第三章 免疫应答及免疫调节.doc

第三章 免疫应答及免疫调节第一节 免疫应答(Immune Response)一、概 述免疫应答是指机体免疫系统受到抗原刺激后，免疫细胞发生一系列变化，并产生一定免疫效应的过程。主要包括抗原递呈细胞对抗原的加工、处理和递呈，以及抗原特异性淋巴细胞识别抗原分子，发生活化、增殖、分化，成为效应细胞或产生效应分子，进而表现出一定生物学效应的全过程。抗原特异性淋巴细胞对抗原的识别能力是受遗传基因所控制，并在个体发育过程中形成的。因此，免疫应答过程实质上是抗原选择性刺激能识别它的特异性淋巴细胞，从而触发一系列变化和产生免疫效应的过程。广义的免疫应答包括机体非特异性的和特异性的识别，并排除异已成分，以维持自身相对稳定的全过程。一般而言，免疫应答多指抗原诱导的特异性免疫应答，其重要的特征是识别自己和异己，特异性和记忆性。多数情况下机体免疫系统对抗原物质表现为正常免疫应答，即特异性淋巴细胞受抗原刺激后被诱导活化、增殖、分化，产生效应分子(抗体、淋巴因子等)和效应细胞(细胞毒性T细胞等)，表现为排异反应，发挥免疫保护作用，此过程为正免疫应答。在某些正常情况下，免疫系统也可对自身抗原表现特异性不应答(anergy)，又称为负免疫应答(不产生效应分子和效应细胞)，这种负应答也可称为自身免疫耐受。上述二者均属于生理性免疫应答(免疫保护)。而由于免疫机能失调所导致的超敏反应、免疫缺陷、免疫增生以及自身免疫等，则为病理性免疫应答(免疫损伤)。若根据抗原接触机体免疫系统的次数与时间，免疫应答又可分为初次应答、再次应答和回忆应答。免疫应答是一个相当复杂的过程，由单核-巨噬细胞系统和淋巴细胞系统协同完成，根据介导效应的主要免疫细胞不同，可分为B细胞介导的体液免疫应答和T细胞介导的细胞免疫应答。本章主要阐述针对异己抗原的正免疫应答。二、免疫应答的物质基础和场所单核-巨噬细胞系统和淋巴细胞系统是免疫应答产生的物质基础。免疫细胞在中枢免疫器官中经历阳性选择和阴性选择，获得MHC限制性识别能力，并清除自身反应性淋巴细胞克隆或使其处于不应答状态，成熟的淋巴细胞转运至外周免疫器官。外周免疫器官及淋巴组织是免疫应答产生的场所，其中淋巴结和脾脏是免疫应答的主要场所。外源性抗原进入机体后，一般先通过淋巴循环进入引流区的淋巴结，进入血流的抗原则滞留于脾脏和全身各淋巴组织，并被淋巴结髓窦和脾脏移行区中的抗原递呈细胞捕获、加工和处理为免疫原性多肽，后者与MHC分子结合成复合物，共同表达于抗原递呈细胞表面。与此同时，血循环中成熟的T细胞和B细胞经由淋巴组织中的毛细血管后微静脉或输入淋巴管进入淋巴器官，其中与进入抗原相对应的特异的淋巴细胞接受抗原递呈细胞上表达的抗原刺激后开始活化，合成DNA，增殖和分化为效应细胞。随着淋巴细胞的增殖和分化，淋巴细胞发生相应的组织学变化。T细胞在胸腺依赖区内分化、增殖，少量T细胞也可进入淋巴滤泡，随后B细胞在初级淋巴滤泡内增殖。在抗原刺激后45天可形成具有生发中的二级淋巴滤泡，并保持相当长的时间。T细胞最后分化成效应性T细胞(TD和Tc细胞)和记忆性T细胞(Tm细胞)，并产生细胞因子；B细胞最后分化成能分泌抗体的浆细胞和记忆性B细胞，并分泌抗体。效应性T细胞以及记忆性T细胞和B细胞也可渗出淋巴组织，重新进入血液循环。发生免疫应答的淋巴器官，由于正常淋巴细胞的滞留，特异的细胞增殖，以及因血管扩张所致体液成分增加等因素，引起淋巴器官的迅速增长，待免疫应答减退后才逐渐恢复到原来的大小。三、免疫应答的基本过程免疫应答是在抗原性异物刺激下，由多种免疫细胞和细胞因子相互作用共同完成的复杂过程。这是一个连续的不可分割的过程，为了便于理解，一般把免疫应答人为地分为以下三个阶段，如图1171所示。(一) 感应阶段(inductive stage) 称致敏阶段(sensitization stage)，是抗原物质进入体内，抗原递呈细胞(APC)对其识别、捕获、加工处理和递呈，以及抗原特异性淋巴细胞(T细胞和B细胞)对抗原的识别阶段。(二) 增生分化阶段(proliferative and differentiative stage) 又称反应阶段(reactive stage)，是抗原特异性淋巴细胞识别抗原后活化，进行增殖与分化，以及产生效应性淋巴细胞和效应分子的过程。T细胞增殖分化为淋巴母细胞，最终成为效应T细胞(或称致敏T细胞)，并产生多种细胞因子；B细胞增殖分化为浆细胞，合成并分泌抗体。一部分T、B淋巴细胞在分化过程中成为记忆细胞(Bm和Tm)。在此阶段，有多种细胞间的协作和多种细胞因子的参加。 (三) 效应阶段(effective stage) 此阶段是由活化的效应细胞(CTL与TD或TDTH)和效应分子(抗体与细胞因子)发挥细胞免疫效应和体液免疫效应的过程。这些效应细胞和效应分子共同作用清除抗原异物。 四、T细胞介导的细胞免疫应答 细胞免疫(cellular immunity)又称细胞介导免疫(cell-mediated immunity，CMI)，是一个广义的概念，它既包括吞噬细胞原始的吞噬作用和K细胞、NK细胞介导的细胞毒作用，也包括T细胞介导的特异性免疫。