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第十一章 异常免疫应答
免疫应答通常是机体对各种侵染原,包括细胞,细菌,真菌,病毒及寄生虫等的重要防御机制.维持正常免疫功能常常包含激活和抑制两方面的调节和统一,否则机体就会出现各种异常的和病理变化.例如机体的免疫功能正常而对某些免疫原(如变应原)发生了超常的免疫应答,造成对机体的损伤.这在第十章超敏反应中已讨论过.此外,免疫系统还可能对自身抗原产生免疫应答(自身免疫),对异体器官移植所产生的排斥性应答(移植免疫),对肿瘤组织的免疫应答(肿瘤免疫)及免疫缺陷成失调(如获得性免疫缺陷综合症)等.这些免疫应答都不适合于机体的生理需要,而表现病理作用.这类非正常的免疫应答必须经过人工的调节诱导或治疗才能维持生物体的正常生命过程.例如自身免疫可造成自身免疫病,需要重新诱导自身的免疫耐受.器官移植时器官的受体对供体组织会产生免疫排斥反应,需抑制免疫应答或诱导特异性免疫耐受加以克服等.本章将讨论这些病理状况下免疫应答的过程,包括病因,免疫应答机制以及可能的控制原则.从这几类异常免疫应答中可以看到免疫应答的另一个侧面.
第一节 自身免疫应答
实验和临床观察发现体内存在一些抗原抗体和T细胞,它们能对自身组织抗原和细胞发生反应.这种由于免疫系统对自身抗原的识别产生的免疫应答反应称为自身免疫应答(autoimmunue response).这类应答反应在正常情况下仅维持在较低水平,但有时这种对自身抗原的应答可以达到很高水平,并可导致对自身组织相器官的损害,引起自身免疫性疾病,称为自身免疫病(autoimmunue disease).
一,自身免疫应答发生的原因
1.天然生理性自身抗体和自身应答性T细胞的存在
近20年来.已经有大量的资料证明,正常健康个体也存在对自身反应的淋巴细胞和抗体.这些天然自身抗体(natural autoantibodies)有抗肌动蛋白,角蛋白,DNA,胶原,β2微球蛋白,白蛋白,IgG,激素等自身抗体.1975年发现自身混合淋巴细胞反应(Autologous mixed lymphocyto reaction,AMLR)现象,是以自身细胞作为刺激细胞,刺激自身T细胞分裂增殖.早期是Th细胞增殖.晚期则Ts和Tc细胞增殖.Tc细胞对正常自身细胞不杀伤,但对各种由于理化因素引起的蜕变和对衰老的自身细胞能进行杀伤并清除.这里蜕变衰老的自身细胞诱导的自身应答的生化和分子机理仍在研究之中:目前认为这些自身抗体和淋巴细胞的应答对维持机体的自身稳定,清除变性衰老的组织细胞和分子非常重要.
2.自身免疫耐受盲区
目前认为对自身抗原免疫耐受诱导的过程是发生在胚胎发育早期.只有在免疫系统形成过程中遇到的抗原才能被确认为自身,经过T,B细胞克隆的负选择而删除自身反应性克隆.如果此时自身抗原由于天然生理屏障与免疫系统隔离,或由于某些器官抗原表达滞后免疫系统发育及耐受诱导的过程,就可能成为以后被识别的自身抗原.这些抗原在以后由于各种原因一旦暴露于免疫系统就会产生强烈的自身免疫应答,发生自身免疫病.如睾丸,眼球及甲状腺等组织,由于外伤,外科手术或因感染性炎症损伤时,可造成自身病症,甚至使该器官功能完全丧失.当一只眼球因外伤而破裂,几个月以后另一只眼即会发生"交感性眼炎",严重者可造成双日失明.以往常用的处理方法是立即将受伤的眼球手术摘除,现今常采取综合治疗手段.如免疫抑制,消炎等措施.此外,睾丸也有相似的情况,如外伤性睾丸炎可造成男性不育.这种由于自身抗原在空间和时间上与免疫发育过程的隔离,可以称之为免疫盲区;这些天然抗原如改变了原来的分布位置或由于原来处于隐蔽性的抗原而暴露于淋巴系统就会引发自身免疫病.这是自身免疫应答形成的一个重要原因.
此外,在胚胎时期免疫耐受诱导过程中,也会有部分漏网的自身反应性淋巴细胞克隆免遭负选择删除,这些能识别自身的细胞克隆为随后自身免疫应答留下了隐患.
3.自身抗原性质的改变
各种理化和生物因素可改变自身细胞的抗原性质或出现新的抗原性.如外来化学成分与自身组织成分交联可以产生新的抗原.物理化学或病毒等因素改变细胞的遗传结构也可以便细胞表达出现新抗原.自身抗原如果作为完全抗原可以被B细胞抗原受体识别(BCR识别)和T细胞抗原受体(TCR)识别.如果胚胎发育早期免疫耐受诱导时含有某TCR表位的Th被删除,仅剩下相关的B细胞克隆也不能产生免疫应答.但如果TCR表位发生突变即可能启动另一些辅助T细胞而活化B细胞或共他细胞的免疫应答.例如免的甲状腺球蛋白(Tg)原来分子上有X和Y的决定族,分别为B细胞(Bx)和Th细胞识别.但是在个体发育中甲状腺球蛋白在无Th辅助的情况下不能刺激Bx细胞产生抗体.因此对该自身抗原表现为免疫耐受.当用化学修饰或诱变使Tg分子发生改变,出现新的决定簇z,被另—株T细胞克隆(ThZ)识别,则ThZ可以辅助Bx细胞产生抗体.于是兔子体内出现了抗Tg的自身抗体.当然这种抗体也能与未突变的Tg分子发生综合反应.因为甲状腺球蛋白的x决定簇并没改变.这种自身免疫应答的结果会导致甲状腺央(thyroiditis).长期服用药物α甲基多巴的病人,可以诱发抗红细胞抗体发生自身溶血性贫血.并苯达嗪和普鲁卡因酰胺等药物可以与细胞内组蛋白或DNA结合,导致抗核抗体的产生,长期使用可引起系统性红斑狼疮样症状.有些慢性病毒感染时可直接将遗传密码整合到宿主细胞的DNA使细胞抗原的表达和表型发生改变,引发抗自身细胞的免疫应答.如乙型肝炎病人体内可检出抗核抗体,抗线粒体抗体和抗平滑肌抗体等;腮腺炎病毒感染后可伴发睾丸炎,麻诊感染后可伴发亚急性硬化性脑炎.
4.交叉抗原及分子拟态
交叉抗原及分子拟态被认为是多种免疫病的原因.自然界生物性抗原种类繁多.有许多抗原决定簇与人体抗原决定簇非常相似.当这些生物感染人体后会产生免疫应答,所产生的效应分子(抗体)和激活的细胞克隆既可针对外来抗原外也可针对自身组织与其相似的抗原决定簇,导致较强的自身免疫应答,甚至自身免疫病(图11—1).例如在A组溶血性链球菌感染后,可发生风湿性心脏病,肾炎.进一步免疫学研究发现.溶血性链球菌细胞壁抗原及胞质膜抗原与人肾小球基底膜及心瓣膜成分相似,可发生交叉反应:大多数风湿性心脏病人体内可同时检出抗心肌抗体和抗链球菌抗体.大肠杆菌014与结肠粘膜有类似的抗原性.可引发溃疡性结肠炎.乳头瘤病毒E2蛋白与胰岛素受体有同源性,麻诊病毒P3与人髓鞘碱性蛋白,柯萨奇病毒B3与人心肌球蛋白都有高度同源性.由于病原分子与宿主分子在抗原决定簇上的同源性,导致自身免疫系统对该抗原决定族的交叉识别反应.我们把这种不同物种之间抗原的相
似性称为分子拟态(MolecuIar mimicry),又称分子模拟.表11—1中列出了部分病原微生物与人体蛋白之间的相似性及同源序列比较.
近年来研究发现热休克蛋白(heat shock protein,HSP)也是一类非常重要的拟态分子.该分子在进化上很保守,从细菌,真菌,动物到人的热休克蛋白具有高度同源性,在诱发自身免疫病方面起一定作用.HSP又称应激蛋白(stress protein).是细胞受到高温及其他强烈的理化.生物等刺激因子(如感染,创伤,化学品)时诱导合成的一组蛋白质.按其相对分子量大小分成几个家族.即HSP90,HSP70,HSP60及小HSP等家族.每个家族又含有多个成员.对HSP60家族研究发现,其家族成员H5P65在微生物中是优势蛋白.感染微生物的人体中有40%T细胞应答是针对这一蛋白的,该蛋白相当于人的HsP60.对人的HSP60蛋白序列分析发现,它与人类已知的多种自身抗原的氨基酸序列具有同源性,并与相应的自身免疫病的发个有关(表-2).
5.机体免疫应答调控失调
机体因遗传,生理或外界因素诱发的免疫应答调控失常则会出现自身免疫应答和自身免疫病.
(1)主要组织相容性复合物:自身免疫病有家族史倾向.1978年Stasny s首次报道了HLA—DR4与类风湿性关节炎易感性相关.此后,国内外对多种自身免疫病与HLA各基因座位上的等位基因相关性进
行了研究.发现了明显的与HLA某些等位基因有相关性.如强直性脊椎炎(ankylosingspondylitis,AS)与B27高度相关,90%以上的病人为B27阳性.而正常人只有6%左右是B27阳性,相对危险度(RR)高达90以上.类风湿性关节炎与DR4有关(RR=6).胰岛素依赖型糖尿病(insulin dependent diabetes mellitus,IDDM,又称I型糖尿病)与DR3/DR4相关(RR=20).慢性活动性肝炎与DR3相关(RR=14).与疾病相关的HLA基因座位上大多是HLA-Ⅱ类基因. 我们在前面免疫应答及调节的章节里已经谈到HLA-Ⅱ分子主要是选择性激活CD4+ T细胞,即Th细胞.在体液免疫和细胞免疫应答调节中都起着重要的作用.
HLA等位基因的差异表现在抗原结合槽附近的序列,如在白种人(caucasian)中HLA-DQ分子(链的第57位氨基酸残基如果是天冬氨酸,则不易患IDDM,而第57位天冬氨酸如果被其它氨基酸(如丝氨酸,氨酸或丙氨酸)取代则易患IDDM.HLA的型别决定着对不同抗原肽的亲和力和递呈抗原给TCR的能力,这种亲和力对胚胎发育中胸腺T细胞克隆的负选择非常重要.通常对自身抗原高亲和的T细胞克隆已被删除,逃避了耐受诱导者应是低亲和力的.
1987年Gregersen等根据与疾病相关的等位基因编码的氨基酸序列的相似性提出了共表位假说(shared epitope hypothesis).认为具有共同的序列井作为潜在的功能单位的表位,可能发挥相似的抗原递呈和免疫调节功能,以致它们对疾病易感性方面也相似.然而进一步研究发现类风湿性关节炎在以色列人群中与DR4不相关.通过对DR4基因DNA序列分析发现DB4有多达15种以上的亚型.在这些亚型中又可分为与抗性和易感性有关的两类.白种人易感亚型占了DB4的93%,中国人为56%.而犹太人相反,抗性亚型占了DR4阳性群体的78.8%.所有类风湿关节炎易感亚型在DR分子的Β链第70-74位密码都有共同的序列特征,即QRAA(或QKRAA)(表11—3).
由于许多存在连锁不平衡现象,有些自身免疫病从表面上看可能与HLA相关,但不排除与HLA连锁的其他等位基因起作用.
(2)免疫细胞凋亡障碍:如前面章节所介绍的,细胞凋亡是调节免疫平衡的重要机制,Fas和FasL是诱导免疫凋亡的关键分子.有两种具有类似系统性红斑狼疮(SLE)的小鼠是LPr和Gld基因的纯合子,经过对基因进一步分析发现,LPr(lymphoproliferation)和Gld(Generalized lymphoproliferation dissease)分别是缺陷型的Fas基因和点突变的FasL基因.LPr基因是由于一种逆转座子(retrotransponson)插人到Fas基因中的一个内含子,导致Fas阳基因转录异常.不能正常表达Gld.因为Fash的点突变基因不能传递正常的调亡信号而发生调亡障碍,以致淋巴细胞因缺乏自限性而过度活化.一些儿童在Fas阳基因上的突变也可导致SLE样自身免疫病.
(3)免疫应答负调控机制不健全:胸腺在免疫耐受诱导和出生后免疫耐受维持方面仍起重要作用,如果胸腺因慢病毒感染或其他因素造成功能的异常,可引起严重的自身免疫病.加重症肌无力,桥本氏甲状腺炎.手术摘除脑腺治疗重症肌无力可获得良好效果.正常人随年龄增加,自身免疫病检出率增高,可能与脑腺功能下降有关.
T细胞亚群的比例失调,如Ts细胞和Tc细胞比例下降可以导致免疫负调节功能下降.
独特型—抗独特型网络调节功能失去平衡,也是导致自身免疫应答增加的重要因素,如给动物注射甲状腺球蛋白抗体的独特型抗体(抗抗体,Ab2),可诱导产生抗自身甲状腺球蛋白.当网络中抗独特型抗体产生不足时,则产生自身抗体的细胞克隆得不到抑制,会出现自身免疫反应.
自然界和体内有一些多克隆激活剂,对T,B细胞有非特异性活化作用,使免疫应答基础水平提高.一些细菌,病毒及寄生虫等感染后可出现自身抗体,有些微生物可以直接刺激B细胞增殖并产生抗体,如EB病毒可引起传染性单核细胞增多症,并可伴发血小板减少性紫癜及自身溶血性贫血.有些细菌,病毒的超抗原可直接将B细胞的MHC-Ⅱ类分子与具有TCR-β即链的T细胞连接起来,并使T细胞和B细胞活化,导致多种免疫球蛋白的产生.
此外激素等内分泌也是免疫正负调控的重要因素,自身免疫病多发于育龄女性,雌激素被认为是一个重要因素.Benchetrit等用雌激素治疗不育症患者.结果3例均意外地诱发出系统性红斑狼疮.
二,自身免疫病
正常水平的自身免疫反应对机体不仅是无害的,还有协助机体清除衰老蜕变的细胞,维持机体内环境稳定的作用,然而当自身免疫反应超出一定的限度,对自身组织和器官造成病理损伤,就成为自身免疫病(autoimminune disease).已经发现的自身免疫病种类有许多,如类风湿性关节炎,系统性红斑狼疮,强直性脊椎炎,多发性硬化症,重症肌无力,慢性甲状腺炎,胰岛素依赖型糖尿病,自身免疫性肾小球肾炎,风湿病.外伤性睾丸炎等.这些病多是由于淋巴细胞将自身某种组织作为靶抗原导致的免疫应答损伤.当然,有些自身免疫病也可能由其他原因包括病原物引起.
1.自身免疫病的特征
自身免疫病通常具备下列特征:
①在正常体温下,有自身抗体或自身反应性免疫细胞存在.
⑦鉴定和分离到相应的特异性自身抗原.
②用该种自身抗原免疫动物,可以获得自身抗体或诱导出特异的自身反应性细胞.
④用自身抗原免疫动物可以获得类似于人类自身免疫病的症状.
上述后两条可由于动物遗传因素影响而不能完全具备.
自身免疫病的种类很多,几乎可以举出覆盖全身各系统的自身免疫病,这些病大多都已找到明确的器官特异性抗原或在体内找到相应的自身抗体和自身反应性淋巴细胞,有一部分已获得动物复制模型.
2.自身免疫反应引起组织损伤的机制
参与自身免疫反应的抗体和致敏淋巴细胞引起组织损伤的机制是不同的.抗体引起的免疫损伤的主要原因有如下两个方顶:
(1)抗体与可溶性抗原分子形成免疫复合物:这些免疫复合物可以存在于循环中,也可以沉淀于身体任何部位或血管壁中,并在局部活化补体和细胞,导致组织损伤.损伤通常是弥散性的.
(2)针对细胞或固定的组织的抗体引起的组织损伤:这种损伤通常有特殊的细胞和组织定位—抗原可以是细胞自身的,也可以是其他游离抗原吸附于细胞或组织上而导致抗体反应.抗体与抗原结合后,可以被单核巨噬细胞,NK细胞等Fc受体识别,进而导致这些免疫细胞产生ADCC效应将自身细胞和组织杀伤;同时抗体与抗原结合后可以引起补体活化,最后导致自身靶细胞膜通透而死亡.此外在补体活化过程中会产生多种碎片和致炎因子,白细胞趋化因子和调理因子,导致白细胞趋化,局部炎症,加重自身免疫应答过程的组织损伤(见第四章,第十章).
致敏淋巴细胞引起的自身免疫应答损伤机理与抗体有所不同,主要是由T细胞参与.T细胞免疫损伤常伴随着强烈地保护性免疫应答,尤其是针对那些胞内寄生的微生物,同时也造成强烈的自身损伤,主要表现在:
①CD8+ 杀伤性T细胞可以直接裂解带有MHC-I类分子与抗原复合物的自身细胞.由于所有有核细胞都表达MHC-I类分子,这些细胞可以与表达CD8+ TCR的Tc细胞结合.可以激活Tc细胞对携带抗原的细胞的杀伤作用.这些抗原如为自身抗原则表现为强烈的自身细脑免疫反应,造成自身组织损伤.由于自身抗原是持续存在的,所以这种损伤性应答的后果就很严重.值得一提的是,由于体内正常细胞如果感染了病毒和脑内寄生的微生物,其抗原也可出现在细胞表面,并被Tc识别和杀伤.如慢性活动型肝炎病组织受到Tc细胞持续攻击引起细胞的慢性损伤,使细胞坏死和间质肝纤维组织不断增生,最后可引起肝硬化(纤维化)甚至肝癌.可见抗胞内微生物感染也可引起细胞自身免疫应答.
②CD4+ Th1细胞和CD8+ T细胞都可以分泌细胞因子,进而活化单核巨噬细胞,引起迟发性超敏反应(delayed type hypersensitivity,DTH).活化的巨噬细胞可以通过其产生的因子而引起组织损伤.例如胰岛素依赖型糖尿病人的胰岛周围有大量淋巴细胞和巨噬细胞浸阂,伴随产生胰岛紊的β细胞的破坏而出现MHC-Ⅱ类分子表达,提示有大量细胞因子在起作用.在动物实验中通过将患病小鼠和大鼠的CD4+和CD8+ T细胞转移给正常的动物可诱发胰岛损伤性糖原病.经分析这些T细胞针对的自身抗原有胰岛的各种蛋白,如胰岛素及谷氨酸脱羧酶.
此外,髓磷脂(myelin)作为抗原免疫动物可以诱发一种实验性变态性反应性脑脊髓炎(experimentally allergic encephalomyelitis,EAE)的神经系统自身免疫病.动物体内可检出针对神经髓鞘质的自身免疫性T细胞,病理切片显示在动物的神经组织,如脑,脊髓中有巨噬细胞活化,髓鞘破坏.EAE可以通过将抗原特异性CD4+ Th1细胞转移结新生的动物而产生同样的炎症.
自身免疫性疾病是免疫性疾病中重要的一类,受多种因素的综合影响而致病.各种不同的自身免疫病有不同的致病因于和发病机理.这类疾病的基本特征是表现为自身免疫攻击,即自身的免疫细胞对自身一些组织进行攻击.大多表现以某一器官为主,而全身均受到—定程度的损伤.对自身攻击的淋巴细胞本应在胚胎发育时即被删除形成免疫耐受,但后天的发病表明免疫耐受被打破,或本来就未形成免疫耐受.打破免疫耐受表明有拟态分子存在.未形成免疫耐受说明自身抗原加上递呈和克隆删除存在缺陷.而后者又受多个免疫相关基因的影响,如LMP,TAP,HLA以及淋巴细胞间信号传递分子等.这些方面仍将是近年内免疫研究的热点.
第二节 移植免疫
将一个体的细胞,织织或器官移到另一个体或内体组织不同部位都称为移植(transplantation).常用于作为某一组织或器官功能丧失时的替代治疗措施或作科学研究.提供器官的个体叫供体(donor),接受移植器官的个体叫受体(recipient)或叫宿主(host),被移植的组织,器官等称为移植物(graft或transpant).不同个体之间的移植常由于供体和受体遗传背景的差异,可以互相作为抗原刺激对方产生免疫应答.这称之为移植免疫(transplantation immunity).移植免疫应答产生的效应表现为排斥反应.移植免疫学(transplantation immunology)是研究移植所引起免疫应答,机理及如何控制排斥反应,维持移植物与宿主之间的相容性及其正常功能的科学.这门学科在医学上占有相当重要的位置.
