韶关某学院《普通生物学》复习重点-第十一章免疫.pdf
第十一章免疫动物死后，尸体要腐烂，这是因为死后身体失去保护功能，细菌等微生物得以侵入之故。动物有多种保护自身，抵抗细菌等外物入侵的机制。皮肤就是动物的第一道防线。在培养皿中放入琼脂细菌培养基，灭菌后，用手指在半固体的培养基表面按一下，几天之后，手指按过的地方就会长出细菌，这就证明皮肤上是有细菌附着的。但皮肤上的细菌只能停留在皮肤表面，不能穿过皮肤深入体内，这体现了皮肤的保护功能。人的皮肤由表皮和真皮构成，具有抵抗外物入侵、防止紫外线照射和调节体温等多种功能。表皮是复层上皮，由多层细胞组成。表皮层表面是角质化的死细胞。角蛋白是很难消化的纤维蛋白，有了角质化死细胞的隔离，下面的活细胞得到了很好的保护。这些死细胞不断脱落，附着其上的微生物也随之脱落，因而没有充分时间向人体内部“进军”。但是，如果皮肤出现了伤口,细菌就能从伤口侵入，并迅速繁殖。此时伤口就要肿胀、化脓、发炎。发炎其实也是身体的一种保护活动，是有吞噬能力的白细胞大量集中吞噬细菌时出现的现象。真皮由结缔组织构成，神经、血管、毛发根、皮脂腺和汗腺等均位于其中。表皮层之下有分散的色素细胞，含有黑色素，皮肤的颜苞决定于黑色素的种类、含量和在细胞中的分布情况。紫外光照射可刺激黑色素的产生，所以晒太阳能使皮肤变黑，这是身体自我保护的一种适应性反应，可防止过多的紫外光照射。紫外光过多照射，有损伤一些有机分子，使DNA发生变化，从而导致皮肤癌的危险。但是，适量的日晒是必要的，因为不见阳光将使皮肤失去制造维生素D的作用。人类不破坏大气中的臭氧层，才能使适量而不是过多的紫外光射到地球。真皮之下是皮下层，是脂肪组织，有维持体温的功能。此外，覆盖在呼吸道的上皮层有粘液细胞，能分泌粘液，有消灭细菌的功能，同时还能将空气中的细菌粘住并排除（痰）。胃能泌酸，胃的强酸性有杀死入侵细菌的作用。这些都是身体对外物入侵的防护机制。此外，鸟类、哺乳类等还有一个十分重要的防护机制，就是免疫（immunity）o免疫作为一种防护机制的特点什么是免疫?举例来说，婴儿出生后如不种牛痘，就可能感染天花，种了牛痘，对天花就有了抵抗能力而不再发病。如果已经感染了天花，病愈后终生也不再患天花。这种抵制疾病的机制为免疫。免疫和上述的几种防护机制不同，有如下的3个特点：识别自身和外物。只消灭外物而不消灭自身。病原是外物，所以被消灭。作器官移植时，外来器官是外物，所以常被自身（受体）排斥而种植不上；记忆。感染一次天花后，终 生“永 诗 不 忘”，再有天花病原侵入时，能在病原为患之前迅速消灭之，因而不发病（图8-1）；特异性。患天花后只对天花免疫，患麻疹后只对麻疹免疫，而不能对其他传染病免疫。脊椎动物，如鱼、蛙、家禽、家畜等都有不同程度的免疫功能。无脊椎动物也有保护自身的能力。无脊椎动物的防护机制也是多样的，但都远没有达到脊椎动物那样的高水平。例如，很多无脊椎动物体腔中的变形细胞（吞噬细胞）能将入侵的外物吞入而消灭之，这和脊椎动物的巨噬细胞和粒细胞的作用是一样的。这种吞噬机制在脊椎动物也是重要的。但这在脊椎动物，仅是十分复杂的免疫防护系统的一部分。一些有体腔的无脊椎动物的血液或体腔液中有某些物质能杀死细菌或使细菌失去活动能力，同时还能作用于外源的细胞使之凝聚成团，这和脊椎动物免疫系统中的抗体作用很相似，但这些物质没有特异性，因而不是抗体。例如，昆虫在细菌侵入时能分泌毒蛋白将细菌杀死，但毒蛋白没有特异性，昆虫无论遇到什么细菌都分泌同样的毒蛋白。无脊椎动物自身和外物的能力。如 将2个海绵（Callysporgtz-亏）的分散细胞掺合，它们能彼此识别而重新组合成2个海绵，这2个海绵的细胞都是自身原有的细胞。在海绵上接种一块从另一海绵体上切下的组织，不久这块外来海绵就坏死而被排斥。如果再从这“另一海绵体”上切下组织块再嫁接到这同一海绵体上，这块外来海绵将更快地坏死。这就是“记忆”。第一次嫁接外来组织的结果，海 绵“认识”并“记住”这一入侵的外物，一遇第二次入侵，就会更快地作出反应。除海绵外，珊瑚虫、蚯蚓、某些棘皮动物等都有免疫记忆的功能。还应指出，在曾、星虫、某些棘皮动物等的血液和体腔液中存在有和哺乳动物补体系统相似的因子，这一些事实说明免疫机制及补体系统的一些因子和属性在动物进化中很早就已出现。在进化的过程中，这一机制不断提高完善，终于达到了鸟类和哺乳类所具有的水平。二、免疫的早期研究和应用很早以来，人们就知道用“以毒攻毒”的方法防治诸如天花等传染病.