这里主要介绍狭义的细胞免疫，即T细胞介导的特异性免疫，其特征是出现以单核细胞浸润为主的炎症反应和特异性的细胞毒作用。这种细胞免疫应答通常由胸腺依赖性抗原(TD)引起，是在多种免疫细胞和细胞因子协同作用下完成的。其中免疫细胞主要包括：抗原递呈细胞如巨噬细胞、树突状细胞或病毒感染的组织靶细胞等；具有免疫调节作用的辅助性T细胞(Th，CD4+)；效应T细胞，即引起炎症反应或迟发型超敏反应的T细胞(TD或TDTH，CD4+)和对靶细胞产生特异性杀伤作用的细胞毒性T细胞(Tc或CTL，CD8+)。 (一) 抗原的递呈和识别 1抗原递呈细胞对抗原的摄取、加工、处理和递呈 抗原递呈细胞(antigen presenting cell，APC)也称辅佐细胞(accessory cell，AC)，是指能摄取和处理抗原并将处理后的抗原递呈给淋巴细胞而使淋巴细胞活化的一类免疫细胞。按照细胞表面的主要组织相容性复合体(MHC)类和类分子，可把抗原递呈细胞分为两类，一类是带有MHC-类分子的细胞，包括单核-巨噬细胞(M)、树突状细胞(DC)、B淋巴细胞、郎罕氏细胞(LC)等，主要进行外源性抗原的递呈；另一类是带有MHC-类分子的抗原递呈细胞，包括所有的有核细胞，如病毒感染细胞、肿瘤细胞、胞内菌感染的细胞等均属于这一类细胞。在这些细胞中，除B细胞具有识别捕获抗原的表面抗原识别受体，即膜表面免疫球蛋白(SmIg)外，其余均无抗原识别受体。 (1) 对外源性抗原的摄取、加工、处理和递呈：巨噬细胞等对外源性抗原的识别大多是随机捕获，无特异性识别能力，也可通过细胞膜上的受体如FcR、C3bR捕获抗原并摄入细胞内，摄取的方式有吞噬、吞饮、吸附和调理等。抗原被摄取后内化(internalized)形成吞噬体(phagosome)，与溶酶体(lysosome)融合形成吞噬溶酶体(phagolysosome)，或称内体(endosome)，外源性抗原在酸性环境中被多种水解酶降解形成抗原肽段，同时在内质网中新合成的MHC-类分子转运到内体，并与其内具有免疫活性的多肽结合，形成抗原肽-MHC-类分子复合物，再经高尔基复合体转运并呈现于抗原递呈细胞表面供Th(CD4+)细胞所识别。B细胞可通过非特异性和特异性两种方式摄取、加工、处理和递呈抗原。非特异性方式不涉及其表面B细胞抗原受体(BCR)，作用方式与其他APC类似，不能使B细胞本身激活；特异性方式即通过其表面BCR特异性地与抗原表位结合，然后将抗原和受体卷入细胞内进行内化，抗原载体部分在B细胞内被加工处理后，以与MHC-类分子复合物的形式运送到B细胞表面，外露的载体部分可供Th(CD4+)细胞的TCR所识别，这一方式不仅能激活Th细胞，同时也能使B细胞本身激活。经APC加工处理后的抗原免疫原性比未加工处理过的抗原提高了约1000倍。在抗原加工过程中，还会导致细胞中有关基因转录出mRNA，可与抗原偶联合成免疫核糖核酸(immunogenic RNA，iRNA)，也具有较强的免疫原性。巨噬细胞等作为外源性抗原的抗原递呈细胞，其递呈抗原的分子基础是MHC-类分子，它是由链与链二条肽链组成的糖蛋白，二条肽链之间以非共价键结合，其分子中由1与1组成一个称为凹槽或裂隙(cleft)的肽结合区，约可容纳1020个氨基酸残基的肽段，由APC处理后的抗原肽段(1315个氨基酸)就是结合在这个区域与MHC-类分子形成抗原肽-MHC-类分子复合物，最后呈递给CD4+ Th细胞。 (2) 对内源性抗原的摄取、加工、处理和递呈：这一过程可用病毒感染的宿主细胞为例说明。病毒侵入易感染宿主细胞(靶细胞)后，以其DNA为模板，通过转录、翻译在胞质内生成病毒蛋白质抗原；该种内源性抗原被存在于胞质内的蛋白酶体(proteasome)即小分子聚合多肽体(low-molecular-mass polypeptide，LMP)摄取并降解成肽段；抗原肽转运体(transporter of antigenic peptides，TAP)将胞内生成的肽段转运到内质网中，经加工修饰成具有免疫原性的抗原肽；抗原肽与内质网中合成的MHC-类分子结合，形成抗原肽-MHC-类分子复合物后转入高尔基体，再通过分泌小泡运送到细胞表面，供细胞毒性T细胞(Tc或CTL，CD8+)所识别。所有有核细胞均可作为内源性抗原物质的抗原递呈细胞，因此凡受到病毒或胞内菌感染的机体细胞以及肿瘤细胞均可递呈抗原，其分子基础是有核细胞表达的MHC-类分子，它是由一条重链(链)和一条轻链(链，为2微球蛋白，2m)组成，这两条链是分离的，由链的1和2片段组成一个长约2.5nm，宽约1nm，深约1nm的凹槽，即MHC-类分子肽结合区，该区域的大小和形状适合于经处理后的抗原肽段，约可容纳911个氨基酸残基肽段，内源性抗原经处理后形成约9个氨基酸的抗原肽，结合于MHC-类分子的肽结合区，形成抗原肽-MHC-类分子的复合物，然后递呈给CD8+的T细胞。 2T细胞对抗原的识别在免疫应答的感应阶段，T细胞活化不仅取决于表面TCR-CD3复合受体分子对抗原递呈细胞表面抗原肽-MHC-类或类分子复合物的特异性识别，而且取决于两种细胞膜表面的其他分子(如协同刺激分子与协同刺激分子受体)之间的相互作用。 (1) T细胞抗原受体(T cell receptor，TCR)：免疫应答之所以具有高度的特异性，是由于淋巴细胞表面的抗原受体能特异性地识别抗原性异物。T细胞表面的抗原识别分子称为T细胞抗原受体(TCR)。TCR与CD3分子以复合体的形式存在于T细胞的表面，二者均为T细胞膜上的重要分化抗原，是成熟T细胞的标志。绝大多数成熟T细胞表面的TCR是由链与链组成的异二聚体，称为TCR。此外，在CD4-CD8-的未成熟T细胞及少数成熟T细胞表面的TCR是由链和链组成。这里仅简要介绍TCR，该受体结构类似于Ig，由可变区和恒定区组成。TCR的和链分别由V-J-C及V-D-J-C基因片段重排后所编码，可构成不同特异性的TCR分子，由此决定了T细胞识别抗原的多样性和特异性，从而可对环境中千变万化的抗原产生特异性应答。CD3分子由、等五条肽链组成，其主要功能是参与TCR-CD3复合体的装配和稳定以及信号传导。TCR与CD3分子以非共价键连接，在T细胞上形成TCR-CD3复合受体分子。在该复合体中，TCR可特异性识别抗原肽-MHC复合物，CD3则可将TCR双识别的信号传入T细胞内，引起T细胞活化、增殖。 (2) T细胞与抗原递呈细胞的相互作用：T细胞对外源性和内源性抗原的识别分别是由两类不同亚群的T细胞执行，CD4+ T细胞(Th)可识别MHC-类分子与外源性抗原的复合物；CD8+ T细胞(CTL)则可识别MHC-类分子与内源性抗原的复合物。T细胞识别抗原的分子基础是其抗原受体和抗原递呈细胞的MHC分子，它不能识别游离的，未经抗原递呈细胞处理的抗原物质，只能识别经抗原递呈细胞处理并与MHC-类或类分子结合了的抗原肽段，这种特性称为MHC限制性(MHC restriction)，即TCR不仅识别抗原肽，同时还要识别与抗原肽结合在一起的MHC分子肽结合区上的部分多肽性决定簇，这一识别是通过T细胞和APC之间的“TCR抗原肽-MHC”三元体或三分子复合结构而完成，此即所谓T细胞激活的双识别。TCR所识别的是由氨基酸一级序列所决定的抗原肽的线性决定簇，后者可在APC表面MHC分子的肽结合凹槽中形成特定构象。体内表达TCR的T细胞是参与特异性免疫应答的主要细胞群，它们识别抗原肽-MHC复合物时，由TCR链可变区进行特异性识别，即链可变区的CDR1和CDR2结构域识别并结合MHC分子的非多态性区(Ig样区)和抗原肽的两端，链的CDR3结构域识别并结合位于抗原肽中央的T细胞表位，故决定TCR特异性识别能力的主要是CDR3。同时，Th细胞表面的CD4分子作为共受体与MHC-类分子非多态性的2/2结构域结合；CTL表面的CD8分子也作为共受体与MHC-类分子的3结构域结合。因此，类分子参与CD4+ Th细胞识别抗原，而类分子参与CD8+CTL识别抗原，这也是MHC-类分子与类分子在递呈抗原肽中的差异。此外，T细胞与APC表面的一些粘附分子(adhesion molecule)也参与了抗原递呈、识别与信号传递的过程。 (3) T细胞活化的信号要求：T细胞特异性识别APC所递呈的抗原肽-MHC分子复合物，并被激活和发生增殖，进而分化成效应细胞。在上述过程中，T细胞均需两个来自胞外的信号刺，此即淋巴细胞活化的双信号。T细胞活化的第一信号：T细胞与APC的相互作用受MHC限制，其活化的第一信号主要来自TCR与抗原肽MHC分子复合物的特异性结合，即对抗原的识别，此外，CD4和CD8分子是T细胞表面识别自身MHC-类和类分子的受体，可分别与APC表面运载抗原肽的自身MHC-类或类分子的非多态性区(2、或3功能区)结合，除可增强TCR与抗原肽-MHC分子复合物粘附作用外，还参与T细胞活化的第一信号的启动和传导；T细胞活化的第二信号：APC表面协同刺激分子(costimulating molecule,CM)与CD4+或CD8+ T细胞表面协同刺激分子受体(CMR)或称辅助分子(accessory molecule)之间的相互作用是CD4+或CD8+ T细胞活化必不可少的条件。CM与CMR均属于细胞表面的粘附分子，二者结合可促进细胞间的相互作用和产生协同刺激信号(costimulatory signal), 即T细胞活化的第二信号。APC表面的CM主要包括B7分子(CD80)、淋巴细胞功能相关抗原-3(LFA-3，CD58)和细胞间粘附分子-1(ICAM-1)等。CD4+或CD8+ T细胞表面与上述CM相对应的CMR主要包括CD28分子、LFA-2(CD2)和LFA-1(CD11a)等。在T细胞活化第一信号产生的基础上，CD4+或CD8+ T细胞通过上述表面受体(CMR)与APC表面相应配体(CM)结合，相互作用后可产生协同刺激信号，使T细胞(Th或Tc)激活。当TCR在特异性识别并结合抗原肽的过程中缺乏协同刺激信号，则T细胞被诱导呈不应答状态，甚至导致T细胞凋亡。如目前研究得最清楚的T细胞表面CD28分子与APC表面相应配体B7分子，当B7与已受到TCR配体同时刺激的T细胞上的CD28结合后，由CD28/B7分子对启动的第二信号可增强细胞因子基因的表达，其机制在于增强基因转录并可稳定IL-2mRNA，促进T细胞产生生长因子。此外CD28分子启动的胞内信号可促进细胞存活蛋白bcl-xL的表达，从而保护T细胞免于凋亡。 (4) T细胞对超抗原的识别：超抗原(superantigen，SAg)是一类具有强大刺激能力，只需极低浓度(110ng/ml)即可诱发最大的免疫效应的抗原物质，如一些细菌的毒素分子，和一些病毒蛋白质等。这类抗原物质在被T细胞识别之前不需经抗原递呈细胞的处理，它直接与抗原递呈细胞的MHC-类分子的肽结合区以外的部位结合，并以完整蛋白分子形式被递呈给T细胞，而且Sag-MHC- 类分子复合物仅与T细胞TCR的链结合，因此可激活多个T细胞克隆，其激活作用也不受MHC的限制。 (二) T细胞的活化、增殖与分化 T细胞在完成对抗原肽和MHC复合结构的识别后，CD3分子将T细胞识别抗原的信息传递到细胞内，启动细胞内的活化过程。这一过程主要包括早期的信号传导、基因的活化和转录、新分子在细胞表面的表达、细胞因子的分泌和细胞进入增殖周期开始分裂增殖等一系列相互关联的步骤，进而使T细胞分化为效应细胞(CTL和TD)，从而发挥细胞免疫效应。 1. T细胞活化过程中的早期信号传导所谓信号传导是指外部的信号通过细胞膜上的受体传到细胞内部，并激发诸如离子通透性、细胞形状或其他细胞功能改变的应答过程。信号传导的最终结果是活化了某些蛋白分子，活化后的蛋白分子发生构型变化，具有了转录因子的功能，它们作用于靶基因，使一些基因打开或使一些基因关闭，从而引起了细胞功能的改变。目前认为，T细胞活化过程中信号传导的途径包括磷脂酰肌醇代谢途径，蛋白酪氨酸激酶途径以及T细胞活化旁路途径，这里简要介绍前二条途径。磷脂酰肌醇代谢途径，可在T细胞及其他多种类型细胞中发挥作用。抗原与TCR结合后，通过激活磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C(PLC)，水解二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)产生两种十分重要的第二信使分子，即肌醇三磷酸(IP3)和二酰基甘油(DG)，激发下列两个并列进行且互相协调的信号传递链，IP3与T细胞内质网膜上的钙离子载体(即IP3受体)结合，动员胞内钙离子库释放Ca2+，同时开放的胞膜钙离子通道促进细胞外Ca2+进入细胞内，两者均使胞浆内游离的Ca2+浓度暂时升高，游离Ca2+与钙调素(calmodulin)结合后，活化钙依赖性蛋白激酶，产生磷酸化蛋白，激发DNA复制。DG与胞浆内非活化型的磷脂依赖性蛋白激酶(PKC)结合，使其对Ca2+敏感性增高并从胞浆内向胞膜移动，在该部位与磷脂酰丝氨酸结合，成为活化型PKC，从而催化许多重要的蛋白质磷酸化，Na+/K+交换体蛋白的磷酸化导致Na+入胞和H+出胞，以致胞内pH值升高，胞浆碱化进一步导致pH敏感性蛋白质磷酸化，有助于活化核内的基因系统，促进细胞生长；蛋白酪氨酸激酶途径，主要是通过蛋白酪氨酸激酶(PTK)以及一些调控PTK的酶而活化T细胞。目前认为，在TCR与抗原结合后可以导致一个或多个与之相关的PTKs的活化，随后发生多种底物酪氨酸磷酸化以及磷脂酶C1(PLC1)的活化，后者使PIP2水解形成IP3和DG，一个PLC1分子能诱导产生多个IP3和DG分子，使胞内信号得以放大，这些第二信使可引起细胞内钙离子浓度突然升高，最终导致T细胞的活化增殖。此外，酪氨酸磷酸化还可以调节T细胞活化过程后期的淋巴因子产生。 2T细胞基因的转录、激活和表达TCR识别抗原肽后，启动胞内多种信号传导途径，它们各自发挥级联(cascade)反应，从而放大了开始时的初始信号，使T细胞的转录因子活化，活化的转录因子与相关基因的调控区结合，通过增强启动子的活性，促进多种细胞因子基因的转录，从而推动细胞进入分裂周期，出现克隆扩增，并向效应细胞分化。在活化初期(半小时内)，核转录因子(如fos/jun、NF-AT等)即可调节IL-2和原癌基因c-myc表达；其后数小时可见多种细胞因子及其受体合成；较晚期可见细胞分裂相关的转铁蛋白受体、极迟抗原(如粘附分子VLA-1)等表达，见表1171。机体接受病原微生物或其他免疫原刺激的初期，能识别这些抗原肽的特异性T细胞数量非常少，但由于T细胞活化后的快速克隆增殖，可使特异性细胞克隆的数量迅速增加。T细胞克隆扩增主要是由辅助性T细胞产生的IL-2所介导。静止T细胞表达IL-2R的水平很低，而在T细胞特异性识别抗原并活化后，则大量表达IL-2R。所以，IL-2仅选择性作用于经抗原刺激而活化的T细胞，使其大量增殖。10天之内T细胞克隆可扩增1000倍以上。T细胞活化后，产生和分泌多种细胞因子，并表达多种膜表面分子，从而表现多样的生物学效应和调节功能。表1171激活的T细胞所表达的代表性基因HJ*9活化时间基因表达部位作早期15分钟cfos/cjun细胞核核转录因子，结合于AP1BHDW30分钟cmyc细胞核癌基因，控制G0G1BHNFAT细胞核活化T细胞中的转录因子BHNFB细胞核核结合蛋白，调节多种基因表达BH中期数小时IL2、3、4、5、6分泌细胞因子及其受体，影响髓样及淋巴样细胞BHIL9、10、13分泌细胞生长和分化BHGMCSF分泌BHIFN、TGF分泌控制病毒生长和介异慢性炎症BH晚期14小时转铁蛋白受体细胞膜参与细胞分裂BH16小时cmyb细胞核细胞癌基因BH35天MHC类分子细胞膜抗原递呈BH714天VLA1细胞膜粘附作用3T细胞的克隆、扩增与分化静止期的Th细胞(G0期)，在抗原刺激后产生胞内信号传导，通过活化PKC和钙调素蛋白激酶，催化蛋白质及酶的磷酸化，从而活化IL-2及其受体基因，细胞周期自G0期进入G1期(DNA合成前期)。