EP2.當病毒進入人體之後,人體到底是怎麼對抗的?

更新於 發佈於 閱讀時間約 7 分鐘
在如今的後疫情時代,我決定將人體對於病毒的防衛機制先來探討一下,畢竟大部分的人還是對於Covid有著一定的疑問,所以本篇將會從病毒一進入人體的第一個步驟開始剖析,也是先談到Innate Immunity才會進入到後天免疫的部分。
COVID-19圖片
在我們的身體中,各式各樣的機制都有一個觸發的機制,上一篇提到的Complement system主要是針對細菌的部分,因為細菌細胞壁的特殊性,讓我們可以很好的辨認跟處理。相反的,病毒嚴格上來說並不是生物,因為他在沒有接觸到宿主以前都沒有任何的生物機能,至此,人類的免疫系統發現病毒感染的速度遠比細菌感染慢非常多。
當病毒進入到身體之後,第一個步驟就是感染細胞,講到這邊很多人可能會很驚訝,蛤? 什麼? 我們一定要被病毒感染嗎? 答案是肯定的,所有病毒只要進入人體100%都會先進入細胞造成感染,這是因為人體所有的細胞都有被感染的可能性,所以所有的細胞都有製造一種激素Cytokine的能力,而那個Cytokine的名稱叫做Type 1 Interferons (第一型細胞干擾素) 製造的過程我會貼在下圖,有興趣的讀者們可以去研究看看。
Type 1 Interferon的製造方式,這些interferon的受器永遠都在細胞表面上,直到病毒感染後製造出來的元素會跑到表面連接在受器上
這些Type 1 Interferons中有兩個是最重要的,IFN(interferon的縮寫)α和IFN-β而這些干擾素主要有兩個作用:
  1. 阻撓病毒在細胞中的複製。當IFN連接到被感染細胞的受器之後,會在細胞核中啟動一系列的影響,最有影響力的是透過抑制蛋白酶,讓病毒的蛋白無法被複製,抑制病毒的傳播
  2. 改變細胞的受器,使被感染的細胞被免疫系統殺死。這是IFN在先天免疫佔據最重要的一個部分,凸顯表面的受器來吸引自然殺手細胞Natural Killer Cell,簡稱NK (下面會提到),讓自己被消滅。
IFN的功用
在介紹NK之前,先來介紹另外一個細胞:漿細胞樣樹突狀細胞plasmacytoid dendritic cells,雖然他也是一種樹突狀細胞,但是跟之後會提到的Demtritic Cells有著完全不一樣的功能,這邊只要知道Plasmacytoid dendritic cells可以製造比一般細胞多將近1000倍的IFN,並且在淋巴以及血液中循環,防止病毒感染散播到全身。
Plasmacytoid Dendritic Cell
接下來講到偉大的NK cell,雖然是由淋巴細胞common Lymphoid Progenitor路徑分化而來,但其實是歸類在先天免疫當中的,是我們第一線對抗病毒感染細胞的武器,沒有之一。 (NK也是我們人體癌症/細胞增生Hyperplasia很重要的攻擊武器之一) 自然殺手細胞顧名思義,天生下來只有一個作用:殺死敵人。
Natural Killer Cells released from the bone narrow and ready to kill.
