来源：芒果先生聊生信 免疫起源 如同宇宙起源、人类起源一样，免疫系统，尤其是获得性免疫起源一直是免疫学家关心的问题。免疫系统是生物进化到一定程度后的高级产物，那么获得性免疫起源如何呢？是由于抗原长期的被动刺激还是生物进化主动形成的呢？ 目前，免疫学家更愿意相信，在所有高等脊椎动物中，获得性免疫出现是因为免疫“大爆炸”。也就是说，在某一时刻，生物是没有获得性免疫功能的，但是，在下一秒，奇迹发生了，生物具备了免疫功能。 原因在转座子上。 转座子是一段闭环染色体DNA或游离基因。转座子基因侵入一段DNA，假定是一个与免疫球蛋白基因或T细胞受体基因类似的基因中时，通过自身编码的转座酶使转座子移动并整合转座酶识别的序列；转座酶切断宿主DNA并插入游离基因，从而使转座子通过其识别的序列而将转座子DNA整合进基因组。因此，获得性免疫是生物进化到一定程度主动形成的！这个理论也跟抗体的克隆选择学说、免疫球蛋白和T细胞受体基因重排理论相吻合。 获得性免疫中的抗体或T淋巴细胞都是预先存在于机体中，就像国防部队一样，在敌人入侵之前，国防部队已经经过征兵选拔、训练和兵种划分等一系列有序、规范的培训。国防部队（获得性免疫）对本国公民（自身正常细胞）没有防御作用，但是可以防御入侵的外敌（外来微生物等），监视本国违法公民（自身免疫病抗原、过敏抗原）以防其扰乱社会安定（细胞稳态）。同时，在国防部队不健全（免疫系统缺陷）的情况下，会导致社会动荡（免疫缺陷病）。
B细胞发育
免疫细胞是发挥免疫反应的“士兵”。这些“士兵”不是无组织、无纪律地运作，而是条理、有序地分布在机体各个部位，构成免疫组织，也叫淋巴组织。免疫组织“驻扎”在机体的不同部位，“军民一家亲”，组成免疫器官。 根据功能不同，免疫器官分为中枢免疫器官和外周免疫器官。中枢免疫器官由骨髓和胸腺组成，外周免疫器官由脾脏、外周淋巴结、粘膜相关免疫组织和皮肤免疫系统组成。 骨髓是造血器官，含有多能造血干细胞，是各种血细胞的发源地，是人类和哺乳动物B细胞发育成熟的场所。多能造血干细胞→多能前体细胞→共同淋巴细胞前提→原B细胞（pro-B cell）→前B细胞（pre-B cell）→未成熟B细胞。未成熟B细胞迁出骨髓，随血液循环迁移至脾脏（此时称过渡B细胞），并发育为成熟B细胞。B细胞免疫不是该总结的重点，仅作简要总结。 病原体通过血液循环进入被膜下淋巴结，被巨噬细胞内吞并分解成可溶性小分子抗原（如蛋白抗原）。抗原识别、结合Naïve B细胞膜表面受体后，部分B细胞上调表达CCR7，并迁移至次级淋巴滤泡组织。在此处，B细胞与活化的树突状细胞，使B细胞进一步分化为浆细胞，产生低亲和力的抗体（IgM）。 还有部分B细胞上调表达CXCR5，迁移至滤泡生发中心，与表达CXCL13的滤泡样树突状细胞（ follicular DCs, FDCs）相互作用。在滤泡样树突状细胞和滤泡辅助T细胞（follicular helper T, Tfh)提供的信号刺激后，这些B细胞会分化为产生针对单一特定蛋白抗原单克隆抗体的浆细胞或记忆性B细胞。此时产生的单克隆抗体已经完成抗体转换（IgG），具有更强大的亲和力。 当发生病毒感染或进行再次加强免疫发生时，机体内已经存在相应的单克隆抗体和记忆性B细胞。记忆细胞识别相应蛋白抗原，快速分化为效应B细胞，产生具有强大杀伤力的IgG型抗体，从而防御病原体的感染。
T细胞发育
T细胞来源于骨髓中的淋巴样祖细胞，在胸腺中分化、发育、成熟。在胚胎发育早期，T细胞的前体干细胞经血流输送到胸腺，从胸腺的浅皮质向深皮质、髓质移行，并发育为成熟的T细胞。在接受有序、规范的“培训”之后，成熟T细胞进入血液，转移至外周淋巴组织（如脾脏、淋巴结等），在接受刺激后，再分化为效应性或记忆性T细胞，参与适应性免疫。 
