医学免疫学：第一章免疫学概论

第一章 免疫学概论

第一节 医学免疫学简介

医学免疫学（Medical Immunology）是研究人体免疫系统的结构和功能的科学，其阐明免疫系统识别抗原后发生免疫应答及其清除抗原的规律，并探讨免疫功能异常所致病理过程和疾病的机制。通过掌握免疫学的基本理论和技术，为诊断、预防和治疗某些免疫相关疾病奠定基础。免疫学在生命科学和医学中有着重要的作用和地位。由于细胞生物学、分子生物学和遗传学等学科与免疫学的交叉和渗透，免疫学已成为当今生命科学的前沿学科和现代医学的支撑学科之一。

一、免疫系统的基本功能

2000多年前，人类就发现曾在瘟疫流行中患过某种传染病而康复的人，对这种疾病的再次感染具有抵抗力，称之为“免疫（immunity）”。免疫这个词是来自罗马时代描述免除个人劳役或对国家义务的一个拉丁文词“immunitas”。

人体有一个完善的免疫系统来执行免疫功能，免疫系统包括免疫器官、免疫细胞和免疫分子（表1?1）。

表1?1 免疫系统的组成

免疫器官

中 枢 胸腺 骨髓

脾脏 淋巴结

皮肤相关淋巴组织

外 周

免疫细胞

固有免疫的组成细胞 吞噬细胞 树突状细胞 NK细胞 NK T细胞

其他（嗜酸性粒细胞 和嗜碱性粒细胞等） 适应性免疫应答细胞 T细胞 B细胞

免疫分子

膜型分子 TCR BCR CD分子 黏附分子 MHC分子 细胞因子受体

分泌型分子 免疫球蛋白 补体 细胞因子

法氏囊（禽类） 黏膜相关淋巴组织

机体的免疫系统除了识别和清除外来入侵的抗原（如病原生物）外，还可识别清除体内发生突变的肿瘤细胞、衰老死亡的细胞或其他有害的成分。机体的免疫功能可以概括为：①免疫防御（immune defense）②免疫监视（immune surveillance）③免疫自身稳定（immune homeostasis）。此外，免疫系统与神经系统和内分泌系统一起组成了神经-内分泌-免疫网络，在调节整个机体内环境的稳定中发挥重要作用。

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二、免疫应答的种类及其特点

免疫应答（immune response）是指免疫系统识别和清除免疫原的整个过程。根据免疫应答识别的特点、获得形式以及效应机制，可分为固有免疫（innate immunity）和适应性免疫（adaptive immunity）两大类（表1?2）。固有免疫又称先天性免疫或非特异性免疫（non-specific immunity），适应性免疫又称获得性免疫（acquired immunity）或特异性免疫（specific immunity）。

固有免疫是生物在长期进化中逐渐形成的，是机体抵御病原体入侵的第一道防线。参与固有免疫的细胞如单核-巨噬细胞、树突状细胞、粒细胞、NK细胞和NK T细胞，其识别免疫原虽然不像T细胞和B细胞那样具有高度的特异性，但可通过一类模式识别受体（pattern recognition receptor, PRR）去识别病原生物表达的称为病原体相关模式分子（pathogen associated molecule pattern, PAMP）的结构。

适应性免疫应答可分为三个阶段：①识别阶段：T细胞和B细胞分别通过TCR和BCR精确识别抗原，其中T细胞识别的抗原必须由抗原提呈细胞（antigen-presenting cell, APC）来提呈；②活化增殖阶段：识别抗原后的淋巴细胞在协同刺激分子（co-stimulatory molecule）的参与下，发生细胞的活化、增殖和分化，产生效应细胞（如杀伤性T细胞）、效应分子（如抗体、细胞因子等）和记忆细胞；③效应阶段：由效应细胞和效应分子清除抗原。

固有免疫和适应性免疫是相辅相承、密不可分的。固有免疫往往是适应性免疫的先决条件，如树突状细胞和吞噬细胞吞噬病原生物实际上是一个加工和提呈抗原的过程，为适应性免疫应答的识别准备了条件。适应性免疫的效应分子可大大促进固有免疫应答，如抗体可促进吞噬细胞的吞噬能力，称为调理吞噬，或促进NK细胞的细胞毒作用；又如，许多由T细胞分泌的细胞因子可促进参与固有免疫应答细胞的成熟、迁移和杀伤功能。