天花是人类历史上最可怕的传染病之一。在种牛痘方法发明之前，人们 谈虎色变，谁也不知什么时候会成为天花的牺牲者。我国医书记载，宋朝(11世纪)之初就已用种痘的方法预防天花，但种的不是牛痘而是人痘。当时所用的方法是把天花病人的痘痂阴干研细，用银管吹到幼儿鼻孔里；或将痘痂研细,用水调匀，用棉花蘸吸，塞到儿童鼻孔里，这样就可防止小儿感染天花。这是早期的免疫预防天花的方法。痘痂是抗原，进入人体后引起人体产生抗体。但由于所种的是人痘(痘痂)，而人痘是天花的病原，当时还不了解“弱化疫苗”的道理，种入的人痘(疫苗)常因弱化不够而引起小儿强烈反应，几乎和第一次发天花相似。所以，种人痘有较大危险。1 8世纪末，英国医生真纳(Jenner,1774年-1823年)发明了用种牛痘的方法防治天花。当时，欧洲天花流行。真纳注意到牛奶厂的女工经常和患牛痘的乳牛接触，她们手上可出牛痘脓泡，但在天花流行时，却从不感染天花。根据多年观察，真纳设想，人体感染了牛痘可能就获得了抵抗天花的能力。于是，1796年在伦敦行医时做了大胆的尝试：他用针尖沾上感染了牛痘的女工手上的痘脓，划到一个小孩的皮肤上。2个月后，他给这个小孩接种天花的病原材料，小孩安然无恙。由此可见，接种牛痘果然能使小儿获得对天花的免疫能力。真纳的免疫疗法实行了 18个月，伦敦天花的发病率下降了 2/3以上。伦敦人民大悦，排队接受种痘。真 纳 的 工 作 开 创 了 免 疫 疗 法 的 先 声。1978年，世界卫生组织(World Health Organization,WHO)宣布，经过长期的奋斗，人类终于消灭了天花!这是对真纳工作的最高奖赏。在真纳时代，人们还不知道传染病的微生物病原。19世 纪70年代，德国的科霍(Koch,1843年-1910年)和法国的巴斯德(Pasteur,1822年-1895年)在培养细菌等实验中发现，有些细菌经过多次传代培养后，失去了致病能力。巴斯德用鸡霍乱做实验，发现失去致病能力的、“弱化的(attenuated)细菌虽然不能致病，却能使寄主免疫。当时欧洲畜牧业正在为一种传染病一一炭疽病(anthrax)所困扰。牛、羊等牲畜成群死亡。巴斯德从病畜血中分离出致病菌(Bacillus anthracis),并在实验室中培养。他用高温处理细菌，使之弱化，将弱化细菌注射到健康羊体内，羊出现一些轻微的症状，但同时却获得了免疫力而不再感染炭疽病。当时人们对此种疗法持高度怀疑的态度。于是，巴斯德邀请社会上有影响的人到现场参观他的如下实验。给25只健康羊注射弱化病原，另2 5只健康羊不注射(对照)。几周之后，他邀请这些人再到现场，看他给这50只羊一一注射足以致病的未弱化的强毒病原细菌。几天后，注射过弱化病原的羊全部正常生长，而未曾注射弱化病原的健康羊全部发病死亡。巴斯德接着又进行狂犬病(rabies)的治疗实验。狂犬病是当时最可怕的传染病之一，死 亡 率 达100%,病原是一种病毒。在巴斯德时代，人们还不知道病毒的存在。巴斯德只是根据经验，深信狂犬病必有微生物病原。他将一只狂犬的唾液注射给兔，兔果然发生了狂犬病。兔死后，他将死兔的脑和脊髓晾干，研成末，放到水中，使之弱化而成疫苗(vaccine)。他给狗注射弱化疫苗，狗果然获得了对狂犬病的免疫力。后来，一男孩被患狂犬病的狗咬伤，不治必死。巴斯德给这个男孩多次接种弱化病毒，希望在潜伏期过去以前能使他产生抵抗力，男孩果然平安无事。至今，巴黎的巴斯德研究所还保留着他的工作室和他治愈的第一个狂犬病患儿的塑像。但是，限于当时科学的发展水平，巴斯德这位伟大的生物学家还不可能明白病原引起免疫的机制。这是他留给后人的研究课题。免疫的研究是从人体及家畜、家禽疾病防治方面开始的，现在已经大大扩展，许多生命过程都与免疫有关。生物体的内稳态，肿瘤细胞的监视（surveillance）以及细胞的相互识别，生物的进化等问题都可通过免疫的研究取得有益的资料。种牛痘后，或患天花、麻疹等病痊愈之后，人体淋巴细胞（B细胞）产生的抗体游离于体液中，遇有天花病毒入侵，抗体就将它们迅速消灭。这种靠抗体实现免疫的方式为体液免疫（humoralimmunity）。做器官移植手术时，移植的器官常常萎缩脱落，这也是一种免疫反应。但这种免疫反应和体液免疫不同，不产生游离的抗体，而是依靠另一种淋巴细胞（T细胞）直接冲击移植器官，使移植器官萎缩脱落。这种不依靠体液中的抗体，而 依 靠T细胞的免疫方式为细胞免疫（cellularimmunity）。