T细胞为什么从骨髓迁移至胸腺发育、成熟？T细胞的准确定位与其表达的归巢受体有关，如L-选择素。但是，这个问题不是该总结的重点。T细胞从浅皮质→深皮质→髓质的时序移行才是T细胞发育的关键之所在！ a) 活下来——Notch信号通路 Notch信号通路在T细胞发育过程中起关键性作用。胸腺基质细胞表达的Notch配体与T细胞前体细胞的Notch（受体）相互作用后，传递的信号以及其他细胞因子和胸腺激素的作用，决定了T细胞的定向分化。 在T细胞发育早期，敲除 Notch1基因后, 胸腺细胞呈现出B细胞谱系的表型，而Notch1基因存在时，胸腺细胞呈现为T细胞谱系的表型。上述研究说明，Notch信号通路是T细胞活下来的必要条件。 而在晚期，Washburn等提出的T细胞发育模型认为, 胸腺细胞在经历pre-TCR阶段时，接受Notch1信号则发育为αβTCR+双阳性细胞；未接受Notch1信号则发育为γδ TCR+细胞。 b) T细胞受体（TCR）发育 T细胞发育过程中，围绕TCR的发育和成熟，一系列基因有序地表达和关闭。在TCR发育、成熟过程中，按时间顺序依次表达：CD3δ→pTα的mRNA（pre-TCR替代轻链）→TCRβ的胚系转录本→RAG-1（recombination activationgene-1）和RAG-2。 在胸腺细胞双阴性阶段（此时CD44lowCD25+），RAGs开始发挥作用，TCRβ基因开始进行V、D、J基因重排，β链、pTα蛋白相继表达，并组装成pTα：β二肽链（pre-TCR）表达在胸腺细胞表面（此时CD44-CD25-）。pTα：β二肽链与低水平表达的CD3γ、δ、ε链组成复合物，行使信号转导功能，终止TCRβ基因的重排，分化为CD4+CD8+pTα：βCD3low的双阳性T细胞。细胞停止增殖，TCRα基因开始重排，表达成熟的TCRαβ。 只有表达功能性TCRαβ的T细胞才经历阳性选择和阴性选择。 c) 阳性选择 表达功能性TCRαβ的CD4+CD8+双阳性（DP）T细胞仍属于未成熟细胞。在胸腺皮质中，该类细胞与胸腺上皮细胞表达的抗原肽-MHC复合物以适当亲和力进行特异结合，则可继续分化为CD4+或CD8+单阳性（SP）细胞。 若DP细胞的TCRαβ与胸腺上皮细胞表面的MHC-I类分子中等亲和力结合，则DP细胞表面CD8分子表达上调，CD4分子表达下调直至丢失，转变成CD8+单阳性T细胞； 若DP细胞的TCRαβ与胸腺上皮细胞表面的MHC-II类分子中等亲和力结合，则DP细胞表面CD4分子表达上调，CD8分子表达下调直至丢失，转变成CD4+单阳性T细胞； 若DP细胞的TCRαβ与胸腺上皮细胞表面的MHC分子以高亲和力结合或不结合，则在胸腺皮质中发生凋亡而被清除（95%）。 上述过程即为胸腺的阳性选择。 d) 阴性选择 经历阳性选择的T细胞，还必须通过阴性选择，才能发育为能识别外来抗原的成熟T细胞。 在胸腺皮质和髓质交界处的树突状细胞和巨噬细胞均表达高水平的MHC-I类和MHC-Il类分子。这些MHC分子与自身的抗原肽结合形成抗原肽-MHC复合物。 经过胸腺皮质阳性选择的T细胞，若能与皮、髓质交界处树突状细胞或巨噬细胞表达的抗原肽-MHC复合物高亲和力结合，则会被激活而发生程序性死亡，或处于无能状态，从而获得对自身抗原的耐受； 不能识别该复合物的T细胞则继续发育为能识别外来抗原的成熟T细胞。因此，对于模拟人类抗原的病原体成分，T细胞是耐受的，这或许是病原体和肿瘤逃逸的策略之一。 e) 走出去——在外周淋巴结的发育 从胸腺髓质迁移至血液、然后进入外周淋巴组织、尚未接触过抗原的T细胞称为初始（naïve）T细胞，主要定居于外周淋巴器官中的胸腺依赖区。这种定居与其表达的归巢受体有关。 在与抗原接触后，初始T细胞分化发育为不同功能的T细胞亚群，并表达新的归巢受体，从而“归巢”到新的部位。