NK細胞+卡通圖
針對病毒感染,NK有兩個重要的任務:
  1. 殺死被病毒感染的細胞。 藉由殺死被病毒寄生的細胞的犧牲,阻止病毒複製,從而阻止其傳播到鄰近細胞。
  2. 維持,甚至提高發炎反應,透過釋放更多的發炎激素,讓巨噬細胞Macrophane(在講細菌感染跟後天免疫的時候會提到)釋放更強的發炎激素並且吞噬病毒。
IFN NK細胞之間在病毒感染的第一時間作用。右邊紅線T cell為後天免疫,需要訓練及學習
在沒有病毒感染的時候,大約有1億個NK在全身循環著,他們裝滿著毒藥。為了避免他們傷害健康的細胞,NK被設計必須在與細胞非常緊密的連結之下才可以釋放這些毒素,另一個防禦機制為 :他們必須連接2個以上的細胞受器才會啟動反應,不會經由一個受器就觸發。這兩個設計讓他們無法單獨啟動反應殺死健康的細胞,也加強了辨認受感染細胞的準確度。
而當NK接近感染的細胞後 (透過被IFNα&β吸引),會有幾個步驟發生
  1. NK進行細胞分裂Mitosis
  2. 分裂後的NK細胞切換至毒殺模式effector cytotoxic NK cell
  3. 持續分泌訊號,如遇到健康的細胞則會略過
  4. 第四點比較複雜,當NK透過兩個以上的受器(例如:CR3+LFA-1)連接在細胞表面後,很多資訊會在兩個細胞之間交流,這被稱之為NK-cell Synapse,這些資訊的用處可以被理解為激活/不激活,當激活的細胞主導這些資訊,NK將會透過Apoptosis(細胞凋亡:讓細胞內部瓦解斷裂,使細胞萎縮死亡,也稱之為良性死亡;比對細胞壞死:細胞撐死並且爆開釋放出所有的細菌跟病毒)殺死細胞。 這也解釋了為什麼惡性腫瘤可以逃過NK的毒殺,因為他們會分泌不激活的訊號給NK。
NK激活的示意圖
為了吸引更多的NK細胞以及產生更多的發炎反應(對,人體除了很多發炎反應還有更多,之後會開一章詳細講發炎反應的部分),巨噬細胞Macrophage在吞噬這些病毒之後體內會產生化學變化,釋放更多的發炎訊號,其中對NK有作用的為IL-12.IL-15 (Interleuken白細胞介素,這裡稍微提到,不細講),他們使兩個細胞連接,Macrophage增強NK,NK也釋放IFN-γ(gamma)增強巨噬細胞的反應,形成一個正迴路,並在感染被清除之後迴路消失。
這邊很多激素都很複雜,各位讀者只要知道兩個細胞互相作用,形成正回饋互相增強即可。
對於病毒的先天免疫,最後一步為與樹突狀細胞Dendritic cell(Dc)(與上面的漿細胞樣樹突狀細胞不一樣) 互相溝通,而樹突狀細胞最大的功用在於喚醒後天免疫Adaptive Immunity,但在進入後天免疫之前,他們仍然有些事情要做! 以下為三種途徑:
  • NK細胞找到樹突狀細胞,樹突狀細胞激活NK的細胞分裂,並增強殺傷能力
  • (若NK細胞的數量多於樹突狀細胞,代表感染已經順利清除)NK細胞將會殺死樹突狀細胞,避免引發更強烈的免疫反應
  • (若吸引的樹突狀細胞多於NK細胞,代表感染持續進行,先天免疫反應無法處理病毒感染) 這時樹突狀細胞將會在表面呈現抗原,並跑到淋巴啟動後天免疫反應。
NK遇到Dc的3種途徑
總結來說:
  • 病毒進入身體之後,進入細胞開始繁殖
  • 被寄生的細胞產生Type 1 IFN(αβ) 吸引免疫細胞,並阻斷細胞複製反應
  • NK細胞被IFN吸引過來,轉化為Effector cytotoxic NK cell並開始殺死被寄生者
  • 巨噬細胞看到感染後,參與並加強NK以及發炎反應
  • NK找到樹突狀細胞加強細胞分裂並且活化
最終的病毒免疫反應則有兩種
  • 病毒感染的細胞被全數殺死,NK殺死樹突狀細胞阻止後續免疫反應,被殺死的空位等待細胞修補及再生
  • 病毒繼續散播,先天反應無法解決病毒,後天免疫將在活化後參與人體免疫
這一期的病毒感染不知道大家是不是還了解? 內容有一點小複雜,我已經盡量精簡並且刪去很多複雜的活化過程,希望大家都能了解!
若是有什麼問題歡迎留言提問或是追蹤IG直接私密我~ 謝謝大家
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本人想從新手入門的方式 (白血球是什麼? 他們有什麼分類?),一步步談到更深一層的研究文章 (例如:在COVID入侵人體之後,免疫系統是怎麼應對的?)我也會夾雜著英文讓大家了解看看! 由於是希望看完的大家有基礎的免疫學知識,所以不會講到很多更專業的 例如:受器的基因rearrangement,發炎介質的製造啟動方式。
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大家好!本人想從新手入門的方式 (白血球是什麼? 他們有什麼分類?),一步步談到更深一層的研究文章 (例如:在COVID入侵人體之後,免疫系統是怎麼應對的?)我也會夾雜著英文讓大家了解看看! 由於是希望看完的大家有基礎的免疫學知識,所以不會講到很多更專業的 例如:受器的基因rearrangement
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