这两种免疫的关系非常密切，互相影响，两者都要依靠淋巴细胞，只是所依靠的淋巴细胞属于不同的类型丽已。下面我们将分别扼要介绍这两种免疫类型。（一）抗原任何体外物质进入人或动物体内，能和抗体结合或和淋巴细胞的表面受体结合，引起人或动物的免疫反应的都称抗原（antigens）。牛痘疫苗和移植器官都属抗原。抗原是蛋白质或多糖类大分子，相对分子质量在10 000以上。相对分子质量小于6 000的-一 般都没有抗原性，不能引起免疫反应。一般说来，蛋白质的抗原性强于多糖。但复杂的多糖，如肺炎球菌、沙门氏杆菌等的荚膜多糖也能引发很强的免疫反应。细菌的表面带有抗原分子，所以细菌带有抗原性。细菌分泌的毒素大多是蛋白质，也有抗原性。病毒表面是蛋白质，因而病毒颗粒有抗原性。除细菌等微生物外，外来细胞的膜表面都有蛋白质和糖蛋白大分子，因而外来细胞或组织器官也都有抗原性。血型就是一种抗原（凝集原）、抗体（凝集素）反应。有些人对花粉过敏，花粉实际上起了抗原的作用，敏感的人吸人花粉后起了免疫反应即过敏反应（变态反应）。短链的糖类，即 只 含210个单糖的寡糖或低聚糖，脂类、核糖分子等都没有抗原性，不能刺激动物产生抗体。有些分子本身没有抗原性，不能引起免疫反应，但如果把它们和某些载体分子，如蛋白质分子结合起来，就有了抗原性，就能使动物产生对这一分子，或者是对这一复合分子有特异性的抗体。这种本身无抗原性，与载体蛋白结合后有了抗原性的物质，称为半抗原或不全抗原（haptens）。吗啡是一种半抗原。吗啡和蛋白质结合就有了抗原性，能刺激细胞产生对吗啡特异的抗体。把嗜吗啡者的血液取出一滴，用特异抗体鉴定，就可根据有无抗体一抗原反应而确定此人血中有无吗啡，是否吸毒者。抗原虽然都是大分子，但抗原分子能与抗体或与淋巴细胞表面受体结合的部位只是抗原分子的一些特定部分，即在分子构象上与抗体互补的部分，或者说是能与抗体分子嵌合的化学基团，即抗原决定子（antigenic determinaants）每一抗原有多种抗原决定子，有的多达200种，有的只有二三种。抗原有特异性。对一种花粉敏感的人对其他花粉不一定敏感。牛痘病毒能使人和牛发病，但症状甚微，只是出水痘，而天花病毒能使人发生可以致死的天花。但是，这两种病毒结构很相似,有相似的抗原决定子，所以用牛痘病毒能使人产生对天花病毒的抗体。现在，利用基因工程技术已经能够合成抗原分子，并利用合成的抗原分子制造疫苗来预防疾病，如利用人工制成的乙型病毒性肝炎疫苗来防治乙型肝炎。（二）B细 胞 和T细胞淋巴细胞的免疫功能直到20世 纪50年代才发现。用大剂量的射线照射大鼠，杀死其淋巴细胞和其他白细胞，大鼠就失去了免疫的功能，因而很容易感染疾病。此时，给大鼠分别输入各种类型的白细胞就可以找出哪种白细胞有免疫的功能。实验证明，只有在注入淋巴细胞之后，大鼠才能恢复免疫的功能（包括细胞免疫和体液免疫的功能）。由此证明，免疫功能是来自淋巴细胞的。根据免疫功能的不同，淋巴细胞可分为B 细 胞 和 T 细胞两类（图 82）。用大剂量 x 射线照射去胸腺的小鼠，小鼠可失去全部免疫功能。此时如果输给来自胸腺的淋巴细胞，免疫功能虽得到恢复，但仍与正常小鼠不同，即不能产生游离于体液中的抗体。如 果 在 X 射线照射后不输给来自胸腺的淋巴细胞，而输给来自骨髓的淋巴细胞，去胸腺小鼠的细胞免疫功能不能恢复，但产生抗体的功能却得到一定程度的恢复。显然，骨髓的淋巴细胞不是T 细胞，而是能够产生抗体的淋巴细胞，这 就 是 B 细胞。由此可知，小 鼠 的 B 细胞是来自骨髓的。如果同时给X 射线照射的去胸腺小鼠输入T 细 胞 和 B 细胞，小 鼠就可恢复全部免疫功能，包括细胞免疫和体液免疫。胸腺是一个淋巴器官，位于人体胸腔前纵隔的上部，分左右两叶。胸腺随年龄而增长，青春期达到高峰，以后逐渐退化萎缩。新生儿胸腺重约12g 1 5 g,青春期胸腺重约30g 4 0 g,老年时退缩至15g以下，但一经刺激，仍能产生大量T 细胞。如将新生小鼠的胸腺切除，小鼠仍能生长发育，对某些抗原入侵仍有一定的产生抗体的能力，即仍能发生有所减弱的体液免疫反应，但却失去了细胞免疫的功能。做器官移植时，如果切去小鼠胸腺，移植器官较易停留在小鼠体上。如将小鼠胸腺的淋巴细胞再输给去胸腺小鼠，免疫功能又得到恢复，而移植器官又被抵制。可见，来自胸腺的淋巴细胞，即 T 细胞，是细胞免疫的细胞。比较两类淋巴细胞，可以看到：B 细胞是体液免疫的细胞，T细胞是细胞免疫的细胞，两者在功能上是互相支援的。