一,移植的类型及同种异型移植的免疫应答
1铭掐的步副
在移植中根据供体与受体之间的关系可分为4种类则:
(1)自体移植(autologous transplantation或autograft):是指同一个体不同部位之间的移植,供体与受体都是自身,如面部皮肤烧伤,从背部取皮肤移植到面部,以修复而部容貌.这种移植通常无排斥反应,成功率很高.
(2)同系移植(syngraft)或称同型移植(isograft):是指遗传基因型完全相同或基本近似的不同个位之间的移植,如单卵双生个体之间的移植,或同一品系中不同个体之间的移植.由于它们的MHC一致,也不发生排斥反应,这种移植一般都可成功.
(3)同种异型移植(allograft或allogeneic graft):以往又称同种移植(homograft).是指同种内遗传基因不同的个体之间的移植,也称同种异体移植.如某一人的肾脏移植给另—个人.这种情况在医学上是很常见的.这种类型的移植由于供体与受体之间的遗传基因型存在一定的差异,通常是要发生排斥反应的.而正两者基因型差异越大,排斥反应越强烈.在器官移植前进行组织相容性基因配型,可以在不同程度上防止排斥反应.
(4)异种移植(xenograft或xenogeneic graft或heterograft):是指种与种之间的移植.由于供体和受体是不同物种,基因之间差异非常大,常导致非常强烈的排斥反应,移植物极少能存活.在人类器官移植中,由于同种供体来源缺乏,研究异种替代器官移植问题具有重要的意义.
2.同种异型移植的免疫应答
同种异体之间移植是目前研究较多的—种移植类型.在20世纪初人们便开始了肿瘤细胞的异体移植和抑制免疫应答的试验.后来随着研究的发展而发现了移植的一般规律.肿瘤细胞首先能在小鼠自交系间移植成功,而非自交系则表现为排斥.这种免疫排斥与受体和供体之间的遗传差异有关,从而发现了主要组织相容性基因在移植免疫中的关键作用.当两个自交系之间杂交得到杂合子代.则杂合子代能耐受来自两亲本的移植物.但相反的是杂交亲本却排斥来自任何一个杂交子代的移植物.因此,只有当所有供体组织相容性抗原都存在于受体中时,供体的组织才能被接受而不被排斥.如果受体中缺乏供体组织的抗原(或某几种抗原),受体便会识别来自供体组织的抗原而作出免疫应答,导致移植物的损伤.
同种异型移植排斥反应具有记忆性和特异性.如入皮肤异型移植的排斥过程中.在首次移植后较长时间才出现排斥反应.如对同一个受体再次移植来自同一供体的组织,受体很快就会出现比第一次更强的排斥反应,而且这种快速排斥反应是针对该特定个体的皮肤.后来发现各种组织只要表达MHC都可呈现这种针对特定供体的排斥反应.成熟红细胞无MHC分子表达,因此不能发生诱导致敏的作用.
3.排斥反应的类型
(1)宿主对移植物反应(host versus graft reaction):
根据供体受体组织相容程度及宿主的免疫状态,可呈现如下3种不同类型的排斥反应:
1超急性排斥(hyperacute rejection):反应一般在移植后24h发生.这些受体以往可能已接受过相似了供体的抗原刺激.如输血,妊娠等.表现为补体激活,血小板凝集,炎症细胞浸润,凝血系统激活,血管内皮损伤,组织缺血坏死,移植物很快脱落等,最后导致移植失败.图11—2A为肾移植超急性排斥的病理切片,示血管内肿胀和血管壁坏死.
2急性排斥(acute rejection):—般发生在移植后几天到几个月内.细胞免疫应答是急性排斥的
主要原因.CD4+ T细胞(Th1)和CD8+ Tc是主要效应细胞.大多数急性排斥可以通过MHC配型及免疫抑制剂的应用得到一定的缓解和预防.图11—2B示肾移植急性排斥,血管壁坏死性炎症反应.
③慢性排斥(chronic rejection):—般发生在移植后几个月至几年.呈现慢性炎症,毛细管内皮增生,动脉狭窄,纤维化,器官功能衰退等,图Ⅱ—2C示肾组织间隙和肾小管的正常细胞纤维化.
(2)移植物对宿主反应(graft versus host reaction):通常当移植的供体器官中含有大量的免疫细胞,或宿主处于免疫功能严重缺损状态下易发生反应.常见于骨髓,脾,胸腺移植时会发生移植物抗宿主反应.
二,移植抗原与移植免疫
1,移植抗原(transplantation antigen)
引起移植免疫应答的抗原称为移植抗原,又称组织相容性抗原(histocompatibility antigen).根据抗原性的强弱及引起移植排斥反应的强度,又分为主要组织相容性抗原(MHC抗原)和次要组织相容性抗原(mHC抗原).主要组织相容性抗原是由MHC编码的(详见第六章),次要组织相容性抗原由mHC编码.
MHC抗原在人类即HLA,在小鼠为H-2抗原. MHC抗原是排斥反应中最重要的免疫应答分子.MHC分子是一类抗原递呈分子,无论是外来抗原还是自身抗原都是与MHC抗原分子结合后才能被T细胞识别.此外MHC分了的衍生肽(MHC derived peptide),即MHC分子降解后产生的肽段也可以被MHC分子结合适呈给T细胞而产生免疫应答.MHC分子递呈抗原有一个分子间识别的过程.同一个细胞的MHC分子可以将不同来源肽抗原递呈给不同的T细胞,位移植免疫应答多样化.结合有肽段的异体MHC分子会被误认为结合有外来抗原的自体MHC,从而被T细胞的TCR识别,产生应答.同种异体MHC分子可直接被递呈给T细胞引起T细胞活化.它们可以当作是外来蛋白被宿主的APC细胞加工降解并被宿主MHC结合,当成外来抗原递呈给T细胞产生应答.这就是同种异体抗原间接递呈过程,这种间接递呈过程几乎都是CD4+ Th细胞参与进行的.mHC不能刺激初应答,在有MHC存在下mHC能协同刺激再应答.但反应没有像MHC反应强烈,如果供体与受体之间有许多mHC的差别,也会像MHC差别一样引起强烈的排斥应答,使组织存活时间缩短(图11—3).
MHC是一些组织特异性或性别特异性的抗原,如雄性小鼠的H-Y抗原,由Y染色体编码,属于mHC抗原,在雌雄个体之间起应答反应.人类朋ABO血型抗原,器官特异性表达的抗原如果存在多态性,也是会产生排斥反应的.
2.移植排斥反应发生的机制
移植排斥反应与一般免疫应答一样,包括感应,增殖与分化和效应几个阶段.体液免疫和细胞免疫以及炎症都可参与排斥反应的过程,排斥反应的强弱与供,受体之间组织相容性程度,免疫状况,移植物的种类等许多因素有关.
移植物进入机体后,自身MHC和外来MHC分子都有可能把外来抗原递呈给Th细胞,进而活化Tc和B细胞产生抗体或直接杀伤移植细胞.也可通过活化巨噬细胞及嗜中性粒细胞等产生细胞毒作用.
B细胞活化后产生特异抗体,与供体细胞结合后可引起补体活化,杀伤移植物(团11—4).也可激活炎症和凝血系统,引发血管内血细胞凝集,毛细管阻塞,导致移植物缺血坏死.如果有天然抗体(加ABO血型抗体)或凝集素存在,则可立即出现上述排斥反应,形成超急性排斥.
三,减小移植排斥的途径
器官移植已经成为人类治疗疾病,延长寿命不可缺少的手段.目前全世界已经完成了几十万例器官移植,经采用多种减少排斥反应的措施,员长存活已达30多年.表11—4列出了全世界移植中心指南(worldwide transplant center directory,WTCD)公布的一些统计数据.降低免疫排斥反应,延长器官存活有如下几种途径:
1.MHC配型
MHC配型在器官移植中非常重要,对人的器官移植应进行HLA-I类抗原(A,B,C位点)及Ⅱ类抗原(DR,DQ,DP位点)配型,尤其是Ⅱ类抗原配型更重要.通常有下列规律:
(1)HLA-A,B基因座位上等位基因如能有3-4个位点一致,则存活率较高,在一年内很少因排斥而失败,对HLA-C的一致性要求不太高.
(2)HLA-DR座位点上的等位基因匹配十分重要,由于DR与DQ有较强的连锁不平衡,DR位点匹配常导致DQ的匹配.
(3)人群种族纯度越高,越易于匹配,且易于预测移植结果.人群流动性越大杂交度越高,则越难以配型方法使移植成功.同种异型个体之间移植存活与排斥的情况依据它们的基因型和表型匹配关系得到的移植结果见表11—5.
2,诱导对移植物的免疫耐受
在移植之前用来自供体的血对受体进行多次输血,进行对供体移植物的免疫耐受件诱导.也有对受体大剂量注射来自供体的多肽或供体的可溶性MHC分子的方法进行诱导.近年来应用可溶性协向刺激信号阻断分子如CTIA—4可溶性片段或屏蔽CD40配体,CD2和LAF-2等信号传递和免疫应答过程,达到诱导移植免疫耐受的目的.这是很有前途的研究方向.
3,免疫抑制药物
常用的药物有皮质类固醇(corticosteroids)激素,环孢素A,细胞毒性药物如环磷酰胺,抗淋巴细胞抗体等.皮质类因醇激素又称肾上腺糖皮质激素,如可的松等.它是一类非特异性免疫抑制药.长期使用易引起免疫功能减退,如表现柯兴氏综合症.环磷酰胺毒性很大,已较少使用.环抱素A(cyclosporin A,CsA)的发现使临床移植成功率得以提高.以往大部分心,肝移植都无法进行,使用CsA后大部分可以存活5年以上.CsA主要是通过抑制白细胞介素2的转录,使得IL—2依赖的T细胞生长分化被抑制.但该药对肾脏毒性较大,也属于非特异性免疫抑制药.近年来还有使用另一种功效相似的药物FK506.这些免疫抑制药物有导致严重感染和肿瘤发生等副作用,希望能有更好针对器官特异性的免疫抑制药物替代它们.此外组织器官移植的成功不仅仅是一个免疫学的问题,还是社会学和伦理学的问题.自愿捐献器官,社会化供,受体信息网络,精细的器官配型等工作的广泛开展将为器官移植提供更多的机会.
第三节肿瘤免疫
早在1943年L.Gross旨先进行了肿瘤免疫的试验. 他把C3H小鼠化学诱变的肉瘤细胞移植到同源的,组织相容性的小鼠皮下.瘤细胞便聚集成团,经过几天生长之后使消退.再给免疫的小鼠注射同样的肿瘤细胞,则不能成团和生长.这一实验导致1957年R.T.Prhn和J.M. Main关于肿瘤细胞特异移植抗原(tumor specific transplant antigen,TSTA)的发现,以及后来关于肿瘤细胞相关抗原(tumor associated antigen,TAA)等的发现.作为肿瘤免疫的基础,当然一方面是要有特定的抗原存在.另外一方面是机体对这些抗原能作出免疫应答,以使肿瘤细胞遭到破坏.机体的免疫系统能对全身各组织进行肿瘤细胞的免疫监视(immune sureillance),随时检查,杀伤及清除肿瘤细胞.然而由子机体的免疫缺陷或者肿瘤细胞的变异,肿瘤细胞常常逃避免疫系统的监视而得以生长发展.研究肿瘤免疫的目的是:①弄清机体与肿瘤之间的免疫学相互关系;②利用机体对肿瘤的免疫应答,进行肿瘤免疫诊断,预防和治疗.
一,肿瘤抗原
1,肿瘤特异移植抗原
肿瘤特异移植抗原又称肿瘤特异抗原(TSA).TSA是在恶性肿瘤细胞上专有的抗原,而在其他问类的正常细胞上没有这类抗原.TSA能诱导对肿瘤的免疫应答和移植排斥;但没有或者很少有交叉保护反应.其原因可能是随机突变的结果.
肿瘤特异抗原在肿瘤上是非常特异的.一种致瘤剂诱导的一个个体的同样组织器官发生的肿瘤具有相同的特异性肿瘤抗原.如果一种致癌剂诱导同种动物的不同个体,或者同一个体的不同组织器官发生的肿瘤则有不同的特异肿瘤抗原.这种关系可用免疫移植试验来证实(图11—5).当用杀死的肿瘤A的细胞免疫小鼠之后,再进行肿瘤移植试验.①向小鼠移植肿瘤A的活细胞,小鼠能抵抗保护;⑦当向小鼠移植与A肿瘤属同一类型的肿瘤,但不是A面是A1,小赢可能继续存活,也可能发病.这是因为一种致癌刑诱发的不同组织的同一类型的肿瘤可能有共同的特异抗原,但也可能有不同的特异抗原,而且多数是不同的特异抗原;③当向小鼠移植与肿瘤A不同类型的肿瘤B的话细胞,则小鼠会因发病而致死.
化学致癌剂所诱导的肿瘤细胞抗原应属于肿瘤特异抗原.最早使用的化学致癌剂为甲基胆恩(methyL—cholanthrene,MCA),能诱导小鼠自交系肉瘤.此外还有许多物理和化学的致癌剂如3,4—benzopyrene氏紫外线照射(uv)等.近年的研究表明肿瘤特异抗原并不一定是单一种抗原分子,可能是由许多独立的抗原分子组成的.因为在MCA或者uv诱导的小鼠肿瘤之间有些有交叉保护现象.有的实验也证明在有些类型的人白血病细胞中发现有肿瘤特异的突变蛋白,有的突变蛋白来自相同的染色体移位而产生的融合蛋白,表达出新的抗原决定簇.例如P53抗原和慢性骨髓白细胞瘤的BCR—ABL抗原就是一种肿瘤特异的突变蛋白抗原.
2.肿瘤相关抗原
肿瘤相关抗原(TAA)的特点是能诱导机体免疫系统对肿瘤的应答并表现移植排斥.但TAA并非是为一种恶性肿瘤所专有的.这类抗原常常在正常细胞上也有,不过表达量很少.只有在发生癌变时才大量增加.因此称这类抗原为肿瘤相关抗原或者称肿瘤相关移植抗原(TATA).大多数肿瘤抗原都属于这一类.它们表现广泛的免疫交叉反应.肿瘤相关抗原包括如下—些类型:
(1)致癌的病毒抗原:能够致癌的病毒有DNA病毒也有RNA病毒.这些病毒能诱导动物机体发生肿瘤.在肿瘤细胞上常常表达病毒的抗原,即病毒编码的蛋白分子.这是因为肿瘤的基因组中整合有原病毒基因组.所以尽管动物的组织类别或者动物的种类很不相同,只要是同一种致癌病毒诱发的肿瘤都会表达相同的抗原决定簇.所以由病毒诱导的肿瘤之间存在着广泛的免疫交叉反应性.
DNA病毒中的猴多瘤病毒sv40所致的大鼠肿瘤的T抗原,人乳头瘤病毒(human Papilloma virus)所致人宫颈府的E6和E7抗原,疤疹病毒属的E-B病毒(Epstein-Barr virus)所致的伯基特淋巴瘤(Burkitts lymphoma)和鼻咽瘤(Naso pharyngeal carcinoma)Hodgkin's淋巴瘤等上的EBNA—1基因产物都是病毒抗原.此外致癌的DNA病毒还有腺病毒(Adenovirus),多瘤病毒(Polyma virus)等. DNA病毒引致的肿瘤中常常不出现病毒颗粒而呈隐性感染,这是因为肿瘤的基因组中整合了病毒的基因组.所以病毒就以原病毒方式存在于肿瘤基因组中.
在RNA病毒的致瘤作用中,研究最多的应届逆转录病毒(retroviruses).有些逆转录病毒带有致癌基因(oncogenen),病毒感染后几周之内就会引起肿瘤,称为急性转化的逆转录病毒.如劳氏肉瘤病毒(rous sarcoma virus)含src致瘤基因,禽类髓细胞瘤病毒(avian myelocytomatosis virus)含myc致癌基因等.也有的逆转录病毒不含致癌基因也能致癌,但发病较缓慢.这些病毒引致肿瘤表达的病毒抗原有env基因编码的被膜蛋白P15E及gag基因编码核心蛋白等.此外致癌的只RNA病毒还有人T细胞嗜淋巴病毒—1(hmman T cell lymphotropic virus—1)引致的成T细胞白血病(ATL).
(2)胚胎抗原(fetal antigen):许多肿瘤表面上表达的抗原或分泌到血液中的抗原是在它们的胚胎中曾经存在的抗原(如胎儿在3-6个月含量很高),但在正常的成体组织中的含量很低或者不存在.只是当机体发生癌变时这类抗原才大量增加.胚胎抗原可分以下两种类型:
①癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA):这种抗原最早发现于结肠癌病人的血清中及癌变组织中.后来在肝瘤,胰腺癌及一些类型的乳腺癌和胃癌病人的循环系统中也检查到CEA.用手术切取入结肠癌样品作为抗原免疫家免,得到抗血清.然后以同样手术切取正常组织样品制剂用来吸附所得到的兔抗血清.经过吸附处理后的抗血清用来进行血清反应,结果发现能与许多病人的结肠癌细胞发生反应,也能与人的其他胃肠源的肿瘤细胞发生反应.此外还能与正常人胎儿的内胚层组织发生反应,但不能与正常的成人细胞发生反应.从而发现这种抗原是来自胚胎早期内胚层的抗原.在正常成人中这种抗原几乎消失,在有肠系癌变发生时又大量增加.
癌胚抗原为糖蛋白,相对分于质量为1.8*105,含糖量65%.正常人血清中含量只有5μg/mL.但当胃肠道下部发生癌变时,CEA的含量增高.抗CEA抗体可能直接与CEA蛋白组分结合,但有些抗体可能也会与寡糖基结合.因为研究发现CEA与血型物质有较弱的交叉反应性.此外还有胚胎硫糖蛋白抗原(FSGA),内含硫蛋白.胃癌病人的阳性率高达96%,但胃溃疡病人的阳性率也有14%.此外还有α2H铁蛋白,胎盘碱性磷酸酶,γ胚胎蛋白也是—些癌胚抗原.
②甲胎蛋白(α—Fetalprotein,AFP):甲胎蛋白是在胚肝,卵黄囊及胃肠中合成的,早在50多年前就发现人的一些癌细胞表达的抗原与正常的胚胎组织有血清学交叉反应:在3—6个月的胎儿中,AFP含量高达2-3mg/mL.出生以后AFP的含量很快减少至100万分之一.在正常入血清中只有很微量的AFP(约5μg/mL).有肝细胞瘤的小鼠和大多数患原发性肝癌病人中,AFP含量都有很明显的增加.当然有时患肝炎的病人也有AFP增高的现象.尽管如此,甲胎蛋白的检查还是可以作为胚细胞瘤,肝癌等一些癌症早期诊断的方法.
AFP是一种糖蛋白分子,单链,相对分子质量为7.0 *l04.人的AFP虽然有部分氨基酸顺序与血清蛋白类似.但没有交叉的血清学反应.如果对AFP作变性处理,便会出现广泛的免疫交叉反应.
(3)组织特异性抗原(tissue-specific antigen):又称分化抗原(differentiation antigen).它们通常表达于某些特殊组织处于正常分化时的细胞表面上.可见这种组织特异性抗原是正常细胞抗原.当然来自这些组织的肿瘤细胞也会表达这种特异性抗原,因为这些抗原是组织自身的抗原,所以并不具免疫原性.但它的重要作用在于可依据组织特异性抗原进行肿瘤的诊断.如免疫球蛋白和CDl0抗原是普通急性淋巴浆细胞白血病的组织特异抗原,可用于诊断B细胞白血病和淋巴瘤.其他组织特异性肿瘤抗原用引临床诊断的例子见表11—6.
(4)自发性肿瘤抗原(sppontaneous tumor antigen):有些基因在正常组织中通常不表达或者仅在发育早期曾经表达过的抗原,而后处于不表达的休止状态.但是它会在生命过程中不适当的时候不适当的组织中进行不适当的表达,而成为自发性肿瘤抗原.这些基因并没有发生突变.例如人的黑素瘤抗原—1(MAGE—1)是黑素瘤细胞系中分离出来的基因表达的蛋白.MAGE—1蛋白能表达在30%的黑素瘤上和25%的乳腺癌上.在正常组织细胞中能分离出来该基因.但在正常组织细胞上基因并不表达.
