第三节　淋巴细胞发育与抗原识别

免疫细胞由骨髓中的多能干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）分化而来，参与固有免疫及适应性免疫应答。HSC首先分化成共同淋巴样祖细胞（common lymphoid progenitor，CLP）和共同髓样祖细胞（common myeloid progenitor，CMP），再循淋巴样和髓样两个谱系（lineage），分别向T、B细胞、NK细胞，以及DC、粒细胞、单核/巨噬细胞和肥大细胞方向分化。各类免疫细胞在不同分化阶段可表达不同种类和数量的表面膜蛋白或分化抗原（CD），可以作为不同细胞的“身份证”。属于淋巴细胞分化谱系的除了T、B细胞，还包括NK细胞以及NKT细胞，而且T、B细胞中也包括γδ T细胞和B1细胞，因为这些细胞主要参与固有免疫应答，被称为固有类淋巴细胞（innate-like lymphocyte）。本节主要介绍参与适应性免疫应答的淋巴细胞，即T细胞和B细胞（又称B2细胞），下图给出淋巴细胞等分化来源示意（图4-6）。

一、淋巴细胞发育过程概述

T、B淋巴细胞参与免疫应答的特点是表达多样性极为丰富的抗原受体，能够识别数量很大的抗原物质。这一特性是淋巴细胞从骨髓和胸腺中的淋巴样祖细胞分化为成熟淋巴细胞过程中所获的，称为淋巴细胞发育或淋巴细胞成熟。其中包括抗原受体基因重排，以及淋巴细胞受体库形成等一系列重要事件。

（一）T、B细胞谱系的定向分化

1.多能干细胞向淋巴细胞的分化

T细胞前体（干细胞）在出生前离开胎肝，其后一直在骨髓中产生，然后通过循环进入胸腺并分化成熟。大部分的T细胞属于α β T细胞（即通常所称T细胞），都来自骨髓；γδ T细胞在皮肤黏膜中较为多见，肠道黏膜可达37%，但在循环中占比极低（0.5%～5%），这些γδ T细胞来自胎肝前体细胞。B细胞在出生前来自胎肝，分化为B1亚群（固有免疫），出生后来自骨髓的前体细胞主要产生循环性B2细胞，又称滤泡性B细胞，就是通常所说的B细胞。

2.不同的转录因子参与T、B谱系的发育

早期B细胞因子（EBF）及其拼接体E2A、B细胞激活蛋白（BASP）变构体Pax5等共同驱动淋巴样祖细胞向B细胞谱系分化，最终促进滤泡性B细胞（Fo-B）、边缘区B细胞（Mz-B）和B1细胞亚群发育。Notch-1蛋白和Gata3转录因子驱动淋巴样祖细胞向T细胞谱系分化。

3.细胞因子信号促进T、B细胞的早期发育T、B细胞的

早期发育涉及已定向的祖细胞发生有效的增殖，这对于形成高度多样性的抗原特异性淋巴细胞储备库是十分必要的，其中IL-7发挥重要作用。骨髓中IL-7由基质细胞产生，胸腺中则由上皮细胞和其他细胞产生。

IL-7驱动的早期淋巴细胞增殖，至抗原受体第一条链的编码基因完成重排后即告停止。随后，增殖只发生于其抗原受体第一条链编码基因已成功地实施重排和表达的一类T、B细胞亚群。然后开始启动T细胞前受体即前TCR（pre-TCR）和B细胞前受体即前BCR（pre-BCR）的发育。

（二）抗原受体基因的重排和表达

1.抗原受体基因重排

作为淋巴细胞发育中的重要事件，直接涉及多样性受体库的产生、发育，以及淋巴细胞成活和死亡的选择。受体库是体内各种携带特定抗原受体结构的淋巴细胞克隆的总称，其极端多样的淋巴细胞抗原识别结构的出现，并不需要相等数量的胚系基因编码，而只是在胸腺和骨髓未成熟T、B细胞中，通过数量不多的胚系基因片段重排等机制而产生。对任何一个完成发育的淋巴细胞、其可变区基因片段都是被随机地选择出来的，然后通过与其他受体基因片段的重排而构成能够转录的DNA片段（大部分随机重排后的TCR/BCR基因失效，不能转录）。淋巴细胞抗原受体基因重排过程并不依赖抗原的参与，换言之，在接触抗原之前，多样性的抗原受体已经产生了，抗原的作用只是选择，把那些淋巴细胞受体结构与抗原表位结构互补的克隆挑选出来。

2.克隆选择和克隆清除造就T、B细胞受体库发生偏移

有功能的受体基因是不同基因片段排列和组合的结果。这一组合不仅具有随机性，而且在相结合的基因片段之间还存在碱基的随机插入和删除，形成受体基因在结构上的高度变异性。由此构成多样性幅度很大的淋巴细胞抗原受体库。

（三）阳性选择和阴性选择

1.阳性选择和亚群分化

阳性选择事件同时意味着淋巴细胞亚群的产生，从受体与自身抗原初始的低亲合力识别开始，导致淋巴细胞谱系激活（lineage commitment），这一过程被称为阳性选择。由于自身抗原涉及自身MHC分子，因而被选择出来的淋巴细胞，其抗原受体能够分别结合MHC Ⅰ类或Ⅱ类分子，产生借助不同识别格局与抗原发生应答的亚群。以T细胞为例，只有在胸腺中同时被自身MHC分子选择出来的成熟T细胞，才能在外周识别由同一种自身MHC分子展示的外源性抗原肽，并启动功能性亚群的分化。主要有两类：受MHC Ⅰ类分子限制的辅助性CD4 T细胞（CD4 Th），和受MHCⅡ类分子限制的杀伤性CD8 T细胞（CD8 CTL）。对B细胞亦然，涉及的亚群除了固有B1细胞，还包括参与循环并在外周淋巴器官中介导针对T细胞依赖性抗原的滤泡性B细胞（即普通B细胞），和产生于脾脏边缘的边缘区B细胞，后者主要介导血流中的T细胞非依赖性抗原的抗体应答。

