老天爷和祖师爷的礼物
假如，你是免疫系统的总设计师，要把亿万个免疫战士组织起来，在辽阔的战场上，对抗亿万个入侵者，你该如何着手？你出手不能太潇洒，因为你的会计在一旁提醒：身体的能源预算有限，不能浪费。肉山巨大，妖敌众多，该如何排兵布阵，才能最有效而耗费最少？哪些人马放在最前线，哪些作为后备军？如何出动足够的力量，抵挡住敌人的突袭，又不至于一下子出兵太多，过快地累垮自己？你感到头大了。幸好，不必你操心，对所有这些问题，人体免疫系统自己都有出色的答案。
免疫系统由许多子系统和许多层次构成，就像一国军队，分陆海空各个军种，有师团营等各级。具体来说，免疫系统里面有几百个小器官，几个大一点的器官，一个血管和组织构成的网络，几十亿个各有分工的特殊细胞，还有几千亿个自由漂行的特殊蛋白质。我们可以把这些子系统和层次，想象成不同的帝国和王国。它们组成联合战线，保卫家园。
图2.1人体免疫细胞众生相
人的免疫系统分为两大 “帝国” —— “先天免疫系统” 和 “后天免疫系统”。
先天免疫与生俱来，是老天爷给我们的礼物。它很聪明，能即刻分清敌我，而且出手极快，一旦发现入侵之敌，几秒钟就能投入战斗。不过，先天免疫的武器比较一般，可以应对各类敌人，但缺乏针对性，打击力不够强。可以把它想象成一套入门级的工具，具有一切基本功能，但缺乏高级套件里的专用工具。
不过，先天免疫是人体免疫的基本力量，人体中的几百亿个免疫战士，大多属于这个帝国。它们都是硬莽的汉子，冲在第一线，与入侵的敌人面对面肉搏。它们消灭了大多数入侵的微生物，人往往还毫无知觉。如果没有它们，要不了几天或几星期，外来微生物就会把人体灭了。
既然先天免疫是人体的第一道防线，那么除了把兵力投入战斗外，它还得判定：入侵有多危险？来犯的是怎样的敌人？需要用更厉害的武器吗？这些判定极其重要，因为对不同的敌人，比如对细菌或病毒，免疫系统需要作出非常不同的反应。先天免疫系统一面作战，一面收集战地情报。如果根据情报，它觉得敌人的攻势太猛，自己扛不住，就会呼唤和激活人体的第二道防线，一起来参加战斗。
这第二条防线，就是后天免疫系统，也叫适应性免疫系统。在这个王国中，有协调和支持第一道防线的超级细胞，也有制造重型蛋白质武器和“锄奸细胞”的工厂。“锄奸细胞”能猎杀被病毒感染的人体细胞。不过，后天性免疫最主要的特点，是针对性极高。对每一种可能入侵的微生物，不管是目前地球上有的，还是将来会演变出来的，这个系统都了如指掌，对曾经交过手的，更是牢记在心。系统知道它的一切信息，比方说长相、名字、经历、早餐吃了什么、喜欢那种颜色、有什么打算、做过什么梦。同时，系统有专门对付它的武器。这些，听起来是不是太玄乎？没有骗你，后天性免疫系统拥有一座世上最庞大的微生物图书馆。如果你是一个侵入的细菌，对方的战将们熟知你的所有套路，还有一套专门的杀器，用来捣你的死穴，你还有胜算吗？
顾名思义，后天性免疫系统不是先天就有，而是后学的。婴儿呱呱坠地时，他的后天性免疫系统免疫系统像一张白纸，需要经过多年的学习和历练，才能逐步丰富和强大起来。这好比是艺术界里说的，是祖师爷给的礼物，得慢慢地吸收掌握。小时候还没学得多少，年纪大了机能衰退，这两个时期的后天性免疫系统免疫力都差。所以跟青壮年人相比，儿童和老人更容易得病。不过婴儿出生时，会在母亲的奶水里得到一点后天性免疫力，暂时受一些保护。当年欧洲人到美洲新大陆，带去大量传染病，当地的印第安人对其毫无免疫力，于是大批病亡。
“打仗亲兄弟，上阵父子兵”，人体的两大免疫系统尽管各有千秋，却配合得天衣无缝，它们之间的关系深刻而复杂。让我们一步步深入，看看它们的美丽和神奇。
