用,直至力竭而亡。损失了所有遗传物质的细胞还是不是活细胞,这是个问题。不管怎样,它也就坚持到这儿了——没有DNA细胞就无法维持内在机制的运转。不管这个细胞是什么——是活物,还是无脑地服从最后一条指令的僵尸——它仍然在做它该做的事:为你而战,为你而死,让你活下去。不管中性粒细胞使用了哪套武器,它都是你最勇猛的战士之一,无论敌人还是你自身,都很有理由怕它。[4]

巨噬细胞和中性粒细胞,还和免疫系统的其他成员一起承担着另一项重要工作,下一章我们就细讲这个,因为它对人体的防御至关重要。它们负责引发炎症,这个过程对人体的防御和健康意义重大,值得我们进一步了解。所以,在重新讲回战场和你的免疫部队之前,我们先岔开一笔,了解一下免疫系统在战斗中使用的几种既有趣又重要的机制。

[1]你有没有想过皮肤下有大量的染料为什么会没事?要知道一般而言,免疫系统是不喜欢身体里有任何异物或是不速之客的。可文身时用快速移动的针头刺入皮肤的第二层,却可以让染料注入皮下,在那里保留多年。身体可不喜欢皮肤下面有染料,不过如果文身师在你身上戳刺大作时手法到位,也不会对身体有很大危害。尽管如此,面对此种侵犯,免疫系统仍然会不高兴。文身之后皮肤会红肿,一些染料颗粒也会被清除。但大部分染料都会留在组织里。这不是因为巨噬细胞没有尽力去消化它们,而是因为这些金属盐染料颗粒都太大了,吞不下去,所以就留下了。足够小的一些染料颗粒就被吞掉了。

巨噬细胞分解细菌和细胞垃圾很厉害,但它们其实无法分解染料,所以只能把染料留在体内。你要是有文身的话,下次看文身时别忘了,它有一部分是困在你的免疫系统里的。而且糟糕的是,如果几年后你发现身上文的汉字原来是“汤”,于是扫兴之至,想把文身去掉,你的免疫系统也会让去除过程非常不易。

常用来去除文身的是一种能穿透皮肤的激光,它会把皮下的染料颗粒加热到一定程度,令其在热的作用下分解得更小。有一些小颗粒会漂走,另一些会被巨噬细胞吞下,而这就会让去除文身很难。因为,尽管含有染料的巨噬细胞某个时刻会死去,但新生的巨噬细胞会把前辈的尸体连同染料一起吞下,而新生代们同样不能分解染料,也只能任由其留在体内。这样一来,文身图案历经多年仍可辨出。随着时间流逝,每一轮细胞更替都会损失一些染料,某些新生的巨噬细胞也可能稍微移动位置。于是,文身会慢慢变淡,边缘也会变得不清晰。

[2]实际上每千克体重就会有10亿中性粒细胞,你可以自己算一下。

[3]中性粒细胞对自己可能造成的附带损害实在是很不上心,有时候巨噬细胞甚至会把受伤的细胞藏起来不让它发现!因为各种各样的原因,比如走路看手机撞到了路牌,体内每天都有一些细胞非自然死亡。通常这些损伤都很轻微,不需要免疫系统做出激烈反应。这些后面我们会再细讲。但死亡的细胞会引来中性粒细胞,中性粒细胞只要发现一个死细胞,就会使得事态升级,造成更大的、不必要的破坏。为了避免这种情况,巨噬细胞就会用身体掩护死细胞,把它藏起来,这样一来中性粒细胞只得困惑地离开。

[4]另一个关于中性粒细胞的小细节是,它们在追击病原体时,常常是成群结队的,和昆虫群遵循同样的数学规律。想象被一群像牛那么大的马蜂追赶的场景,你就能体会细菌在临死之前的悲惨处境了。

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