5.4.2 电离辐射对免疫系统的作用
免疫系统在生物体内具有十分重要的作用，电离辐射对免疫系统的效应受到生物医学界的高度重视。为了深入理解免疫系统的辐射效应，必须掌握有关免疫系统的组成和调节及其不同成分的相对放射敏感性。
5.4.2.1 免疫系统的组成
免疫系统包括免疫器官（组织）、免疫细胞和体液性免疫因子。免疫器官分为中枢免疫器官和外周免疫器官两大类，前者包括骨髓和胸腺，后者有脾脏、淋巴结、扁桃体和其他淋巴组织。体液性免疫因子为免疫细胞的产物，如抗体、补体及各种调节因子。这些器官、细胞和体液因子在完整机体内相互联系，彼此影响，共同发挥免疫功能，如图5.13所示。
图5.13 免疫系统解剖示意图
（1）中枢免疫器官
来自造血组织的淋巴细胞在中枢淋巴器官内发育成熟为抗原特异性的淋巴细胞，称为免疫活性细胞（immunocompetent cell）。
①骨髓。
骨髓是造血干细胞进行自我更新及分化发育的部位，也是B淋巴细胞成熟之处。造血干细胞分化为各种细胞系，如红细胞系、巨核细胞系、粒细胞系、单核细胞系和淋巴细胞系。造血干细胞表达CD34和干细胞抗原-1两种特异性标志分子。骨髓基质细胞和巨噬细胞可产生集落刺激因子，以刺激骨髓前体细胞增殖和成熟。骨髓中还有大量浆细胞，它们来自外周淋巴组织中经抗原刺激后的B淋巴细胞，可在骨髓中持续产生抗体。
②胸腺。
胸腺是T淋巴细胞成熟的场所，淋巴干细胞进入胸腺后在胸腺激素和微环境的作用下，发生复杂的基因调控，使胸腺发生表型和功能变化。胸腺内有各种不同发育阶段的T淋巴细胞，未成熟T淋巴细胞通过血管进入胸腺皮质，在此成熟移至髓质，只有成熟的T淋巴细胞离开胸腺，通过血液流到外周淋巴组织。
（2）外周免疫器官
外周淋巴器官所独有的、明确的功能是启动免疫应答。
①脾脏。
脾脏是全身最大的淋巴器官。脾脏是血液滤过的重要器官，抗原和淋巴细胞通过血管窦进入脾脏，在趋化因子的作用下，T淋巴细胞移至靠近动脉的T淋巴细胞区，而B淋巴细胞进入滤泡。红髓的巨噬细胞清除血液中的微生物和其他颗粒，同时脾脏也是吞噬微生物的主要场所。
②淋巴结。
每个淋巴结包括外层的皮质和中央的髓质，T、B淋巴细胞离开血液循环进入淋巴结，各自到达皮质的T淋巴细胞和B淋巴细胞区。淋巴结分布于全身各处，经过网状结构的过滤，其流出的淋巴液最后汇集于胸导管，再进入全身血液循环。巨噬细胞、树突状细胞、淋巴细胞和粒细胞缓慢通过淋巴结。在此巨噬细胞和树突状细胞可吞饮和处理由组织液中进入的抗原物质。
③皮肤相关淋巴组织。
皮肤是机体和外环境之间的物质屏障，皮肤免疫系统由角质细胞、黑色素细胞、表皮朗格汉斯细胞和表皮内T淋巴细胞组成。该系统参与局部免疫和炎症反应。
④黏膜相关淋巴组织。
黏膜上皮是内外环境的屏障，是微生物进入机体的部位。在胃肠道黏膜，表皮层内T淋巴细胞大部分为CD8+，其中10%表达γδT淋巴细胞受体（TCR）。黏附固有层的T淋巴细胞大多为CD4+，具有活化的T淋巴细胞表型，还有大量活化的B淋巴细胞、巨噬细胞、树突状细胞、嗜酸粒细胞和肥大细胞，以及淋巴样组织，如小肠的皮质小结。淋巴滤泡也存在于消化道和呼吸道的组织中，如阑尾、扁桃体等。
中枢和外周免疫器官和血液循环处于不断地交换之中，形成一个十分复杂的免疫网络。
（3）固有免疫与获得性免疫
①固有免疫。
动物机体天生的抵御微生物侵袭的功能称为固有免疫（innate immune）或者天然免疫（natural immune）。当微生物进入机体之后，免疫细胞和体液分子产生即刻应答。其可溶性体液分子以补体为代表，由数十种血清蛋白组成的补体系统能直接使微生物外膜穿孔，并能对它们进行“标记”使之容易被免疫细胞识别。(https://www.daowen.com)