例如，B 细胞对于某些抗原，只有在T 细胞存在下才能产生抗体,因此这些对体液免疫起促进作用的T 细胞称为助细胞（helper cells）。但是，有 时 T 细胞不但不帮 助 B 细胞，反而起相反的作用，即 抑 制 B 细胞的免疫反应。所以，细胞免疫和体液免疫的关系是很复杂的，两者是不能截然分开的；2 种细胞在未被抗原活化时，形态上没有什么不同（图 82）,只 是 B 细胞略大，表面绒毛样突起略多。但两者的细胞表面蛋白却很不相同。例如，小鼠T 细胞表面的Thy 1糖蛋白，就是B 细胞所没有的。利用这一特点，可以通过实验 把 2 种细胞分开而获得纯净的T 细 胞 或 B 细胞，这对研究2 种细胞的功能是很有用的；2 种细胞的寿命不同，B 细胞的寿命很短，不过几天或一二周；T 细胞可以生活几年，甚至10年以上，在分布上，B 细胞大多集中在淋巴结等淋巴器官中，T 细胞虽然也存在于淋巴结、脾脏等器官中，但血液和淋巴中的淋巴细胞80%都 是 T 细胞，只有20%是B 细胞。（三）淋巴细胞的发生和发育血液和淋巴中的各种细胞都是从造血干细胞（hemopoietic stem cells）分化而来的（图 8 3）。造血干细胞存在于骨髓中（在动物的胚胎时期存在于肝脏中）。它们分裂分化而产生各种血细胞,其中能够产生淋巴细胞的称淋巴母细胞。淋巴母细胞一部分随血流而入胸腺，经过胸腺的作用分 裂 分 化 而 生 成 T 细胞；另一部分不入胸腺，在鸟类，它们进入腔上囊（bursa of fabricius,图 8-4）,经过腔上囊的作用，分裂分化而产生B 细胞。人和哺乳动物没有腔上囊，造血干细胞就在骨髓中分裂分化而成B 细胞。T 细 胞 和 B 细胞分别在胸腺和腔上囊或红骨髓长成后,大部分很快死去，只有部分随血液而转移到淋巴结、脾脏、扁桃体、阑尾中，并随血液和淋巴在体内流动。胸腺、腔上囊、淋巴结、脾脏以及扁桃体、阑尾等都是淋巴器官。胸腺和腔上囊是淋巴细胞生长和分化处，为中心淋巴器官，淋巴结等则是淋巴细胞集中的地方，为外围淋巴器官。人和哺乳类的B 细胞是来自红骨髓的，所以红骨髓也是中心淋巴器官。鸟类的腔上囊是一个盲囊（图 84）,开口于泄殖腔。腔上囊在胚胎和新孵化的雏鸟时期很发达，以后逐渐退化，性成熟时消失。如果将雏鸟的腔上囊切除，雏鸟失去产生抗体的功能，但仍保留细胞免疫的功能。可见鸟类的腔上囊是制造B 细胞的器官。图 8-4鸟类的淋巴器官人体淋巴细胞很多（约 2X10 12个），十分活跃，时刻在监视外物的入侵。它们能穿过微血管壁，而活动于血液、淋巴及血管之外、各组织细胞之间的组织液中。淋巴细胞的表面带有许多受体分子，即能和抗原结合的分子。受体分子的构象与相应的抗原分子上的抗原决定于是互补的（参见图810）,所以能和抗原结合。由于不同的淋巴细胞表面带有不同的受体分子，所以能分别和不同的抗原分子结合，发生免疫反应。（四）免疫系统能识别自我和非我免疫的对象是外物，如细菌、病毒、其他动物的细胞组织等。免疫系统遇到这些外物时，坚决消灭，对自身的细胞则“不予侵犯”，这就是免疫的自身耐受性（self-tolerance）。这是正常人和动物免疫系统必须具有的特性，否则就要发生自身免疫的疾病，如关节炎、肾小管肾炎等。自身耐受性决定于一组特异的糖蛋白分子，称为主要组织相容性复合体，简 称 M HCo最早M HC是在小鼠细胞表面发现的，称 H-2 抗原。人的M HC称 HLA抗原，已在第二章中讲过。身体的各种有核细胞表面都镶嵌有MHCo MHC是遗传决定的，种类极多，构象千变万化，除同卵双生外，不同的人MHC不同，和人的指纹各不相同一样。淋巴细胞的表面带有受体，受体种类也非常多。在胚胎时期，当淋巴细胞走向成熟时，那些带有能和自身细胞MHC结合的受体淋巴细胞全部被消灭，剩下的都是不能和自身MHC结合的，因而双方相安无事，这就是自身耐受性。M HC有两类，第 1 类分布于几乎身体全部细胞的表面，第 1 类只定位于巨噬细胞和B 细胞的表面。M HC的分子构象有一个特点，即它们的表面有一个沟。第 1 类 M HC的沟较小，可 接 受 1220氨基酸的肽链，第 1 类 MHC的沟可接受较长肽链。（五）体液免疫1.B 细胞产生浆细胞和记忆细胞这个过程一般包括两个步骤：第一个步骤是B 细胞遇到互补的抗原分子（多糖、细菌等）时，细胞表面的受体分子就和抗原的决定子结合。B 细胞在连续接受了带有互补决定子的抗原之后就“活化”、长大，并迅速分裂（图 85）,产生了一个有同样免疫能力的细胞群。