战斗细胞：人体免疫系统奇妙之旅

作者简介

◎ 作者简介 菲利普·德特玛（Philipp Dettmer），信息设计师，后工业时代终身自我教育达人，自2013年起创立并主理网络知识节目“简而言之”（Kurzgesagt—In a Nutschell），如今已有近2000万订阅户，总播放量超20亿次。 ◎ 译者简介 李超群，英国利兹大学应用翻译专业硕士，华中科技大学同济医学院本科毕业，曾任英语教师、杂志编辑，现为自由译者，译有《饮食的迷思》《显微镜下的室友》《大流行病》等。

内容简介

皮肤包裹着身体内部，覆盖了几乎所有你认为是体表的地方。它和身体各部分所面对的世界都有最直接的接触。这样一来，皮肤也必须成为绝佳的屏障，来阻挡所有试图入侵的微生物。另外，在一生中，皮肤会不断地受到损伤，因此需要持续地再生。幸运的是，这些任务对皮肤这片荒漠之国来说都不在话下。它有一些巧妙的防御策略，入侵者几乎无法破解。首先皮肤细胞会不停地死去。你可以想象它们是一条死亡传送带，而不是一道铜墙铁壁。要理解个中情形，我们得深入皮肤的底层，这个皮肤细胞发源和生长的地方。 皮肤是从约 1 毫米深的“基底层”开始生长的。这里是皮肤合成工厂的所在地。基底层的干细胞什么都不干，只顾闷头增殖，它们夜以继日地自我克隆，产生的新生细胞再踏上从内部到表层的旅程。 这里产生的新细胞很特殊，因为它们担负着艰巨的任务。皮肤要很坚韧（不是比喻性说法），因此皮肤细胞会生成大量的角[质化]蛋白，这种蛋白质强度很高，是皮肤表层、指甲和毛发的组成部分。皮肤细胞是一群强硬的家伙，因为含有特殊蛋白质，所以很难被攻破。 新的皮肤细胞一出生就要离开家门。皮肤干细胞不停增殖，新生代不断推动旧细胞朝表层移动。因此皮肤细胞是一直被下层的新生细胞推动着的。越靠近表面，就越要准备好承担防御的职责。皮肤细胞在发育成熟的过程中，会形成长长的突起，借此与周围的细胞连锁在一起，形成一道牢不可破的坚固屏障。随后皮肤细胞会制造出“板层小体”，这是一种囊泡样结构，可以分泌脂质，在细胞上和细胞间的微小空隙中，覆盖上防水、防渗的“膜衣”。 这层膜有三项作用 ：形成另一重难以穿越的物理屏障 ；便于后续处理死去的皮肤细胞 ；富含名为“防御素”的天然抗体，有直接杀菌的功能。在短短 1 毫米的神奇旅程中，皮肤细胞就从一无所知的婴儿成长为了训练有素的卫士。 在向表层不断迁移的过程中，皮肤细胞会开始准备迎接它们的终极使命 ：死亡。细胞会变平、膨大，更紧地粘在一起，直至融合成不可分割的一团，最后脱水并死去。 人体内的细胞自然死亡很常见，每秒钟就有至少 100 万细胞正经历着某种形式的程序性死亡。通常，细胞自然死亡后，其残骸会很好清理。不过死去的皮肤细胞还能派上大用场。你甚至可以说，皮肤细胞活着就是为了在合适的地方变成齐整的尸体。融合后的死亡皮肤细胞会被不断推向表层。足足有 50 层死细胞叠在一起，形成皮肤那“死去”的表层，覆盖整个身体。 所以你照镜子的时候，看到的其实是薄薄的一层死细胞，覆盖着身体活着的部分。死皮会随着磨耗和损伤不断脱落，并不断被从深层胞产生。 它们的作用？ 扎洞。 你可以把它想象成专门针对细菌、 真菌等特定入侵者的小小干细胞生发而来的新细胞代替。根据年龄的不同，皮肤细胞全部翻新需要 30 到 50 天。人体每秒会脱落约 4 万个死皮细胞。人体的外层屏障在不停地经历生发、涌现和丢弃的过程。想想这道防线有多聪明，多神奇。“边境之国”皮肤的屏障层，不仅仅会被不停地更替和修复，它在向上迁移时，也会被裹上一层脂质的天然被动“抗生素”。此外，就算敌人成功安家，开始吃死皮细胞，它们也会随死细胞一起不停地脱落，要想在皮肤表面立足是难上加难。 （本书第 3 部分会详细讨论病毒。 不过既然这里讲到了， 我们应该提一下 ： 皮肤的构造使得它对病毒几乎免疫。 因为病毒这种微小的寄生体只能感染活细胞， 而皮肤表层只有死细胞， 没什么可被病毒感染的。 只有极少数病毒演化出了一些办法可以感染皮肤。 因此细菌和真菌造成的麻烦会更大。） 天热的时候，人会大量流汗，在给人降温的同时，也把大量盐分带到体表。大部分盐分会被重新吸收，不过还有一些会留在皮肤上，这样一来，皮肤表面就变成了一片盐碱地，而许多微生物不喜欢这种环境。要是这还不够，那汗液中还有更多的天然抗生素，也能被动杀灭细菌。 所以，皮肤是在想方设法让自己变成阴曹地府。在细菌看来，这是一片干燥的盐碱荒漠，上面遍布着能喷出毒液把敌人冲走的间歇泉。 这还不够，皮肤还有一重被动防御。皮肤的表面覆盖着一层非常薄的酸性膜，叫“酸罩”，它由汗液和皮下腺体的分泌物混合而成。酸罩的酸性并不太强，不会损伤身体，它只是使得皮肤的 pH 值微微小于 7，呈弱酸性，这样很多微生物就不喜欢了。想象一下你在洒满了电池酸液的床上睡觉。你很可能不会死，但会被灼伤，你也不会喜欢这种处境。细菌也是这么觉得的。 酸罩还有一重了不起的被动防御作用，主要针对细菌 ：体表和内部 pH 是有差别的。如果某细菌适应了体表的酸性环境，并通过适当的机会（比如开放性伤口）进入了血液，那么它将马上面临挑战 ：血液的 pH 要高一些。