第3章 中性粒细胞及其产物

第3章 中性粒细胞及其产物

虽然物理性屏障如皮肤可排除许多生物体，但这样的屏障不是不可渗透的，微生物经常侵入机体组织。这些侵入物必须要立即被攻击和破坏，一些是被抗菌肽或补体杀死，但多数是被细胞吞噬的。这种吞噬微生物细菌的过程叫噬菌作用，噬菌作用是整个炎症过程的中心。

机体的防御性细胞是在血液中发现的，在那它们叫白血球（白色的细胞）。哺乳动物的白血球来源于骨髓中的骨髓干细胞（图3-1）。所有不同类型的白血球均来源于骨髓干细胞，包括粒细胞、单核细胞和树突状细胞，并且在机体防御中均很重要。两种类型的白细胞可特异地杀死和吞噬侵入微生物，它们是中性粒细胞和巨噬细胞，起源于普通的干细胞，但看上去很不同并且有着不同的但补充性的作用。中性粒细胞可反应并快速吞噬侵入生物体，但维持这种吞噬作用的时间不长。而巨噬细胞有多种作用，可作为前哨细胞但也能反复发生噬菌作用。这一章节将叙述中性粒细胞的组成及其在炎症反应和先天性免疫中的作用。 白细胞分类

一些白细胞具有充满颗粒的细胞质，这种叫粒细胞（图3-2）。许多这种细胞有小叶构成的不规则的核子，因此描述为“分叶核”（相反单一圆核的是单核细胞）。根据颗粒内容物粒细胞分为三类。内含碱性染料如苏木精的细胞叫嗜碱性细胞，含酸性染料如伊红的是嗜酸性细胞，既不含碱性也不含酸性染料的是中性粒细胞。所有细胞在机体防御中均有重要作用。

中性粒细胞

主要的血液白细胞是多叶核中性粒细胞，另外也称为中性粒细胞（图3-3）。中性粒细胞是在骨髓形成（人每分钟大约形成8百万个），后迁移至血流中，大约12小时后进入组织，几天后死亡。食肉动物白细胞60～75％是中性粒细胞，而马仅大约50％，牛、绵羊、实验性啮齿动物仅20～30％。血液中有两个中性粒细胞储存（pool ）：一个是循环的pool ，另一个是毛细血管中隐藏的细胞pool 。细菌感染过程中，循环的中性粒细胞数量会增加10倍，它们是从骨髓和隐藏pool 中释放的。

结构

悬浮在血液中的中性粒细胞是圆的，直径大约为10-20μm ，因为细胞不能分裂，其颗粒性细胞质

白细胞分类 中性粒细胞 结构 血管粘附的变化 内皮细胞变化 中性粒细胞变化 Intergin 迁移 噬菌作用 活化 趋化性 粘附及调理素作用 摄入 破坏 呼吸爆发 抗菌分子 溶胞酶 肽 溶菌酶 凝集素 铁结合蛋白 表面受体 命运

中央是不规则的腊肠样或多节核（图3-4）。核内染色质是紧密排列且可能为多节形。电子显微镜显示其细胞质中含有两类富含酶的颗粒（图3-5）。初级颗粒含的酶包括髓过氧化物酶，lysozyme，弹性蛋白酶，β-葡萄糖酸苷酶和组织蛋白酶B。次级颗粒含lysozyme，胶原酶和铁结合蛋白乳铁传递蛋白。成熟的中性粒细胞有一小的高尔基体，一些线粒体和几个核糖体或粗糙的内质网。

血管粘附变化

如前指出，中性粒细胞一般是局限在血流中的，因此如果它们要参与微生物侵害的组织防御，就必须要离开血流。正常组织中，中性粒细胞像其他的血细胞一样被血液所携带。在炎症组织它们必须要能结合血管壁，然后通过渗透出血管壁而离开。这样的迁移过程是通过血管内皮细胞和中性粒细胞的变化介导的。

内皮细胞变化

细菌产物如脂多糖（LPS）或损伤组织产生的分子如凝血酶和组胺会引起毛细血管内皮细胞表达一种叫P-选择素（P-selectin，CD62P）的糖蛋白。P-选择素正常是存于颗粒内的，但在细胞受到刺激后几分钟内，它即可移动到颗粒表面。内皮细胞表面的P-选择素与经过的中性粒细胞上表达的蛋白L-选择素（CD62L）的糖类侧链结合。这种结合很短暂，因为中性粒细胞会不断脱去L-选择素，结果中性粒细胞沿内皮细胞表面的运动会逐渐减慢，最后完全停止（图3-6）。

中性粒细胞变化

当中性粒细胞沿内皮细胞表面运动时，粘附的第二阶段开始启动。一种叫血小板活化因子（PAF）的脂类由内皮细胞分泌，可激活运动着的中性粒细胞，结果中性粒细胞会表达蛋白CD11a/CD18或LFA-1。CD11a/CD18是一种粘附性蛋白或integrin，它可紧密地结合到糖蛋白细胞间粘附分子（ICAM-1；CD54）上，此种蛋白是在炎性内皮细胞上表达的（图3-7）。这种紧密的结合可是中性粒细胞完全停止运动并且尽管有血流的冲击，它还是可牢固地粘附在血管壁上。中性粒细胞也可被肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和活化肥大细胞分泌的类脂化合物激活。