这个由共同的祖先经无性繁殖而产生的相同的细胞群，称为克隆（clone）,又称为无性繁殖系。这些细胞继续分化，一部分成为比淋巴细胞略大，并含有丰富糙面内质网的细胞，称为浆细胞（plasma cells）。抗体就是浆细胞产生的。另一部分发展为记忆细胞（memory cell）。第二个步骤需要巨噬细胞和T 细胞的参与（图 86）。巨噬细胞有强大的吞噬能力，其表面带有第H类 M HC分子。它们（无特异性地）吞噬入侵的细菌抗原物后，一些抗原分子穿过细胞膜而露到细胞表面，夹在第II类 M HC分子的沟中。T 细胞中有一类助T 细胞，不同的助 T 细胞表面带有不同的受体，能识别不同的抗原。那些能识别巨噬细胞表面MHC+特异的抗原分子结合物的助T 细胞，在遇到这些巨噬细胞后，就活化分裂而产生更多有同样特异性的助T 细胞。B 细胞表面也带有第II类 M H C,可和特异的抗原分子结合。上述特异的助 T 细胞的作用是刺激已经和特异的抗原分子结合的B 细胞，分裂分化产生浆细胞和记忆细胞。这一 B 细胞依靠助T 细胞和巨噬细胞而活化的步骤比第一个不需要助T 细胞参与的步骤作用更强大。2.浆细胞产生抗体浆细胞一般停留在各种淋巴结。它们产生抗体的能力很大。每一个浆细胞每秒钟能产生2 0 0 0 个抗体，可以说是制造特种蛋白质的机器。浆细胞的寿命很短，经几天大量产生抗体之后就死去。抗体离开浆细胞后，随血液、淋巴流到身体各部，发挥消灭抗原的作用。3.记忆细胞与二次免疫反应记忆细胞也分泌抗体。它们的特点是寿命长，对抗原十分敏感，能“记住”入侵的抗原。如果有同样抗原第二次入侵时，记忆细胞比没有记忆的B细胞更快地作出反应，即很快分裂产生新的浆细胞和新的记忆细胞，浆细胞再产生抗体消灭抗原。这就是二次免疫反应。二次免疫反应不但比初次反应快，也比初次反应强，能在抗原侵入，尚未为患之前将它们消灭。所以成年人比幼儿少患传染病。有些抗原诱发的记忆细胞能对这种抗原记忆终生，因而动物或人对这种抗原有了终生免疫的能力。人患麻疹或天花、伤寒、百日咳等病后，终生不再感染，道理在此。由此可知，体液免疫的两个关键过程是：产生高效而短命的浆细胞，由浆细胞分泌抗体清除抗原；产生寿命长的记忆细胞，在血液和淋巴中循环，随 时“监察”，如有同样抗原再度入侵，立即发生免疫反应以消灭之(二次反应)。4.抗体结构血浆中含有球蛋白。抗体就是游离在血液、淋巴液等体液中的一类特殊的球蛋白，主要是y球蛋白，或称免疫球蛋白(immunoglobulin,1g),在其分子上还常附有少量糖类基团(图87)。人体免疫球蛋白约占血浆蛋白总量的20%。B细胞表面的受体分子也是Y-球蛋白分子，实际是淋巴细胞分泌的抗体，只是这些抗体不能脱离细胞罢了。抗体种类非常多，它们各有特殊的抗原结合部位。免疫球蛋白可分五类，都有如下共同结构：每一分子包含4个肽链，其中两个相同的短链，称为轻链(light chains,L链)，两个相同的长链，称为重链(heavy chains,H链)。四链互以一 SS一键相结合，形 成 一 个“Y”形的四链分子。每一链又分为两段：一段为恒定部分。每一类免疫球蛋白的恒定部分都是相同的，而与其他种类的恒定部分不同。所以，恒定部分的氨基酸序列是确定免疫球蛋白类型的一个标准。另一段是变异部分。轻链和重链的变异部分等长。这一部分的氨基酸序列各不相同，并且是多种多样的，因而才能分别和多种多样抗原相结合，这一部分决图8-7抗体分子图解CH为重链，C L为轻链恒定部分，V L为轻链变异部分。CHO为寡糖，箭头示抗原结合部位重链和轻链的可变部分位于“Y”的两臂末端，它们互相结合而构成抗原结合部位(antigenbinding site),所谓结合部位，是两个链可变部分的2030个氨基酸组成的囊状或裂隙状分子构象。抗体的特异性就决定于结合部位的构象。只有分子构象能与抗体结合部位的分子构象互补的抗原才能与该种抗体结合。一个抗体有两个抗原结合部位，分别位于两臂的末端。因而,两臂为抗原结合片段(antigen-binding fragment,Fab),Y 的柄部则为结晶片段(crystalline fragment,Fc)。糖类基团是结合在结晶片段上的。同一抗体的两个抗原结合部位是相同的，能和同一种抗原结合。抗体分子的构象是很复杂的。氨基酸序列分析结果说明，抗体分子是褶叠的(图88)。无论可变部分还是恒定部分都以一SS 一键相连而构成褶叠。