二,宿主对肿瘤的免疫应苔
宿主对肿瘤相关抗原的免疫应答几乎包括了抗体和细胞介导的全部类型的免疫应答.
1.抗体的免疫应答
抗体对肿瘤的免疫应答没有T细胞等介导的肿瘤免疫应答重要,除一部分肿瘤细胞能表达肿瘤特异抗原外,许多肿瘤细胞自己专有的抗原较少.但致癌病毒引发的肿瘤能诱导免疫系统发生抗病毒抗原的应答,即产生抗体.例如E-B病毒引致的淋巴瘤能诱发产生抗E-B编码抗原的抗体.抗体对肿瘤细胞免疫应答的效应表现在如下几方面:
(1)抗体介导在补体参与下的溶胞作用.这一效应仅对悬浮的肿瘤细胞起作.
(2)参与抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用(ADCC).这—作用不是依赖于补体.但要有免疫细胞的参与,即带有免疫球蛋白Fc受体的那些免疫细胞的参与,如巨噬细胞及NK细胞等.
(3)抗体可能封闭肿瘤细胞上的受体,或者使肿瘤细胞失去粘附性.从而防止肿瘤细胞的扩散.
此外,肿瘤病人产生的抗体可用于鉴定肿瘤细胞,进行体外"自身分型"(autologous typing).
2.细胞参与的肿瘤免疫应答
(1)T细胞介导的肿瘤免疫应答:T细胞中的细胞毒性T细胞(CLT,CD8+)是肿瘤免疫应答中的主要效应细胞.CTL可以通过肿瘤细胞上表达的MHC—I与肿瘤细胞抗原形成的复合物与T细胞抗原受体结合,从而活化了CLT直接对肿瘤细胞进行杀伤.即细胞毒作用.这种直接杀伤方式可以对悬浮的肿瘤细胞也可以对实体瘤起作用.对实体瘤的作用是对肿瘤细胞的浸润.这些淋巴细胞称为浸润肿瘤的淋巴细胞(tumor-infiltratiog lymphocytes,TILs).
除CD8T细胞的杀伤作用外,辅助T细胞(Th,CD4+)对肿瘤细胞是表现另外方式的应答反应.Th细胞一方面通过分泌细胞介素帮助CTL活化,另外Th细胞可以被带有MHC-Ⅱ的肿瘤细胞抗原活化,分泌TNF,IFN-γ以促进肿瘤细胞MHC-I更多地表达,增加对CTL的敏感性.另外还可分泌一些促进NK细胞和巨噬细胞的活化的因子,这些细胞对肿瘤细胞也有细胞毒效应(图11—6).
(2)NK细胞参与的肿瘤免疫应答:NK细胞是肿瘤自然免疫的主要细胞群.它一方面有类似CTL的溶胞机制,能对肿瘤细胞进行直接杀伤.另一方面因为NK细胞有FcYRⅡI(CD16),所以在有肿瘤细胞的IgG抗体存在下,能介导NK细胞对肿瘤细胞的细胞毒作用(图11—7).
(3)巨噬细胞参与的肿瘤免疫应答:巨噬细胞是重要的抗肿瘤免疫的效应细胞,巨噬细胞也能表达FcrR.因此能够与抗体覆盖的肿瘤细胞结合而杀伤肿瘤细胞(ADCC作用).另外活化的巨噬细胞能分泌TNF.TNF对肿瘤细胞的杀伤有两种方式,—是TNF能结合到有高亲和力受体的肿瘤细胞上,从而直接杀伤肿瘤细胞.二是TNF能推动宿主的各种免疫应答,特别是对于肿瘤组织中的血管有选择性作用.它能使肿瘤组织的血管形成血栓,使肿瘤组织因缺血而坏死.
三,肿瘤免疫的监视与逃避
Thomas1950年提出厂肿瘤免疫监视和逃避理论(tumor immunosurveillance and escape),后来
Burentl970年又进一步发展了这一理论.Burent指出脊椎动物进化中,T细胞介导的免疫性的发展主要表现在对改变了的自身或者成瘤细胞进行特异性防御.免疫系统有监视,检查肿瘤细胞的功能.肿瘤细胞有破坏或逃避这种免疫监视的可能.因为恶性肿瘤会出现一些新的或者不同于一般正常细胞的抗原.这些抗原能被机体免疫系统识别而发生排斥或杀伤于肿瘤细胞大量繁殖之前.机体免疫系统的这种功能就称为免疫监视.这种机制能在早期待异的防御成瘤细胞的发展,以使大多数正常人体不发生肿瘤疾病.然而一旦肿瘤细胞的生长因为某些原因而越出监视能力之外,即逃避了监视.成瘤细胞便会无限制的生长而导致癌症的发生.
1.肿瘤免疫监视的一些依据
(1)有免疫缺陷的儿童,肿瘤发病率高,如淋巴肉瘤和网状细胞肉瘤的发病率比成人高10倍.另外随着人的衰老,免疫系统功能减弱,肿瘤发病率也有增长的趋势.
(2)长期使用免疫抑制剂的病人,如器官移植手术后的病人.网状细胞肉瘤比正常人发病率高350倍.使用抗淋巴细胞抗血清治疗的病人也有增加肿瘤发病率的现象.但肺,结肠和乳腺癌的发病率没有增加.
(3)患艾滋病(AIDS)的人较正常人易发生皮肤多发性肉瘤和B细胞淋巴瘤.在正常人身上这类肿瘤较为少见.
(4)免疫应答对控制病毒引发的肿瘤有效.乙肝疫苗除了能防病毒性肝炎和慢性肝炎外.还能降低原发性肝癌的发病率.鸡病毒性淋巴瘤(Marek's病毒)能用火鸡疮疹病毒减毒株免疫的方法来控制. 以上的一些事实虽然并非直接的实验证据,但还是支持了免疫监视理论.有关这一理论的争议仍然存在.因为受监视的只是部分组织的肿瘤,对另一些肿瘤似乎并不表现有监视的功能.
2.肿瘤对监视的逃避
虽然免疫监视能够限制一些肿瘤的过度生长或者控制于萌芽状态而不表现癌症.但免疫系统却又不能阻止频频发生的致人死地的许多肿瘤疾病.这也表明确实有一些肿瘤能逃脱免疫系统对它的控制而得以发展.所以肿瘤免疫研究的重点之一是了解肿瘤如何逃避免疫系统对其控制的.以下几个方面是肿瘤逃避免疫监视的可能原因.
(1)肿瘤发生的部位在免疫监控之外:例如甲状腺滤泡和中枢神经系统等在正常的淋巴循环之外,在肿瘤初发阶段无法检查到.当肿瘤细胞大量发展时虽然能检查到,但已无法控制.
(2)肿瘤细胞对一些重要抗原的表达发生改变:例如腺病毒Adl2株实验感染大鼠的细胞后不能正常表达MHC—I,因为MHC—I表达受到Adl2型ELA的抑制.这种恶性转化的细胞接种同源大鼠,能发生肿瘤.但用腺病毒Ad5株系作同样的实验感染和转化大鼠细胞,MHC—I能正常表达.用转化细胞接种同源大鼠试验表明不发生肿瘤.如果对Ad12株系转化的细胞用IFN-γ处理,使其表达MHC-I恢复正常,然后作同样接种大鼠试验也不发生肿瘤.这一实验似表明癌变改变了细胞对MKC-I表达,这对肿瘤逃避监视(CTL杀伤)是至关重要的原因.类似例证是多数人的肿瘤细胞都不能表达MHC-Ⅱ抗原.因此影响了肿瘤特异的CD4+Th细胞的活化和对肿瘤的免疫应答.
此外有的肿瘤细胞虽然没有影响MHC抗原的表达,但如果是改变了肿瘤细胞上协同刺激因子(如B7抗原)的表达,就缺少了Th细胞活化的第二信号.由此可见凡是改变了肿瘤细胞表面上一些重要的抗原分子表达,都会使肿瘤细胞逃避免疫的控制.因为这些分子与抗原递呈,免疫信号传递,淋巴细胞活化有着密切的关系.
(3)肿瘤细胞或者它的产物的免疫抑制作用:肿瘤细胞或者细胞的产物对抗肿瘤免疫应答发生抑制,也会发生肿瘤的免疫逃避.如肿瘤细胞能大量分泌生长转化因子-β(transformimg growth facter-β,TGF-β)这种TGF-β对许多淋巴细胞和巨噬细胞功能都有抑制作用.
(4)肿瘤抗原变异或者宿主对某些肿瘤抗原耐受:肿瘤抗原的免疫原性强弱与免疫监视有密切关系,一般来说肿瘤病毒抗原具有强的免疫原性,而自发肿瘤的免疫原性较弱.
另外从宿主方面也存在着对某些肿瘤抗原的耐受.这种耐受是因为免疫系统早期(新生期)接触过肿瘤抗原.如鼠乳腺肿瘤病毒引起成鼠乳腺癌,大多因为在新生婴幼期感染了病毒.所以这些肿瘤也就不会被肌体当成外源抗原来识别和应答.
(5)肿瘤抗原脱落或者隐蔽:抗体与脱落的肿瘤抗原复合物可能成为肿瘤免疫应答的阻断因子.它们可能阻断NK细胞FcγR的作用,或者抑制Th的功能.肿瘤抗原的隐蔽可能是多糖蛋白复合物分子,包括含硅酸盐的粘多糖分子的覆盖使抗原失去诱导免疫应答的作用.由上述可见肿瘤的免疫逃避可能有多方面的原因.然而弄清肿瘤细胞如何逃避免疫监视也许比起已经确立了肿瘤发展地位之后如何发挥机体的免疫应答效应更为重要.面,肿瘤免疫治疗的策略在这里不可能详细讨论肿瘤免疫治疗的具体方法,只能就有关免疫治疗的策略作概要说明.
1,积极免疫预防
鉴于对肿瘤发生原因的了解还不是太多,但至少就已有的关于肿瘤发生的知识采取免疫预防是最为经济有效的策赂.对病毒病原引致的肿瘤如前面提到的一些DNA和RNA致癌病毒,可以使用病毒疫苗或者化学修饰过的病毒抗原进行免疫预防.这种预防已经得到了较好的效果,如用乙肝疫苗有减低肝癌发病的作用.如果能用免疫的方法有效控制这些致癌病毒对人的感染.当会收到较好的预防肿瘤的效果.当然有许多项防肿瘤发病的方法不一定是免疫的方法.
2.主动免疫治疗
这种治疗策略是诱导宿主对肿瘤积极免疫应答.使用非特异性免疫刺激,活化体内的免疫细胞,增强对肿瘤的杀伤作用:如用二硝基氯苯(DNCB)诱导淋巴细胞的非特异性应答,使肿瘤细胞受到破坏.使用BCG(bacille calmette-guerin)分枝杆菌辅剂注射肿瘤发生的组织以诱发巨噬细胞的活化.已经进行了膀胱癌,黑素瘤等的局部BCG注射治疗试验.
除了单独使用辅剂以外,还使用辅剂加杀死的肿瘤细胞进行免疫注射.这些杀死的肿瘤细胞所带的肿瘤抗原到达免疫系统中能诱导很强的免疫应答以杀伤体内活的肿瘤细胞.
3.被动免疫治疗
这种治疗策略是向肿瘤宿主转移现成的抗体,免疫细胞或细胞介素活化的免疫细胞,增强机体免疫系统对肿瘤的抵抗,通常的做法有如下几种:
(1)体液免疫应答:使用抗肿瘤抗体,如IgG和IgM.现在多用单克隆抗体:因为单克隆抗体有很高的特异件.可针对某一肿瘤抗原而不影响附近的正常细胞.在有补体存在下,抗体与肿瘤细胞的结合能激活补体系统对肿瘤溶胞(见第四章).抗体还能介导相关免疫细胞的杀伤功能,即ADCC反应(见第八章)以及免疫调理和免疫粘附作用.然而抗体对有些肿瘤,特别是非悬浮的实体瘤的作用作尚不理想.但抗体还可以做为一种定向的运载工具,将杀伤肿瘤的药物,放射性同位素,生物毒素,酶及激素等化学及生物大分子与抗体耦联定向地带到肿瘤织织与细胞上,使它们能充分发挥对肿瘤细胞的杀伤作用而不波及健康的组织和细胞.这就是被称之为"魔弹"或者"生物导掸"的治疗方式.随着分子生物学约发展,用生物工程的手段制备人-鼠甚至于人-人的工程单克隆抗体以及双功能抗体等都已成为现实,这将会减少因为大量应用鼠抗体而使人体产生不必要免疫应答的干扰,为抗体及"魔弹"技术的应用创造更好的条件(图11—8).
(2)细胞介导的抗肿瘤免疫治疗:这种治疗策略的依据是免疫细胞可以体外激活并被动转移至宿主的免疫系统.通常有以下一些方法实施这一策略,①骨髓或者白细胞移植.因为骨髓中有大量淋巴细胞的前体.在异体宿主中分化成熟为其自身的抗肿瘤免疫应答系统把正常人外周血白细胞移植给肿瘤病人,以增强病人对肿瘤的免疫应答能力.
为了增强免疫细胞的功能,广泛地试验了许多细胞介素的治疗效果.近年又采用细胞介素体外处理的方法进行免疫治疗.第一是用细胞介素活化杀伤细胞(lynphokin activationed killer,LAK)的治疗方法,将肿瘤病人的外周血的细胞用高浓度的IL—2培养,然后回注入肿瘤病人.人的LAK细胞治疗试验目前主要限于肿瘤转移的晚期病人或者术后的病人.效果有时因人而异.LAK细胞中以NK细胞为主.
第二是用肿瘤浸润的淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocyte,TIL)治疗方法.用肿瘤病人手术样品中肿瘤浸润的单核细胞及实体瘤附近的单核细胞,采用与LAK细胞类似的处理方法进行体外培养活化,再回注入肿瘤病人.此法也许比前者更为有效.
第三是用所谓无细胞疫苗(cell—free vaccine.)方法清除或抑制肿瘤细胞.它是利用骨髓中有抗原递呈功能的树突细胞中的胞外体(exosome).首先将树突细胞分离出来;在体外与酸洗过的肿瘤细胞抗原一起在IL—4和GM—CSF存在下进行培养,然后破碎树突细胞从中分离胞外体,注射肿瘤病人.此法的依据是树突细胞作为抗原递呈细胞,它能分泌大量有递呈抗原功能的胞外体颗粒(直径60—90nm).胞外体也表达MHC—I,Ⅱ及T细胞协同刺激分子(如B7,2,CD40,CR4,Mac—l等).带有肿瘤抗原的核外体在体内能特异地刺激CTL的活化与杀伤作用.用这种方法所进行的小鼠P815(H—2d)肿瘤(甲基胆蒽诱发的肿瘤)治疗试验,结果表明胞外体的作用不仅有抗原特异性,而且有同源动物的特异性(图11—9).
4.转基因免疫治疗
随着基因工程技术的发展用转基因的手段进行肿瘤的免疫治疗也成为一种新的肿瘤免疫治疗的策略.目前试验的转基因免疫治疗方法多采用转细胞介素基因和协同刺激因子的基因到肿瘤细胞中去,让肿瘤细胞在体内表达协同刺激因子如B7.2或者分泌细胞介素如IL—2.其目的是通过增强第二刺激信号或者细胞介素的作用使肿瘤特异的T细胞扩大增殖分化,从而增强对肿瘤抗原的免疫应答.目前进行转基因试验的细胞介素除IL—2之外,还有IL—4,IFN—λ,TNF,GM—CSF及单核细胞趋化蛋白—1等.其中IL—2,IL—4及GM—CSF转基因效果较好.当然肿瘤抑制因子(tumor suppressor)的转基因或者制成DNA疫苗,也可能成为肿瘤转基因治疗的重要策略.
第四节免疫缺陷
机体由于遗传基因的缺陷而导致一种或多种免疫组分的异常,如T细胞,B细胞,吞噬细胞等细胞成分,也包括抗体,补体等体液组分的缺损或异常.使机体无法建立良好的免疫防御体系,对一些种类的病原易感,这就是先天性免疫缺陷.此外有些病原生物如人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)持续性感染正常人的免疫细胞,引起免疫机能的破坏而导致的免疫缺陷,称之为获得性免疫缺陷,如艾滋病(acquired immune deficiency syndrome,AIDS).A1DS的高传染性和高死亡率,已趋来越受到人们重视.
一,先天性免疫缺陷
1.先天性免疫缺陷的概况
先天性免疫缺陷(congenital immunodeficiency)又称原发性免疫缺陷(primaryimmunodeficiency),是因为遗传缺陷导致机体免疫功能障碍,常常在婴幼儿时期即表现为对感染因子的高度易感,甚至在胚胎期就因感染而死亡.大部分先天性免疫缺陷基因是隐性遗传的,由常染色体和x染色体携带. x染色体连锁的基因缺陷所致的免疫缺陷病人,男性高于女性.先天性免疫的缺陷具有以下特点:①反复感染,由于免疫组分的缺陷,使机体对感染因子的易感性增高.在正常个体中寄生时不致病的常见微生物对免疫缺陷者会发生反复感染,这些微生物称为条件致病微生物.体液免疫缺陷易发生细菌感染,而细胞免疫缺陷时易发生病毒和胞内寄生茵感染;②发生恶性肿瘤,T细胞缺陷的病人,由于免疫监视功能的减弱,易发生恶性肿瘤;⑦临床表现多样性.由于免疫功能组分可发生单个组分或多种组分缺陷,甚至伴有其他组织缺陷,使病人表现的症状复杂而多样化.表11—7列出常见的先天性免疫缺陷病的发病机理及感染特性.
2.体液免疫缺陷
体液免疫缺陷主要表现为抗体减少或缺乏,其次为补体组分的缺乏.导致抗体减少除B细胞不同发育阶段受阻引起外,辅助性T细胞功能障碍及抗原递呈细胞功能不全也影响抗体水平.抗体缺陷在临床上表现为反复的化脓性感染,如肺炎球菌,流感杆菌及链球菌感染.一些病人则对病毒(如脊髓灰质炎病毒),肠道寄生虫(如贾弟鞭毛虫)及有荚膜的细菌表现易感.
X连锁无λ球蛋白血症(X—linked agammaglobulinemia,XLA)由OgdenC.Bruton于1952年首次描述.病人血清中缺乏λ球蛋白,常常低于0.2mg/mL,是最常见的先天性免疫缺陷之一,也是最早认识的免疫缺陷病.XLA人为X染色体连锁,由表型正常的母亲遗传给男婴,病因是编码酪氨酸激酶(brutons tyrosine kinase,BtK)的基因缺失或点突变所致. BtK在B细胞和嗜中性粒细胞均表达,但XLA病人BtK缺陷只发生在B细胞中,使B细胞发育停滞在前B细胞阶段. BtK可能是前B细胞受体信息转导的中间分子或者与轻链的表达有关.在T细胞也有类似的酶与其正常发育有关.患儿对细菌和病毒易感,反复发生关节,咽喉,中耳,支气管和肺部感染,但对真菌和胞内寄生菌有抵抗.血液中成熟B细胞数减少,T细胞的数量和功能正常,易发展为自身免疫性疾病.人γ球蛋白制剂注射使患儿获得被动免疫,可缓解症状.BtK缺陷杂合子母亲的B细胞中,有缺陷基因的X染色体失括,而其他细胞中该染色体失活的概率为50%,因此,用基因分析能签定出BtK缺陷型杂合子携带者.
抗体缺陷也可以发生在部分Ig向种型或亚型,其临床特征与所缺乏的Ig类型的功能有关.选择性IgA缺陷是一种常见的原发性免疫缺陷,部分为常染色体隐性遗传.有些与遗传元无关,是在胚胎期因病毒(如风疹病毒)感染或某些药物所致.大部分表现为正常,少数发生呼吸道感染或腹泻,严重者引起气管和肠道的水久性损伤,这种损伤与白身免疫有关.患儿血清中IgA低于50ug/m1,IgM和IgG正常或略高于正常水平.IgA缺陷的机制尚不清楚.选择性IgG亚类缺陷,只是IgG某一亚类发生缺陷.而其他亚类及其他种类的Ig水平正常,—般不表现临床症状伴有IgM增高的IgA及IgG缺陷,由于重链种类转换障碍所致.可能是T细胞编码表面分子CD40L的基因突变,使CD40L.不能与B细胞CD40结合,因而不能激活B细胞向浆细胞转化过程中Ig种类的转换机制.该病患儿血清中IgM升高(多为自身抗体),D细胞和T细胞发育正常.常见多变型免疫缺陷病是由B细胞缺陷,扶助性T细胞缺陷,抑制性T细胞过强等多种因素导致的Ig水平降低.
