發炎時白血球在血管內皮上之滾動、鋪展及遷移

白血球初期附著與滾動

• 位置：毛細血管後靜脈血管內皮表面
• 機制：選擇素 (selectin) 與細胞表面醣類配體相互作用
• 主要參與者：嗜中性球 (neutrophil)（最初離開血流者、血液中最豐富）
• 位置偏好性：鄰近小動脈幾乎不發生粘著
  • 除非動脈血管壁疾病如粥狀動脈硬化 (atherosclerosis)

白血球滾動的力學與分子基礎

• 發生於剪切力 (shear stress) 下
• 類似血小板在剪切力下粘著於細胞下基質
• 毛細血管後靜脈剪切流 < 小動脈
• 平衡機制：細胞前緣鍵結形成 ↔ 細胞後緣鍵結解離

選擇素-配體鍵結特性

• 剪切力影響鍵結壽命 (bond lifetime)
  • 較低力量 → 壽命延長 (catch bonds)
  • 較高力量 → 壽命縮短 (slip bonds)
• Catch bonds 解釋：支持白血球滾動需最小剪切力
  • 特別經由 L-選擇素 (L-selectin)

選擇素介導滾動的活化要求

• 毋須白血球預先活化
  • 同於初始粘著至 vWF (von Willebrand factor) 毋須血小板預先活化
• 活化要求在血管內皮細胞 (endothelial cell)
  • 局部產生之發炎介質誘導 E- 或 P-選擇素 (E-selectin, P-selectin) 表達
  • 白血球僅於血管發炎部位粘著於血管

血管內皮細胞活化的驅動因素

• 感染或無菌溶性介質
  • 內毒素 (lipopolysaccharide)、促發炎細胞激素 (pro-inflammatory cytokine)
• 結果：血管內皮表面轉換
  • 抗粘著表面 → 促粘著表面
  • 表達與白血球選擇素配體及整合素配體
  • 表達與白血球整合素相互作用之分子

嗜中性球在活化血管內皮表面的信號與響應

• 暴露於多種刺激
  • 血小板活化因子 (platelet-activating factor, PAF)
  • 活化補體蛋白 (complement protein)
  • 趨化因子 (chemokine) 如 IL-8
  • 由活化血管內皮細胞表面呈遞
• 信號協同
  • 與選擇素配體接觸信號協同
  • 促進嗜中性球在活化血管內皮表面非常緩慢滾動
• 嗜中性球活化 → β₂ 整合素親和力↑ 對 ICAM-1 等免疫球蛋白受體 (immunoglobulin receptor)

整合素-ICAM相互作用與滾動逮捕

• 流動細胞無法形成鍵結
• 在選擇素上滾動之白血球因速度較慢得以形成
• 整合素-ICAM 相互作用 → 進一步減慢滾動
• 逮捕細胞於血管內皮細胞-細胞接口鄰近

白血球通過血管內皮之遷移機制

• 跨血管內皮遷移 (transendothelial migration)
  • 整合素-ICAM 鍵結解離
  • 整合素重新分佈至細胞前緣 → 形成新鍵結
• 白血球-血管內皮細胞接面分子相互作用
  • PECAM-1、CD47 及其他分子
  • 促進通過血管內皮進入下方組織

細胞骨架與通透性破壞

• 白血球粘著於血管內皮 → 破壞細胞骨架繫繩至鈣粘著素 (cadherin)
• 結果：同性鈣粘著素相互作用解離
  • 通常阻止白血球通過
• 血管內皮細胞內鈣 ↑ 於整合素及 PECAM-1 介導粘著期間
  • 對白血球通過遷移有所貢獻

細胞骨架重新分佈與趨化遷移

• 信號促進白血球及血管內皮細胞細胞骨架重新分佈
• 白血球朝向感染或損傷區域鄰近釋放之趨化分子遷移
• 這些步驟通常為所有白血球所共享
  • 雖然對特定趨化因子反應性有差異
  • 粘著分子之表達/活化也有差異

白血球進入組織後的功能

• 整合素識別細胞外質蛋白配體
• 發炎介質識別
  • 損傷相關分子模式 (damage-associated molecular patterns, DAMPs)
  • 病原菌相關分子模式 (pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)
• 結果：觸發
  • 蛋白酶 (protease) 分泌
  • 活性氧 (reactive oxygen species, ROS) 產生
  • 細胞激素、干擾素 (interferon)、趨化因子產生
  • 最適化殺菌功能