X射线衍射分析进一步证明，各种抗体都有相似的三维结构，无论轻链或重链都是高度褶叠的。5.免疫球蛋白的类别免疫球蛋白是在动物进化过程中逐渐发生变异的。原始的脊椎动物，如七鲤鳗等圆口类动物，只有一种免疫球蛋白。哺乳类的免疫球蛋白则可根据重链氨基酸序列不同而分为5类。即IgM、IgG、IgA、IgD和IgE(图89,表81)每一类还可进一步分为多种。例如，有些哺乳类的IgG可分为4种,即IgGl、IgG2、lgG3和IgG4。表8-1人体的五类主要抗体这五类免疫球蛋白的重链各不相同，分别以a、B、丫、N表示，因而它们的Fc也各不相同。构成这五类免疫球蛋白的轻链只有2 种，称为x 和入链。每个抗体的2 个轻链是相同的，都是 x 或都是X。因而，每个抗体的2 个抗原结合部位是一样的。IgA是 2 个抗体的复合体。IgM含 5 个亚单位，以一个共同的结合蛋白（JP）聚在一起的复合体，是抗原侵入时最早产生的抗体，免疫力最强。IgG、IgD、IgE都是单一的抗体分子。IgG是人体最多的一类免疫球蛋白，约占全部免疫球蛋白的70%。IgG也是唯一能穿过胎盘而进入胎儿体内的抗体。所以，新生儿在前几周是依靠来自母体的IgG抵御细菌、病毒等外物入侵的。6.抗体的作用抗体与抗原的结合十分有力，比酶和底物的结合有力得多。有些抗原，如病毒等，由于抗体的结合而失去对寄主细胞表面受体结合的能力，因而不能侵入细胞。有些细菌产生的毒素（如白喉毒素、破伤风毒素等）可因抗体的结合而不为细胞所接受，因而无效。但这种情况是很少的。多数情况是，抗原抗体结合后出现进一步变化，从而使寄主获得免疫效果，抗体的作用可归纳为以下3 种：沉淀和凝集 已知每一个抗体分子至少有2 个结合点。一个抗原分子常有多个能与抗体结合的部位，即常有多个抗原决定子。因此，一个抗体可和2 个以上抗原结合，而一个抗原则可和多个抗体结合。于是，多个抗体和多个抗原可辗转结合形成大而复杂的结合网（图8-1 0）如果抗原分子是可溶蛋白质，抗体的结合就使抗原分子失去溶解性而沉淀；如果抗原分子是位于细胞上的，抗体的结合就使这些细胞凝集成团而失去活动能力，如血液凝集。血液中的单核细胞可长大而成吞噬能力强大的巨噬细胞。有些巨噬细胞在体液中到处漫游，有些固定在脾或淋巴结中。免疫反应能刺激巨噬细胞和粒细胞的吞噬能力，将抗原抗体反应形成的沉淀或细胞集团吞噬（吞噬作用）。至此，侵入的抗原分子被彻底清除。补体反应对于细菌等细胞性质的抗原，只靠抗体的作用往往不能消灭，必须有“补体（complement）产生的破膜复合体的参加才能使它们溶解死亡。补体是存在于血清、体液中的蛋白质分子。补体系统不是抗体，也不是单一的蛋白质，而是相对分子质量在24 000400 000之间的-一系列蛋白质分子，分别称为C1C9、B 因子、D 因子等。此时，还包括许多调节蛋白分子。C 1-C 4 和 B 因子、D 因子都是酶原分子，在正常情况下，没有活性。只有在发生了免疫反应之后，或在细菌等抗原直接刺激下，才陆续被激活。这个激活过程十分复杂，其终产物是使细菌等抗原外膜穿孔而死亡的破膜复合体。现简述如下。C 5 转化酶的生成：C 5 转化酶是C 1-C 4 和 B、D 因子活动的产物，作用是活化C6C 9,产生破膜复合体。细菌入侵，抗体与之结合，补体即开始陆续活化。这里，起关键作用的是C3。C 3可通过2 个途径而活化（图 811）：,个途径是C l、C2、C 4途径。抗体与抗原结合后，C 1被活化，成为有活性的酶，而 使 C4、C 2活化。活化的C4 一方面附着于靶细胞膜上，一方面又和活化的C 2结合而成C 3转化酶。C 3转化酶的作用是把C 3裂解成C3a和 C3b两片段。C3b很快附着至I C42（C 3转化酶）附近的靶细胞膜上而成C423b复合物。即 C 5转化酶。其作用是使C 5活化。第二个途径是B、D 因子途径。这一途径需要前一途径产生的C3b活化，结果产生另一种分子的C3转化酶，使 C 3 裂解而产生更多的C3b（正反馈）。C 3 转化酶和更多的C3b结合就成了这一途径的C 5转化酶。这一途径除为C3b所活化外，也可为细菌以及某些原生动物的表面多糖所活化。因此，可以认为这一途径是动物体御敌更早的一道防线。总之，这 2 个途径都包括顺序的一系列活化过程，结果都产生了 C 3转化酶，都发生C 3转化酶与C3b的结合，因而都产生C 5转化酶。