鬼子来了
要了解你的防御系统，就要了解敌情。是谁在攻击你？
大部分入侵的微生物是意外进入你体内的。它们毫无准备，马上就被你刀剑出鞘的防御战士干掉了。你真正的敌人，是一个精英群体，它们已经找到了能化解你防御招数的方法，有些要在你这座肉山里借住一段时间，有些甚至专门来猎杀人类。像麻疹病毒这样的敌人，打定主意要让我们烦不胜烦。结核杆菌可能早在七万年前就赖上了我们，与我们共同进化，目前每年还要杀死大约两百万人。眼下的Covid-19新冠病毒，瞎蒙乱摸发现了人体这块风水宝地，撞了大运，一下子肆虐全球。
一切能够让人生病的入侵者，都被称为 “病原体”。说到病原体，现在主要是指细菌和病毒，不过在发展中国家，一些单细胞的原生动物依然造成疟疾等疾病，每年导致多达 50 万人死亡。病原体有各种各样，免疫系统需要作出不同的反应来清除它们。对任何一种入侵者，往往要用上多种反应和武器系统。所以，本组文章借助这些敌人，以一个个具体的病痛为例，来说明极其复杂的免疫系统。
首先，说说免疫系统需要时刻面对的微生物——细菌。细菌是地球上最古老的生物之一，已经在这个星球上狂欢了数十亿年。它们是最小的生物，形状各式各样。一般来说，如果细胞像人一样大，细菌就如小兔子大小。像你身上的细胞一样，细菌也是单细胞的蛋白质机器人，受各种生物化学反应和自身遗传密码的引导。
图2.2 各种细菌
可不要因为细菌比人体细胞更小、更简单，就以为它们原始哦！其实，细菌已经进化了漫长的时间，足够复杂。它们在地球上非常成功，是生存大师。哪里有营养，哪里就有它们。如果没有，它们甚至能吃辐射物或其他难以消化的东西。细菌充满了你脚下的土壤，遍布办公桌表面，漂浮在空气里，也布满了你正在阅读此文的屏幕表面。有些细菌能在最恶劣的环境中生存，例如在数千英尺深的海底热液喷口，当然它们也乐意呆在更舒服的地方，比如您的眼睑下面。
根据最保守的估计，细菌的质量至少是所有动物总和的十倍。在一克土壤中，有多达五千万个细菌在忙着讨生活。在你嘴里每一克重的牙垢里，它们的数量比目前地球上的人类还多。如果你想鼓励孩子刷牙，就把这告诉他们，不过有可能他们肯刷牙了，却开始做噩梦。
在舒适的环境中，每过20到30分钟，一个细菌可以一分为二，繁殖一次。按照这个速度，大约八小时后，一个细菌将变成一百万个，再过几天，就会有足够多的细菌填满全球的海洋。幸好，这样的算法在现实中行不通，因为营养和空间不够。
细菌无处不在，你全身一直被细菌覆盖，根本无法摆脱它们。人体必须面对这个生活事实，并且充分利用它。没有细菌的生活是不可能的。事实上，大多数细菌不仅对我们无害，而且我们的祖先还跟它们达成了双赢的交易。前面说过，这些与人共生的友好邻居能为我们分解食物，其实还能赶走对我们不友好的细菌。作为回报，它们可以安居在人体里，获得免费的食物。
反之，有很多不友好的病原菌试图侵入你的身体，让你生病，包括各种各样可怕的疾病，从腹泻和各种肠道不适，到肺结核和肺炎，甚至像黑死病、麻风病或梅毒等非常可怕的疾病。 如果你割伤了自己，它们马上就抓住这个机会来感染你的肉体。要知道，在抗生素出现之前，即便是很小的伤口，也可能导致重病甚至死亡。
让我们看看，当一些细菌成功进入你的身体时，会发生些什么！不过 “鬼子们” 要进村，首先得克服一个强大的屏障——要穿过一个 “沙漠王国”。
沙漠王国
这个沙漠王国，就是你的皮肤。皮肤是你的外壳，是一道边界墙，保护你的肉体免受外来微生物的侵害。