2.阴性选择与自身耐受

越过了前抗原受体装配这一节点的淋巴细胞，将在中枢淋巴器官中继续发育，形成和表达完整的抗原受体，初步完成淋巴细胞抗原受体库的发育。但此时的淋巴细胞仍处于未成熟状态。未成熟淋巴细胞发育阶段中会出现一些重要的事件，即通过清除那些能以其受体高亲和力识别自身抗原的有害克隆、保留那些携带外来抗原受体的有用克隆（不识别自身抗原、阴性选择），使抗原受体库（相当于表达各种受体的淋巴细胞克隆库）发生改变。如果有害克隆可以通过受体编辑而调变其与自身成分结合的亲和力，也可变害为利，被保留下来。其结果是，整个淋巴细胞克隆库中留下来的都是可以与外来抗原起反应的“有用”淋巴细胞克隆。

（四）淋巴细胞抗原受体多样性的基础

前面提到，参与适应性免疫应答的淋巴细胞具有结构极为多样性的抗原受体储备。这一多样性，是个体发育进程中通过受体基因片段重排等机制，从有限数量的胚系基因变化而来，并由此形成带有不同受体的淋巴细胞克隆库（repetoire）。这是适应性免疫显示应答特应性和记忆性的生物学基础。

构成人体B细胞和T细胞抗原受体多样性的机制，包括可变区V-J、V-D二个片段重排、双链组合产生的多样性，还有连接产生的多样性，数量都在百万（106）以上。两者协同配合，使得人体淋巴细胞抗原受体编码基因的总体多样性，BCR（即免疫球蛋白）约为5×1013，TCR约为1018。这是一个理论推算值，实际上并非所有基因片段的重组皆以相同的概率发生，也非所有TCR的α、β链和BCR的轻、重链之间皆能随机有效地形成功能性受体。而且，在连接多样性的产生中，随机插入的核苷酸有可能破坏原有编码序列的阅读框而引起无效重排。其概率之高，可使大约2/3的重排无法产生。为此，淋巴细胞受体多样性产生的实际值在107～1011水平。若取其下限，意味着共有一千万种抗原受体结构不同的T、B细胞存在于体内。这一千万种，应该不是指细胞而是克隆，意味着体内存在着至少一千万种能识别各种抗原的淋巴细胞克隆，每一个克隆中的淋巴细胞皆表达结构相同的受体，构成淋巴细胞库或TCR/BCR库。因为BCR基因等于抗体基因，所以BCR库也称抗体库。这里的“库”原文为“repetoire”，义指保留剧目，是指一个剧团的剧目储备。因而淋巴细胞库又称淋巴细胞谱，代表的是机体潜在的反应能力：某一抗原来了，可以从中选择出受体结构与之互补的淋巴细胞克隆；另一抗原来了，则挑选出结构与之互补的另一克隆。所以克隆库的库容越大，受体多样性越丰富，能够与各种抗原起反应的潜在能力就越强。

第一，千千万万的淋巴细胞克隆各有其特异性不相同的抗原受体，称为克隆型（clonotype）。对于适应性免疫中淋巴细胞介导的抗原特异性应答，应该理解为那是一类淋巴细胞克隆库中被抗原选择出的一个或数个克隆所介导的特异结合反应。

第二，克隆库的发育与淋巴细胞受体多样性的产生是一致的，发生于中枢免疫器官，对应T细胞在胸腺中的DN（双阴）和DP（双阳）细胞期；对应B细胞，在骨髓中的前B细胞期。因而受体库的发育与外界抗原是否出现无关。

第三，克隆库的出现，包括抗原激发后因体细胞高频突变而形成的BCR库容的扩展，是个体发育的产物，其构成的多样性是不遗传的。这与固有免疫中识别PAMP/DAMP的各种受体直接由胚系基因编码不同（那是可遗传的），由此构成了固有免疫和适应性免疫一个生物学的基本差异点。

（五）抗原驱动下淋巴细胞受体库的适应性调整

若以某种抗原作用于淋巴细胞受体库后，该抗原结构对应的特定受体克隆涵盖的淋巴细胞可不断分裂增殖，造成其中能够识别该抗原的淋巴细胞比例，较之在原先淋巴细胞受体库（克隆库）中的比例，明显上升。这一现象称为抗原驱动的克隆偏移，其本质是受体库在抗原表位影响下的适应性调整，有助于改善受体库储备的有效性。现在已经可以借助多种技术方法分析受体库克隆型的V-J片段属性，包括基于高通量测序的TCR测序技术。如果某抗原取用的V-J片段不是单纯的一种序列，而是有限的数种形式，那就提示扩增的不是单个克隆，而是寡克隆至多克隆。需要指出的是，由于抗原分子往往有多个表位，而且表位的空间结构与TCR/BCR编码序列只有相对特异性而非完全的一一对应关系（类似于“模（拟）-数（字）”转换过程），致使诸多淋巴细胞受体结构也会呈现交叉性，因而一种抗原只诱导一个克隆发生扩增的情况是很少见的理想状态。

借助分析淋巴细胞克隆型（TCR/BCR序列特征、B细胞V-D-J基因重排等），可确定针对特定病原体抗原而扩增的淋巴细胞克隆属性，临床有助于：

1.分析T、B细胞身份特征，如肿瘤细胞是单克隆或寡克隆增生的细胞群落，V-D-J基因重排分析有助于诊断多发性骨髓瘤（系统性淀粉样变）、鉴别诊断皮肤淋巴瘤与皮肤炎症性红斑（图4-8），对于深入理解黑素瘤-晕痣-白癜风系列疾病的发生机制也有帮助。