补体组分缺失使抗体功能受到影响,抗体的生物学效应功能发挥与补体密切相关.补体C3和C4组分具有调理素的作用.促进吞噬细胞的吞噬作用.C3组分缺乏易导致广泛化脓性感染,而溶膜效应组分(C5—C9)的缺陷表现为奈瑟氏球菌感染.补体对排除抗原抗体复合物非常重要,因此补体的缺陷易导致自身免疫病的发生,产生如系统性红斑狼疮类似的病理变化.此外补体调节因子的缺陷,备解素缺陷也与自身免疫性疾病和细菌感染有关(见第四章).
3细胞免疫缺陷
病毒,真菌,胞内寄生菌和寄生虫能在细胞内寄生或复制繁殖,机体主要依赖于T细胞免疫将其清除,T细胞缺陷易发生此类病原体的感染.此外细胞吞噬功能不全也影响非特异性细胞免疫.
DiGeonge综合效是由了胚胎期6—8周时第Ⅲ,IV对咽囊发育为胸腺及甲状旁腺时受阻.影响胸腺及甲状旁腺的功能,甚至波及邻近器官,发生颜面和心血管畸形.导致DiGeonge综合症的原因不清楚,可能与孕妇酗酒及22号染色体异常有关.胸腺功能的缺陷,导致T细胞发育障碍,病人血液中T细胞数明显减少.对T细胞激活剂及混合淋巴细胞反应减弱.但B细胞发育正常,对分枝杆菌,病毒和真菌感染敏感.DiGeonge综合症导致的免疫功能可通过胚胎胸腺移植治愈,也可随着年龄增长而逐渐恢复正常.裸鼠即因小鼠胸腺发育不全伴随上皮细胞缺陷,引起毛发缺损.裸鼠常用于免疫及肿瘤的实验研究.T细胞表面受体(TCR/CD3复合物)的表达.IL4—2和IFN—γ等细胞因子产生,TCR/CD3复合物转导及IL—2受体表达障碍等所造成的免疫缺陷,并不影响血液中淋巴细胞数量.
慢性肉芽肿病(chronic granulomatous disease,CGD)是一种少见的吞噬细胞功能缺陷病.约2/3是X染色体连锁,1/3是常染色体连锁,为隐性遗传.病人发生反复的细菌和真菌感染.形成的肉芽肿由活化的吞噬细胞组成.X连锁型的慢性肉芽肿因为吞噬细胞中主要杀菌物质—超氧负离子(O2—)不能形成所致.催化O2-- O2—的NADPH氧化酶含一个嗜中性粒细胞色素b245(neutrophil cytochrome b245)分子.该分子由相对分子质量9.1*104和2.1*104两个亚基组成.编码9.1*l04亚基的基因存在于X染色体上,这个基因的缺失,缺损或突变与慢性肉芽肿有密切关系.
白细胞粘附缺陷(leukocyte adhesion deficiency,LAD)是一种少见的免疫缺陷病.该病分为I型(LADl)和Ⅱ型(LAD2)两类.LADl为常染色体隐性遗传,病人反复受到细菌和真菌感染,伤口愈合缓慢,白细胞粘附功能以及由NK细胞和T细胞介导的细胞毒作用均表现异常.LADl是由于参与白细胞发挥粘附功能的分子,如β2整合素(β2—integrin)(CDll,CDl8糖蛋白)等的缺陷或异常所致.LAD2临床表现与LAD1类似,但其缺陷的粘附分子是嗜中性粒细胞糖基配体sialyl-lewisX或者与岩藻糖代谢相关的酶.
Ghediak—Higashi综合症也是—种少见的染色体隐性遗传的免疫缺陷病.病人发生反复化脓性感染,并伴有眼和皮肤白化及神经系统缺陷.病人的嗜中性粒细胞,单核细胞和淋巴细胞中形成大型胞质颗粒,导致溶酶体形成障碍而影响吞噬和杀菌能力.
4.联合免疫缺陷
联合免疫缺陷(combined immunodeficiency disease)影响B和T细胞的数量与功能,有些免疫缺陷与其他遗传病共患.病人免疫功能低下,对病毒,真菌,胞内寄生菌和原虫高度易感,甚至减毒活疫苗接种也引起严重反应或全身性感染.同时又因抗体产生缺陷,易发生化脓性感染全身淋巴组织发育不良,外周血中淋巴细胞减少,输入外源的淋巴细胞可引起移植物抗宿主反应.自身免疫病和恶性肿瘤的发病率增加.
重症联合免疫缺陷病(severe combined immunodeficiency disease,SCID)是一类T细胞和B细胞发育与功能缺陷导致的以体液免疫和细胞免疫功能低下,淋巴细胞减少为特征的疾病;最早(1950年)由Hitzig在瑞士发现,称为瑞士型无免疫球蛋白血症(Swiss typeagammaglobulinemia),为常染色体或X染色体隐性遗传,大部分SCID发病机制仍不清楚,一些病例是因为酶缺陷所致.约20%的病例(占常染色体遗传病例的一半)是因为位于2号染色体上编码腺苷脱氨酶(adenosine deaminase,ADA)基因的缺失或突变所致.位十9号染色体编码另—酶——嘌呤核苷磷酸化酶(purine nucleotid phosphorylase,PNP)基因缺陷也引起SCID.ADA和PNP缺陷导致脱氧腺苷(dATP)或脱氧鸟苷(dGTD)的积累,对淋巴细胞产生毒性(图11—10).
几种X连琐SCID病例是由于编码IL—2受体的γ链(IL—2Rγ)的基因突变所致,IL—2Rγ是IL—2,IL—4和IL—7受体的重要组分,它的缺陷导致T细胞和B细胞发育和生长受阻.此外一种称为裸淋巴细胞综合症(bear lymphocyte syndrome)的SCID是由于MHC—Ⅱ类分子缺陷所致.
病人抗原递呈细胞上无HLA—DP,DQ和DR,但MHC—I类分子表达正常.近交系小鼠CB—17自发突变形成SCID小鼠,这种小鼠由于骨髓中的淋巴细胞发育过程中TCR和Ig基因重排过程中DNA修复异常,导致T细胞和B细胞缺乏.
其他T细胞和B细胞联合缺陷的疾病还有Wisdott—AIdrich综合症和共济失调毛细血管扩张症(ataxia telangietasia).前者为X染色体连锁遗传,主要表现湿疹,血小板减少和反复的化脓性感染等症状.化脓性感染以有荚膜的菌为主.后者为常染色体隐性遗传,表现为血管异常,神经系统缺陷,共济失调和肿瘤.病人B细胞和T细胞均有不同程度的缺陷.
二,获得性免疫缺陷综合症
1.人免疫缺陷病毒和艾滋病
人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染人体后引发的疾病就是获得性免疫缺陷综合症(acquired immunodeficiency syndrome)简称艾滋病(AIDS).1981年Gofflieb首次报道了重度免疫缺陷疾病.HIV属于逆转录病毒科(Retroviridae)慢病毒属(Lentivims)的成员. HIV—1和HIV—2两种病的基因序列有40%相同.大部分AIDS由HIV—1引起,HIV—2在西非等地流行,HIV—l的
病毒及基因组结构如图ll—ll所示.
HIV—1和HIV—2形态完全相同.呈球型,外有被膜,内有核衣壳,直径为110nm.病毒的基因组为两条完全一样的单链RNA,每条长约9.2kb,由核衣壳蛋白(P24)包裹,形成圆椎形核心.核心内的RNA与逆转录酶(P61/55)结合,另有两种游离的蛋白质,即蛋白酶(P10)和整合酶(P32)存在.在被膜上有两个与病毒感染有关的糖蛋白gp120和gp41.由病毒基因编码的蛋白质及其主要功能见表11—8.在病毒5'和3'端各有一个长末端重复序列(long terminal repeat,LTR),是病毒RNA与宿主细胞转录因子结合的部位.
HIV感染的临床特点:HIV感染早期大部分不表现临床症状,一些病人发生类流感症状(flu-like illness)如发热,头痛,咽喉炎,全身性淋巴结炎(lymphadenophathy)和红疹.血液中出现大量HIV,CD4+T细胞下降至500个/μL以下,这种急性病毒血症(acute viremia)是因为CD8+T细胞在抗体介导下破坏HIV感染的细胞,释放大量HIV所致.当CD4+T细胞低至800个/uL左右,HIV增殖进入潜伏期.经过长短不一的潜伏期(2-15年),95%的HIV感染者发展为AIDS.潜伏期间无临床症状,但仍可在血液中检测到HIV,病毒仍处于复制状态,并不断破坏CD4+ T细胞,使其数量和功能逐渐下降,直至发展为AIDS.当CD4+T细胞下降至500个/uL时,出现机会感染和其他症状的频率提高,当CD4+T细胞低于200个/uL,出现典型的AIDS症状.图11—12所示HIV感染进程中,HIV数量和CD4+T细胞数量的变化.
感染HIV的一部分病人发展为AIDS相关症侯群(AIDS—related complex,ARC),如长期不规则发热,盗汗,体重下降,腹泻,衰老面容和全身淋巴结肿大,ARC可持续数月或数年.AIDS临床表现以多种微生物和原虫造成的机会性感染(opportunistic infection)(表11—9),进行性的体重减小和腹泻
等恶病质(cachexia)体征.许多AIDS患者因为脑中巨噬细胞,脑血管内皮细胞等感染HIV,出现中枢神经系统退化所致的AIDS脑病(AIDS encephalophy)和AIDS痴呆症候群(AIDS dementia complex)表现记忆力丧失,非特异神经系统紊乱.A1DS患者极易发生Kaposi肉瘤,Burkitt淋巴瘤等肿瘤.
HIV感染后2—12周内用ELISA可检测到抗gp120或P24抗体,在3个月后血液中反复出现特异性抗原(P24),也可用ELISA检测.用PCR方法检测HIV的基因和血液中CD4+T细胞计数是诊断HIV感染和AIDS的重要指标,CD4+T细胞一般为200—800个/μL(正常为1200个/μL.此外还可用病毒培养检测出HIV.
2.HIV感染与免疫应答
HIV感染灵长类T细胞是通过HIV的即gp120和CD4结合来介导的. gpl20与CD4之间具有高度的亲和力.gpl20分子C端有3个不连续的结构域与CD4分子的N端的免疫球蛋白V区结构域相结合,使病毒被膜与T细胞膜发生融合图(图11—13) .gp41是通过疏水的N端插入细胞膜,促进融合过程的进行.gp120分子C端3个结构域的序列在不同的HIV分离株之间存在变异,使HIV能有效地逃避宿主免疫系统对它的抵抗.
病毒粒子进入细胞后,病毒核心破裂,其中所携带的酶被激活,病毒RNA逆转录成双链DNA,并进入细胞核中.病毒的整合酶也进入细胞核,催化双链DNA整合至宿主细胞基因组中,形成原病毒(provirus).原病毒在细胞中不产生或仅产生少量的病毒蛋白或病毒粒子,成为隐性感染.原病毒的基因两端的LTR序列含有poly(A)信号序列,启动子TATA盒和有增.
强于功能的反式活化凋节因子基因结构,控制病毒的RNA的表达.隐性感染HIV的携带者因生理状态改变或其他感染刺激T细胞增殖,使TCR激活,产生细胞因子.这些细胞因子通过与HIV的LTR中的NF—κR序列结合,刺激HIV基因的表达和病毒复制.
HIV基因表达分为两个阶段,早期以表达调控基因为主,而晚期以表达结构基因为主,Rev 蛋白的表达为两阶段的转换标志,这种机制的形成使病毒结构蛋白的表达周期缩短.减少宿主免疫系统识别机会而逃逸免疫系统对它的破坏作用,同时病毒核酸蛋白的表达反而会造成对衍生细胞的损害;由此可见,HIV的感染和复制增殖大量地破坏了T细胞而造成免疫缺陷.艾滋病病人外周血中CD4+T细胞数大量减少,由1000个/μL降至l00个/μL .CD4+T淋巴细胞的减少导致AIDS患者对多种微生物易感.HIV除直接破坏CD4+T细胞外,还可引起免疫功能失调,间接使CD4+T细胞减少.随着AIDS病程的发展,淋巴结中的T细胞和树突细胞及巨噬细胞都可受到感染机体的免疫应答对于控制HIV在体内的发展起到重要的作用.机体的免疫应答可表现在如下几个方面:
(1)HIV感染可诱导抗体产生.抗体是针对HIV的gp120可变区的病毒而阻扰HIV垃一步感染CD4+T细胞.
(2)NK细胞可以通过ADCC的方式杀伤HIV感染的CD4+T细胞gp120的限制.这对限制HIV的复制增殖无疑有重要的作用.
(3)CTL对门HIV的识别不仅限于gp120,gp41抗原决定簇,而f1也能识别病态的逆转录酶;细胞毒T细胞—般是带CD8的T细胞,但也有少数CD41细胞具有细胞毒性:当HIV感染了CD4+T细胞时.能活化未感染的一些CD4+T细胞不表达MHC—Ⅱ类分子.这些T细胞有递呈抗原的作用.当它们递呈HlV的gpl20,gp41时就能受到杀伤性CD4+T细胞的损伤,而杀伤性CD4T细胞不受HIV感染.
对HIV感染免疫应答机理的研究有助于诊断方法的建立和疫苗研制.被膜蛋白gp120和gp41有较强的免疫原性,病人血清个有较高的抗血清滴度.机体对HIV的其他蛋白组分如P24,逆转录酶及gag和pol基因产物也能产生抗体.然而,在不问个体中分离的HIV被膜蛋白变异较大,抗体抑制感染和保护细胞的效果尚待改进.
3.HIV感染的流行病学
AIDS乃的流行病学特点与HIV的传播方式有关.HIV传播主要通过3个途径:①性接触,包括同性和异性间性接触.HIV存在于血液中,通过损伤的直肠粘膜或阴道粘膜感染性伙伴.反之HIV也可经女性感染男性;②血源传播,通过被HIV污染的血液或血液制品传播,污染的注射用具也可使HIV进入血液,这是吸毒者感染的重要途径;⑦母婴传播,带HIV的母亲通过子宫和产道感染新生儿,此外还可通母乳喂养传播给要儿.HIV感染高危人群依次是男性同性恋者,静脉药物成瘾者和HIV感染女性的新生儿.
HIV感染和AIDS发生在全世界呈上升和扩散趋势,尤其是在发展中国家.20世纪80年代以来,感染闭HIV者有4000万人,已有1200万人死亡.仅1997年就约有600万人感染HIV,230万人死于AIDS,其中包括46万儿童.非洲撒哈拉以南地区和南亚及东南亚地区是HIV感染人数最多的地方,分别达到2080万和600万人.近年来我国HIV感染流行也呈上升趋势,应在普及宣传该病流行知识的基础上进行广泛地监控(图11—14).
4.获得性免疫缺陷的治疗
免疫缺陷往往发生严重的多种病原的感染,所以对症治疗以抗感染为主.先天性免疫缺陷可通过补充相应的免疫缺陷组分的被动免疫方法得到改善.SCID治疗以骨髓移植效果最为明显.但骨髓移植很难选配到相容的HLA型别,且转移的T细胞易发生移植物抗宿主病(GVHD),这为骨圈移植治疗SCID带来不便.此外SCID仍可用补充所缺陷的ADA或PNP得到缓解.
HIV感染和AIDS的治疗,可用核苷酸类似药物如AZT(3'一azido—3'一deoxythymidine).2',3'—dideoxyinosine,2',3'—dideoxycytidine等抑制HIV逆转录酶的作用,但HIV逆转录酶易发生变异,使HIV对治疗的药物表现耐药性.HIV疫苗研制是目前抗HIV研究的重要内容.但HIV基因及产物的变异性较大,形成的抗体又易导致CD4+T细胞的破坏作用.
最有希望的疫苗是能诱导机体产生特异性CD8+T细胞为主的免疫应答,此外克隆表达的游离CD4分子在体内可能对CD4+T细胞有一定的保护作用.HIV携带者中有5%左右并不发展为AIDS.其中小部分能产生抗HIV蛋白抗体,CD4+T细胞数量和其他免疫功能正常,血液中只有低水平的病毒.另一部分人暴露于离浓度HIV后,产生特异性CTL和Th1细胞,清除HIV感染的细胞,血液中检测不到病毒粒子,也不出现临床症状.对这些携带者的免疫特性的研究,有可能找到防治HIV感染的有效方法.
小 结
本章将自身免疫,移植免疫,肿瘤免疫及免疫缺陷等所引起的免疫应答归结为异常免疫应答.因为这类免疫应答都是在病理状态下发生的免疫应答,有时会造成一定的组织损伤和免疫疾病.当然正常免疫功能的机体也会对一些抗原发生超常的免疫应答而造成组织损伤,如超敏反应等.
自身免疫应答是由于机体的免疫系统识别自身抗原而诱发的免疫应答.在通常的情况下机体免疫系统对自身抗原表现免疫耐受.由此可见自身免疫应答是在机体对其自身抗原失去免疫耐受性时而发生的.所以研究机体对其自身抗原免疫耐受性丧失的原因对控制自身免疫应答及自身免疫病是至关重要的.
移植免疫是在组织器官移植时供体和受体的细胞组织互为抗原刺激对方而诱发的免疫应答.这类应答的主要原因是供体与受体之间遗传背景的差异而引起的排斥反应.引起移植免疫应答的抗原是主要组织相容性抗原,在一定情况下次要组织相容性抗原也会对移植排斥起重要作用.高度多态性是主要组织相容性抗原和次要组织相容性抗原的重要特性.不同遗传背景的生物个体之间的移植抗原也不相同.当然相同遗传背景的组织和个体(如自体不同部位的组织,孪生兄弟)之间移植抗原应当相同,并无移植排斥发生.然而在器官移植的大量临床实践中很难找到遗传背景完全相同的供体,研究和控制移植排斥的原理和方法就成为移植免疫学的重任务.
肿瘤免疫实质上包含两方面的内容:一是机体免疫系统对肿瘤的免疫监视2二是免疫系统对逃避了监视的肿瘤抗原发生的一系列免疫应答.肿瘤的免疫治疗是肿瘤免疫研究的重要内容,而又有的已取得了良好的效果.
免疫缺陷无论是先天的还是后天(获得性)的原因造成的,都会使免疫系统本身受到了一定程度的缺损或破坏.这些处损或破坏会造成许多免疫缺陷病.同时伴有许多细菌,病,及多种寄生物的感染.HIV感染诱发的获得性免疫缺陷病(AIDS)成为当今世界性的一大流行病害而受到世界各国的严重关切.经过十多年对艾滋病的艰苦研究,在HIV疫苗及药物治疗上都取得了重要的进展.
阅读参考
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2 陈诗书 主要组织相容性复合体的分子生物学 见:敖世洲主编.基因分子生物学研究进展
科学技术出版杜,1992
3 A.G.Dalgeish,M.J.Browning.Tumor Immunology.Cambridge,1996
4 Jr.C.A.Janeway,P.Travers.Immunology:The immnue system in health and disease.3d ed.New York:Current Biology LTD/Carland Publishing Inc,1996
J.M.Mann et al.HIV 1998:The globall picture.Scientific American.1998,Vol:279(1)84~87
练习题
Ⅰ,名词解释
1.自身免疫耐受盲区;2.分子拟态;3.移植抗原;4.HLA配型;5.癌胚抗原;6.无细胞免疫;7.SCID;8.DiGeorge综合症;9.HIV的gp120和gp41;10.TIL治疗法.