破膜复合体的产生和作用：上述两个途径生成的C 5 转化酶将C 5 分裂为C 5a和 C5b2个片段，C 5b又与C6、C7、C8、C 9继续结合而成C56789复合体，紧紧附着在AFC靶细胞膜上。每2个C56789复合体结合而成一个相对分子质量约为2 000 0 0 0的大分子，即破膜复合体（图812）。破膜复合体附在靶细胞膜上，一方面使靶细胞膜破开；另一方面，复合体中的C 9分子还形成一些横穿膜的水溶性小管道，小分子物质能从管道自由出入，大分子则被阻在细胞之内，因此造成从细胞内到细胞外的浓度梯度，水进入细胞，而使细胞涨破死亡。在补体结合作用中，C3b是一个十分关键的分子，它不但能使B、D因子途径活化，能和C 3转化酶结合而成C 5转化酶，还能和巨噬细胞的表面受体结合而使巨噬细胞兴奋，吞噬能力提高。上述反应中产生的C3、C 5等小分子蛋白质在免疫反应中也有作用。它们促进平滑肌的收缩，促使细胞（肥大细胞和嗜碱性粒细胞）产生组织胺，使感染部位红肿、发炎。C 5分子还有活化中性粒细胞的作用。最后还应指出，补体反应是一个级联过程，就是说，反应的规模是逐级扩增的，因而只要有少数反应分子就可产生大量的破膜复合体。（3）K细胞（杀伤细胞）的激活抗体的作用除与抗原结合，使各种吞噬细胞和补体活跃起来而使抗原被消灭外，还有另一种作用，是促进另一种细胞，即杀伤细胞活跃起来，将抗原杀死。K细胞在形态上和淋巴细胞相似，也存在于血液之中，但K细胞既非T细胞，也非B细胞。抗体与抗原结合后，K细胞的表面受体能和抗原表面的抗体结合，即将抗原杀死。除K细胞外，巨噬细胞以及中性和嗜酸性粒细胞也同样可被抗体激活，杀死抗原。7.单克隆抗体很多疾病可用注射抗体（抗血清）的方法，即被动免疫的方法，来预防或治疗。例如，注射白喉抗毒素治疗白喉，注射破伤风抗毒素治疗破伤风等。所用抗体都是通过感染动物，如马、羊等，再从动物血液中取得的。如此得来的抗体价贵且不纯净，难免含有除所需抗体外的多种其他抗体。单克隆抗体（monoclonal antibodies）则是来自同一种B细胞的同一类抗体群。2 0世 纪7 0年代，人们建立了生产单克隆抗体的技术。现在单克隆抗体除应用于理论研究外，也可用于临床诊断和治疗。用单克隆抗体做受孕检查的准确性也极高。近年来，还在研究用单克隆抗体杀伤癌细胞。癌细胞表面有特异的抗原。人们设想，利用这一抗原制成特异的单克隆抗体，再在单克隆抗体上附上细胞毒物，由于抗体能识别癌细胞，毒物即可随抗体找到癌细胞并杀死之，而对正常细胞无害。生产单克隆抗体的方法比较简单，耗 资 也 较 少。将能在实验室长期繁殖的骨髓瘤（myeloma）细胞和小鼠经某种抗原诱导产生的B细胞，融合为一，成为杂交瘤细胞。杂交瘤细胞具有骨髓瘤和特异B细胞的双重特性，既能长期生长繁殖，又能不断产生和所用抗原互补的抗体，而这样产生的抗体只有一种，即单克隆抗体。（六）细胞免疫T细胞是细胞免疫的主要细胞。寄生原生动物、真菌、外来的细胞团块，如移植器官以及被病毒感染的自身细胞都能引起细胞免疫。作器官移植手术的最大难点是移植器官被受体的免疫系统所排斥。如果移植器官和受体的血统接近，移植器官就较易被接受，反之则更受排斥。将同一品系小鼠和另一品系小鼠的皮肤同时移植于同一小鼠身上，不久，同品系小鼠的皮肤固着生长，而另一品系小鼠的皮肤膨胀潮红，终至死亡脱落。如果此时将所用的另一品系小鼠的皮肤再取下一块,第二次移植到该受体小鼠身上，移植的皮肤比第一次更快地死亡脱落。所以，细胞免疫也是有记忆功能的。1.细胞免疫的机制和过程细胞免疫和体液免疫不同，细胞免疫不产生游离的抗体，而 是 由T细胞直接完成免疫反应。几乎所有细胞的表面都有糖蛋白分子，即（第1类）MHC。T细胞能识别不同于自身的MHC,所以移植器官被排斥。但T细胞不能识别入侵的病毒等抗原，只有当病毒侵入细胞，细胞表、面出现了来自病毒的小分子蛋白质抗原，并与细胞表面的MHC结合成复合物时，T 细胞才能识别，才对细胞进行攻击。T 细胞有三类，即胞毒T 细胞(cytotoxic T cells)、助 T 细胞(helper T cells)和抑T 细胞(suppressor T cells)o 各种T 细胞表面都有用以识别抗原分子的受体。受体由2 个肽链构成。受体和抗体不同，但受体的作用也是识别抗原。抗原千变万化，受体也是千变万化的。胞 毒 T 细胞的作用是消灭抗原(图813)。例如，病毒感染细胞后，病毒利用细胞的条件而合成蛋白质。这些蛋白质的一些片段穿过细胞膜而结合到细胞表面的第1 类 M HC分子的沟中，形 成 MHC一抗原结合物。