2.天疱疮是免疫系统针对自身暴露抗原　桥粒芯蛋白（DSG）的特异性抗体介导，通常用非特异性免疫抑制剂糖皮质激素治疗，疗效好但副作用也多；改用美罗华（利妥昔单抗）专门抑制B细胞增殖分化为浆细胞、减少抗体生成，可以成为天疱疮治疗的更好选择；但是B细胞增殖减少、非选择性地抑制了大部分抗体的产生，仍然有相当大的继发感染风险。借助TCR/BCR克隆特征研究天疱疮患者体内DSG特异性T、B淋巴细胞的发育、分化、成熟过程，有助于更高效地特异性阻断DSG抗体生成。在类天疱疮（BP）中也有针对特异性T细胞表位的研究报道，如能进一步明确与BP发生发展相关的特异性T细胞表位，利用表位修饰可抑制NC16A反应性CD4+Th细胞的活化，从而抑制B细胞分化为浆细胞，减少致病性自身抗体的产生。

二、B细胞发育和抗体分泌

B淋巴细胞因来源于哺乳动物骨髓（bone marrow）而得名，简称B细胞。

B细胞也是免疫系统重要的免疫细胞，主要功能是分泌抗体介导体液免疫。同时，作为专职抗原提呈细胞（APC），B细胞能诱导性表达参与提呈抗原的MHCⅡ类分子和共刺激分子，具有摄取、加工和提呈抗原，协助启动T细胞应答的功能。B细胞同时还能分泌细胞因子（如IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IFN、TGF-β、TNF、LT等）调节免疫应答。

哺乳动物B细胞一旦在骨髓中成熟，就离开骨髓到外周免疫器官的非胸腺依赖区定居。B细胞占外周血淋巴细胞总数的20%～25%，参与淋巴细胞的再循环。

（一）B细胞的分化成熟

1.B细胞在骨髓中的分化成熟

骨髓是B细胞的发源地，同时也是哺乳动物B细胞分化成熟的中枢免疫器官。骨髓中多能祖细胞通过识别骨髓基质细胞上FLT3的配体分子后，激活共同淋巴样前体细胞。后者被基质细胞分泌的IL-7激发后，推动原B细胞进一步遵循前B细胞→未成熟B细胞→成熟B细胞途径分化。其中经历了免疫球蛋白基因重排、基因活化、转录表达等过程，最终出现特有的表面标志即B细胞抗原受体（BCR）。BCR也称表面膜免疫球蛋白（mIg），包括mIgM和mIgD。

（1）前B细胞在分化早期，免疫球蛋白（Ig）重链（μ链）的V区基因首先重排，在小前B细胞阶段胞质中出现μ链，但还不能合成完整的免疫球蛋白分子、不表达BCR，亦不具有任何功能。μ链V区基因的成功重排，可诱导Ig轻链（κ链、λ链）的V区基因重排，并促进B细胞的进一步分化成熟。

（2）未成熟B细胞（im-B）im-B细胞开始合成成熟的轻链，连同已在前B细胞阶段出现的μ链，胞质中出现完整的免疫球蛋白分子IgM，并在细胞膜表面表达mIgM。mIgM是B细胞分化成熟中首先出现的BCR，并成为im-B细胞的表面标志。im-B细胞尽管已表达BCR，具有识别抗原的能力，但还不能介导免疫应答；相反，此类未成熟B细胞如受抗原刺激，非但不能活化和增殖，反而会引发凋亡而导致克隆流产（clonal abortion）。骨髓中出现的自身抗原，可去除对抗原“易感”的自身反应性B细胞克隆，这是B细胞中枢耐受产生的重要机制。

（3）成熟B细胞（m-B）随着进一步分化，μ链以外的其他Ig重链的V区基因也开始重排、转录和表达。此时B细胞胞质中可同时出现lgM和IgD，表面也表达两类BCR即mIgM和mIgD。成熟B细胞能识别抗原，介导特异性免疫应答。至此，完成分化的B细胞离开骨髓，到达外周免疫器官非胸腺依赖区定居。

（4）活化的B细胞如无抗原刺激，成熟B细胞在外周免疫器官中寿命一般仅7～10天。随着骨髓中成熟B细胞源源不断进入外周，多样性丰富的B细胞库得以维持。同时，在抗原刺激下B细胞Ig基因（V区）发生体细胞高频突变，进一步丰富了BCR的多样性。并且，B细胞活化后Ig基因表达加快，细胞表面BCR表达下调，向浆细胞分化。

（5）浆细胞（plasma cell）：又称抗体形成细胞（antibody forming cell，AFC），是B细胞分化的终末细胞。此类细胞胞质中出现大量粗面内质网，能合成和分泌特异性抗体，介导体液免疫。

从骨髓干细胞、pre-B、im-B到m-B，B细胞在骨髓内环境中，按既定的程序分化，不受抗原影响，称为B细胞分化的非抗原依赖期。而在外周，成熟的B细胞只有在抗原刺激下才能进一步分化为浆细胞，分泌抗体，进入抗原依赖阶段。

2.B细胞成熟过程中的阴性和阳性选择

同T细胞一样，B细胞在成熟过程中也须经历选择。不同的是，B细胞先在骨髓中进行阴性选择，成熟后在外周进行阳性选择。pre-B细胞在骨髓中分化为im-B后，表达mIgM，此时能识别自身抗原的B克隆以其BCR（mIgM）与骨髓基质细胞表达的自身抗原发生相互作用、产生负信号，诱使未成熟B细胞发生凋亡。其生物学意义类似于T细胞的阴性选择，产生自身耐受。随后，在外周免疫器官的生发中心，在抗原刺激下，Ig基因发生体细胞高频突变，再加上抗原的选择，保留表达高亲和力BCR的细胞克隆，此现象称为亲和力成熟，亦称为B细胞的阳性选择。

三、淋巴细胞亚群

不仅有T、B淋巴细胞，分化过程还产生了其他几种特性不同的淋巴细胞亚群，具有重要的功能差别。概述如下：

（一）T细胞功能性亚群

根据TCR类型不同，T细胞分为α β细胞（表达TCR1）和γδ细胞（表达TCR2）。根据表面标志和分化抗原的不同，α βT分为CD4 T和CD8 T细胞；根据分泌的细胞因子和介导的功能不同，CD4T再分为Th1、Th2和Th17等细胞。T亚群同时包括近年来属研究热点的CD4调节性T细胞（CD4 Treg）。