固有免疫细胞包括肥大细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞（natural killer cell，NK cell）、粒细胞、树突状细胞。肥大细胞识别微生物后通过释放胞质颗粒中的炎症因子给免疫细胞发出信号，使得白细胞聚集到炎症部位发挥作用，巨噬细胞能吞噬并消化侵入的病原微生物。中性粒细胞在趋化介质的趋化下穿出血管壁，抵达感染的组织部位，吞噬与消化微生物或其他异物。树突细胞在组织中捕获抗原后，通过血液或淋巴液进入淋巴器官，将抗原呈递给T淋巴细胞。
②获得性免疫。
动物由低等向高等进化，到了脊柱动物时出现了具有高度特异性和记忆功能的获得性免疫（acquired immune），又称适应性免疫（adaptive immune）。获得性免疫使机体在免疫系统接受了环境中微生物或者其他外来物质的刺激后状态发生变化，获得了针对该种微生物或抗原的免疫力，能更有效地完成防御的目标。T、B淋巴细胞是获得性免疫的主要细胞。T、B淋巴细胞通过各自表达的T淋巴细胞受体和B淋巴细胞受体识别抗原。获得性免疫应答可以分为细胞免疫应答和体液免疫应答，分别由T、B淋巴细胞介导。
T淋巴细胞分为CD4+和CD8+两大类。前者为辅助性T淋巴细胞（T helper lymphocyte，Th），通过膜表面分子和所分泌的细胞因子辅助B淋巴细胞和巨噬细胞活化。CD8+T淋巴细胞为杀伤性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL），能够直接杀伤微生物，清除病原体。成熟的B淋巴细胞的膜免疫球蛋白与抗原的相互作用，可诱导特异性B淋巴细胞克隆的活化和分化，经过增殖和分化，产生浆细胞和记忆细胞。
固有免疫与获得性免疫的关系如图5.14所示。
图5.14 固有免疫与获得性免疫的关系示意图
5.4.2.2 电离辐射对免疫系统的作用
有关大剂量辐射免疫效应的研究，对于理解急性放射综合征的临床经过、发病机制和治疗原则具有重要意义。有关低水平辐射免疫效应的研究，对于评价环境中天然辐射和职业照射对健康的影响，提供了重要的科学依据。
（1）急性全身照射后免疫功能的变化
急性全身照射对免疫功能的影响取决于照射剂量，一般在0.5 Gy以上的剂量照射即可显示辐射对免疫系统的抑制作用，剂量愈大，抑制程度愈深，抑制持续时间愈久。
①全身照射后固有免疫的变化。
致死剂量（lethal dose）的射线照射后固有免疫的很多成分都受到严重抑制。皮肤黏膜的屏障作用下降，阻挡及杀灭病原微生物的功能削弱，增加了细菌入侵组织的机会。更大剂量照射后肠道上皮细胞大量死亡，绒毛裸露，使肠壁通透性增高，成为引发菌血症和毒血症的重要因素。细菌入侵组织后，放射损伤患者炎症反应异常，炎症灶白细胞游出减少，炎症屏障削弱，肉芽不易形成，组织容易坏死，此种炎症反应表现为缺乏细胞反应和坏死、出血，细菌易于播散。中性粒细胞的吞噬率下降，其幅度随剂量而增大。网状内皮系统的吞噬作用、消化功能和增殖反应均受抑制，其阻留和清除异物的功能减弱。特别有意义的是正常动物由全身受冷引起的腹腔巨噬细胞消化异物功能增强的适应性反应在受照射的动物中不复出现，而照射前进行寒冷习服（cold acclimatization）则可减轻辐射的抑制作用。
②全身照射后适应免疫的变化。
适应免疫，即获得性免疫或特异性免疫，具有抗原特异性。由抗原刺激诱导的特异抗体形成和特异细胞毒活性是其主要组成部分。大剂量照射使淋巴细胞迅速大幅减少，因此照射后接受抗原刺激引起的特异性免疫反应严重受抑制，抗体形成反应受抑制最深，机体易发生感染。抗体形成反应研究最多的是以羊红细胞（SRBC）为抗原，无论是外周血溶血素效价还是脾细胞空斑形成细胞（plaque forming cell，PFC）反应，照射后均急剧下降。例如，家兔受亚致死剂量照射后1/2～3 d内注射抗原时，抗体形成反应受抑最深，表现为抗体形成的潜伏期最长，抗体效价平均上升速率最慢，抗体峰值效价最低，抗体效价总上升时间延续最长。当照射剂量减小时，上述变化减轻。