附着的中性粒细胞会分泌少量的弹力蛋白酶（elastase）。弹力蛋白酶会从中性粒细胞表面切割下抗粘附蛋白CD43（leukosialin），这会使integrin年更牢固地结合到内皮细胞上。

增加的白细胞－内皮细胞粘附的第三阶段要花费几个小时，并且需要有细胞因子和趋化激素介导。由IL-1或TNF-α活化的内皮细胞可表达E-选择素（CD62E），可更进一步增强中性粒细胞的粘附。IL-1也可诱导内皮细胞产生趋化激素CXCL8，接着也就会吸引更多的中性粒细胞。TNF-α可刺激内皮细胞分泌IL-1，也可促进血管舒张，促凝血活性和血管的形成，并且可增加细胞粘着蛋白的表达和趋化分子的产生。

Integrin

许多细胞表面蛋白可使细胞聚集在一起，其中最重要的是integrin，有几个integrin家族。每一种均是由成对的蛋白链（heterodimers）组成，一条为独特的α链，另一条为普通的β链。例如中性粒细胞上发现由三种β2－integrin是α链，CD11a/CD18，CD11b/CD18，CD11c/CD18。正如前所述，活化的中性粒细胞表达的CD11a/CD18会与毛细血管内皮细胞表达的CD54(ICAM-1)结合。CD11b可将白细胞结合到内皮细胞上，并且是一些补体系统组分的受体（补体受体3，CR3）（第15章）。

迁移

中性粒细胞在粘附到血管壁后会迁移至组织（图3-8），并且会挤入到内皮细胞和基底膜间，因为其是所有血液白细胞中运动性最强，因此是最先到达损伤组织的细胞。

噬菌作用

一旦中性粒细胞到达微生物侵犯和炎症反应部位，即可捕获和破坏外源粒子，通过噬菌作用消除侵入细菌。虽然这是连贯的过程，但噬菌作用也可分成不连续的阶段：活化，趋化，粘附，摄取和消化（图3-9）。

活化

虽然中性粒细胞一直准备攻击和破坏侵入的生物体，在一些环境下，它们会变为活化的，这样当中性粒细胞接收到integrin结合和TNF-α，CXCL8或C5a的刺激两种信号时，会被引发衰退，呼吸爆发和释放弹力蛋白酶，防御素（defensin）和氧化剂。释放的弹力蛋白酶可促进中性粒细胞的粘附，氧化剂可活化组织金属蛋白酶，相应的就会有更多的TNF-α被从巨噬细胞切割，这样TNF-α会吸引更多的中性粒细胞。

趋化性

中性粒细胞的方向性迁移叫趋化性。细菌侵入和组织损伤的结果会产生许多不同的诱引剂，这包括补体活化产生的肽C5a（第15章）；来源于纤维蛋白原的血纤维蛋白原肽B；与防御素有关的天青素（azurocidin），也会产生许多不同的细胞因子（第2章）和脂类如白三烯B4（leukotriene B4）。另外，侵入的细菌也会释放带有甲酰化蛋氨酸基团的肽，它对一些哺乳动物的中性粒细胞由相当的吸引力。

因为趋化激素从微生物侵入部位开始扩散，这样会形成浓度梯度。当中性粒细胞检测到这些分子时，就会朝向最高浓度处－原料资源缓慢移动。细胞会在leading边缘形成发散状态（lamellipodia，板状伪足）趋化诱引剂（chemoattractant）受体分布于整个中性粒细胞表面，但板状伪足lamellipodia的形成是受细胞leading边缘的诱引剂的可选浓度驱动的。

粘附和调理素作用

一旦中性粒细胞遇到细菌，就必须“抓住”它，这不会同时发生，因为体液中的细胞和细菌通常均带有负电荷（zeta potential），会互相排斥。细菌上的电荷要通过用带有正电荷的分子包被来中和，以这样的方式包被细菌并促进噬菌作用的分子叫调理素（opsonim）。这个单词来源于希腊词汇“sauce”（调味的意思），暗示了它们可使细菌相对中性粒细胞变的更“美味”。带电荷的分子有先天性分子，如甘露糖结合凝集素和补体组分，也包括抗体分子（第13章）。

抗体受体介导的噬菌作用(或Ⅰ型噬菌作用)，包含有中性粒细胞上的特异抗体受体的应用（图3-10）。CD32是一种中性粒细胞受体，可结合抗体包被的细菌，这种结合会引发F-肌动蛋白（F-actin）的聚合polymerization，因此富含F-肌动蛋白的加工（板状伪足）会扩大粒子的吞噬。除了中性粒细胞许多类型细胞均发现CD32，作为一种抗体受体，它会结合抗体分子的Fc段（第13章），CD32因此也叫Fc受体（FcR）（有几种不同的Fc受体，它属FcγRⅡ类）。

补体介导的噬菌作用（Ⅱ型噬菌作用）中，粒子进入中性粒细胞中，但无板状伪足形成，这说明其消化过程与抗体介导过程是根本不同的。CD35（或CR1）是补体组分C3b的受体。不仅中性粒细胞，其他的粒细胞、单核细胞、红细胞和B细胞上均有发现。C3b包被的粒子与中性粒细胞上的CD35的结合会引致它们的连接，但这不是引发消化必需的。

获得性免疫的主要蛋白－抗体是最有效的调理素，它可包被细菌，将它们连于吞噬细胞上的受体上，并激起它们的消化。然而如前所指它们是在感染发生后几天才会产生，因此机体要依靠先天的调理素来作用即时保护。