进入G1期的细胞随即出现IL-2受体，但不立即产生IL-2，只有在APC提供的辅助信号(如花生四烯酸等脂类物质)的进一步刺激下，使细胞PKC水平持续升高，细胞才合成IL-2。在G1期也存在着控制T细胞增殖过程的关键点，此时需要IL-2刺激，细胞才能进入S期(DNA合成期)。IL-2的刺激主要是通过维持并提高胞内PKC活性水平而实现的。IL-2的刺激导致胞内蛋白质合成增加。更为重要的是IL-2的刺激导致某些细胞癌基因(如c-myc和c-fos等)的活化，这些基因编码的蛋白质对于DNA的合成有重要作用。经过S期的细胞DNA成倍增加，随之必然发生细胞的增殖。经过一个短暂的G2期(DNA合成后期)，进入M期(有丝分裂期)，然后增殖分化为效应Th细胞，并分泌一系列的细胞因子，如IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-9以及IFN-等，从而发挥Th细胞的辅助效应。在这些细胞因子中，IL-2的作用相当重要，它作用于Th细胞和其它亚群的T细胞，使T细胞不断增殖、分化和成熟。与此同时，其中一部分Th细胞停留在分化的中间阶段，不再继续增殖分化，成为记忆性T细胞。在IL-2作用下增殖的T细胞大多数最终分化成为效应性T细胞，如Tc和TD，并发挥细胞免疫效应。激活T细胞的有丝分裂，导致了相同抗原特异性细胞克隆的扩增，因此扩大了对某一抗原的免疫应答。 (三) T细胞介导的免疫应答 细胞免疫分别由CD8+的Tc细胞和CD4+的TD细胞所介导。在T细胞发挥免疫效应过程中，依赖于多种免疫细胞和免疫分子的参与，涉及复杂的胞内外机制，并受遗传因素控制。 1Tc细胞介导的细胞毒效应 T(或CTL)细胞属于CD8+ T细胞亚群，其杀伤靶细胞的作用具有抗原特异性，且受MHC-类分子限制。Tc 细胞必须与靶细胞直接接触才有杀伤作用。当靶细胞被溶解时，Tc 细胞本身不受损伤，并与之分离，又可连续杀伤多个靶细胞，杀伤效率较高，这种细胞毒效应在抗病毒感染、抗肿瘤和同种异体排斥中有重要作用。 (1) Tc细胞的活化：Tc细胞在体内以非活化的前体细胞(pTc)形式存在，需经抗原刺激并在CD4+ Th细胞辅助下，才能分化为效应细胞。Tc细胞的活化也需要双信号，即TCR特异性识别靶细胞膜上抗原肽-MHC-类分子复合物所产生的第一活化信号，以及Tc细胞与靶细胞表面多种粘附分子(如CD2/LFA-3、LFA-1/ICAM-1及CD28/B7等)相互作用所产生的协同刺激信号。此外，活化的Tc细胞还需要在CD4+ T细胞分泌的IL-2、IL-12、和IFN-等作用下，才能增殖分化为效应Tc细胞。 (2) Tc细胞对靶细胞的杀伤：体外实验证明，Tc细胞杀伤靶细胞的过程分为两个阶段：效-靶细胞结合阶段：Tc细胞表面的TCR-CD3分子复合体与靶细胞表面的抗原肽-MHC-类分子复合物紧密结合在一起，并在上述多种协同刺激因子参与下，通过复杂的识别、粘附、信息传递等过程，触发Tc细胞活化，并释放溶细胞介质。在37有Mg2+存在条件下，此过程只需数分钟；致死性打击阶段：Tc细胞和靶细胞结合后很快被启动(需10分钟)，此时细胞中出现剧烈变化，主要表现为细胞器调动，使细胞毒颗粒集中到效靶细胞的接触面，颗粒内含穿孔素和丝氨酸酯酶等，对靶细胞造成不可逆损伤。此过程约需1小时或更长时间，对温度敏感，需Ca2+存在。Tc细胞杀伤靶细胞主要通过下列机制：穿孔素颗粒酶系统：穿孔素(perforin)又称成孔蛋白(poreforming protein, PFP)或细胞溶素(cytolysin)，是Tc细胞和NK细胞胞浆颗内的一种蛋白物质，Tc细胞活化后可诱发脱颗粒反应，释放出单体形式的穿孔素，在Ca2+存在的条件下，穿孔素插入靶细胞膜内，经多聚化作用形成管状多聚穿孔素(polyperforin)，这种在靶细胞膜上形成的穿膜管状通道与补体膜攻击复合物的构型和作用类似，它们可改变靶细胞渗透压，使Na+和水分进入胞内，而使K+和大分子物质(如蛋白质、核酸)从胞内流出，结果导致靶细胞溶解破坏，而Tc 细胞由于本身可表达或释放A型硫酸软骨素蛋白聚糖、硫酸软骨素A和同源限制因子等保护性调节因子，故可避免穿孔素的攻击，此外，多聚穿孔素还可以直接形成膜的机械性管道，从而有利于其他胞毒介质(如颗粒酶、TNF和leukalexin等)进入靶细胞，颗粒酶(granzyme)是Tc细胞和NK细胞胞浆颗粒中的一类丝氨酸酯酶(serine esterase)，目前已发现7种颗粒酶(granzyme AG)，它们在Tc 细胞脱颗粒时可随穿孔素一道释放，实验证明，纯化的穿孔素单独作用，可使靶细胞膜溶解破坏，而对靶细胞DNA的裂解作用有限，而纯化的丝氨酸酯酶单独作用不能溶解杀伤靶细胞，只有当穿孔素在靶细胞膜上形成“孔道”后，它们才能进入靶细胞内，通过激活内切酶系统，使靶细胞DNA断裂，导致细胞凋亡，二者协同作用则不仅能使靶细胞膜溶解破坏，还能使靶细胞DNA断裂，此外，Tc 细胞颗粒中还含有CTLA-1、CTLA-3等丝氨酸酯酶，它们的作用类似于颗粒酶；Fas/FasL介导的细胞凋亡：激活的Tc 细胞迅速表达FasL(CD95L)，当Tc细胞与相应靶细胞结合相互作用后，可将FasL释放至胞外与靶细胞表面的Fas(CD95)结合，从而启动细胞死亡信号，使胞内的IL-1转换酶及丝氨酸酯酶激活，导致细胞DNA断裂，细胞凋亡。 