Ⅱ,思考题
1.自身免疫应答发生的主要原因及机理有哪些
2.根据免疫学基本原理阐述解决人类器官移植排斥反应问题的途径
3.你认为在肿瘤的兔疫治疗方面有哪些有效的手段或有希望成为有效的手段
4.怎样区分先天性免疫缺陷病和获得性免疫缺陷病,
5.HIV是怎样破坏机体的免疫功能的
·上一篇：人与自然系列免疫应答通常是机体对各种侵染原,包括细胞,细菌,真菌,病毒及寄生虫等的重要防御机制.维持正常免疫功能常常包含激活和抑制两方面的调节和统一,否则机体就会出现各种异常的和病理变化.例如机体的免疫功能正常而对某些免疫原(如变应原)发生了超常的免疫应答,造成对机体的损伤.这在第十章超敏反应中已讨论过.此外,免疫系统还可能对自身抗原产生免疫应答(自身免疫),对异体器官移植所产生的排斥性应答(移植免疫),对肿瘤组织的免疫应答(肿瘤免疫)及免疫缺陷成失调(如获得性免疫缺陷综合症)等.这些免疫应答都不适合于机体的生理需要,而表现病理作用.这类非正常的免疫应答必须经过人工的调节诱导或治疗才能维持生物体的正常生命过程.例如自身免疫可造成自身免疫病,需要重新诱导自身的免疫耐受.器官移植时器官的受体对供体组织会产生免疫排斥反应,需抑制免疫应答或诱导特异性免疫耐受加以克服等.本章将讨论这些病理状况下免疫应答的过程,包括病因,免疫应答机制以及可能的控制原则.从这几类异常免疫应答中可以看到免疫应答的另一个侧面.
第一节 自身免疫应答
实验和临床观察发现体内存在一些抗原抗体和T细胞,它们能对自身组织抗原和细胞发生反应.这种由于免疫系统对自身抗原的识别产生的免疫应答反应称为自身免疫应答(autoimmunue response).这类应答反应在正常情况下仅维持在较低水平,但有时这种对自身抗原的应答可以达到很高水平,并可导致对自身组织相器官的损害,引起自身免疫性疾病,称为自身免疫病(autoimmunue disease).
一,自身免疫应答发生的原因
1.天然生理性自身抗体和自身应答性T细胞的存在
近20年来.已经有大量的资料证明,正常健康个体也存在对自身反应的淋巴细胞和抗体.这些天然自身抗体(natural autoantibodies)有抗肌动蛋白,角蛋白,DNA,胶原,β2微球蛋白,白蛋白,IgG,激素等自身抗体.1975年发现自身混合淋巴细胞反应(Autologous mixed lymphocyto reaction,AMLR)现象,是以自身细胞作为刺激细胞,刺激自身T细胞分裂增殖.早期是Th细胞增殖.晚期则Ts和Tc细胞增殖.Tc细胞对正常自身细胞不杀伤,但对各种由于理化因素引起的蜕变和对衰老的自身细胞能进行杀伤并清除.这里蜕变衰老的自身细胞诱导的自身应答的生化和分子机理仍在研究之中:目前认为这些自身抗体和淋巴细胞的应答对维持机体的自身稳定,清除变性衰老的组织细胞和分子非常重要.
2.自身免疫耐受盲区
目前认为对自身抗原免疫耐受诱导的过程是发生在胚胎发育早期.只有在免疫系统形成过程中遇到的抗原才能被确认为自身,经过T,B细胞克隆的负选择而删除自身反应性克隆.如果此时自身抗原由于天然生理屏障与免疫系统隔离,或由于某些器官抗原表达滞后免疫系统发育及耐受诱导的过程,就可能成为以后被识别的自身抗原.这些抗原在以后由于各种原因一旦暴露于免疫系统就会产生强烈的自身免疫应答,发生自身免疫病.如睾丸,眼球及甲状腺等组织,由于外伤,外科手术或因感染性炎症损伤时,可造成自身病症,甚至使该器官功能完全丧失.当一只眼球因外伤而破裂,几个月以后另一只眼即会发生"交感性眼炎",严重者可造成双日失明.以往常用的处理方法是立即将受伤的眼球手术摘除,现今常采取综合治疗手段.如免疫抑制,消炎等措施.此外,睾丸也有相似的情况,如外伤性睾丸炎可造成男性不育.这种由于自身抗原在空间和时间上与免疫发育过程的隔离,可以称之为免疫盲区;这些天然抗原如改变了原来的分布位置或由于原来处于隐蔽性的抗原而暴露于淋巴系统就会引发自身免疫病.这是自身免疫应答形成的一个重要原因.
此外,在胚胎时期免疫耐受诱导过程中,也会有部分漏网的自身反应性淋巴细胞克隆免遭负选择删除,这些能识别自身的细胞克隆为随后自身免疫应答留下了隐患.
3.自身抗原性质的改变
各种理化和生物因素可改变自身细胞的抗原性质或出现新的抗原性.如外来化学成分与自身组织成分交联可以产生新的抗原.物理化学或病毒等因素改变细胞的遗传结构也可以便细胞表达出现新抗原.自身抗原如果作为完全抗原可以被B细胞抗原受体识别(BCR识别)和T细胞抗原受体(TCR)识别.如果胚胎发育早期免疫耐受诱导时含有某TCR表位的Th被删除,仅剩下相关的B细胞克隆也不能产生免疫应答.但如果TCR表位发生突变即可能启动另一些辅助T细胞而活化B细胞或共他细胞的免疫应答.例如免的甲状腺球蛋白(Tg)原来分子上有X和Y的决定族,分别为B细胞(Bx)和Th细胞识别.但是在个体发育中甲状腺球蛋白在无Th辅助的情况下不能刺激Bx细胞产生抗体.因此对该自身抗原表现为免疫耐受.当用化学修饰或诱变使Tg分子发生改变,出现新的决定簇z,被另—株T细胞克隆(ThZ)识别,则ThZ可以辅助Bx细胞产生抗体.于是兔子体内出现了抗Tg的自身抗体.当然这种抗体也能与未突变的Tg分子发生综合反应.因为甲状腺球蛋白的x决定簇并没改变.这种自身免疫应答的结果会导致甲状腺央(thyroiditis).长期服用药物α甲基多巴的病人,可以诱发抗红细胞抗体发生自身溶血性贫血.并苯达嗪和普鲁卡因酰胺等药物可以与细胞内组蛋白或DNA结合,导致抗核抗体的产生,长期使用可引起系统性红斑狼疮样症状.有些慢性病毒感染时可直接将遗传密码整合到宿主细胞的DNA使细胞抗原的表达和表型发生改变,引发抗自身细胞的免疫应答.如乙型肝炎病人体内可检出抗核抗体,抗线粒体抗体和抗平滑肌抗体等;腮腺炎病毒感染后可伴发睾丸炎,麻诊感染后可伴发亚急性硬化性脑炎.
4.交叉抗原及分子拟态
交叉抗原及分子拟态被认为是多种免疫病的原因.自然界生物性抗原种类繁多.有许多抗原决定簇与人体抗原决定簇非常相似.当这些生物感染人体后会产生免疫应答,所产生的效应分子(抗体)和激活的细胞克隆既可针对外来抗原外也可针对自身组织与其相似的抗原决定簇,导致较强的自身免疫应答,甚至自身免疫病(图11—1).例如在A组溶血性链球菌感染后,可发生风湿性心脏病,肾炎.进一步免疫学研究发现.溶血性链球菌细胞壁抗原及胞质膜抗原与人肾小球基底膜及心瓣膜成分相似,可发生交叉反应:大多数风湿性心脏病人体内可同时检出抗心肌抗体和抗链球菌抗体.大肠杆菌014与结肠粘膜有类似的抗原性.可引发溃疡性结肠炎.乳头瘤病毒E2蛋白与胰岛素受体有同源性,麻诊病毒P3与人髓鞘碱性蛋白,柯萨奇病毒B3与人心肌球蛋白都有高度同源性.由于病原分子与宿主分子在抗原决定簇上的同源性,导致自身免疫系统对该抗原决定族的交叉识别反应.我们把这种不同物种之间抗原的相
似性称为分子拟态(MolecuIar mimicry),又称分子模拟.表11—1中列出了部分病原微生物与人体蛋白之间的相似性及同源序列比较.
近年来研究发现热休克蛋白(heat shock protein,HSP)也是一类非常重要的拟态分子.该分子在进化上很保守,从细菌,真菌,动物到人的热休克蛋白具有高度同源性,在诱发自身免疫病方面起一定作用.HSP又称应激蛋白(stress protein).是细胞受到高温及其他强烈的理化.生物等刺激因子(如感染,创伤,化学品)时诱导合成的一组蛋白质.按其相对分子量大小分成几个家族.即HSP90,HSP70,HSP60及小HSP等家族.每个家族又含有多个成员.对HSP60家族研究发现,其家族成员H5P65在微生物中是优势蛋白.感染微生物的人体中有40%T细胞应答是针对这一蛋白的,该蛋白相当于人的HsP60.对人的HSP60蛋白序列分析发现,它与人类已知的多种自身抗原的氨基酸序列具有同源性,并与相应的自身免疫病的发个有关(表-2).
5.机体免疫应答调控失调
机体因遗传,生理或外界因素诱发的免疫应答调控失常则会出现自身免疫应答和自身免疫病.
(1)主要组织相容性复合物:自身免疫病有家族史倾向.1978年Stasny s首次报道了HLA—DR4与类风湿性关节炎易感性相关.此后,国内外对多种自身免疫病与HLA各基因座位上的等位基因相关性进
行了研究.发现了明显的与HLA某些等位基因有相关性.如强直性脊椎炎(ankylosingspondylitis,AS)与B27高度相关,90%以上的病人为B27阳性.而正常人只有6%左右是B27阳性,相对危险度(RR)高达90以上.类风湿性关节炎与DR4有关(RR=6).胰岛素依赖型糖尿病(insulin dependent diabetes mellitus,IDDM,又称I型糖尿病)与DR3/DR4相关(RR=20).慢性活动性肝炎与DR3相关(RR=14).与疾病相关的HLA基因座位上大多是HLA-Ⅱ类基因. 我们在前面免疫应答及调节的章节里已经谈到HLA-Ⅱ分子主要是选择性激活CD4+ T细胞,即Th细胞.在体液免疫和细胞免疫应答调节中都起着重要的作用.
HLA等位基因的差异表现在抗原结合槽附近的序列,如在白种人(caucasian)中HLA-DQ分子(链的第57位氨基酸残基如果是天冬氨酸,则不易患IDDM,而第57位天冬氨酸如果被其它氨基酸(如丝氨酸,氨酸或丙氨酸)取代则易患IDDM.HLA的型别决定着对不同抗原肽的亲和力和递呈抗原给TCR的能力,这种亲和力对胚胎发育中胸腺T细胞克隆的负选择非常重要.通常对自身抗原高亲和的T细胞克隆已被删除,逃避了耐受诱导者应是低亲和力的.
1987年Gregersen等根据与疾病相关的等位基因编码的氨基酸序列的相似性提出了共表位假说(shared epitope hypothesis).认为具有共同的序列井作为潜在的功能单位的表位,可能发挥相似的抗原递呈和免疫调节功能,以致它们对疾病易感性方面也相似.然而进一步研究发现类风湿性关节炎在以色列人群中与DR4不相关.通过对DR4基因DNA序列分析发现DB4有多达15种以上的亚型.在这些亚型中又可分为与抗性和易感性有关的两类.白种人易感亚型占了DB4的93%,中国人为56%.而犹太人相反,抗性亚型占了DR4阳性群体的78.8%.所有类风湿关节炎易感亚型在DR分子的Β链第70-74位密码都有共同的序列特征,即QRAA(或QKRAA)(表11—3).
由于许多存在连锁不平衡现象,有些自身免疫病从表面上看可能与HLA相关,但不排除与HLA连锁的其他等位基因起作用.
(2)免疫细胞凋亡障碍:如前面章节所介绍的,细胞凋亡是调节免疫平衡的重要机制,Fas和FasL是诱导免疫凋亡的关键分子.有两种具有类似系统性红斑狼疮(SLE)的小鼠是LPr和Gld基因的纯合子,经过对基因进一步分析发现,LPr(lymphoproliferation)和Gld(Generalized lymphoproliferation dissease)分别是缺陷型的Fas基因和点突变的FasL基因.LPr基因是由于一种逆转座子(retrotransponson)插人到Fas基因中的一个内含子,导致Fas阳基因转录异常.不能正常表达Gld.因为Fash的点突变基因不能传递正常的调亡信号而发生调亡障碍,以致淋巴细胞因缺乏自限性而过度活化.一些儿童在Fas阳基因上的突变也可导致SLE样自身免疫病.
(3)免疫应答负调控机制不健全:胸腺在免疫耐受诱导和出生后免疫耐受维持方面仍起重要作用,如果胸腺因慢病毒感染或其他因素造成功能的异常,可引起严重的自身免疫病.加重症肌无力,桥本氏甲状腺炎.手术摘除脑腺治疗重症肌无力可获得良好效果.正常人随年龄增加,自身免疫病检出率增高,可能与脑腺功能下降有关.
T细胞亚群的比例失调,如Ts细胞和Tc细胞比例下降可以导致免疫负调节功能下降.
独特型—抗独特型网络调节功能失去平衡,也是导致自身免疫应答增加的重要因素,如给动物注射甲状腺球蛋白抗体的独特型抗体(抗抗体,Ab2),可诱导产生抗自身甲状腺球蛋白.当网络中抗独特型抗体产生不足时,则产生自身抗体的细胞克隆得不到抑制,会出现自身免疫反应.
自然界和体内有一些多克隆激活剂,对T,B细胞有非特异性活化作用,使免疫应答基础水平提高.一些细菌,病毒及寄生虫等感染后可出现自身抗体,有些微生物可以直接刺激B细胞增殖并产生抗体,如EB病毒可引起传染性单核细胞增多症,并可伴发血小板减少性紫癜及自身溶血性贫血.有些细菌,病毒的超抗原可直接将B细胞的MHC-Ⅱ类分子与具有TCR-β即链的T细胞连接起来,并使T细胞和B细胞活化,导致多种免疫球蛋白的产生.
此外激素等内分泌也是免疫正负调控的重要因素,自身免疫病多发于育龄女性,雌激素被认为是一个重要因素.Benchetrit等用雌激素治疗不育症患者.结果3例均意外地诱发出系统性红斑狼疮.
二,自身免疫病
正常水平的自身免疫反应对机体不仅是无害的,还有协助机体清除衰老蜕变的细胞,维持机体内环境稳定的作用,然而当自身免疫反应超出一定的限度,对自身组织和器官造成病理损伤,就成为自身免疫病(autoimminune disease).已经发现的自身免疫病种类有许多,如类风湿性关节炎,系统性红斑狼疮,强直性脊椎炎,多发性硬化症,重症肌无力,慢性甲状腺炎,胰岛素依赖型糖尿病,自身免疫性肾小球肾炎,风湿病.外伤性睾丸炎等.这些病多是由于淋巴细胞将自身某种组织作为靶抗原导致的免疫应答损伤.当然,有些自身免疫病也可能由其他原因包括病原物引起.
1.自身免疫病的特征
自身免疫病通常具备下列特征:
①在正常体温下,有自身抗体或自身反应性免疫细胞存在.
⑦鉴定和分离到相应的特异性自身抗原.
②用该种自身抗原免疫动物,可以获得自身抗体或诱导出特异的自身反应性细胞.
④用自身抗原免疫动物可以获得类似于人类自身免疫病的症状.
上述后两条可由于动物遗传因素影响而不能完全具备.
自身免疫病的种类很多,几乎可以举出覆盖全身各系统的自身免疫病,这些病大多都已找到明确的器官特异性抗原或在体内找到相应的自身抗体和自身反应性淋巴细胞,有一部分已获得动物复制模型.
2.自身免疫反应引起组织损伤的机制
参与自身免疫反应的抗体和致敏淋巴细胞引起组织损伤的机制是不同的.抗体引起的免疫损伤的主要原因有如下两个方顶:
(1)抗体与可溶性抗原分子形成免疫复合物:这些免疫复合物可以存在于循环中,也可以沉淀于身体任何部位或血管壁中,并在局部活化补体和细胞,导致组织损伤.损伤通常是弥散性的.
(2)针对细胞或固定的组织的抗体引起的组织损伤:这种损伤通常有特殊的细胞和组织定位—抗原可以是细胞自身的,也可以是其他游离抗原吸附于细胞或组织上而导致抗体反应.抗体与抗原结合后,可以被单核巨噬细胞,NK细胞等Fc受体识别,进而导致这些免疫细胞产生ADCC效应将自身细胞和组织杀伤;同时抗体与抗原结合后可以引起补体活化,最后导致自身靶细胞膜通透而死亡.此外在补体活化过程中会产生多种碎片和致炎因子,白细胞趋化因子和调理因子,导致白细胞趋化,局部炎症,加重自身免疫应答过程的组织损伤(见第四章,第十章).
致敏淋巴细胞引起的自身免疫应答损伤机理与抗体有所不同,主要是由T细胞参与.T细胞免疫损伤常伴随着强烈地保护性免疫应答,尤其是针对那些胞内寄生的微生物,同时也造成强烈的自身损伤,主要表现在:
①CD8+ 杀伤性T细胞可以直接裂解带有MHC-I类分子与抗原复合物的自身细胞.由于所有有核细胞都表达MHC-I类分子,这些细胞可以与表达CD8+ TCR的Tc细胞结合.可以激活Tc细胞对携带抗原的细胞的杀伤作用.这些抗原如为自身抗原则表现为强烈的自身细脑免疫反应,造成自身组织损伤.由于自身抗原是持续存在的,所以这种损伤性应答的后果就很严重.值得一提的是,由于体内正常细胞如果感染了病毒和脑内寄生的微生物,其抗原也可出现在细胞表面,并被Tc识别和杀伤.如慢性活动型肝炎病组织受到Tc细胞持续攻击引起细胞的慢性损伤,使细胞坏死和间质肝纤维组织不断增生,最后可引起肝硬化(纤维化)甚至肝癌.可见抗胞内微生物感染也可引起细胞自身免疫应答.
②CD4+ Th1细胞和CD8+ T细胞都可以分泌细胞因子,进而活化单核巨噬细胞,引起迟发性超敏反应(delayed type hypersensitivity,DTH).活化的巨噬细胞可以通过其产生的因子而引起组织损伤.例如胰岛素依赖型糖尿病人的胰岛周围有大量淋巴细胞和巨噬细胞浸阂,伴随产生胰岛紊的β细胞的破坏而出现MHC-Ⅱ类分子表达,提示有大量细胞因子在起作用.在动物实验中通过将患病小鼠和大鼠的CD4+和CD8+ T细胞转移给正常的动物可诱发胰岛损伤性糖原病.经分析这些T细胞针对的自身抗原有胰岛的各种蛋白,如胰岛素及谷氨酸脱羧酶.
此外,髓磷脂(myelin)作为抗原免疫动物可以诱发一种实验性变态性反应性脑脊髓炎(experimentally allergic encephalomyelitis,EAE)的神经系统自身免疫病.动物体内可检出针对神经髓鞘质的自身免疫性T细胞,病理切片显示在动物的神经组织,如脑,脊髓中有巨噬细胞活化,髓鞘破坏.EAE可以通过将抗原特异性CD4+ Th1细胞转移结新生的动物而产生同样的炎症.
自身免疫性疾病是免疫性疾病中重要的一类,受多种因素的综合影响而致病.各种不同的自身免疫病有不同的致病因于和发病机理.这类疾病的基本特征是表现为自身免疫攻击,即自身的免疫细胞对自身一些组织进行攻击.大多表现以某一器官为主,而全身均受到—定程度的损伤.对自身攻击的淋巴细胞本应在胚胎发育时即被删除形成免疫耐受,但后天的发病表明免疫耐受被打破,或本来就未形成免疫耐受.打破免疫耐受表明有拟态分子存在.未形成免疫耐受说明自身抗原加上递呈和克隆删除存在缺陷.而后者又受多个免疫相关基因的影响,如LMP,TAP,HLA以及淋巴细胞间信号传递分子等.这些方面仍将是近年内免疫研究的热点.
第二节 移植免疫
将一个体的细胞,织织或器官移到另一个体或内体组织不同部位都称为移植(transplantation).常用于作为某一组织或器官功能丧失时的替代治疗措施或作科学研究.提供器官的个体叫供体(donor),接受移植器官的个体叫受体(recipient)或叫宿主(host),被移植的组织,器官等称为移植物(graft或transpant).不同个体之间的移植常由于供体和受体遗传背景的差异,可以互相作为抗原刺激对方产生免疫应答.这称之为移植免疫(transplantation immunity).移植免疫应答产生的效应表现为排斥反应.移植免疫学(transplantation immunology)是研究移植所引起免疫应答,机理及如何控制排斥反应,维持移植物与宿主之间的相容性及其正常功能的科学.这门学科在医学上占有相当重要的位置.