有意思的是，这道墙时时刻刻在更新。从皮肤表面往下一毫米，是皮肤底层的工业园区。在那里，皮肤干细胞们不声不响、日夜不停地克隆自己，产生出新的皮肤细胞。在生活过程中，皮肤不断地受到伤害和损耗，需要不断地再生。新细胞一出生，就要离开家，被下面更年轻的细胞向上推，开始它们短而史诗般的旅程。
皮肤细胞越往上走，就越成熟，越有边防老兵的模样。它们开始产生大量的角蛋白，那是一种非常坚韧的蛋白质，用来构成你皮肤、指甲和头发的坚硬部分，好像是拿起了盾牌；它们的缝隙间出现不透水的层状体，好像穿上了软甲；它们长出长长的尖刺，与周围的其他细胞勾连，好像排成了密集的士兵方阵。当接近表面时，它们开始完成最后的使命——死亡。它们变得更扁平、更大，更紧密地粘在一起，直到融合成不可分割的团块。然后，它们自我脱水而死，掉落于尘埃。 “长江后浪推前浪，前浪死在沙滩上”。根据年龄不同，你的外表皮肤在30 到 50 天内会重换一次，每一秒你都会脱落大约四万个死皮细胞。
在你的身体里，细胞自杀是常有的事，每秒钟约有一百万个细胞受控自杀，自杀方式通常很得体，让它们的尸体易于清理。皮肤细胞却不同，它们的尸体非常有用，甚至可以说，它们出生的目的，就是要排列整齐，死在正确的地方。 皮肤上面有多达50层的死细胞，融合在一起，形成覆盖全身的完美外套。当你洗完澡，往镜子瞥一眼自己时，不管你是细皮嫩肉，还是皮糙肉厚，你所看到的其实是一层薄薄的死亡之膜，覆盖在你活的肉体之外。
说皮肤是 “死亡之膜”，还有另一个含义。对人体外的微生物来说，皮肤就像地狱一样。皮肤有许多防御措施，比如，它里面充满了一种叫 “防御素” 的天然抗生素，能够杀死细菌。 天热时，皮肤上的汗腺口大量出汗，除了使你凉爽，也将大量的盐分送到表面，使你的皮肤变得很咸，细菌非常不喜欢。汗液中也含有多种天然抗生素。在细菌看来，这是一片又干又咸的沙漠，还布满了喷出有毒液体的间歇泉，如果黄石公园里寸草不生，走几步就是一个硫磺大喷泉，你愿意去吗？
图2.3 皮肤细胞
汗液和其他物质混合起来，在皮肤上形成一层精细的酸膜，酸性不太强，不会伤害到你，却让细菌们难受。想象一下，如果你的床上洒满了汽车电池里的酸液，你睡在上面，可能会熬过一夜，但肯定会被灼伤。这一点细菌与你感同身受。或许有的细菌适应了皮肤上的酸性环境，然后有机会侵入人体，进入血液，没想血液却呈碱性，细菌仿佛从烫水里一下跳到冰水里，实在受不了。即便有些细菌小强排除万难，在这片荒芜而有毒的沙漠上安下家来，开始蚕食死皮细胞。没吃几口，脚下的 “地皮” 突然晃动起来，继而飞了出去。“皮之不存，毛将焉附”？细菌小强们前功尽弃，随着脱落的死皮细胞飘入虚空。
皮肤上的环境如此不爽，细菌是否全都退避三舍了？你小瞧它们了。微观世界里的一切空间，不管宜居不宜居，对细菌而言，都是免费的房地产。其实，你的皮肤是欢迎某些细菌来做客的。除了你的肠子，皮肤是你身体上细菌第二多的地方。一个健康人的皮肤上可以容纳近40 种不同的细菌。你皮肤的不同区域，比如腋窝、手、脸和臀部，有截然不同的环境，各自有特定的气候和温度，于是有不同的客人入住。平均来说，你每平方厘米的皮肤上大约有五十万个友好细菌，你的 “外部” 总共有大约 100 亿个。想到这些细菌布满全身，你可能会头皮发麻。然而，你需要它们！
可以把这些细菌想象成一些野蛮部落。你的身体筑起了一道巨大的边界墙，并邀请了这些蛮族在大墙的门前扎营定居。 它们如果尊重边界，就可以享受免费的空间和资源。只要维持平衡，墙内的臣民和墙外的部落就能和谐相处，甚至共生。如果城墙有破损，野蛮人试图混进城来，免疫系统的士兵就会毫不留情地杀死它们。人成年后，皮肤上微生物的组成会一直保持相对的稳定。这数十亿的细菌为你做了什么？ 主要是它们占用了空间，消耗了可用资源，不让坏细菌挤进来。有趣的是，这些细菌客人还能通过奇妙的方式，与墙内的免疫细胞交流互动，譬如告诉免疫细胞应该产生哪些毒素，喷出去驱赶墙外的不速之客。