2TD细胞介导的炎症反应 TD (或TDTH)细胞属CD4+ T细胞亚群，在体内也以非活化的前体细胞形式存在，其活化过程与其他T细胞相同。TD细胞的活化受MHC-类分子的限制，抗原递呈细胞以抗原肽-MHC-类分子复合物的形式递呈抗原，才能使TD细胞活化，并增殖分化为效应TD细胞。效应TD细胞再次与APC表面相应抗原肽-MHC-类分子复合物特异性结合，并在CD4分子与APC表面相应配体(自身MHC-类分子Ig样区)结合及相互作用后，通过释放IL-2、INF-和TNF-等淋巴因子，使局部组织产生以单核细胞浸润为主的炎症反应或迟发型超敏反应。此炎症反应出现较慢，一般在再次接触抗原后的2448小时才出现，且局部的组织学变化与迟发型超敏反应(delayed type hypersensitivity,DTH)相似，因此将介导此反应的T细胞称为TDTH或TD。TD与Th细胞一样，表型均为CD4+ T，但一般认为TD是不同于Th细胞的另一个亚群。研究表明，小鼠的L3T4+ T细胞与人类CD4+ T细胞类似，根据其产生的细胞因子种类不同，可分为Th1和Th2细胞。Th1细胞主要参与细胞免疫应答，可介导炎症反应或迟发型超敏反应，故称为炎症性T细胞，可被视为相当于TDTH细胞，因而在抗胞内病原体感染中发挥重要作用。Th2细胞主要参与体液免疫，可以诱导B细胞分化，产生抗体或引起速发型超敏反应。被激活的TD细胞释放多种可溶性因子或活性介质，统称淋巴因子，可作用于多种细胞，表达多种功能，其中以对巨噬细胞的作用最为重要，它们能使巨噬细胞大量聚集激活，并不断吸引血液中的单核细胞和其他细胞移至局部，构成炎症反应或迟发型超敏反应的典型组织学变化，巨噬细胞在此时此地发挥了强大的吞噬和杀伤作用，其他因子则起着扩大反应范围和强度的作用。现已发现有50多种淋巴因子，都属于蛋白质或肽类、多不耐热，它们具有不同的生物学功能。上述炎症反应的诱导是特异的，必须由抗原刺激才能引起，致敏的TD细胞必须由同一抗原激发才能释放淋巴因子，淋巴因子以及被淋巴因子动员的巨噬细胞是无特异性的，故效应作用无抗原特异性。 3细胞免疫效应的生物学意义 机体的细胞免疫效应是由Tc 和TD 细胞以及细胞因子体现的，其生物学意义在于抗感染作用：T细胞效应主要针对胞内感染的病原体，包括抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗寄生虫感染等；抗肿瘤作用：其机制是通过Tc 细胞的特异性杀伤作用；巨噬细胞，NK细胞的ADCC效应；细胞因子直接或间接的杀瘤效应等；免疫损伤作用：T细胞效应可参与型超敏反应，移植排斥反应，某些自身免疫病的发生和发展。 五、B细胞介导的体液免疫应答体液免疫(humoral immunity)是由B细胞介导的免疫应答，其效应是由B细胞通过对抗原的识别、活化、增殖，最后分化成浆细胞并分泌抗体来实现的，因此，抗体是介导体液免疫效应的免疫分子。抗体的产生不只涉及到抗原与免疫细胞间的相互作用，同时也涉及到多种免疫细胞和细胞因子间的相互作用。体液免疫可由胸腺依赖性抗原(TD)和非胸腺依赖性抗原(TI)诱发，这两类抗原分子结构组成特征不同，它们刺激机体产生体液免疫所需的免疫细胞种类也有很大差异。由TD抗原引起的体液免疫必须有抗原递呈细胞(如巨噬细胞)和Th细胞参与，而由TI抗原引起的体液免疫则无需Th细胞协助，通常也不需要巨噬细胞的参与。它们引起体液免疫的特点也各不相同。 (一) B细胞对TD抗原的免疫应答 1 抗原的递呈、识别及Th、B细胞的活化 (1) B细胞抗原受体(BCR)：B细胞以其表面抗原受体识别抗原，与TCR/CD3复合体一样BCR也是由SmIg与Ig和Ig异二聚体藉共键价结合而成的复合物。不同发育和分化阶段的B细胞，其SmIg的类别各异，未成熟B细胞可为SmIgM；成熟B细胞为SmIgM及 SmIgD；记忆B细胞可为SmIgG、SmIgM、SmIgA或SmIgE。SmIg主要的功能是识别外源性抗原，Ig和Ig主要作为信号转导分子传递外界抗原刺激信号以及参与SmIg的表达及其转运.。BCR对抗原识别具有与TCR不同的特点，即BCR不仅能识别蛋白质抗原，还能识别肽、核酸、多聚糖、脂类和小分子化学物质；BCR可特异性识别完整蛋白抗原的天然空间构象，或识别蛋白质降解而暴露出来的决定簇的空间构象，故无需APC对抗原进行加工和处理，亦无MHC限制性。 (2) Th细胞的激活：一般情况下，当大量抗原进入未经免疫的机体诱发初次免疫应答时，多由巨噬细胞(M)和树突状细胞(DC)作为抗原递呈细胞负责摄取、处理抗原，以抗原肽-MHC-类分子复合物的形成将抗原递呈给CD4+ Th细胞。