一,移植的类型及同种异型移植的免疫应答
1铭掐的步副
在移植中根据供体与受体之间的关系可分为4种类则:
(1)自体移植(autologous transplantation或autograft):是指同一个体不同部位之间的移植,供体与受体都是自身,如面部皮肤烧伤,从背部取皮肤移植到面部,以修复而部容貌.这种移植通常无排斥反应,成功率很高.
(2)同系移植(syngraft)或称同型移植(isograft):是指遗传基因型完全相同或基本近似的不同个位之间的移植,如单卵双生个体之间的移植,或同一品系中不同个体之间的移植.由于它们的MHC一致,也不发生排斥反应,这种移植一般都可成功.
(3)同种异型移植(allograft或allogeneic graft):以往又称同种移植(homograft).是指同种内遗传基因不同的个体之间的移植,也称同种异体移植.如某一人的肾脏移植给另—个人.这种情况在医学上是很常见的.这种类型的移植由于供体与受体之间的遗传基因型存在一定的差异,通常是要发生排斥反应的.而正两者基因型差异越大,排斥反应越强烈.在器官移植前进行组织相容性基因配型,可以在不同程度上防止排斥反应.
(4)异种移植(xenograft或xenogeneic graft或heterograft):是指种与种之间的移植.由于供体和受体是不同物种,基因之间差异非常大,常导致非常强烈的排斥反应,移植物极少能存活.在人类器官移植中,由于同种供体来源缺乏,研究异种替代器官移植问题具有重要的意义.
2.同种异型移植的免疫应答
同种异体之间移植是目前研究较多的—种移植类型.在20世纪初人们便开始了肿瘤细胞的异体移植和抑制免疫应答的试验.后来随着研究的发展而发现了移植的一般规律.肿瘤细胞首先能在小鼠自交系间移植成功,而非自交系则表现为排斥.这种免疫排斥与受体和供体之间的遗传差异有关,从而发现了主要组织相容性基因在移植免疫中的关键作用.当两个自交系之间杂交得到杂合子代.则杂合子代能耐受来自两亲本的移植物.但相反的是杂交亲本却排斥来自任何一个杂交子代的移植物.因此,只有当所有供体组织相容性抗原都存在于受体中时,供体的组织才能被接受而不被排斥.如果受体中缺乏供体组织的抗原(或某几种抗原),受体便会识别来自供体组织的抗原而作出免疫应答,导致移植物的损伤.
同种异型移植排斥反应具有记忆性和特异性.如入皮肤异型移植的排斥过程中.在首次移植后较长时间才出现排斥反应.如对同一个受体再次移植来自同一供体的组织,受体很快就会出现比第一次更强的排斥反应,而且这种快速排斥反应是针对该特定个体的皮肤.后来发现各种组织只要表达MHC都可呈现这种针对特定供体的排斥反应.成熟红细胞无MHC分子表达,因此不能发生诱导致敏的作用.
3.排斥反应的类型
(1)宿主对移植物反应(host versus graft reaction):
根据供体受体组织相容程度及宿主的免疫状态,可呈现如下3种不同类型的排斥反应:
1超急性排斥(hyperacute rejection):反应一般在移植后24h发生.这些受体以往可能已接受过相似了供体的抗原刺激.如输血,妊娠等.表现为补体激活,血小板凝集,炎症细胞浸润,凝血系统激活,血管内皮损伤,组织缺血坏死,移植物很快脱落等,最后导致移植失败.图11—2A为肾移植超急性排斥的病理切片,示血管内肿胀和血管壁坏死.
2急性排斥(acute rejection):—般发生在移植后几天到几个月内.细胞免疫应答是急性排斥的
主要原因.CD4+ T细胞(Th1)和CD8+ Tc是主要效应细胞.大多数急性排斥可以通过MHC配型及免疫抑制剂的应用得到一定的缓解和预防.图11—2B示肾移植急性排斥,血管壁坏死性炎症反应.
③慢性排斥(chronic rejection):—般发生在移植后几个月至几年.呈现慢性炎症,毛细管内皮增生,动脉狭窄,纤维化,器官功能衰退等,图Ⅱ—2C示肾组织间隙和肾小管的正常细胞纤维化.
(2)移植物对宿主反应(graft versus host reaction):通常当移植的供体器官中含有大量的免疫细胞,或宿主处于免疫功能严重缺损状态下易发生反应.常见于骨髓,脾,胸腺移植时会发生移植物抗宿主反应.
二,移植抗原与移植免疫
1,移植抗原(transplantation antigen)
引起移植免疫应答的抗原称为移植抗原,又称组织相容性抗原(histocompatibility antigen).根据抗原性的强弱及引起移植排斥反应的强度,又分为主要组织相容性抗原(MHC抗原)和次要组织相容性抗原(mHC抗原).主要组织相容性抗原是由MHC编码的(详见第六章),次要组织相容性抗原由mHC编码.
MHC抗原在人类即HLA,在小鼠为H-2抗原. MHC抗原是排斥反应中最重要的免疫应答分子.MHC分子是一类抗原递呈分子,无论是外来抗原还是自身抗原都是与MHC抗原分子结合后才能被T细胞识别.此外MHC分了的衍生肽(MHC derived peptide),即MHC分子降解后产生的肽段也可以被MHC分子结合适呈给T细胞而产生免疫应答.MHC分子递呈抗原有一个分子间识别的过程.同一个细胞的MHC分子可以将不同来源肽抗原递呈给不同的T细胞,位移植免疫应答多样化.结合有肽段的异体MHC分子会被误认为结合有外来抗原的自体MHC,从而被T细胞的TCR识别,产生应答.同种异体MHC分子可直接被递呈给T细胞引起T细胞活化.它们可以当作是外来蛋白被宿主的APC细胞加工降解并被宿主MHC结合,当成外来抗原递呈给T细胞产生应答.这就是同种异体抗原间接递呈过程,这种间接递呈过程几乎都是CD4+ Th细胞参与进行的.mHC不能刺激初应答,在有MHC存在下mHC能协同刺激再应答.但反应没有像MHC反应强烈,如果供体与受体之间有许多mHC的差别,也会像MHC差别一样引起强烈的排斥应答,使组织存活时间缩短(图11—3).
MHC是一些组织特异性或性别特异性的抗原,如雄性小鼠的H-Y抗原,由Y染色体编码,属于mHC抗原,在雌雄个体之间起应答反应.人类朋ABO血型抗原,器官特异性表达的抗原如果存在多态性,也是会产生排斥反应的.
2.移植排斥反应发生的机制
移植排斥反应与一般免疫应答一样,包括感应,增殖与分化和效应几个阶段.体液免疫和细胞免疫以及炎症都可参与排斥反应的过程,排斥反应的强弱与供,受体之间组织相容性程度,免疫状况,移植物的种类等许多因素有关.
移植物进入机体后,自身MHC和外来MHC分子都有可能把外来抗原递呈给Th细胞,进而活化Tc和B细胞产生抗体或直接杀伤移植细胞.也可通过活化巨噬细胞及嗜中性粒细胞等产生细胞毒作用.
B细胞活化后产生特异抗体,与供体细胞结合后可引起补体活化,杀伤移植物(团11—4).也可激活炎症和凝血系统,引发血管内血细胞凝集,毛细管阻塞,导致移植物缺血坏死.如果有天然抗体(加ABO血型抗体)或凝集素存在,则可立即出现上述排斥反应,形成超急性排斥.
三,减小移植排斥的途径
器官移植已经成为人类治疗疾病,延长寿命不可缺少的手段.目前全世界已经完成了几十万例器官移植,经采用多种减少排斥反应的措施,员长存活已达30多年.表11—4列出了全世界移植中心指南(worldwide transplant center directory,WTCD)公布的一些统计数据.降低免疫排斥反应,延长器官存活有如下几种途径:
1.MHC配型
MHC配型在器官移植中非常重要,对人的器官移植应进行HLA-I类抗原(A,B,C位点)及Ⅱ类抗原(DR,DQ,DP位点)配型,尤其是Ⅱ类抗原配型更重要.通常有下列规律:
(1)HLA-A,B基因座位上等位基因如能有3-4个位点一致,则存活率较高,在一年内很少因排斥而失败,对HLA-C的一致性要求不太高.
(2)HLA-DR座位点上的等位基因匹配十分重要,由于DR与DQ有较强的连锁不平衡,DR位点匹配常导致DQ的匹配.
(3)人群种族纯度越高,越易于匹配,且易于预测移植结果.人群流动性越大杂交度越高,则越难以配型方法使移植成功.同种异型个体之间移植存活与排斥的情况依据它们的基因型和表型匹配关系得到的移植结果见表11—5.
2,诱导对移植物的免疫耐受
在移植之前用来自供体的血对受体进行多次输血,进行对供体移植物的免疫耐受件诱导.也有对受体大剂量注射来自供体的多肽或供体的可溶性MHC分子的方法进行诱导.近年来应用可溶性协向刺激信号阻断分子如CTIA—4可溶性片段或屏蔽CD40配体,CD2和LAF-2等信号传递和免疫应答过程,达到诱导移植免疫耐受的目的.这是很有前途的研究方向.
3,免疫抑制药物
常用的药物有皮质类固醇(corticosteroids)激素,环孢素A,细胞毒性药物如环磷酰胺,抗淋巴细胞抗体等.皮质类因醇激素又称肾上腺糖皮质激素,如可的松等.它是一类非特异性免疫抑制药.长期使用易引起免疫功能减退,如表现柯兴氏综合症.环磷酰胺毒性很大,已较少使用.环抱素A(cyclosporin A,CsA)的发现使临床移植成功率得以提高.以往大部分心,肝移植都无法进行,使用CsA后大部分可以存活5年以上.CsA主要是通过抑制白细胞介素2的转录,使得IL—2依赖的T细胞生长分化被抑制.但该药对肾脏毒性较大,也属于非特异性免疫抑制药.近年来还有使用另一种功效相似的药物FK506.这些免疫抑制药物有导致严重感染和肿瘤发生等副作用,希望能有更好针对器官特异性的免疫抑制药物替代它们.此外组织器官移植的成功不仅仅是一个免疫学的问题,还是社会学和伦理学的问题.自愿捐献器官,社会化供,受体信息网络,精细的器官配型等工作的广泛开展将为器官移植提供更多的机会.
第三节肿瘤免疫
早在1943年L.Gross旨先进行了肿瘤免疫的试验. 他把C3H小鼠化学诱变的肉瘤细胞移植到同源的,组织相容性的小鼠皮下.瘤细胞便聚集成团,经过几天生长之后使消退.再给免疫的小鼠注射同样的肿瘤细胞,则不能成团和生长.这一实验导致1957年R.T.Prhn和J.M. Main关于肿瘤细胞特异移植抗原(tumor specific transplant antigen,TSTA)的发现,以及后来关于肿瘤细胞相关抗原(tumor associated antigen,TAA)等的发现.作为肿瘤免疫的基础,当然一方面是要有特定的抗原存在.另外一方面是机体对这些抗原能作出免疫应答,以使肿瘤细胞遭到破坏.机体的免疫系统能对全身各组织进行肿瘤细胞的免疫监视(immune sureillance),随时检查,杀伤及清除肿瘤细胞.然而由子机体的免疫缺陷或者肿瘤细胞的变异,肿瘤细胞常常逃避免疫系统的监视而得以生长发展.研究肿瘤免疫的目的是:①弄清机体与肿瘤之间的免疫学相互关系;②利用机体对肿瘤的免疫应答,进行肿瘤免疫诊断,预防和治疗.
一,肿瘤抗原
1,肿瘤特异移植抗原
肿瘤特异移植抗原又称肿瘤特异抗原(TSA).TSA是在恶性肿瘤细胞上专有的抗原,而在其他问类的正常细胞上没有这类抗原.TSA能诱导对肿瘤的免疫应答和移植排斥;但没有或者很少有交叉保护反应.其原因可能是随机突变的结果.
肿瘤特异抗原在肿瘤上是非常特异的.一种致瘤剂诱导的一个个体的同样组织器官发生的肿瘤具有相同的特异性肿瘤抗原.如果一种致癌剂诱导同种动物的不同个体,或者同一个体的不同组织器官发生的肿瘤则有不同的特异肿瘤抗原.这种关系可用免疫移植试验来证实(图11—5).当用杀死的肿瘤A的细胞免疫小鼠之后,再进行肿瘤移植试验.①向小鼠移植肿瘤A的活细胞,小鼠能抵抗保护;⑦当向小鼠移植与A肿瘤属同一类型的肿瘤,但不是A面是A1,小赢可能继续存活,也可能发病.这是因为一种致癌刑诱发的不同组织的同一类型的肿瘤可能有共同的特异抗原,但也可能有不同的特异抗原,而且多数是不同的特异抗原;③当向小鼠移植与肿瘤A不同类型的肿瘤B的话细胞,则小鼠会因发病而致死.
化学致癌剂所诱导的肿瘤细胞抗原应属于肿瘤特异抗原.最早使用的化学致癌剂为甲基胆恩(methyL—cholanthrene,MCA),能诱导小鼠自交系肉瘤.此外还有许多物理和化学的致癌剂如3,4—benzopyrene氏紫外线照射(uv)等.近年的研究表明肿瘤特异抗原并不一定是单一种抗原分子,可能是由许多独立的抗原分子组成的.因为在MCA或者uv诱导的小鼠肿瘤之间有些有交叉保护现象.有的实验也证明在有些类型的人白血病细胞中发现有肿瘤特异的突变蛋白,有的突变蛋白来自相同的染色体移位而产生的融合蛋白,表达出新的抗原决定簇.例如P53抗原和慢性骨髓白细胞瘤的BCR—ABL抗原就是一种肿瘤特异的突变蛋白抗原.
2.肿瘤相关抗原
肿瘤相关抗原(TAA)的特点是能诱导机体免疫系统对肿瘤的应答并表现移植排斥.但TAA并非是为一种恶性肿瘤所专有的.这类抗原常常在正常细胞上也有,不过表达量很少.只有在发生癌变时才大量增加.因此称这类抗原为肿瘤相关抗原或者称肿瘤相关移植抗原(TATA).大多数肿瘤抗原都属于这一类.它们表现广泛的免疫交叉反应.肿瘤相关抗原包括如下—些类型:
(1)致癌的病毒抗原:能够致癌的病毒有DNA病毒也有RNA病毒.这些病毒能诱导动物机体发生肿瘤.在肿瘤细胞上常常表达病毒的抗原,即病毒编码的蛋白分子.这是因为肿瘤的基因组中整合有原病毒基因组.所以尽管动物的组织类别或者动物的种类很不相同,只要是同一种致癌病毒诱发的肿瘤都会表达相同的抗原决定簇.所以由病毒诱导的肿瘤之间存在着广泛的免疫交叉反应性.
DNA病毒中的猴多瘤病毒sv40所致的大鼠肿瘤的T抗原,人乳头瘤病毒(human Papilloma virus)所致人宫颈府的E6和E7抗原,疤疹病毒属的E-B病毒(Epstein-Barr virus)所致的伯基特淋巴瘤(Burkitts lymphoma)和鼻咽瘤(Naso pharyngeal carcinoma)Hodgkin's淋巴瘤等上的EBNA—1基因产物都是病毒抗原.此外致癌的DNA病毒还有腺病毒(Adenovirus),多瘤病毒(Polyma virus)等. DNA病毒引致的肿瘤中常常不出现病毒颗粒而呈隐性感染,这是因为肿瘤的基因组中整合了病毒的基因组.所以病毒就以原病毒方式存在于肿瘤基因组中.
在RNA病毒的致瘤作用中,研究最多的应届逆转录病毒(retroviruses).有些逆转录病毒带有致癌基因(oncogenen),病毒感染后几周之内就会引起肿瘤,称为急性转化的逆转录病毒.如劳氏肉瘤病毒(rous sarcoma virus)含src致瘤基因,禽类髓细胞瘤病毒(avian myelocytomatosis virus)含myc致癌基因等.也有的逆转录病毒不含致癌基因也能致癌,但发病较缓慢.这些病毒引致肿瘤表达的病毒抗原有env基因编码的被膜蛋白P15E及gag基因编码核心蛋白等.此外致癌的只RNA病毒还有人T细胞嗜淋巴病毒—1(hmman T cell lymphotropic virus—1)引致的成T细胞白血病(ATL).
(2)胚胎抗原(fetal antigen):许多肿瘤表面上表达的抗原或分泌到血液中的抗原是在它们的胚胎中曾经存在的抗原(如胎儿在3-6个月含量很高),但在正常的成体组织中的含量很低或者不存在.只是当机体发生癌变时这类抗原才大量增加.胚胎抗原可分以下两种类型:
①癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA):这种抗原最早发现于结肠癌病人的血清中及癌变组织中.后来在肝瘤,胰腺癌及一些类型的乳腺癌和胃癌病人的循环系统中也检查到CEA.用手术切取入结肠癌样品作为抗原免疫家免,得到抗血清.然后以同样手术切取正常组织样品制剂用来吸附所得到的兔抗血清.经过吸附处理后的抗血清用来进行血清反应,结果发现能与许多病人的结肠癌细胞发生反应,也能与人的其他胃肠源的肿瘤细胞发生反应.此外还能与正常人胎儿的内胚层组织发生反应,但不能与正常的成人细胞发生反应.从而发现这种抗原是来自胚胎早期内胚层的抗原.在正常成人中这种抗原几乎消失,在有肠系癌变发生时又大量增加.
癌胚抗原为糖蛋白,相对分于质量为1.8*105,含糖量65%.正常人血清中含量只有5μg/mL.但当胃肠道下部发生癌变时,CEA的含量增高.抗CEA抗体可能直接与CEA蛋白组分结合,但有些抗体可能也会与寡糖基结合.因为研究发现CEA与血型物质有较弱的交叉反应性.此外还有胚胎硫糖蛋白抗原(FSGA),内含硫蛋白.胃癌病人的阳性率高达96%,但胃溃疡病人的阳性率也有14%.此外还有α2H铁蛋白,胎盘碱性磷酸酶,γ胚胎蛋白也是—些癌胚抗原.
②甲胎蛋白(α—Fetalprotein,AFP):甲胎蛋白是在胚肝,卵黄囊及胃肠中合成的,早在50多年前就发现人的一些癌细胞表达的抗原与正常的胚胎组织有血清学交叉反应:在3—6个月的胎儿中,AFP含量高达2-3mg/mL.出生以后AFP的含量很快减少至100万分之一.在正常入血清中只有很微量的AFP(约5μg/mL).有肝细胞瘤的小鼠和大多数患原发性肝癌病人中,AFP含量都有很明显的增加.当然有时患肝炎的病人也有AFP增高的现象.尽管如此,甲胎蛋白的检查还是可以作为胚细胞瘤,肝癌等一些癌症早期诊断的方法.
AFP是一种糖蛋白分子,单链,相对分子质量为7.0 *l04.人的AFP虽然有部分氨基酸顺序与血清蛋白类似.但没有交叉的血清学反应.如果对AFP作变性处理,便会出现广泛的免疫交叉反应.
(3)组织特异性抗原(tissue-specific antigen):又称分化抗原(differentiation antigen).它们通常表达于某些特殊组织处于正常分化时的细胞表面上.可见这种组织特异性抗原是正常细胞抗原.当然来自这些组织的肿瘤细胞也会表达这种特异性抗原,因为这些抗原是组织自身的抗原,所以并不具免疫原性.但它的重要作用在于可依据组织特异性抗原进行肿瘤的诊断.如免疫球蛋白和CDl0抗原是普通急性淋巴浆细胞白血病的组织特异抗原,可用于诊断B细胞白血病和淋巴瘤.其他组织特异性肿瘤抗原用引临床诊断的例子见表11—6.
(4)自发性肿瘤抗原(sppontaneous tumor antigen):有些基因在正常组织中通常不表达或者仅在发育早期曾经表达过的抗原,而后处于不表达的休止状态.但是它会在生命过程中不适当的时候不适当的组织中进行不适当的表达,而成为自发性肿瘤抗原.这些基因并没有发生突变.例如人的黑素瘤抗原—1(MAGE—1)是黑素瘤细胞系中分离出来的基因表达的蛋白.MAGE—1蛋白能表达在30%的黑素瘤上和25%的乳腺癌上.在正常组织细胞中能分离出来该基因.但在正常组织细胞上基因并不表达.