T细胞分群
细胞表面的分子是T细胞分群的依据，是方便研究和交流而进行的人为标志。下面就按照T细胞的部分表面分子对其进行分群以及功能总结。 1. TCR-CD3复合物（所有T细胞） 该复合物是T细胞特有的分子标志，在所有T细胞表面均有表达。由T细胞的抗原识别受体TCR和一组CD3分子以非共价键结合而成。TCR识别特异性抗原，CD3向细胞内传递信号，共同完成信号传导功能。 每个T细胞表面约有3000~30000个TCR分子。TCR分子是由α链和β链（TCRαβ，95%）或γ链和δ链（TCRγδ，5%）通过二硫键组成的异二聚体。在TCR分化发育过程中，TCRβ链基因座先发生重排（V-D-J基因，或许是CD44lowCD25+诱导了RAGs的活化）。TCRβ链的重排和表达，诱导TCRα基因重排（V-J基因）和肽链的表达。 2. CD4或CD8（成熟T细胞） 成熟的T细胞一般只表达CD4或CD8。CD4和CD8分子是跨膜糖蛋白分子，都不具有多样性。CD4分子以单体形式存在，与MHC-II类分子的β2结构域结合；CD8分子是由α链和β链组成的异二聚体，与MHC-I类分子的α3功能区结合。 3. CD45分子（所有白细胞） CD45分子是单链跨膜蛋白，在所有白细胞上都有表达。不同T细胞亚群表达不同的CD45分子亚型，常用来区分T细胞的分化状态。 初始T细胞——CD45RA、CD62Lhigh 效应T细胞——CD45RO、IL2Rhigh 效应型记忆T细胞——CD45RO、CCR7- 中央型记忆T细胞——CD45RO、CCR7+或CD44、CD62Lhigh 4. CD28家族 CD28分子是CD28家族的活化性受体，组成性表达于初始T细胞表面。CD28识别专职性抗原呈递细胞（APC）表面的B7-1（CD80，诱导性表达）和B7-2（CD86，组成性表达），提供T细胞活化的第二信号。 CD279（PD-1）分子是CD28家族的抑制性受体，表达于活化的T细胞表面，与其配体结合后，阻断T细胞的活化。PD-1有两个配体：PD-L1和PD-L2（PD-L1、PD-L2与B7-1、B7-2结构高度同源，在活化的APC表面表达）。 5. CD152（CTLA-4） CD152（CTLA-4）组成性表达于调节性T细胞或诱导性表达于CD4+、CD8+T细胞表面，是B7家族分子的第二个受体。配体B7与CTLA4相互作用传导T细胞活化的抑制信号（第二信号），终止T细胞应答。 6. CD134（OX40） CD134（OX40）表达于全活化的T细胞表面，在静息初始T细胞表面无表达。在激活24~72h后，T细胞表面出现OX40，与表达于活化APC表面的OX40L识别、结合后，提供T细胞长期活化的信号。 初始T细胞：CD45、TCR-CD3、CD28、CD4/CD8 活化T细胞：CD152（CTLA4）、CD279（PD-1） 全活化T细胞：CD134（OX40） 杀伤性T细胞（CTL） 杀伤性T细胞（CTL）是肿瘤免疫和肿瘤治疗的关键细胞，在制备针对肿瘤或病毒感染的治疗性纳米疫苗研究中也是关键。CTL的分子特征为CD3+、CD4-和CD8+，可识别MHC-I类分子呈递的抗原肽。CTL发挥杀伤作用的机制有两种：（a）介质和细胞因子介导的细胞凋亡，如穿孔素、颗粒酶；（b）CTL表面的FasL配体与靶细胞表面的Fas相互作用，从而介导靶细胞凋亡，发挥杀伤靶细胞的功能。 那么，如何在体内和体外检测CTL的功能呢？体内检测CTL功能的方法： 1）体内细胞毒性杀伤实验； 2）抗原肽-MHC分子四聚体技术； 3）ELISPOT； 4）LDH释放法。 
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