1.αβT细胞

α βT细胞是体内最主要的T细胞群，占外周血T细胞总数的90%～95%，表达多样性极为丰富的受体库，识别MHC分子提呈的抗原肽，属MHC约束性T细胞。α βT细胞的主要功能是介导细胞免疫、辅助体液免疫和参与免疫调节。

外周血中成熟的α βT细胞分为CD4阳性和CD8阳性两大亚群。其中CD4 T细胞识别MHC Ⅱ类分子提呈的抗原肽，受MHC Ⅱ类分子的约束；CD8 T细胞识别MHC Ⅰ类分子提呈的抗原肽、受MHC Ⅰ类分子的约束。

2.Th1、Th2和Th17细胞

Th1和Th2是CD4 Th细胞的两个亚型。Th1细胞主要分泌IL-2和IFN-γ，介导细胞免疫；Th2细胞主要分泌IL-4、IL-5和IL-13，介导体液免疫。在辅佐细胞（DC、MΦ、嗜碱性粒细胞）参与下分别由IL-12和IL-4诱导产生（图4-9）。大量研究证实Th1和Th2细胞为一对重要的效应细胞，同时Th1和Th2细胞又相互抑制：Th1细胞分泌的INF-γ可抑制Th2细胞分化和功能，Th2细胞分泌的IL-4可抑制Th1细胞的分化和功能。

Th17细胞是近年来确认存在第三个重要的效应性T细胞亚群。IL-6和IL-23促进Th17分化成熟，主要分泌IL-17、IL-22等促炎症因子。Th17细胞在自身免疫中起重要的作用，如IL-17是具有强大的招募中性粒细胞效应，在银屑病发病机制中发挥重要作用。

3.Tfh细胞

近年发现，Th2细胞在淋巴滤泡中与B细胞发生相互作用后，可分化成一群新的亚群，称为滤泡辅助性T细胞（CD4 Thf）。Tfh分泌IL-21，参与对生发中心B细胞的激活，启动生发中心反应。

4.CTL和Tcl/Tc2细胞

CD8 CTL指细胞毒性T细胞，是免疫应答的主要效应细胞，可特异性杀伤靶细胞，在肿瘤免疫和抗病毒免疫中发挥重要作用。

近年来发现，除了CTL，CD8 T细胞亦可有对应于CD4 Th1/Th2的两个亚型——CD8 Tc1和CD8 Tc2。它们产生一些共同性细胞因子如GM-CSF和TNF，但分泌的特征性细胞因子类似于Th1和Th2：Tc1为IL-2和IFN-γ和LT（淋巴毒素）；Tc2为IL-4、IL-5、IL-6、IL-9和IL-10。据称此类CD8 T细胞在瘤型麻风的产生和发展中十分活跃。我们再次体会到：免疫系统的发育并非按照现有规律完美设计而来，而是漫长进化过程中随机变异选择累积的结果；因为变异是双向、无规律的，导致最终结果的表现具备某种对称性，如CD4/Th1/Th2和CD8/Tc1/Tc2的对称性；循着这种对称性的启示，瘤型麻风（分枝杆菌感染）肉芽肿结节部位，可能具备发育不完善（偏离中心的变异累积量不够、选择演化的程度不够）的淋巴滤泡潜在功能。

（二）B细胞功能性亚群

B细胞也是一异质性群体，根据CD5分子表达与否，将B细胞分为B1和B2两个亚群，而B2中再分为常规的B细胞（又称滤泡性B细胞，Fo-B）和边缘区B细胞（Mz-B）。

1.B1细胞主要确立于小鼠，来自胎肝，识别非蛋白质抗原成分如脂多糖。B1细胞可直接介导对T细胞非依赖抗原的免疫应答而产生抗体，无需Th细胞的辅助。B1细胞介导的免疫应答特点为：一般不发生体细胞突变，无亲和力成熟，产生低亲和力的IgM抗体，不产生记忆细胞。

2.B2细胞主要识别蛋白质抗原。在Th细胞的辅助下，B2细胞才能完全激活并介导对T细胞依赖抗原的免疫应答，产生特异性抗体。B2细胞介导的免疫应答特点为：可发生体细胞高频突变，可通过亲和力成熟产生高亲和力抗体，可分化成记忆细胞。

3.边缘区B细胞（Mz-B）外周淋巴器官脾脏白髓边缘窦中存在另一群B细胞，其与淋巴滤泡中产生并参与循环的常规B细胞不同，称为边缘区B细胞（marginal zone B cell，Mz-B），属成熟的B细胞类型。与B1细胞相似，Mz-B可产生分泌IgM的短寿浆细胞，并对进入血流的微生物抗原起反应，介导对T细胞非依赖抗原的免疫应答。现认为Mz-B和B1细胞是体内预存的IgM天然抗体的主要来源。在这里，我们再次看到了免疫系统分化发育的对称之美。

（三）调节性和记忆性淋巴细胞亚群

1.调节性T细胞

调节性T细胞（regulatory T cells，Treg，T_R）是近年来免疫学领域研究的热点，其具有免疫应答低下和免疫抑制两大特征，可“主动”地抑制效应细胞的活性，发挥免疫负向调节作用。调节性T细胞介导的免疫抑制，在维持自身耐受、自身稳定和免疫应答的反馈性调节中发挥重要作用，并与临床疾病的发生发展密切相关；IL-10和TGF-β是Treg发挥抑制作用的常见细胞因子。

2.调节性B细胞

近年来，首先在小鼠，随后在人体都发现有一群调节性B细胞（Breg）。该细胞来自一类被称为过渡2型边缘区前体（T2-MZP）的细胞。T2-MZP借助其TLR2、TLR4和TLR9接受PAMP刺激后分泌IL-10，然后在CD4+CD154+T细胞的共同激发下，引起Breg分化。Breg表达BCR和B细胞激活因子（BAFF）受体，大量产生IL-10，抑制Th1、Th7和MΦ的激活，对多种病理性免疫应答发挥抑制作用，如脓疱性银屑病发病过程有报道涉及Breg细胞活性减低。