二,宿主对肿瘤的免疫应苔
宿主对肿瘤相关抗原的免疫应答几乎包括了抗体和细胞介导的全部类型的免疫应答.
1.抗体的免疫应答
抗体对肿瘤的免疫应答没有T细胞等介导的肿瘤免疫应答重要,除一部分肿瘤细胞能表达肿瘤特异抗原外,许多肿瘤细胞自己专有的抗原较少.但致癌病毒引发的肿瘤能诱导免疫系统发生抗病毒抗原的应答,即产生抗体.例如E-B病毒引致的淋巴瘤能诱发产生抗E-B编码抗原的抗体.抗体对肿瘤细胞免疫应答的效应表现在如下几方面:
(1)抗体介导在补体参与下的溶胞作用.这一效应仅对悬浮的肿瘤细胞起作.
(2)参与抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用(ADCC).这—作用不是依赖于补体.但要有免疫细胞的参与,即带有免疫球蛋白Fc受体的那些免疫细胞的参与,如巨噬细胞及NK细胞等.
(3)抗体可能封闭肿瘤细胞上的受体,或者使肿瘤细胞失去粘附性.从而防止肿瘤细胞的扩散.
此外,肿瘤病人产生的抗体可用于鉴定肿瘤细胞,进行体外"自身分型"(autologous typing).
2.细胞参与的肿瘤免疫应答
(1)T细胞介导的肿瘤免疫应答:T细胞中的细胞毒性T细胞(CLT,CD8+)是肿瘤免疫应答中的主要效应细胞.CTL可以通过肿瘤细胞上表达的MHC—I与肿瘤细胞抗原形成的复合物与T细胞抗原受体结合,从而活化了CLT直接对肿瘤细胞进行杀伤.即细胞毒作用.这种直接杀伤方式可以对悬浮的肿瘤细胞也可以对实体瘤起作用.对实体瘤的作用是对肿瘤细胞的浸润.这些淋巴细胞称为浸润肿瘤的淋巴细胞(tumor-infiltratiog lymphocytes,TILs).
除CD8T细胞的杀伤作用外,辅助T细胞(Th,CD4+)对肿瘤细胞是表现另外方式的应答反应.Th细胞一方面通过分泌细胞介素帮助CTL活化,另外Th细胞可以被带有MHC-Ⅱ的肿瘤细胞抗原活化,分泌TNF,IFN-γ以促进肿瘤细胞MHC-I更多地表达,增加对CTL的敏感性.另外还可分泌一些促进NK细胞和巨噬细胞的活化的因子,这些细胞对肿瘤细胞也有细胞毒效应(图11—6).
(2)NK细胞参与的肿瘤免疫应答:NK细胞是肿瘤自然免疫的主要细胞群.它一方面有类似CTL的溶胞机制,能对肿瘤细胞进行直接杀伤.另一方面因为NK细胞有FcYRⅡI(CD16),所以在有肿瘤细胞的IgG抗体存在下,能介导NK细胞对肿瘤细胞的细胞毒作用(图11—7).
(3)巨噬细胞参与的肿瘤免疫应答:巨噬细胞是重要的抗肿瘤免疫的效应细胞,巨噬细胞也能表达FcrR.因此能够与抗体覆盖的肿瘤细胞结合而杀伤肿瘤细胞(ADCC作用).另外活化的巨噬细胞能分泌TNF.TNF对肿瘤细胞的杀伤有两种方式,—是TNF能结合到有高亲和力受体的肿瘤细胞上,从而直接杀伤肿瘤细胞.二是TNF能推动宿主的各种免疫应答,特别是对于肿瘤组织中的血管有选择性作用.它能使肿瘤组织的血管形成血栓,使肿瘤组织因缺血而坏死.
三,肿瘤免疫的监视与逃避
Thomas1950年提出厂肿瘤免疫监视和逃避理论(tumor immunosurveillance and escape),后来
Burentl970年又进一步发展了这一理论.Burent指出脊椎动物进化中,T细胞介导的免疫性的发展主要表现在对改变了的自身或者成瘤细胞进行特异性防御.免疫系统有监视,检查肿瘤细胞的功能.肿瘤细胞有破坏或逃避这种免疫监视的可能.因为恶性肿瘤会出现一些新的或者不同于一般正常细胞的抗原.这些抗原能被机体免疫系统识别而发生排斥或杀伤于肿瘤细胞大量繁殖之前.机体免疫系统的这种功能就称为免疫监视.这种机制能在早期待异的防御成瘤细胞的发展,以使大多数正常人体不发生肿瘤疾病.然而一旦肿瘤细胞的生长因为某些原因而越出监视能力之外,即逃避了监视.成瘤细胞便会无限制的生长而导致癌症的发生.
1.肿瘤免疫监视的一些依据
(1)有免疫缺陷的儿童,肿瘤发病率高,如淋巴肉瘤和网状细胞肉瘤的发病率比成人高10倍.另外随着人的衰老,免疫系统功能减弱,肿瘤发病率也有增长的趋势.
(2)长期使用免疫抑制剂的病人,如器官移植手术后的病人.网状细胞肉瘤比正常人发病率高350倍.使用抗淋巴细胞抗血清治疗的病人也有增加肿瘤发病率的现象.但肺,结肠和乳腺癌的发病率没有增加.
(3)患艾滋病(AIDS)的人较正常人易发生皮肤多发性肉瘤和B细胞淋巴瘤.在正常人身上这类肿瘤较为少见.
(4)免疫应答对控制病毒引发的肿瘤有效.乙肝疫苗除了能防病毒性肝炎和慢性肝炎外.还能降低原发性肝癌的发病率.鸡病毒性淋巴瘤(Marek's病毒)能用火鸡疮疹病毒减毒株免疫的方法来控制. 以上的一些事实虽然并非直接的实验证据,但还是支持了免疫监视理论.有关这一理论的争议仍然存在.因为受监视的只是部分组织的肿瘤,对另一些肿瘤似乎并不表现有监视的功能.
2.肿瘤对监视的逃避
虽然免疫监视能够限制一些肿瘤的过度生长或者控制于萌芽状态而不表现癌症.但免疫系统却又不能阻止频频发生的致人死地的许多肿瘤疾病.这也表明确实有一些肿瘤能逃脱免疫系统对它的控制而得以发展.所以肿瘤免疫研究的重点之一是了解肿瘤如何逃避免疫系统对其控制的.以下几个方面是肿瘤逃避免疫监视的可能原因.
(1)肿瘤发生的部位在免疫监控之外:例如甲状腺滤泡和中枢神经系统等在正常的淋巴循环之外,在肿瘤初发阶段无法检查到.当肿瘤细胞大量发展时虽然能检查到,但已无法控制.
(2)肿瘤细胞对一些重要抗原的表达发生改变:例如腺病毒Adl2株实验感染大鼠的细胞后不能正常表达MHC—I,因为MHC—I表达受到Adl2型ELA的抑制.这种恶性转化的细胞接种同源大鼠,能发生肿瘤.但用腺病毒Ad5株系作同样的实验感染和转化大鼠细胞,MHC—I能正常表达.用转化细胞接种同源大鼠试验表明不发生肿瘤.如果对Ad12株系转化的细胞用IFN-γ处理,使其表达MHC-I恢复正常,然后作同样接种大鼠试验也不发生肿瘤.这一实验似表明癌变改变了细胞对MKC-I表达,这对肿瘤逃避监视(CTL杀伤)是至关重要的原因.类似例证是多数人的肿瘤细胞都不能表达MHC-Ⅱ抗原.因此影响了肿瘤特异的CD4+Th细胞的活化和对肿瘤的免疫应答.
此外有的肿瘤细胞虽然没有影响MHC抗原的表达,但如果是改变了肿瘤细胞上协同刺激因子(如B7抗原)的表达,就缺少了Th细胞活化的第二信号.由此可见凡是改变了肿瘤细胞表面上一些重要的抗原分子表达,都会使肿瘤细胞逃避免疫的控制.因为这些分子与抗原递呈,免疫信号传递,淋巴细胞活化有着密切的关系.
(3)肿瘤细胞或者它的产物的免疫抑制作用:肿瘤细胞或者细胞的产物对抗肿瘤免疫应答发生抑制,也会发生肿瘤的免疫逃避.如肿瘤细胞能大量分泌生长转化因子-β(transformimg growth facter-β,TGF-β)这种TGF-β对许多淋巴细胞和巨噬细胞功能都有抑制作用.
(4)肿瘤抗原变异或者宿主对某些肿瘤抗原耐受:肿瘤抗原的免疫原性强弱与免疫监视有密切关系,一般来说肿瘤病毒抗原具有强的免疫原性,而自发肿瘤的免疫原性较弱.
另外从宿主方面也存在着对某些肿瘤抗原的耐受.这种耐受是因为免疫系统早期(新生期)接触过肿瘤抗原.如鼠乳腺肿瘤病毒引起成鼠乳腺癌,大多因为在新生婴幼期感染了病毒.所以这些肿瘤也就不会被肌体当成外源抗原来识别和应答.
(5)肿瘤抗原脱落或者隐蔽:抗体与脱落的肿瘤抗原复合物可能成为肿瘤免疫应答的阻断因子.它们可能阻断NK细胞FcγR的作用,或者抑制Th的功能.肿瘤抗原的隐蔽可能是多糖蛋白复合物分子,包括含硅酸盐的粘多糖分子的覆盖使抗原失去诱导免疫应答的作用.由上述可见肿瘤的免疫逃避可能有多方面的原因.然而弄清肿瘤细胞如何逃避免疫监视也许比起已经确立了肿瘤发展地位之后如何发挥机体的免疫应答效应更为重要.面,肿瘤免疫治疗的策略在这里不可能详细讨论肿瘤免疫治疗的具体方法,只能就有关免疫治疗的策略作概要说明.
1,积极免疫预防
鉴于对肿瘤发生原因的了解还不是太多,但至少就已有的关于肿瘤发生的知识采取免疫预防是最为经济有效的策赂.对病毒病原引致的肿瘤如前面提到的一些DNA和RNA致癌病毒,可以使用病毒疫苗或者化学修饰过的病毒抗原进行免疫预防.这种预防已经得到了较好的效果,如用乙肝疫苗有减低肝癌发病的作用.如果能用免疫的方法有效控制这些致癌病毒对人的感染.当会收到较好的预防肿瘤的效果.当然有许多项防肿瘤发病的方法不一定是免疫的方法.
2.主动免疫治疗
这种治疗策略是诱导宿主对肿瘤积极免疫应答.使用非特异性免疫刺激,活化体内的免疫细胞,增强对肿瘤的杀伤作用:如用二硝基氯苯(DNCB)诱导淋巴细胞的非特异性应答,使肿瘤细胞受到破坏.使用BCG(bacille calmette-guerin)分枝杆菌辅剂注射肿瘤发生的组织以诱发巨噬细胞的活化.已经进行了膀胱癌,黑素瘤等的局部BCG注射治疗试验.
除了单独使用辅剂以外,还使用辅剂加杀死的肿瘤细胞进行免疫注射.这些杀死的肿瘤细胞所带的肿瘤抗原到达免疫系统中能诱导很强的免疫应答以杀伤体内活的肿瘤细胞.
3.被动免疫治疗
这种治疗策略是向肿瘤宿主转移现成的抗体,免疫细胞或细胞介素活化的免疫细胞,增强机体免疫系统对肿瘤的抵抗,通常的做法有如下几种:
(1)体液免疫应答:使用抗肿瘤抗体,如IgG和IgM.现在多用单克隆抗体:因为单克隆抗体有很高的特异件.可针对某一肿瘤抗原而不影响附近的正常细胞.在有补体存在下,抗体与肿瘤细胞的结合能激活补体系统对肿瘤溶胞(见第四章).抗体还能介导相关免疫细胞的杀伤功能,即ADCC反应(见第八章)以及免疫调理和免疫粘附作用.然而抗体对有些肿瘤,特别是非悬浮的实体瘤的作用作尚不理想.但抗体还可以做为一种定向的运载工具,将杀伤肿瘤的药物,放射性同位素,生物毒素,酶及激素等化学及生物大分子与抗体耦联定向地带到肿瘤织织与细胞上,使它们能充分发挥对肿瘤细胞的杀伤作用而不波及健康的组织和细胞.这就是被称之为"魔弹"或者"生物导掸"的治疗方式.随着分子生物学约发展,用生物工程的手段制备人-鼠甚至于人-人的工程单克隆抗体以及双功能抗体等都已成为现实,这将会减少因为大量应用鼠抗体而使人体产生不必要免疫应答的干扰,为抗体及"魔弹"技术的应用创造更好的条件(图11—8).
(2)细胞介导的抗肿瘤免疫治疗:这种治疗策略的依据是免疫细胞可以体外激活并被动转移至宿主的免疫系统.通常有以下一些方法实施这一策略,①骨髓或者白细胞移植.因为骨髓中有大量淋巴细胞的前体.在异体宿主中分化成熟为其自身的抗肿瘤免疫应答系统把正常人外周血白细胞移植给肿瘤病人,以增强病人对肿瘤的免疫应答能力.
为了增强免疫细胞的功能,广泛地试验了许多细胞介素的治疗效果.近年又采用细胞介素体外处理的方法进行免疫治疗.第一是用细胞介素活化杀伤细胞(lynphokin activationed killer,LAK)的治疗方法,将肿瘤病人的外周血的细胞用高浓度的IL—2培养,然后回注入肿瘤病人.人的LAK细胞治疗试验目前主要限于肿瘤转移的晚期病人或者术后的病人.效果有时因人而异.LAK细胞中以NK细胞为主.
第二是用肿瘤浸润的淋巴细胞(tumor infiltrating lymphocyte,TIL)治疗方法.用肿瘤病人手术样品中肿瘤浸润的单核细胞及实体瘤附近的单核细胞,采用与LAK细胞类似的处理方法进行体外培养活化,再回注入肿瘤病人.此法也许比前者更为有效.
第三是用所谓无细胞疫苗(cell—free vaccine.)方法清除或抑制肿瘤细胞.它是利用骨髓中有抗原递呈功能的树突细胞中的胞外体(exosome).首先将树突细胞分离出来;在体外与酸洗过的肿瘤细胞抗原一起在IL—4和GM—CSF存在下进行培养,然后破碎树突细胞从中分离胞外体,注射肿瘤病人.此法的依据是树突细胞作为抗原递呈细胞,它能分泌大量有递呈抗原功能的胞外体颗粒(直径60—90nm).胞外体也表达MHC—I,Ⅱ及T细胞协同刺激分子(如B7,2,CD40,CR4,Mac—l等).带有肿瘤抗原的核外体在体内能特异地刺激CTL的活化与杀伤作用.用这种方法所进行的小鼠P815(H—2d)肿瘤(甲基胆蒽诱发的肿瘤)治疗试验,结果表明胞外体的作用不仅有抗原特异性,而且有同源动物的特异性(图11—9).
4.转基因免疫治疗
随着基因工程技术的发展用转基因的手段进行肿瘤的免疫治疗也成为一种新的肿瘤免疫治疗的策略.目前试验的转基因免疫治疗方法多采用转细胞介素基因和协同刺激因子的基因到肿瘤细胞中去,让肿瘤细胞在体内表达协同刺激因子如B7.2或者分泌细胞介素如IL—2.其目的是通过增强第二刺激信号或者细胞介素的作用使肿瘤特异的T细胞扩大增殖分化,从而增强对肿瘤抗原的免疫应答.目前进行转基因试验的细胞介素除IL—2之外,还有IL—4,IFN—λ,TNF,GM—CSF及单核细胞趋化蛋白—1等.其中IL—2,IL—4及GM—CSF转基因效果较好.当然肿瘤抑制因子(tumor suppressor)的转基因或者制成DNA疫苗,也可能成为肿瘤转基因治疗的重要策略.
第四节免疫缺陷
机体由于遗传基因的缺陷而导致一种或多种免疫组分的异常,如T细胞,B细胞,吞噬细胞等细胞成分,也包括抗体,补体等体液组分的缺损或异常.使机体无法建立良好的免疫防御体系,对一些种类的病原易感,这就是先天性免疫缺陷.此外有些病原生物如人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)持续性感染正常人的免疫细胞,引起免疫机能的破坏而导致的免疫缺陷,称之为获得性免疫缺陷,如艾滋病(acquired immune deficiency syndrome,AIDS).A1DS的高传染性和高死亡率,已趋来越受到人们重视.
一,先天性免疫缺陷
1.先天性免疫缺陷的概况
先天性免疫缺陷(congenital immunodeficiency)又称原发性免疫缺陷(primaryimmunodeficiency),是因为遗传缺陷导致机体免疫功能障碍,常常在婴幼儿时期即表现为对感染因子的高度易感,甚至在胚胎期就因感染而死亡.大部分先天性免疫缺陷基因是隐性遗传的,由常染色体和x染色体携带. x染色体连锁的基因缺陷所致的免疫缺陷病人,男性高于女性.先天性免疫的缺陷具有以下特点:①反复感染,由于免疫组分的缺陷,使机体对感染因子的易感性增高.在正常个体中寄生时不致病的常见微生物对免疫缺陷者会发生反复感染,这些微生物称为条件致病微生物.体液免疫缺陷易发生细菌感染,而细胞免疫缺陷时易发生病毒和胞内寄生茵感染;②发生恶性肿瘤,T细胞缺陷的病人,由于免疫监视功能的减弱,易发生恶性肿瘤;⑦临床表现多样性.由于免疫功能组分可发生单个组分或多种组分缺陷,甚至伴有其他组织缺陷,使病人表现的症状复杂而多样化.表11—7列出常见的先天性免疫缺陷病的发病机理及感染特性.
2.体液免疫缺陷
体液免疫缺陷主要表现为抗体减少或缺乏,其次为补体组分的缺乏.导致抗体减少除B细胞不同发育阶段受阻引起外,辅助性T细胞功能障碍及抗原递呈细胞功能不全也影响抗体水平.抗体缺陷在临床上表现为反复的化脓性感染,如肺炎球菌,流感杆菌及链球菌感染.一些病人则对病毒(如脊髓灰质炎病毒),肠道寄生虫(如贾弟鞭毛虫)及有荚膜的细菌表现易感.
X连锁无λ球蛋白血症(X—linked agammaglobulinemia,XLA)由OgdenC.Bruton于1952年首次描述.病人血清中缺乏λ球蛋白,常常低于0.2mg/mL,是最常见的先天性免疫缺陷之一,也是最早认识的免疫缺陷病.XLA人为X染色体连锁,由表型正常的母亲遗传给男婴,病因是编码酪氨酸激酶(brutons tyrosine kinase,BtK)的基因缺失或点突变所致. BtK在B细胞和嗜中性粒细胞均表达,但XLA病人BtK缺陷只发生在B细胞中,使B细胞发育停滞在前B细胞阶段. BtK可能是前B细胞受体信息转导的中间分子或者与轻链的表达有关.在T细胞也有类似的酶与其正常发育有关.患儿对细菌和病毒易感,反复发生关节,咽喉,中耳,支气管和肺部感染,但对真菌和胞内寄生菌有抵抗.血液中成熟B细胞数减少,T细胞的数量和功能正常,易发展为自身免疫性疾病.人γ球蛋白制剂注射使患儿获得被动免疫,可缓解症状.BtK缺陷杂合子母亲的B细胞中,有缺陷基因的X染色体失括,而其他细胞中该染色体失活的概率为50%,因此,用基因分析能签定出BtK缺陷型杂合子携带者.
抗体缺陷也可以发生在部分Ig向种型或亚型,其临床特征与所缺乏的Ig类型的功能有关.选择性IgA缺陷是一种常见的原发性免疫缺陷,部分为常染色体隐性遗传.有些与遗传元无关,是在胚胎期因病毒(如风疹病毒)感染或某些药物所致.大部分表现为正常,少数发生呼吸道感染或腹泻,严重者引起气管和肠道的水久性损伤,这种损伤与白身免疫有关.患儿血清中IgA低于50ug/m1,IgM和IgG正常或略高于正常水平.IgA缺陷的机制尚不清楚.选择性IgG亚类缺陷,只是IgG某一亚类发生缺陷.而其他亚类及其他种类的Ig水平正常,—般不表现临床症状伴有IgM增高的IgA及IgG缺陷,由于重链种类转换障碍所致.可能是T细胞编码表面分子CD40L的基因突变,使CD40L.不能与B细胞CD40结合,因而不能激活B细胞向浆细胞转化过程中Ig种类的转换机制.该病患儿血清中IgM升高(多为自身抗体),D细胞和T细胞发育正常.常见多变型免疫缺陷病是由B细胞缺陷,扶助性T细胞缺陷,抑制性T细胞过强等多种因素导致的Ig水平降低.