表1?2 固有免疫和适应性免疫比较

获得形式 发挥作用时相 免疫原识别受体 免疫记忆 举 例

固有免疫

固有性（或先天性） 无需抗原激发

早期，快速（数分钟~4天） 模式识别受体 无

抑菌、杀菌物质，补体，炎症因子 吞噬细胞，NK细胞，NK T细胞

适应性免疫 获得性免疫 需接触抗原 4~5天后发挥效应 特异性抗原识别受体

由于细胞发育中基因重排产生多样性 有，产生记忆细胞

T细胞（细胞免疫-效应T细胞等） B细胞（体液免疫-抗体）

三、免疫性疾病

免疫应答是把双刃剑。当我们看到免疫功能给机体带来免疫保护作用的同时还应该看到，当免疫应答的水平过高或过低，当针对自身的免疫耐受被打破，当免疫调节功能发生紊

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乱时，所出现的异常免疫应答可导致多种免疫相关疾病的发生。在本书的第十七章“超敏反应”一章中，将集中阐述发生免疫相关疾病的机制。根据发生机制的不同，可将超敏反应（hypersensitivity）分为Ⅰ~Ⅳ型，并列举出各型超敏反应在临床上常见的疾病及其防治原则。

四、免疫学的应用

《医学免疫学》的显著特征是将免疫学理论和免疫学技术与医学实践相结合。本书的最后两章专门阐述了免疫学诊断、预防和治疗。

免疫诊断已成为临床各学科中诊断疾病的最重要手段之一。免疫学诊断的方法向着微量、自动、快速方向发展，新的诊断方法也层出不穷。在免疫学诊断中，抗原或抗体的检测依然是主角，一方面是抗原抗体反应有高度的特异性，对某些疾病的确诊起着决定的作用；另一方面，由于标记技术的引入（如放射性核素、酶和免疫发光），抗原抗体检测的敏感性到达皮克（pg/每毫升）的水平，广泛应用于早孕和内分泌疾病（如甲状腺疾病），多种病原生物（如HIV，甲型、乙型、丙型肝炎病毒，SARS病毒和禽流感病毒）及其抗体，血清中多种肿瘤的标志物，引起过敏反应的血清IgE以及血型检测等等。细胞免疫的检测使得免疫学诊断更加全面。各种免疫细胞群和亚群分离和鉴定的技术日臻完善，应用单克隆抗体荧光染色和流式细胞术分析方法，可以迅速确定各种白血病和淋巴瘤的免疫学分型。T细胞、B细胞和吞噬细胞功能的新的检测方法也不断涌现。

通过接种疫苗，预防乃至消灭传染性疾病是免疫学的一项重要任务。通过接种牛痘，使全球消灭天花是免疫学对人类极其重要的贡献。通过接种减毒活疫苗，全球消灭脊髓灰质炎已指日可待。由于重组疫苗的应用，乙型肝炎的发病得到有效控制。通过计划免疫，我国在控制多种传染病尤其是儿童多发传染病已取得显著的成绩。

免疫生物治疗已成为临床治疗疾病的重要手段。应用单克隆抗体在治疗肿瘤、移植排斥反应以及某些自身免疫性疾病方面取得突破性进展。多种细胞因子在治疗贫血、白细胞和血小板减少症、病毒性肝炎等取得良好的疗效。造血干细胞移植已成为治疗白血病等造血系统

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疾病不可替代的治疗手段。此外，采用效应T细胞和经肿瘤抗原修饰的树突状细胞正成为治疗肿瘤新的手段。

第二节 免疫学发展简史

一、经验免疫学时期

人类对免疫的认识首先是从与传染病作斗争中开始的。天花曾是一种烈性传染病，由于其通过呼吸道传播，人是惟一的易感宿主，死亡率极高，严重威胁人类的生存。据考证，公元16世纪我国明朝隆庆年间已有有关种痘的医书记载。将天花患者康复后的皮肤痂皮磨碎成粉，吹入未患病的儿童的鼻腔可预防天花。这种种痘的方法不仅在当时国内广泛应用，还传到俄国、朝鲜、日本、土耳其和英国等国家。