3.记忆性淋巴细胞亚群

记忆性T细胞（T_M）由CD4 T_M和CD8 T_M组成，各自又包括效应性记忆T细胞（effective memory T cell，T_EM）和中枢性记忆T细胞（central memory T cell，T_CM）。对T细胞应答，T_EM承担保护性记忆（protective memory），该细胞主要分布在外周炎症组织，行使速发性效应功能；而T_CM则负责反应性记忆（reactive memory），因为该亚群停留在外周淋巴器官的T细胞区，不直接行使效应功能，在抗原再次刺激时重新分化为效应细胞。

记忆性B细胞的形成与B细胞启动的生发中心反应有关。生发中心反应包括体细胞高频突变、亲合力成熟和抗原选择等步骤，在产生高亲和力记忆B细胞的同时，分化出长寿性浆细胞或其前体细胞，并从脾脏和淋巴结迁移至骨髓，参加全身循环。当再次遇到抗原时，记忆性B细胞可使浆细胞再次分化，产生记忆性应答。

四、免疫原与抗原

免疫原是免疫应答的启动者。

免疫原包括激活固有免疫应答的固有分子模式和激活适应性免疫应答的抗原。

在固有免疫过程里，属于病原微生物（PAMP）或自身损伤细胞和组织在进化和应急状态下形成的保守成分（DAMP），经模式识别受体（PRR）识别，产生促炎性介质，发挥炎症和组织修复功能。

在适应性免疫过程里，淋巴细胞借助表面的TCR和BCR识别抗原，显示克隆增殖特性，借助产生的抗体和效应T细胞启动适应性免疫应答，并显示记忆功能。产生的免疫球蛋白即抗体，是由B细胞接受抗原刺激所产生的介导体液免疫的效应分子。抗体具有中和病原微生物及其产物、调理免疫细胞吞噬和激活补体杀伤病原体等主要功能。

（一）免疫原的概念

免疫原（immunogen）指能够启动、激发和诱导免疫应答（包括固有免疫和适应性免疫）的物质，免疫原分为固有分子模式（innate molecular pattern，IMP）和抗原（antigen，Ag）两大类。

IMP是启动和诱导固有免疫应答的物质，包括病原体等共有的保守成分——病原体相关分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）和受损伤的自身细胞和组织释放的成分——损伤相关分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP）。感染早期，位于机体皮肤和黏膜表面的固有免疫细胞，通过模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR），对IMP进行泛特异性的模式识别，介导以炎症效应为主的固有免疫及吞噬杀菌效应，或清除凋亡损伤细胞以维持生理性自稳。IMP的特点是：主要参与固有免疫的启动和诱导，通常不限于特定类别的成分或单一分子，以一类相聚的分子模式发挥作用。

抗原是指经T、B细胞表面的抗原受体（TCR、BCR）识别，能激活T、B细胞产生特异性免疫应答，并与应答产物（特异性抗体和淋巴细胞）起反应的物质。理论上，抗原可以是来自外界或者自身产生的某种化学基团。机体免疫细胞识别的大部分抗原是蛋白质，也有多糖和核酸等物质。

固有免疫与适应性免疫在本质上并无二致，均涉及受体对免疫启动物质的识别、受体相关信号的转导、效应分子编码基因的转录激活、免疫细胞的活化、效应分子的产生，从而清除人侵病原体或变异的“自己”成分/受损的“自身”成分。两种应答过程均具有三个时相：识别相、激活相和效应相。

（二）免疫原的分类

1.固有免疫识别

IMP，包括PAMP和DAMP等（图4-10）。

（1）病原体相关分子模式（PAMP）来源于病原体保守的共有成分，也称为外源性危险信号。以模式（pattern）相称，意味着其组成成分相对单一，易于纳入为数不多的结构范畴多还因为这些抗原有其共性，为各种病原体所共有。模式一词还意味着，固有免疫识别的病原体结构，往往是病原体赖以生存，因而变化较少的主要部分，如病毒的双链RNA和细菌的脂多糖。对此，病原体很难就模式结构产生突变而逃脱固有免疫的作用。正是这样一些重要的微生物成分，构成了PAMP：①以糖类和脂类为主的细菌胞壁成分如脂多糖、甘露糖、类脂、肽聚糖、脂磷壁酸、脂阿拉伯甘露聚糖、脂蛋白和鞭毛素等。其中最为常见且具有代表性的是：革兰阴性菌产生的脂多糖（LPS）、革兰阳性菌产生的脂磷壁酸（LTA）、分枝杆菌产生的糖脂和酵母菌产生的甘露糖。②病毒产物及细菌胞核成分如非甲基化寡核苷酸CpG DNA、单链RNA、双链RNA。

上述PAMP可以表达在病原体表面或游离于免疫细胞之外，也可以出现在免疫细胞的胞质溶胶，以及胞质溶胶中各种携带病原体的胞内区室，如内体、吞噬体和吞噬溶酶体。如此，要求固有免疫中能识别PAMP的受体（PRR），既表达在细胞表面，也存在于胞内区室及胞质溶胶。这一点，与适应性免疫中识别抗原的淋巴细胞受体不同。

另外，PAMP虽包括蛋白质（如细菌鞭毛素），但种类相对较少。这符合逻辑，因为识别蛋白质抗原的，主要是活跃于适应性免疫的淋巴细胞。机体对非己成分的免疫应答于是落入两个范畴，各自针对相对单一的糖和脂类抗原（快速、粗略、广覆盖），以及结构较为复杂的蛋白质抗原（延时伴记忆、精确、高特异性），并以从简到繁不同的方式逐一实施应答，形成相互有别的反应格局：固有免疫和适应性免疫，在时相上有先后配合，互相交替渗透。