细菌会发现自己突然置身于不适应的环境当中，且留给它去适应的时间也很少，这对一些菌种来说可是个大麻烦。 好，我们现在知道，皮肤就是一片被酸、盐和防御素覆盖着的荒漠，“地表”就是死细胞的坟场，不幸落到上面的微生物会随着死细胞不停地脱落。听到这里，你可能会觉得细菌无法在皮肤上生存。事实远非如此。在浩瀚的微生物世界里，就没有不适合居住的地方。不管条件多恶劣，处处都是好家园。但人体也正利用了这一点，进一步加强了防守。肠道几乎是专为受邀前来的细菌而打造，并被后者统治着。在肠道之后，皮肤表面是微生物数量第二庞大的地方，这些微生物虽然不是你本身，但也是真正受欢迎的客人。健康人的皮肤上生活着多达40 种微生物，而不同位置的皮肤也有独特的气候和温度，形成了迥异的环境。腋窝、手、脸和屁股这些位置都很不一样，生活的微生物种类都不同。总体而言，每平方厘米的体表平均生活着 100 万细菌。此刻你的体表总共就生活着 100 亿有益的细菌。你可能不愿意想这一点，但你很需要它们！ 皮肤表面的细菌就像一群“门口的野蛮人”。皮肤筑起高高的城墙，邀请细菌部落在城外安家。尊重边境的细菌可以在这片土地上生活，享用免费的资源和空间。只要维持平衡，皮肤这片“边境之国”和细菌的各个“部落”不但能和谐共处，甚至还会合作共生。如果皮肤因受伤而破损，于是这些细菌想要侵入体内，免疫系统的士兵就会毫不留情地攻击、消灭它们。那么，这百亿细菌对人有什么好处呢？最主要的就是把位置占住 ：要强占有住户的房子，就要难上很多了。 皮肤上的“微生物组”对自己的居住环境很满意，可不想和陌生人分享。它们不光利用资源，占据地方，它们还会和边境部队以及体内的免疫细胞互相沟通、直接互动，起到调节后两者的作用。比如，有些细菌卫士能产生消灭有害的不速之客的物质。它们甚至能调节皮肤之下的免疫细胞，告诉免疫细胞要生产哪些抗菌物质、生产多少。 成年后，人体皮肤表面微生物的组成就相对稳定了，余生都不会有大的变化，这也意味着对细菌部落和人体来说，找到平衡、和平相处对双方都有利。双方都想维护这份约定。科学家们现在还没完全弄清楚细菌和人体怎样达成的一致，免疫系统怎样决定哪些细菌可以住下，细菌又是怎样对免疫系统表明自己意图的。不过我们知道双方确实有这样的关系，而且这种关系很重要。 哪怕拥有这层层的杰出防护，国家仍然可能被攻破。皮肤细胞是很强硬，但外面的世界更强硬。只要有机会，总有细菌要碰碰运气。下面我们就来看看，免疫系统是怎样出击的。 在讲故事之前，我必须指出 ：我们会用理想化的方式来讲述感染和免疫反应。理想状况下，事情是一步步、有条不紊地发生的，免疫应答是层层升级的，每一层都明确地由上一层的应答所激发。但你得记住 ：现实情况复杂得多。我们会做出简化，不牵涉太多细节，好让后面的讲述直接明了。好，这一点讲明白了，现在就让我们化身细菌，破坏你的皮肤防线，向免疫系统宣战！ 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。 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。（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。） 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。 火爆10年的短视频栏目全面集成与拓展 作者创立并主理Kurzgesagt—In a Nutshell（简而言之）栏目，用电脑风格的动画和绘图介绍种种科普内容，2013年年至今发布视频逾160条，在YouTube积累了近2000万订阅者，总播放量超20亿次，单条视频最高播放量近9000万！本书正是其中的主体部块免疫、微生物学内容的全方位集成和拓展。 日常生活中讲解免疫系统的抗病原理 感冒高热，发炎红肿，误碰毒物，细胞恶变……是免疫系统带着它的数万亿细胞苦战和坚守，让这些日常的健康波折没有成为致命灾害，让我们不会分分钟死掉。如此重要的人体系统，我们怎能不去多做了解，助力它更好地发挥作用？本书就是实现这一目标的好途径之一。 时髦、突出的视觉风格 凸显电脑图形风（CG）的设计，是“简而言之”节目也是本书的突出视觉特色。本书的五十幅左右配图足以令人爱不释手，信息呈现时髦又清晰。 通俗俏皮，可爱的大实话 本书的文风特色则是“亲切易懂”，用大量恰切的比喻帮读者轻松理解复杂的免疫学：普通体细胞是平民，免疫细胞是各种专门士兵，肠道有益菌是可爱小兔子，抗体是小龙虾……脚注中的吐槽更是本书一大特色，让你领略正文里无处安放的文身失败奇遇、ACG内部梗和对免疫学家命名的不满…… 新时代终身学习楷模；他可以，你也可以 德国信息设计师，因学习项目的偶然机会和自身的身体剧变——当然最终是因为对世界的强烈好奇——结识并热爱上了免疫领域，十数年间不断学习，成为广受欢迎的英语科普传播者。所涉内容不仅包括免疫、微生物学，更有天文学、核物理、宏观经济与人口、哲学……不一而足。知识能武装自己，也能帮助别人。他可以，你也可以。