公元18世纪后叶，英国医生Edward Jenner观察到挤牛奶女工因接触患有牛痘的牛后，可被传染并在其手臂上长出类似牛痘的疱疹，这些得过牛痘的女工却不会得天花。他意识到人工接种“牛痘”可能会预防天花，并在一名8岁的男孩身上进行了接种“牛痘”预防天花的试验，取得了成功。1798年Jenner发表了“vaccination”的论文（vacca在拉丁语中是牛的意思，意为接种牛痘），开创了人工自动免疫的先河。人类经过将近180年的努力，于1980年世界卫生组织（WHO）庄严宣布，全球已经消灭了天花，这是一个具有划时代的伟大事件。

二、科学免疫学时期

（一）科学免疫学的兴起

免疫学发展的初期主要是抗感染免疫。病原菌的发现和疫苗的研制推动了免疫学的发展。19世纪70年代许多致病菌陆续被分离成功，德国细菌学家Robert Koch提出了病原菌

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致病的概念，大大深化了先前人类对“瘟疫”的认识。在此基础上，人们进一步认识到将减毒的病原体给动物接种，可预防有毒的病原体感染所引起的疾病。法国微生物学家和化学家Louice Pasteur发现炭疽杆菌经40℃~43℃较高温度下培养后，可明显降低毒力，将其制成人工减毒的活菌苗接种牲畜可预防炭疽病的发生。在随后的20多年时间里，随着越来越多的致病菌被确定，多种多样的疫苗（vaccine）相继问世。

（二）细胞免疫和体液免疫学派的形成

19世纪后叶，俄国学者Elie Ilya Metchnikoff 发现了吞噬细胞可吞噬微生物，于1883年提出了细胞免疫的假说即吞噬细胞理论。他高瞻远瞩地推测，吞噬细胞是天然免疫中的重要部分，并对获得性免疫也至关重要，并与众不同地提出，炎症并不是单纯的一种损伤作用，也是保护机体组织的一种机制。这一理论对生物学和医学的发展产生深远而广泛的影响。Metchnikoff的伟大发现开创了固有免疫，并为细胞免疫奠定了基础。

1890年，von Behring和他的同事Kitasato将白喉外毒素给动物免疫，可在免疫动物血清中产生一种能中和外毒素的物质，称为抗毒素。次年他们用白喉抗毒素血清成功地救治了一名患白喉的儿童。白喉抗毒素的问世，挽救了成千上万患儿，开创免疫血清疗法即人工被动免疫的先河，也兴起了体液免疫的研究。

法国生理学家Charles Richet在过继血清治疗法和过敏反应研究中做出了重大贡献。差不多与von Behring同时，Richet成功地建立了血清疗法，而更重要的贡献是他揭示了异常的免疫应答可产生对机体不利的影响，可导致机体发生过敏性疾病。

免疫化学的研究使人们在分子水平上对抗原决定簇和抗原抗体结合的特异性开始有了认识。20世纪初，Karl Landsteiner把称之为半抗原的芳香族有机分子偶联到蛋白质分子上，以此为抗原免疫动物，发现抗原特异性是由抗原分子表面特定的化学基因所决定，开启了抗体与半抗原关系的研究领域。

（三）免疫学重大学说和理论

在20世纪，创立了免疫学三个重要的理论，对免疫学的深入发展产生了深远的影响。 1897年Paul Erhlich提出了抗体产生的侧链学说（side chain theory）

1957年澳大利亚免疫学家MacFarlane Burnet提出的克隆选择学说（clonal selection theory） Burnet克隆选择学说中，提出的一个细胞克隆产生一种特异性抗体的预见，在1975年被Georges K?hler和Cesar Milstein所创立的B淋巴细胞杂交瘤技术和产生的单克隆抗体所证实。免疫网络学说不仅被实验所证明，而且成功应用到医疗实践中去，有力地促进了免疫学的发展。

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