（2）损伤相关的分子模式（DAMP）来源于细胞损伤产物，又称为内源性危险信号。这是一类主要由体内受损细胞和死亡细胞产生和释放的内源性分子，可分为胞内和胞外两种来源。胞内DAMP由应急细胞特别是坏死细胞所释放。因为此类细胞内容物的释放，启用的不是生理性的跨膜分泌机制，而是以一种称为无前导序列分泌蛋白（leaderless secretory protein，LSP）的形式。该类蛋白进入胞外酸性环境中不能维持正确的蛋白质折叠而迅速失活，成为具有促炎活性的免疫原，包括：应急产生的热休克蛋白（HSP）、嘌呤代谢物（尿酸单钠结晶）、高迁移率组蛋白I（high-mobility group box1，HMGB1）和S100蛋白等。另一类DAMP，在坏死细胞释放的蛋白酶和水解酶作用下诱导产生，因而也与细胞死亡有关，包括胞外基质的解离片段和受损的基质成分，如透明质酸和硫酸肝素。

细胞损伤可以由感染引起，也可以由各种无菌性因素诱导，如化学毒物、烧伤、创伤以及血供不足，但是凋亡细胞并不产生DAMP；倒是一些免疫系统的正常细胞，在受到刺激后会释放DAMP，并借助固有免疫应答增强抗感染炎症反应；过度产生的DAMP如尿酸单钠盐结晶诱导的炎症反应，往往与一些无菌性炎症疾病如痛风等发病密切相关。

2.抗原（antigen，Ag）

参与激活适应性免疫过程。可根据不同的标准分类，并赋予相应特性。

（1）T细胞依赖性抗原（T dependent antigen，TD-Ag）：此类抗原刺激B细胞产生抗体时依赖于T细胞辅助，绝大多数蛋白质抗原如病原微生物、血清蛋白、肿瘤细胞等均属TD-Ag。先天性胸腺缺陷（裸鼠）和后天性T细胞功能缺陷（艾滋病）的个体，TD-Ag诱导产生抗体的能力明显低下。

（2）T细胞非依赖性抗原（T independent antigen，TI-Ag）：此类抗原刺激B细胞产生抗体时无需T细胞辅助。如细菌脂多糖（LPS）既含有抗原表位，又具有B细胞丝裂原性质，可非特异性激活多克隆B细胞；肺炎球菌荚膜多糖、聚合鞭毛素等，含多个重复B细胞表位，通过交联BCR，能高效地刺激成熟B细胞应答。婴儿B细胞发育不成熟，可以通过TI-Ag途径弥补应答效率（这里再次出现，固有免疫非特异激活过程与适应性免疫特异识别配合协作的现象）。

（3）异嗜性抗原（heterophilic antigen）：最初由Forssman发现，又名Forssman抗原。是一类存在于人、动物及微生物等不同种属之间的共同抗原。例如，溶血性链球菌的表面成分与人肾小球基底膜具有共同抗原，故链球菌感染产生的抗体可与具有共同抗原的机体组织发生交叉反应，导致肾小球肾炎；又如大肠杆菌O₁₄型脂多糖与人结肠黏膜有共同抗原存在，可能导致溃疡性结肠炎的发生。

（4）自身抗原（autoantigen）：正常情况下机体对自身组织细胞不会产生免疫应答，表现为自身耐受，但在感染、外伤、服用某些药物等影响下，使通常情况下与免疫细胞隔离的抗原被释放或使自身组织细胞发生改变，可诱发自身免疫应答。这些改变的自身成分称为自身抗原。

（5）内源性抗原（endogenous antigen）：指在抗原提呈细胞（APC）内合成的抗原，如病毒感染细胞后产生于胞内的病毒蛋白、肿瘤细胞内产生的肿瘤抗原等。它们在APC胞质内加工处理为抗原肽，与MHCⅠ类分子结合成复合物，被表达于CD8 T细胞表面的TCR所识别。

（6）外源性抗原（exogenous antigen）：指出现于抗原提呈细胞外的抗原，可以是细菌蛋白等外来成分，也可以是其他细胞产生的自身抗原释出胞浆。外源性抗原经过吞噬、胞饮和受体介导的内吞等作用进入APC，在内体溶酶体中降解为抗原肽后，与MHCⅡ类分子结合为复合物，被表达于CD4 T细胞表面的TCR所识别。

（7）以上能诱导变态反应的抗原又称为变应原（allergen）或过敏原，可诱导机体产生免疫耐受的抗原又称为耐受原（tolerogen）。

（8）半抗原：一些小分子化合物及药物被称为半抗原（hapten），因为其只有与大分子蛋白质或多聚赖氨酸等载体交联或结合后，才可成为抗原，被机体特异性识别。如青霉素降解产物青霉烯酸，本身没有免疫原性，但进入人体与组织蛋白结合成为完全抗原，可诱导病理性IgE的产生；青霉烯酸再与特异性IgE结合与交联，导致Ⅰ型超敏反应的发生。

（9）超抗原（superantigen，SAg）：普通蛋白质抗原可激活机体总T细胞库中百万分之一至万分之一的T细胞克隆。然而某些抗原物质，只需要极低浓度（1～10ng/ml）即可非特异性激活2%～20%之多的T细胞克隆，产生极强的免疫应答，这类抗原称之为超抗原。普通蛋白质抗原表位被结合于MHC分子的沟槽中，而后与T细胞的特异性TCR分子相互作用。超抗原与之不同，其一端直接与TCR的外侧非特异区域结合，以完整蛋白的形式激活T细胞，另一端和APC表面的MHCⅡ类分子的抗原结合槽外部非特异结合，因而SAg不涉及与MHC和TCR的特异性识别，不受MHC的限制。超抗原诱导的T细胞应答，其效应不针对超抗原，而是非特异性激活细胞，分泌大量细胞因子参与某些病理生理过程。如金黄色葡萄球菌肠毒素可以作为超抗原，诱发中毒性休克综合征（TSS）。

3.抗原表位

天然生物蛋白质大分子是良好的抗原，其中包含多个可诱导机体产生特异性抗体的化学基团，称为抗原表位。抗原表位是蛋白质大分子抗原诱导特异性免疫应答的最小结构与功能单位。