带有与这一结合物互补受体的胞毒T 细胞接触到被感染的细胞时，就分裂分化生出大量胞毒T 细胞和记忆细胞。同时，胞 毒 T 细胞结合到这些靶细胞上，分泌一种称为穿孔素(perforin)的蛋白质，使靶细胞溶解而死亡，细胞内的病毒也因而失去藏身之所而为抗体消灭(图8 13)。图 8-1 3 胞毒T 细胞识别病毒抗原而杀死被病毒感染的细胞体液免疫能利用抗体消灭外物，但病毒和其他蛋白质颗粒等外物一旦侵入细胞或被细胞吞人(如巨噬细胞)，抗体就无能为力了。这时需要细胞免疫发挥作用，2 种免疫机制相互配合，使侵入机体的一切外物不能生存。细胞发生癌变，细胞表面出现特殊的分子标记，因而也是免疫系统的攻击目标。免疫功能减退的人，如老年人，易患癌症。助 T 细胞又称诱导T 细胞，对各种免疫细胞，包括胞毒T 细胞和抑T 细胞，以及体液免疫的B 细胞都有 帮助作用，所以助T 细胞对于2 种免疫系统都是十分重要的，虽然它们并不直接消灭抗原。如切除胸腺而失去细胞免疫功能的小鼠，体液免疫的功能也常常降低就是因为B 细胞的活动缺少助T 细胞帮助之故。助 T 细胞的受体能识别和第H类 M HC结合的外来抗原。第 II类 MHC镶嵌在巨噬细胞和 B 细胞表面。巨噬细胞如果吞噬了侵入的细菌等微生物，其表面就出现第II类 M HC和微生物抗原的结合物。B 细胞表面的第II类 M HC也和细菌的抗原分子结合(图814)。助 T 细胞遇到了这两种带有与之互补的第H类 M HC抗原结合物的细胞时，就与它们互补地结合起来。结合的结果是：巨噬细胞分泌一种类似于激素的物质，称为淋巴细胞激素或白细胞介素1(interleukin I)。这一信号分子的作用是刺激助T 细胞，使其分泌另一种白细胞介素，即白细胞介素H。这个信号分子反过来又刺激助T 细胞，使之加快分裂而产生更多的白细胞介素H,这是一个正反馈的过程。助 T 细胞分泌的这种白细胞介素有刺激淋巴细胞分化出更多胞毒T 细胞的作用，还能刺激体液免疫的B 细胞，使之迅速产生浆细胞和记忆细胞.图 814助T 细胞的作用抑 T 细胞能抑制淋巴细胞，包 括 B 细胞和其他T 细胞的活动。它们只有在助T 细胞的刺激下才发生作用。在外来的抗原细胞消灭殆尽时，抑 T 细胞才发挥作用而使“战斗”结束。有人认为抑T 细胞只是一种特殊的助T 细胞，它们能抑制其他助T 细胞的作用和体液免疫一样，T 细胞活化时，也要产生记忆细胞。现将细胞免疫的全过程概述如下：带有不同第I 类 MHC分子的外源细胞，如移植器官等,在植入动物体后，体内带有特异受体的T 细胞分裂产生大量新的T 细胞，其中胞毒T 细胞有杀伤力，使移植器官的细胞破裂而死亡。助 T 细胞分泌物质使胞毒T 细胞、巨噬细胞以及各种有吞噬能力的白细胞“愤怒”起来，大量集中于移植器官一带，与胞毒T 细胞合作，将移植器官上死去的细胞残渣及活的细胞吞噬消灭。移植器官处在如此“四面楚歌”的悲惨局面下，血管被切断封闭，失去血液供应，细胞即使不全被吞噬，也将因营养缺乏而死亡。在这一免疫反应完成时，抑 T 细胞开始发挥作用，抑制助T 细胞和其他淋巴细胞的活动，从而终止这一免疫活动。此时如果再次种入同一来源的器官，初级免疫活动产生的记忆T 细胞立即分裂而产生新的效应细胞，使移植的器官迅速被排斥，同时产生新的记忆细胞保持记忆，是为次级免疫反应。由于初级免疫反应留下了记忆细胞，次级免疫反应总是比初级免疫反应发生得快，效率也更高。2.细胞免疫与器官移植在同卵双胞胎之间进行器官移植手术较易成功，这是因为同卵双胞胎的基因组是一样的，因而细胞表面的MHC分子也是一样的，所 以 2 个都不排斥对方的器官，都可做为对方器官的接受者或受体。第一次成功的肾移植术就是在同卵双胞胎之间进行的。怎样才能增加受体对外来组织的耐受性，使更多的移植手术成功呢?用激素、放射线照射或其他药物，如 6-M P(6-疏基喋吟)等抑制受体的免疫功能，可迫使受体接受外来器官。但这显然不是理想的办法，抑制了免疫功能就增加了感染疾病的可能性，不少接受移植肾脏的病人就是因此而死去的。近年来发现，一种从土壤真菌中分离的抗生素环抱素(cyclosporin),能有选择地抑制抗移植器官的T 细胞。由于环抱素只作用于一部分有关的T 细胞，不影响免疫系统的其他功能，因而利用这种抗生素已使器官移植的成功率明显提高。临床器官移植还存在外来器官排斥受体的问题。例如，给人植入外来骨髓，在正常情况下,人的免疫系统发生反应，而将外来骨髓消灭。但