抗体形成涉及抗原呈递细胞与T、B淋巴细胞的协调作用，其放射敏感性较高，其中B淋巴细胞的损伤起关键作用。B淋巴细胞系列不同成分放射敏感性的顺序：潜在免疫活性细胞＞激活免疫活性细胞＞浆细胞，即未经抗原刺激的B淋巴细胞对辐射十分敏感，受抗原激活后其放射敏感性降低，当其转化为浆细胞后则有很高的放射抗性。大剂量急性照射后B淋巴细胞迅速减少，于24 h降至最低值，2～3 d维持在极低水平。因此，在照后这段时间能够感受抗原刺激的B淋巴细胞很少，抗体形成反应严重受抑制。经过这一阶段后造血及淋巴组织中存留的干细胞开始产生新的淋巴细胞，抗体生成也随之恢复。若机体在注射抗原后接受照射，由于激活的淋巴细胞逐渐增多，且放射敏感性较低，故抗体形成反应受抑制的程度亦较轻。当照射剂量较小时，注射抗原后接受照射甚至可刺激抗体生成。
③全身照射后免疫功能的变化。
大剂量急性照射后，机体红细胞、白细胞均显著减少，以淋巴细胞降低最迅速，抗体生成减少，溶菌力下降，中性粒细胞和大单核细胞也减少，吞噬和杀菌功能降低以致机体免疫功能急剧下降，对微生物的抵抗力极度减弱，导致感染并发症。
大剂量急性照射对人体免疫功能的影响与动物实验所见相似。人体辐射免疫效应的资料主要来自日本原子弹爆炸幸存者的跟踪检查、急性放射事故患者和治疗性全身照射患者的观察。原子弹爆炸受照者的早期观察资料显示：第1天内淋巴细胞迅速减少，此为成熟淋巴细胞破坏所致，使总体免疫功能降低；体液免疫因子包括抗体和补体，于照射后下降，起因于B细胞减少和由烧伤及创伤所致的体液丢失，使溶菌作用下降，吞噬功能降低；嗜中性粒细胞和大单核细胞于3～50 d减少，系由造血功能损伤而向外周供应成熟细胞不足所致，降低吞噬和杀菌功能；淋巴细胞减少的恢复迟缓（照射后第4周），乃为胸腺损伤使T淋巴细胞分化和成熟不全及细菌毒素使特异T淋巴细胞被清除或不能激活所致，这造成感染迁延、潜在病毒活化、对外来病毒易感和清除突变细胞能力降低。
（2）慢性照射后免疫功能的变化
慢性全身照射对免疫功能的影响，取决于每次照射剂量、剂量率和累积剂量及动物种类和所观察的免疫学参数。当每次照射剂量较小、剂量率较低、累积剂量不大时，可能出现免疫刺激效应；反之，则可引起免疫抑制效应。
小鼠受6 R/h的持续照射，总剂量达1 000 R时，脾脏对羊红细胞的空斑形成细胞（PFC）反应降至最低点，于照射后4个月恢复到正常水平的40%～50%，以后长期维持于此水平。照射后60～144 d脾脏内T淋巴细胞和B淋巴细胞数已恢复正常，用过继性转移方法证明，T淋巴细胞和B淋巴细胞在照射后1～2个月仍有功能缺陷，而在照射后100 d则恢复正常或接近正常。
对放射职业工作者100人进行检查，设对照组、低剂量组（0.015 Gy/a）、高剂量组（0.03 Gy/a）。结果表明白细胞计数、淋巴细胞绝对数随累积剂量增加而趋于下降，大小淋巴细胞比值趋于上升，显示较明显的剂量-效应关系。0.1 m L血内淋巴细胞3 HTdR掺入率，在两剂量组的均数都显著低于对照组织组（P＜0.01）。
乌克兰放射医学研究中心Bazyka D报道切尔诺贝利核事故在1986—1989年间受照的工作人员和核工厂的工人，受照剂量为250 mSv和100 mSv，与同期在流行病学注册的人员（n=42 000）进行比较，受照的最初反应时期的特征是T淋巴细胞亚群的免疫学缺损。淋巴细胞膜改变，是由于自由基生成增加脂质过氧化及提高中性粒细胞过氧化物酶和过氧化氢酶活性。在免疫功能抑制的恢复时期伴有淋巴细胞亚群的改变，减少CD3+和CD4+细胞数并增加TCR部位的体细胞突变数。
马绍尔群岛受放射性落下灰影响，放射剂量为1.75 Gy，在照射后16年检查时，与对照相比，受检者血清IgG和Ig A含量下降，但淋巴细胞对PHA的反应、抗体反应、血清补体等均未见改变。