补体组分缺失使抗体功能受到影响,抗体的生物学效应功能发挥与补体密切相关.补体C3和C4组分具有调理素的作用.促进吞噬细胞的吞噬作用.C3组分缺乏易导致广泛化脓性感染,而溶膜效应组分(C5—C9)的缺陷表现为奈瑟氏球菌感染.补体对排除抗原抗体复合物非常重要,因此补体的缺陷易导致自身免疫病的发生,产生如系统性红斑狼疮类似的病理变化.此外补体调节因子的缺陷,备解素缺陷也与自身免疫性疾病和细菌感染有关(见第四章).
3细胞免疫缺陷
病毒,真菌,胞内寄生菌和寄生虫能在细胞内寄生或复制繁殖,机体主要依赖于T细胞免疫将其清除,T细胞缺陷易发生此类病原体的感染.此外细胞吞噬功能不全也影响非特异性细胞免疫.
DiGeonge综合效是由了胚胎期6—8周时第Ⅲ,IV对咽囊发育为胸腺及甲状旁腺时受阻.影响胸腺及甲状旁腺的功能,甚至波及邻近器官,发生颜面和心血管畸形.导致DiGeonge综合症的原因不清楚,可能与孕妇酗酒及22号染色体异常有关.胸腺功能的缺陷,导致T细胞发育障碍,病人血液中T细胞数明显减少.对T细胞激活剂及混合淋巴细胞反应减弱.但B细胞发育正常,对分枝杆菌,病毒和真菌感染敏感.DiGeonge综合症导致的免疫功能可通过胚胎胸腺移植治愈,也可随着年龄增长而逐渐恢复正常.裸鼠即因小鼠胸腺发育不全伴随上皮细胞缺陷,引起毛发缺损.裸鼠常用于免疫及肿瘤的实验研究.T细胞表面受体(TCR/CD3复合物)的表达.IL4—2和IFN—γ等细胞因子产生,TCR/CD3复合物转导及IL—2受体表达障碍等所造成的免疫缺陷,并不影响血液中淋巴细胞数量.
慢性肉芽肿病(chronic granulomatous disease,CGD)是一种少见的吞噬细胞功能缺陷病.约2/3是X染色体连锁,1/3是常染色体连锁,为隐性遗传.病人发生反复的细菌和真菌感染.形成的肉芽肿由活化的吞噬细胞组成.X连锁型的慢性肉芽肿因为吞噬细胞中主要杀菌物质—超氧负离子(O2—)不能形成所致.催化O2-- O2—的NADPH氧化酶含一个嗜中性粒细胞色素b245(neutrophil cytochrome b245)分子.该分子由相对分子质量9.1*104和2.1*104两个亚基组成.编码9.1*l04亚基的基因存在于X染色体上,这个基因的缺失,缺损或突变与慢性肉芽肿有密切关系.
白细胞粘附缺陷(leukocyte adhesion deficiency,LAD)是一种少见的免疫缺陷病.该病分为I型(LADl)和Ⅱ型(LAD2)两类.LADl为常染色体隐性遗传,病人反复受到细菌和真菌感染,伤口愈合缓慢,白细胞粘附功能以及由NK细胞和T细胞介导的细胞毒作用均表现异常.LADl是由于参与白细胞发挥粘附功能的分子,如β2整合素(β2—integrin)(CDll,CDl8糖蛋白)等的缺陷或异常所致.LAD2临床表现与LAD1类似,但其缺陷的粘附分子是嗜中性粒细胞糖基配体sialyl-lewisX或者与岩藻糖代谢相关的酶.
Ghediak—Higashi综合症也是—种少见的染色体隐性遗传的免疫缺陷病.病人发生反复化脓性感染,并伴有眼和皮肤白化及神经系统缺陷.病人的嗜中性粒细胞,单核细胞和淋巴细胞中形成大型胞质颗粒,导致溶酶体形成障碍而影响吞噬和杀菌能力.
4.联合免疫缺陷
联合免疫缺陷(combined immunodeficiency disease)影响B和T细胞的数量与功能,有些免疫缺陷与其他遗传病共患.病人免疫功能低下,对病毒,真菌,胞内寄生菌和原虫高度易感,甚至减毒活疫苗接种也引起严重反应或全身性感染.同时又因抗体产生缺陷,易发生化脓性感染全身淋巴组织发育不良,外周血中淋巴细胞减少,输入外源的淋巴细胞可引起移植物抗宿主反应.自身免疫病和恶性肿瘤的发病率增加.
重症联合免疫缺陷病(severe combined immunodeficiency disease,SCID)是一类T细胞和B细胞发育与功能缺陷导致的以体液免疫和细胞免疫功能低下,淋巴细胞减少为特征的疾病;最早(1950年)由Hitzig在瑞士发现,称为瑞士型无免疫球蛋白血症(Swiss typeagammaglobulinemia),为常染色体或X染色体隐性遗传,大部分SCID发病机制仍不清楚,一些病例是因为酶缺陷所致.约20%的病例(占常染色体遗传病例的一半)是因为位于2号染色体上编码腺苷脱氨酶(adenosine deaminase,ADA)基因的缺失或突变所致.位十9号染色体编码另—酶——嘌呤核苷磷酸化酶(purine nucleotid phosphorylase,PNP)基因缺陷也引起SCID.ADA和PNP缺陷导致脱氧腺苷(dATP)或脱氧鸟苷(dGTD)的积累,对淋巴细胞产生毒性(图11—10).
几种X连琐SCID病例是由于编码IL—2受体的γ链(IL—2Rγ)的基因突变所致,IL—2Rγ是IL—2,IL—4和IL—7受体的重要组分,它的缺陷导致T细胞和B细胞发育和生长受阻.此外一种称为裸淋巴细胞综合症(bear lymphocyte syndrome)的SCID是由于MHC—Ⅱ类分子缺陷所致.
病人抗原递呈细胞上无HLA—DP,DQ和DR,但MHC—I类分子表达正常.近交系小鼠CB—17自发突变形成SCID小鼠,这种小鼠由于骨髓中的淋巴细胞发育过程中TCR和Ig基因重排过程中DNA修复异常,导致T细胞和B细胞缺乏.
其他T细胞和B细胞联合缺陷的疾病还有Wisdott—AIdrich综合症和共济失调毛细血管扩张症(ataxia telangietasia).前者为X染色体连锁遗传,主要表现湿疹,血小板减少和反复的化脓性感染等症状.化脓性感染以有荚膜的菌为主.后者为常染色体隐性遗传,表现为血管异常,神经系统缺陷,共济失调和肿瘤.病人B细胞和T细胞均有不同程度的缺陷.
二,获得性免疫缺陷综合症
1.人免疫缺陷病毒和艾滋病
人免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染人体后引发的疾病就是获得性免疫缺陷综合症(acquired immunodeficiency syndrome)简称艾滋病(AIDS).1981年Gofflieb首次报道了重度免疫缺陷疾病.HIV属于逆转录病毒科(Retroviridae)慢病毒属(Lentivims)的成员. HIV—1和HIV—2两种病的基因序列有40%相同.大部分AIDS由HIV—1引起,HIV—2在西非等地流行,HIV—l的
病毒及基因组结构如图ll—ll所示.
HIV—1和HIV—2形态完全相同.呈球型,外有被膜,内有核衣壳,直径为110nm.病毒的基因组为两条完全一样的单链RNA,每条长约9.2kb,由核衣壳蛋白(P24)包裹,形成圆椎形核心.核心内的RNA与逆转录酶(P61/55)结合,另有两种游离的蛋白质,即蛋白酶(P10)和整合酶(P32)存在.在被膜上有两个与病毒感染有关的糖蛋白gp120和gp41.由病毒基因编码的蛋白质及其主要功能见表11—8.在病毒5'和3'端各有一个长末端重复序列(long terminal repeat,LTR),是病毒RNA与宿主细胞转录因子结合的部位.
HIV感染的临床特点:HIV感染早期大部分不表现临床症状,一些病人发生类流感症状(flu-like illness)如发热,头痛,咽喉炎,全身性淋巴结炎(lymphadenophathy)和红疹.血液中出现大量HIV,CD4+T细胞下降至500个/μL以下,这种急性病毒血症(acute viremia)是因为CD8+T细胞在抗体介导下破坏HIV感染的细胞,释放大量HIV所致.当CD4+T细胞低至800个/uL左右,HIV增殖进入潜伏期.经过长短不一的潜伏期(2-15年),95%的HIV感染者发展为AIDS.潜伏期间无临床症状,但仍可在血液中检测到HIV,病毒仍处于复制状态,并不断破坏CD4+ T细胞,使其数量和功能逐渐下降,直至发展为AIDS.当CD4+T细胞下降至500个/uL时,出现机会感染和其他症状的频率提高,当CD4+T细胞低于200个/uL,出现典型的AIDS症状.图11—12所示HIV感染进程中,HIV数量和CD4+T细胞数量的变化.
感染HIV的一部分病人发展为AIDS相关症侯群(AIDS—related complex,ARC),如长期不规则发热,盗汗,体重下降,腹泻,衰老面容和全身淋巴结肿大,ARC可持续数月或数年.AIDS临床表现以多种微生物和原虫造成的机会性感染(opportunistic infection)(表11—9),进行性的体重减小和腹泻
等恶病质(cachexia)体征.许多AIDS患者因为脑中巨噬细胞,脑血管内皮细胞等感染HIV,出现中枢神经系统退化所致的AIDS脑病(AIDS encephalophy)和AIDS痴呆症候群(AIDS dementia complex)表现记忆力丧失,非特异神经系统紊乱.A1DS患者极易发生Kaposi肉瘤,Burkitt淋巴瘤等肿瘤.
HIV感染后2—12周内用ELISA可检测到抗gp120或P24抗体,在3个月后血液中反复出现特异性抗原(P24),也可用ELISA检测.用PCR方法检测HIV的基因和血液中CD4+T细胞计数是诊断HIV感染和AIDS的重要指标,CD4+T细胞一般为200—800个/μL(正常为1200个/μL.此外还可用病毒培养检测出HIV.
2.HIV感染与免疫应答
HIV感染灵长类T细胞是通过HIV的即gp120和CD4结合来介导的. gpl20与CD4之间具有高度的亲和力.gpl20分子C端有3个不连续的结构域与CD4分子的N端的免疫球蛋白V区结构域相结合,使病毒被膜与T细胞膜发生融合图(图11—13) .gp41是通过疏水的N端插入细胞膜,促进融合过程的进行.gp120分子C端3个结构域的序列在不同的HIV分离株之间存在变异,使HIV能有效地逃避宿主免疫系统对它的抵抗.
病毒粒子进入细胞后,病毒核心破裂,其中所携带的酶被激活,病毒RNA逆转录成双链DNA,并进入细胞核中.病毒的整合酶也进入细胞核,催化双链DNA整合至宿主细胞基因组中,形成原病毒(provirus).原病毒在细胞中不产生或仅产生少量的病毒蛋白或病毒粒子,成为隐性感染.原病毒的基因两端的LTR序列含有poly(A)信号序列,启动子TATA盒和有增.
强于功能的反式活化凋节因子基因结构,控制病毒的RNA的表达.隐性感染HIV的携带者因生理状态改变或其他感染刺激T细胞增殖,使TCR激活,产生细胞因子.这些细胞因子通过与HIV的LTR中的NF—κR序列结合,刺激HIV基因的表达和病毒复制.
HIV基因表达分为两个阶段,早期以表达调控基因为主,而晚期以表达结构基因为主,Rev 蛋白的表达为两阶段的转换标志,这种机制的形成使病毒结构蛋白的表达周期缩短.减少宿主免疫系统识别机会而逃逸免疫系统对它的破坏作用,同时病毒核酸蛋白的表达反而会造成对衍生细胞的损害;由此可见,HIV的感染和复制增殖大量地破坏了T细胞而造成免疫缺陷.艾滋病病人外周血中CD4+T细胞数大量减少,由1000个/μL降至l00个/μL .CD4+T淋巴细胞的减少导致AIDS患者对多种微生物易感.HIV除直接破坏CD4+T细胞外,还可引起免疫功能失调,间接使CD4+T细胞减少.随着AIDS病程的发展,淋巴结中的T细胞和树突细胞及巨噬细胞都可受到感染机体的免疫应答对于控制HIV在体内的发展起到重要的作用.机体的免疫应答可表现在如下几个方面:
(1)HIV感染可诱导抗体产生.抗体是针对HIV的gp120可变区的病毒而阻扰HIV垃一步感染CD4+T细胞.
(2)NK细胞可以通过ADCC的方式杀伤HIV感染的CD4+T细胞gp120的限制.这对限制HIV的复制增殖无疑有重要的作用.
(3)CTL对门HIV的识别不仅限于gp120,gp41抗原决定簇,而f1也能识别病态的逆转录酶;细胞毒T细胞—般是带CD8的T细胞,但也有少数CD41细胞具有细胞毒性:当HIV感染了CD4+T细胞时.能活化未感染的一些CD4+T细胞不表达MHC—Ⅱ类分子.这些T细胞有递呈抗原的作用.当它们递呈HlV的gpl20,gp41时就能受到杀伤性CD4+T细胞的损伤,而杀伤性CD4T细胞不受HIV感染.
对HIV感染免疫应答机理的研究有助于诊断方法的建立和疫苗研制.被膜蛋白gp120和gp41有较强的免疫原性,病人血清个有较高的抗血清滴度.机体对HIV的其他蛋白组分如P24,逆转录酶及gag和pol基因产物也能产生抗体.然而,在不问个体中分离的HIV被膜蛋白变异较大,抗体抑制感染和保护细胞的效果尚待改进.
3.HIV感染的流行病学
AIDS乃的流行病学特点与HIV的传播方式有关.HIV传播主要通过3个途径:①性接触,包括同性和异性间性接触.HIV存在于血液中,通过损伤的直肠粘膜或阴道粘膜感染性伙伴.反之HIV也可经女性感染男性;②血源传播,通过被HIV污染的血液或血液制品传播,污染的注射用具也可使HIV进入血液,这是吸毒者感染的重要途径;⑦母婴传播,带HIV的母亲通过子宫和产道感染新生儿,此外还可通母乳喂养传播给要儿.HIV感染高危人群依次是男性同性恋者,静脉药物成瘾者和HIV感染女性的新生儿.
HIV感染和AIDS发生在全世界呈上升和扩散趋势,尤其是在发展中国家.20世纪80年代以来,感染闭HIV者有4000万人,已有1200万人死亡.仅1997年就约有600万人感染HIV,230万人死于AIDS,其中包括46万儿童.非洲撒哈拉以南地区和南亚及东南亚地区是HIV感染人数最多的地方,分别达到2080万和600万人.近年来我国HIV感染流行也呈上升趋势,应在普及宣传该病流行知识的基础上进行广泛地监控(图11—14).
4.获得性免疫缺陷的治疗
免疫缺陷往往发生严重的多种病原的感染,所以对症治疗以抗感染为主.先天性免疫缺陷可通过补充相应的免疫缺陷组分的被动免疫方法得到改善.SCID治疗以骨髓移植效果最为明显.但骨髓移植很难选配到相容的HLA型别,且转移的T细胞易发生移植物抗宿主病(GVHD),这为骨圈移植治疗SCID带来不便.此外SCID仍可用补充所缺陷的ADA或PNP得到缓解.
HIV感染和AIDS的治疗,可用核苷酸类似药物如AZT(3'一azido—3'一deoxythymidine).2',3'—dideoxyinosine,2',3'—dideoxycytidine等抑制HIV逆转录酶的作用,但HIV逆转录酶易发生变异,使HIV对治疗的药物表现耐药性.HIV疫苗研制是目前抗HIV研究的重要内容.但HIV基因及产物的变异性较大,形成的抗体又易导致CD4+T细胞的破坏作用.
最有希望的疫苗是能诱导机体产生特异性CD8+T细胞为主的免疫应答,此外克隆表达的游离CD4分子在体内可能对CD4+T细胞有一定的保护作用.HIV携带者中有5%左右并不发展为AIDS.其中小部分能产生抗HIV蛋白抗体,CD4+T细胞数量和其他免疫功能正常,血液中只有低水平的病毒.另一部分人暴露于离浓度HIV后,产生特异性CTL和Th1细胞,清除HIV感染的细胞,血液中检测不到病毒粒子,也不出现临床症状.对这些携带者的免疫特性的研究,有可能找到防治HIV感染的有效方法.
小 结
本章将自身免疫,移植免疫,肿瘤免疫及免疫缺陷等所引起的免疫应答归结为异常免疫应答.因为这类免疫应答都是在病理状态下发生的免疫应答,有时会造成一定的组织损伤和免疫疾病.当然正常免疫功能的机体也会对一些抗原发生超常的免疫应答而造成组织损伤,如超敏反应等.
自身免疫应答是由于机体的免疫系统识别自身抗原而诱发的免疫应答.在通常的情况下机体免疫系统对自身抗原表现免疫耐受.由此可见自身免疫应答是在机体对其自身抗原失去免疫耐受性时而发生的.所以研究机体对其自身抗原免疫耐受性丧失的原因对控制自身免疫应答及自身免疫病是至关重要的.
移植免疫是在组织器官移植时供体和受体的细胞组织互为抗原刺激对方而诱发的免疫应答.这类应答的主要原因是供体与受体之间遗传背景的差异而引起的排斥反应.引起移植免疫应答的抗原是主要组织相容性抗原,在一定情况下次要组织相容性抗原也会对移植排斥起重要作用.高度多态性是主要组织相容性抗原和次要组织相容性抗原的重要特性.不同遗传背景的生物个体之间的移植抗原也不相同.当然相同遗传背景的组织和个体(如自体不同部位的组织,孪生兄弟)之间移植抗原应当相同,并无移植排斥发生.然而在器官移植的大量临床实践中很难找到遗传背景完全相同的供体,研究和控制移植排斥的原理和方法就成为移植免疫学的重任务.
肿瘤免疫实质上包含两方面的内容:一是机体免疫系统对肿瘤的免疫监视2二是免疫系统对逃避了监视的肿瘤抗原发生的一系列免疫应答.肿瘤的免疫治疗是肿瘤免疫研究的重要内容,而又有的已取得了良好的效果.
免疫缺陷无论是先天的还是后天(获得性)的原因造成的,都会使免疫系统本身受到了一定程度的缺损或破坏.这些处损或破坏会造成许多免疫缺陷病.同时伴有许多细菌,病,及多种寄生物的感染.HIV感染诱发的获得性免疫缺陷病(AIDS)成为当今世界性的一大流行病害而受到世界各国的严重关切.经过十多年对艾滋病的艰苦研究,在HIV疫苗及药物治疗上都取得了重要的进展.
阅读参考
l 方福德等.分子生物学前沿技术.北京:北京医科大学/中国协和医科大学联合出版杜,1998
2 陈诗书 主要组织相容性复合体的分子生物学 见:敖世洲主编.基因分子生物学研究进展
科学技术出版杜,1992
3 A.G.Dalgeish,M.J.Browning.Tumor Immunology.Cambridge,1996
4 Jr.C.A.Janeway,P.Travers.Immunology:The immnue system in health and disease.3d ed.New York:Current Biology LTD/Carland Publishing Inc,1996
J.M.Mann et al.HIV 1998:The globall picture.Scientific American.1998,Vol:279(1)84~87
练习题
Ⅰ,名词解释
1.自身免疫耐受盲区;2.分子拟态;3.移植抗原;4.HLA配型;5.癌胚抗原;6.无细胞免疫;7.SCID;8.DiGeorge综合症;9.HIV的gp120和gp41;10.TIL治疗法.
Ⅱ,思考题
1.自身免疫应答发生的主要原因及机理有哪些
2.根据免疫学基本原理阐述解决人类器官移植排斥反应问题的途径
3.你认为在肿瘤的兔疫治疗方面有哪些有效的手段或有希望成为有效的手段
4.怎样区分先天性免疫缺陷病和获得性免疫缺陷病,
5.HIV是怎样破坏机体的免疫功能的
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