（1）抗原表位的概念：

表位（epitope）又称抗原决定簇（antigenic determinant）。它是与T、B细胞抗原受体（TCR、BCR）及抗体特异性结合的基本结构单位。通常由5～15个氨基酸残基组成，也可由多糖残基或核苷酸组成，一个蛋白分子中能与抗体结合的抗原表位的总数称为抗原结合价（antigenic valence）。一个半抗原相当于一个抗原表位，仅能与抗体分子的一个结合部位结合。天然抗原一般是大分子，含多个不同的抗原表位，是多价抗原，可与多个抗体分子结合。

由于大分子抗原蛋白质具有多个表位，因此免疫机体后可产生针对不同表位的多种不同的特异性抗体，即多克隆抗体。抗原反复刺激机体产生免疫应答之所以具有高度的特异性，是携带相应受体的T、B细胞克隆被选择，致使TCR、BCR受体库发生结构性偏移的结果。实际上，实施克隆选择的是该抗原分子中的特定表位。因而抗原表位是决定免疫应答特异性的分子与结构基础。

（2）抗原表位的分类：

根据抗原表位的氨基酸排列空间结构特点，可分为序列表位（sequential epitope）和构象表位（conformational epitope）。序列表位由连续排列的氨基酸构成，又称为线性表位（linear epitope）；构象表位则指不连续排列的若干氨基酸，在空间上彼此接近形成特定构象。T细胞仅识别由APC降解并提呈于表面的与自身MHC分子结合的线性表位，这种表位称为T细胞表位（图4-11）。T细胞表位分两种，CD8 T细胞识别的表位为8～10个氨基酸残基，CD4 T细胞识别的表位稍长，为12～18个氨基酸残基。B细胞表面抗原受体（BCR）或者B细胞分泌的特异性抗体所识别的表位，既可以是线性表位，也可以是构象表位，通常以构象表位居多。B细胞表位的氨基酸长度变化较大，为5～15个氨基酸残基，B细胞表位多位于抗原表面，不需要APC提呈而直接激活B细胞（表4-2）。

共同抗原表位与交叉反应　某些抗原分子中含有多种抗原表位，而不同抗原之间可能含有相同或相似的抗原表位，称为共同抗原表位（common epitope）。因此，某些抗原诱导的特异性抗体或活化淋巴细胞，不仅可与自身抗原表位特异性结合，还可与其他抗原中的相同或相似的表位起反应，这一抗体或活化淋巴细胞对具有相同或相似表位的不同抗原的反应，称为交叉反应（cross-reaction）。

（三）影响免疫原性的因素

免疫原性主要取决于抗原物质本身的异物性和理化特性，同时取决于抗原进入机体的方式和频率，以及机体本身的生物学状态。

1.抗原分子的理化性质

（1）异物性：

除了自身抗原，抗原一般是非己物质。抗原与机体之间亲缘关系越远，组织结构差异越大，异物性越强，其免疫原性越强。如鸡卵蛋白对鸭是弱抗原，对哺乳动物则是强抗原；灵长类（猴或猩猩）组织成分对人是弱抗原，而对啮齿动物则多为强抗原。异物性不仅存在于不同种属之间，如各种病原体、动物蛋白制剂等对人异物性较强，是强抗原；异物性也存在于同种异体之间，如同种异体移植物之间MHC差别很大，具有强免疫原性。自身成分如发生改变，也可被机体视为异物；即使自身成分未发生改变，但在胚胎期若未与免疫活性细胞充分接触而未能诱导特异性免疫耐受，也具有免疫原性，如精子、脑组织、眼晶状体蛋白等，这些成分一旦因外伤逸出，与免疫活性细胞接触，即被识别为异物，诱导很强的免疫应答。

（2）化学性质：

天然抗原多为大分子有机物。蛋白质一般是良好抗原。糖蛋白、脂蛋白和脂多糖都有免疫原性。脂类和哺乳动物的细胞核成分如DNA、组蛋白通常没有免疫原性，但组织、免疫细胞和肿瘤在过度活化并凋亡时，其染色质、DNA和组蛋白发生化学修饰等变化，可产生免疫原性并诱导相应自身抗体的生成。

（3）分子质量大小：

分子量通常需在10kD以上，且分子量越大、抗原表位越多、结构越复杂的抗原，免疫原性越强。大于100kD的抗原为强抗原。

（4）结构的复杂性：

分子量大小并非决定免疫原性的绝对因素。明胶分子质量为100kD，但由直链氨基酸组成，缺乏苯环氨基酸、稳定性差、免疫原性很弱；明胶分子偶联2%的酪氨酸后，免疫原性大大增强。胰岛素分子质量仅5.7kD，但其序列中含芳香族氨基酸使免疫原性较强。

（5）分子构象：

某些抗原分子在天然状态下可诱生特异性抗体，但经变性使构象改变后就失去了诱生同样抗体的能力，这是由于含有构象表位且发生了构象改变的缘故。因此，抗原分子的空间构象很大程度上影响抗原诱导抗体应答的免疫原性。例如抗右旋、抗左旋和抗消旋酒石酸抗体仅对相应旋光性的酒石酸起反应，即空间构象也决定抗原表位的特性，即使抗原分子基团结构高度一致。

（6）易接近性（accessibility）：

是指抗原表位能被淋巴细胞抗原受体所接近的程度。抗原分子中氨基酸残基所处侧链位置的不同可影响抗原与BCR及抗体的结合，从而影响抗原的免疫原性。这一条类似于前述分子构象变化，但是尺度细微到氨基酸残基侧链位置。