尽管有这些出色的防御措施，沙漠王国依然有可能被攻破。皮肤细胞很坚强，但外面的世界更强，有无数的病原体冒险家在等待机会，随时想闯入你的身体。好吧，让我们弄破你的皮肤，来见证一下，你的免疫系统是如何战斗的。
边境鏖战
一个夏日，你漫步在树林里。天气又湿又热，你不愿穿那厚厚的野地防护靴，只着了一双轻软的鞋子。爬山时，你突然感到脚上一阵剧痛。往下看，发现自己踩到了一块烂木板。那木板曾被钉在树上作路标，上面有一根生锈的长钉子。钉子刺穿了你的鞋底，你把它拔出来，心里一阵抱怨：大自然真不友好，到处有陷阱，自己也忒粗心，碰上这倒霉事。不过还好，没有太疼。你坐下，脱了鞋袜看脚，伤不重，稍微流了点血。于是你一面咕噜着，一面继续远足。
此时，你的细胞们却有着完全不同的体验。 钉子穿透你的鞋子时，尖端刺进了你的大脚趾，撕裂了皮肤。细胞们本来岁月静好，突然间，它们的世界爆炸了，一颗大型金属流星从天而降，在世上撕开了一个大洞。 更糟糕的是，这颗 “扫帚星” 上污垢重重，盖满了细菌。这些细菌突然发现，自己穿过了原本无法透过的皮肤边界墙。这里可比土中好太多了！ 有食物，有水，温暖舒适，周围都是些软弱无助的细胞，像小孩一样好欺负。它们立即钻到细胞间的空穴中，猛吃营养物，再也不肯离开。除了土壤细菌，你皮肤表面和潮湿袜子里的细菌也加入了 “淘金潮”。眼前突然出现一个天堂，干嘛不进去碰碰运气？对细菌们来说，这是多么美好而幸运的一天哪！
然而，你的身体绝不同意这种说法。数十万平民细胞被突然从天空坠落的异物撕裂而死，还有无数的细胞受伤受难。与人间发生灾难时一样，细胞老百姓们惊恐地尖叫着，向外面发送警报和恐慌信息，希望被救助者接收到。 这些恐慌信号、加上死细胞的内脏、还有成千上万细菌发出的恶臭，被带入了周围组织。紧急警报拉响了。
图2.4 钉子伤口
你的先天免疫系统立即做出反应。一些哨兵细胞最先出现。它们原本在领地各处平静地巡逻，事故发生后，它们被现场的尖叫声和飞出的碎屑吸引，迅速向事故点靠拢。这些细胞被称为 “巨噬细胞”，是你身体里最大的免疫细胞。如果一个普通细胞像人大小，那么巨噬细胞就有一头黑犀牛那么大，也像黑犀牛一样不好惹。它们的目的，是吞噬死的细胞和活的敌人，协调防御，并帮助治愈伤口。这些都是十万火急的工作，因为细菌们正在迅速增殖，它们铁了心要入侵。在它们建立滩头阵地之前，需要迅速制止它们。
现场的混乱，使巨噬细胞陷入狂怒。转眼之间，它们已开始与细菌交战，用身体猛烈撞向它们， 象一头巨大的犀牛，试图将惊慌失措的兔子踩死。兔子们不想被踩死，试图逃开，但是它们跑不了，因为巨噬细胞能够把自身的一部分伸展出去，有点像章鱼的腕臂，抓向细菌气味飘来的方向。细菌一旦被抓住，就死定了。 巨噬细胞的抓力太强，抵抗是徒劳的。它把倒霉的细菌拉过去囫囵吞掉，然后活生生地消化了它。
尽管巨噬细胞效率高，能力强，但是伤口的暴露面太大。当巨噬细胞一个接一个地吞噬敌人时，它们知道这样做最多只能减缓入侵，而不能阻止它。于是它们开始呼救，发出紧急警报信号，并开始为即将到来的增援做准备。幸运的是，增援部队正在开来。 血液中无数的 “中性粒细胞” 听到了求救的呼声，闻到了死亡的气息，立刻开始行动。在感染部位，它们离开血管，进入战场。就像巨噬细胞一样，活力满满，却也是坏脾气。它们本来是冷面客，被警报激活后，一下子变成了杀戮狂。