使CD4+ Th细胞激活(参见本章细胞免疫)。与此同时，M作为APC在与CD4+ Th细胞相互作用的过程中，产生IL-1、IL-12等细胞因子，其中IL-1可促进T、B细胞活化，活化的CD4+ Th细胞可表达IL-2、IL-4、IL-6和IFN-等多种细胞因子，这些细胞因子是诱导T、B细胞增殖分化的重要活性介质。当再次免疫应答发生时，抗原递呈细胞则主要由已扩增的抗原特异性B细胞克隆承担。B细胞对抗原的摄取与其它抗原递呈细胞有所不同。B细胞通过表面抗原受体(BCR)与TD抗原分子上相应的半抗原决定簇(即B细胞决定簇)特异性结合而将抗原摄入胞内，然后通过与巨噬细胞对外源性抗原类似的加工处理方式，使抗原降解成具有免疫原性能被T细胞识别的小分子多肽。该种暴露出T细胞决定簇的多肽与MHC-分子结合，形成抗原肽-MHC-类分子复合物。后者表达于B细胞表面，可被具有相应抗原识别受体的CD4+ Th细胞识别，CD4+ Th细胞通过和其他抗原递呈细胞类似的相互作用方式(参见本章细胞免疫)与B细胞相互作用，从而被激活。活化的CD4+ Th细胞可表达协同刺激分子CD40L(CD40 ligand, CD40配体，又称gp39)和分泌IL-2、IL-4、IL-5、IL-6及IFN-等细胞因子。 (3) B细胞的激活：B细胞是抗原递呈细胞，同时也是体液免疫应答的效应细胞。当B细胞通过表面抗原受体结合摄入抗原时，即可获得B细胞活化的第一信号。进而通过表面协同刺激分子受体CD40和LFA-1等分子与活化的CD4+ Th细胞表面相应配体即协同刺激分子CD40L(gp39)和ICAM-1结合，并相互作用，产生协调刺激信号，即B细胞活化的第二信号而被激活。活化的B细胞表面可表达IL-2、IL-4、IL-5、IL-6等多种细胞因子的受体。 (4) B细胞激活过程中BCR介导的信号传导：由B细胞抗原受体(BCR)所介导的信号传导途径和T细胞激活的磷脂酰肌醇途径十分相似。当BCR与抗原特异性结合，获得B细胞活化第一信号，从而启动BCR介导的信号传导，其包括一系列的生化和细胞反应：磷脂酰肌醇被磷脂酶C(PLC)水解，胞内Ca2+浓度增高，PKC激活；原癌基因c-fos和c-myc开始转录；B细胞的体积增大，RNA含量增多，细胞从G0期进入G1期，作好增殖的准备；B细胞表面因子受体及MHC-类分子表达增强，具备和Th及其分泌的介质起反应的条件。 2 B细胞的增殖与分化 CD4+ Th细胞具有重要的免疫调节作用，活化的CD4+ Th细胞(主要是 Th2)产生大量以IL-4、IL-5、IL-6 、IL-10为主的细胞因子，为活化B细胞进一步增殖分化准备了必要的物质条件，并影响抗体的分泌、Ig类别转换、亲和力成熟和记忆B细胞的产生等。活化B细胞通过表面IL-2、IL-4、IL-5、IL-6等细胞因子受体与活化CD4+ Th细胞产生的IL-2、IL-4、IL-5、IL-6等细胞因子作用后，可进一步增殖分化为浆细胞，浆细胞是B细胞的终末细胞，具有合成Ig的功能。活化的B细胞在不同细胞因子作用下，可激发形成不同种类的浆细胞，如IL-4及IL-5共同作用可激发IgM型浆细胞；IL-4、IL-5和IL-6共同作用可激发IgG型浆细胞；IL-5可激发IgA型浆细胞；IL-4激发形成IgE型浆细胞，从而合成分泌不同类型的Ig。在B细胞的分化阶段，有部分B细胞停止增殖分化，成为记忆性B细胞(Bm)，当再次接触相同抗原时，由于记忆性B细胞带有高亲和性受体，对抗原亲和力大，故能迅速活化、增殖、分化为浆细胞、合成分泌抗体。机体对TD抗原的再次抗体应答(或回忆应答)则取决于体内记忆性T细胞(Tm)和记忆性B细胞(Bm)的存在，记忆性T细胞保留了对抗原分子载体决定簇的记忆，在再次应答中，记忆性T细胞可被诱导很快增殖分化成Th细胞，对B细胞的增殖和产生抗体起辅助作用；记忆性B细胞为长寿的，可以再循环，具有对抗原分子半原决定簇的记忆，可分为IgG记忆细胞、IgM记忆细胞、IgA记忆细胞等。机体与抗原再次接触时，各类抗体记忆细胞均可被活化，然后增殖分化成产生IgG、IgM等的浆细胞。其中IgM记忆细胞寿命较短，所以再次应答的间隔时间越长，机体越倾向只产生IgG，而不产生IgM。抗原物质经消化道等粘膜途径进入机体可诱导产生分泌型IgA。 3 抗体产生的一般规律 机体在初次和再次接受抗原刺激后，引起体内的抗体应答，在质和量等方面均存在明显的区别。因此，B细胞对抗原刺激的应答可分为初次免疫应答和再次免疫应答两种不同的情况。 (1) 初次应答(primary response)：机体初次接受适量的抗原刺激后，引起体内抗体产生的过程称为初次应答，主要特点为：机体初次接触抗原后，需经一定的潜伏期血清中才能出现抗体，潜伏期的长短取决于抗原的性质、抗原进入机体的途径、所用的佐剂类型、受体情况等，潜伏期之后为抗体的对数上升期，抗体含量直线上升，然后为持续期，抗体产生和排出相对平衡，最后为下降期；初次应答最早产生的抗体为IgM，可在几天内达到高峰，然后开始下降，接着才产生IgG，IgG抗体产生的潜伏期比IgM长，如果抗原剂量少，可能仅产生IgM，IgA产生最迟，而且含量少；初次应答产生的抗体总量较低，维持时间也短，通常以IgM为主，且抗体的平均亲和力较低。 (2) 再次应答(secondary response)：机体再次接触相同的抗原时，体内产生抗体的过程称为再次应答或回忆应答(anamnestic response)，主要特点为：潜伏期显著缩短，约为初次应答潜伏期的一半；抗体含量大幅度上升，比初次应答多几倍到几十倍，而且维持时间长；诱发再次应答所需的抗原剂量极小；再次应答产生的抗体主要为IgG，而IgM很少，抗体的平均亲和力高。如果再次应答间隔的时间越长，机体越倾向于只产生IgG。抗原物质如经消化道和呼吸道等粘膜途径进入机体，可诱导产生分泌型IgA，在粘膜表面发挥免疫效应。 初次和再次抗体应答在几方面存在着质和量的区别。首先，再次应答比初次应答更快，产生的抗体量更大，这是因为免疫记忆的作用；其次，初次应答时分泌的抗体类型通常为IgM，而在再次应答中IgG、IgA和IgE等类别的抗体则相对增加，这种改变是由于Ig重链类别转换的结果；第三，在再次应答中产生的特异性抗体的平均亲和力高于初次应答，这种现象称为亲和力的成熟，这是由于Ig基因发生体细胞突变和抗原对带高亲和性Ig分子B细胞选择性激活的结果。记忆细胞的产生，Ig重链类别的转换和亲和力成熟是体液免疫对TD抗原(蛋白质)的典型应答，这些现象一般不发生于TI抗原的免疫。因此可进一步说明B细胞对TD抗原的应答是由辅助性T细胞及其分泌产物诱导的。 4 抗体的免疫效应抗体是特异性体液免疫应答的效应分子，在体内可发挥多种免疫功能，由抗体介导的免疫效应在大多数情况下发挥免疫保护作用，但有时也会造成免疫病理损伤。抗体的免疫效应可归纳为： (1) 中和作用：体内针对细菌毒素的抗体与相应毒素结合后，可改变毒素分子的构型而使其失去毒性作用，而毒素与抗体复合物也易于被吞噬细胞所吞噬。针对病毒的抗体与相应病毒结合可阻止病毒与靶细胞结合，从而发挥抗体的免疫保护作用。 (2) 调理作用：抗体以其Fab段与病原菌表面的抗原表位结合。形成细菌-抗体复合物，或激活补体形成细菌-抗体-补体复合物，并以其Fc段与吞噬细胞表面的Fc受体结合，从而促进吞噬细胞对病原菌的吞噬作用。 (3) 激活补体：抗体与病原体结合可激活补体经典途径，通过形成膜攻击复合物而使病原体溶解死亡，即免疫溶解作用。补体激活所产生的活化片段也可发挥调理作用。 (4) 局部粘膜免疫作用：由粘膜固有层中浆细胞产生的分泌型IgA可阻止病原微生物对粘膜上皮的吸附，是抵抗从呼吸道、消化道和泌尿生殖道感染的病原微生物的主要防御力量。 (5) 抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用(ADCC)：IgG和IgM与靶细胞(病毒感染细胞或肿瘤细胞等)结合后，其Fc片段可以与效应细胞(巨噬细胞、K细胞等)的Fc受体结合，从而发挥效应细胞的细胞毒作用，杀伤靶细胞。 (6) 免疫损伤作用：抗体在体内引起的免疫损伤主要是介导型(IgE)和型(IgG 、IgM)超敏反应，以及一些自身免疫疾病。 (二) B细胞对TI抗原的免疫应答 TI抗原可直接激活未致敏B细胞产生抗体，而无需抗原特异性T细胞的辅助。目前认为对TI抗原产生免疫应答的细胞为B1细胞，这种B1细胞只表现初次应答的特性，而不表现再次应答的一系列变化。TI抗原可根据分子构型的不同分为两型，即TI-1(如细菌脂多糖和聚合鞭毛素等)和TI-2(如肺炎球菌荚膜多糖和D-氨基酸聚合物等)，它们通过不同的机制激活B活胞。 1 TI-1抗原诱导的B细胞应答 TI-1抗原分子具有TI抗原的特异性决定簇和有丝分裂原这两种不同结构。TI-1抗原在高浓度时可与B细胞上的有丝分裂原受体结合，从而诱导多克隆B细胞增殖和分化，而不需要BCR激活B细胞。TI-1抗原在低浓度时(比多克隆激活时低103105倍)，则无多克隆激活作用，只有BCR能结合TI-1抗原的B细胞，才能在细胞表面浓缩足够量的TI-1抗原，从而被激活。目前认为在此情况下TI-1抗原对B细胞的激活需要两个信号，即B细胞通过BCR与TI-1抗原的表面特异性抗原决定簇交联结合，产生第一信号；通过表面有丝分裂原受体与TI-1抗原表面相应有丝分裂原结合，产生第二信号，此即B细胞活化的双信号学说。 在机体感染病原体时，可能TI-1抗原的浓度很低，因此只有抗原特异性B细胞才能被激活，并产生该抗原的抗体。B细胞对TI-1抗原的应答在机体抵御某些胞外病原体感染中发挥重要作用，因其无需Th细胞预先致敏和克隆扩增，故比对TD抗原的应答发生早。但TI-1抗原单独作用不足以诱导Ig类别的转换，抗原亲和力成熟及记忆B细胞形成。 2 TI-2抗原诱导的B细胞应答 TI-2抗原的结构特点是具有高度重复排列的相同抗原决定簇，而不具备B细胞有丝分裂原，这种TI抗原呈线性排列，在体内不易降解。TI-2抗原只能激活成熟B细胞，而婴幼儿的B细胞多为不成熟B细胞，故不能有效产生抗多糖抗原的抗体。TI-2抗原可通过与成熟的抗原特异性B细胞表面的BCR发生广泛交联，形成帽化(capping)而使B细胞活化，此即B细胞活化的单信号学说(或受体交联学说)。但这种交联也可诱导成熟B细胞的无反应性。因此表位的密度在TI-2抗原激活B细胞中可能起决定作用。密度过低，BCR交联程