（7）物理状态：

一般聚合态蛋白质较其单体有更强的免疫原性；颗粒性抗原的免疫原性强而可溶性抗原的免疫原性较弱。因此将免疫原性弱的物质吸附于颗粒表面，可增强其免疫原性。

2.机体的生物学状态

（1）遗传因素：

不同遗传背景的小鼠（对应于不人类的不同个体）对特定抗原的应答能力不同。对某一抗原呈高反应的小鼠品系对其他抗原可能呈低反应性，而不同品系小鼠对同一抗原的反应性也不同。例如90%以上的强直性脊柱炎患者发现携带HLA-B27基因，Reiter综合征（反应性关节炎）与之类似；多糖抗原对人和小鼠具有免疫原性，对豚鼠则无免疫原性。机体对抗原应答受遗传（基因）影响，主要组织相容性复合体（MHC）基因多态性是调控抗原特异性免疫应答质和量的关键分子，导致对同一抗原表位的是否应答及应答程度都不一样。

（2）年龄、性别与健康状态：

通常青壮年比幼年和老年机体对抗原的免疫应答强，新生动物或婴儿对细菌多糖类抗原不应答，故易引起细菌感染；雌性比雄性机体抗体产生水平高，但怀孕机体的应答能力受到显著抑制；感染或免疫抑制剂能显著干扰和抑制对抗原的应答，所以注射疫苗期间尽量回避感冒或其他明显感染。

3.抗原进入机体的方式和频率

抗原进入机体的量、途径、次数、频率以及免疫佐剂的应用都影响机体对抗原的应答。适中的抗原剂量诱导免疫应答，而太少和太多的抗原暴露均可诱导免疫耐受。皮内免疫和肌内注射方式易诱导免疫应答、皮下免疫次之，而腹腔注射和静脉注射效果差，可能和前述淋巴回流、APC循环相关；口服抗原成分则易诱导耐受，涉及肠道黏膜淋巴组织、肝脏的免疫耐受特性。抗原注射间隔时间要恰当，过于频繁的免疫接种易诱导免疫耐受。佐剂类型显著影响免疫应答格局，弗氏佐剂主要诱导IgG类抗体，明矾佐剂易诱导IgE类抗体产生。

（四）抗原与抗体的结合识别效应

抗体（antibody，Ab）即免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig），是B细胞被抗原表位特异性刺激后增殖分化为浆细胞所产生的效应免疫分子，介导体液免疫效应。免疫球蛋白可分为分泌型Ig（secreted Ig，sIg）和膜型Ig（membrane Ig，mIg）：分泌型主要存在于血液及组织液中，发挥抗感染功能；膜型是B细胞表面的抗原受体（BCR，mIgM）。自然界存在着数量巨大的抗原物质，相应地有巨大数量的含有特异性BCR的B细胞克隆库及诱导后产生的特异性抗体来识别和结合这些抗原。抗体的多样性是抗体发挥功能和在生物医学中广泛应用的基础。

抗体的功能主要有（图4-12）：

1.特异性中和抗原

Ig通过其V区CDR所组成的抗原结合槽，与相应抗原表位以锁-匙（lock-key）互补关系进行特异性识别与结合。当抗体与病原体表面，或者细菌毒素关键表位相结合，则封闭了病原体或毒素的毒力结构，使病毒丧失感染能力、毒素丧失毒力，称为中和作用（neutralization）。中和抗体可有效清除胞外病原体（大部分细菌）和处于裂解复制期的游离病毒，因此是大部分预防性疫苗显示免疫保护机制的关键。血清IgG可中和血清游离病原体或毒素。

2.激活补体作用

IgG1～IgG3和IgM与相应抗原结合后，可因构型改变而使其CH2/CH3功能区的补体结合区域暴露，从而激活补体经典途径；IgG4、IgA和IgE的凝聚物可激活补体旁路途径。补体激活后可在病原体膜表面形成膜攻击复合物（membrane attack complex，MAC）而破坏病原体，这一作用称为补体依赖的细胞毒作用（complement dependent cytotoxicity，CDC）；激活的各类补体片段如C3a、C5a等还可发挥趋化、促炎作用，引起血清病、某些荨麻疹、血管炎、类天疱疮及SLE的肾损伤等。

3.调理作用

IgG的V区与细菌等颗粒性抗原结合后，其Fc段可与MΦ和中性粒细胞表面相应IgG Fc受体结合，从而促进吞噬细胞对细菌等颗粒抗原的吞噬。

4.介导ADCC

IgG的V区与肿瘤或病毒感染靶细胞结合后，其Fc段可与NK细胞、MΦ表面相应的IgG Fc受体结合，增强NK和MΦ对靶细胞的杀伤，发挥抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（antibody dependent cell mediated cytotoxicity，ADCC）。ADCC是特异性抗体抗肿瘤的主要机制，目前临床用于治疗作霍奇金淋巴瘤的“明星”单抗Rituxan（利妥昔单抗，抗CD20单抗），主要依赖于ADCC和CDC发挥治疗效果。同理如前述，该抗体也推荐用于治疗天疱疮。

5.介导超敏反应

IgE抗体具有肥大细胞亲嗜性，变应原初次接触机体可诱导产生IgE，IgE可通过其Fc段与肥大细胞、嗜碱性粒细胞的高亲和力受体结合，使上述细胞致敏。如相同抗原再次进入机体与致敏细胞表面IgE特异性结合，即可使之脱颗粒释放组胺、白三烯等活性介质，引起速发型Ⅰ型超敏反应，如青霉素过敏；由血小板表面吸附抗原或由可溶性自身抗原诱导产生的IgG抗体，当与相应抗原结合后，通过激活补体通路，或通过Ig Fc受体调理增强MΦ吞噬作用，可介导Ⅱ型和Ⅲ型超敏反应性疾病，如青霉素引起的药物性紫癜和系统性红斑狼疮。

6.免疫调节作用

免疫球蛋白是重要的免疫调节分子，可通过中和作用减少抗原和毒素对免疫系统的刺激，下调免疫应答（临床应用IVIG治疗重症药疹TEN、自身免疫性大疱病、川崎病、某些严重的特发性荨麻疹等）；也可通过受体交联、调理吞噬、ADCC等作用，激活多种免疫细胞的抗感染功能。

结合以上介绍，总结常见四型超敏反应特点如表4-3：