中性粒细胞开始捕猎和吞噬整个的细菌。不过，它们不太关心周围的环境，因为它们的时间很紧，一旦被激活，几小时后就会 “过劳死”，于是它们拼命战斗，有时武器挥过了头，不仅杀死了敌人，也伤害了理应保护的组织。 然而，这些附带的伤害不是它们关心的问题，因为细菌在体内传播的危险太严重，不能太多考虑平民了。在战斗中，中性粒细胞甚至会自我牺牲，其中一些会自我爆炸，向四周撒出有毒性化学物质的大网，用来封锁战场、诱捕和杀死细菌，使它们更难逃离和躲藏。
现在回到人的世界。你走了一段路，再次坐下来看伤口。小伤口的表面已经闭合，被一层带碎片的薄膜覆盖着。皮肤破裂后，数以百万计的特殊细胞从血液中涌入现场，它们叫 “血小板”，是闭合伤口的急救工作者。它们产生一种巨大的粘性网，把自己和不幸流出血管的红细胞聚集在一起，在边界上造起一道紧急屏障，可以快速止血，并堵住更多的入侵者，也让新鲜的皮肤细胞能慢慢长出来，补上那个大破洞。
总的来说，你感到脚趾有点疼、发胀发热。 这确实很烦人，但是你觉得这没什么大不了的，走起来有点瘸而已，于是你站起来，继续走路。你不知道的是，那轻微的肿胀，其实是您免疫系统一个有目的的反应。在感染部位战斗，免疫细胞们开启了一个关键的防御过程——炎症。
发炎时，免疫系统命令你的血管打开，让温暖的血浆流入战场，如同水坝向山谷开闸放水。 这有几个作用：首先，浆液刺激和挤压了灾区的神经细胞。它们原本已经不爽，这下更是雪上加霜，于是大发怨言，向大脑送去疼痛信号，让人意识到出了问题，身体受了伤害。其次，炎症引起的液体涌入，将一个无声的杀手带入了战区。只见许多细菌一下被惊呆，接着开始抽搐，体表神秘地出现了许多小伤口，内部的组织渗出，很快就呜呼哀哉了。 这个沉默的杀手是谁？这里暂且不表。
随着战斗愈打愈烈，越来越多的细菌被杀死，第一梯队的免疫士兵也在死亡。 他们已经付出了全部，于是长眠了。 数以百万计的细胞战士继续涌入，前赴后继，在战死之前尽可能多地杀敌。事件走到了一个十字路口，可能向不同的方面发展。在多数情况下，如果战斗进展顺利，损害就到此为止，所有细菌都被杀死，免疫系统开始帮助平民细胞愈合。这毕竟只是一个小小的伤口，你常常经受的，没什么大不了。
然而，这次事情不顺利，入侵者中有一种病原体，是一种厉害的土壤细菌，能够应付免疫系统的反应。 细菌是生物，会随机应变。这些土壤细菌就是如此猾头，拆了先天免疫系统不少的招数，于是迅速繁殖开来。先天免疫系统全力以赴，也只能压住它们的攻击势头。
这时，另一种免疫细胞做出了一个重大决定。灾难降临后，它们一直待在后台，静悄悄地观察事态的发展。 现在，在灾难发生和感染开始数小时后，它们大显身手的时刻终于到来了。
它们叫 “树突状细胞”，是免疫系统能干的的信使和情报官，驻扎在边境王国的每一个要塞。灾难发生后，它们被混乱和恐慌所震撼，开始收集战场样本。跟巨噬细胞相似，树突状细胞有长长的触手，可以捉住入侵者，将其撕成碎片。不过目的不是吞掉它们，而是在它们的尸体上提取样本，以后可以向免疫系统中心展示。经过几个小时的采样后，树突状细胞离开战场，移向免疫系统中心，要在那里做进一步求助。 它们大约需要花费一天的时间，才能到达目的地。当它们找到汇报对象时，一头沉睡的猛兽将被唤醒，“鬼門关” 将要大开。
好了，我们已经简短地跟你第一道防线的勇士们见了面，它们是巨噬细胞、中性粒细胞和树突状细胞。实际上，它们的本事还不止这些！另外还有那一队神秘的杀手，于无形间灭了入侵者。我们对它们还一无所知呢！
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