第十一章免疫耐受

1第十一章免疫耐受免疫耐受（immunologictolerance）是指机体免疫系统接受某种原作用后产生的特异性免疫无应答状态。对某种抗原产生耐受的个体，再次接受同一抗原刺激后，不能产生用常规方法可检测到的特异性体液和/或细胞免疫应答，但对其他抗原仍具有正常的免疫应答能力。免疫耐受与免疫抑制（immunosuppression）截然不同，前者是指机体对某种抗原的特异性免疫无应答状态，而后者是指机体对任何抗原均不反应或反应减弱的非特异性免疫无应答性或应答减弱状态。这种状态主要由两方面原因引起；①遗传所致的免疫系统缺陷或免疫功能障碍；②后天应用免疫抑制药物、放射线或抗淋巴细胞血清等影响免疫系统功能正常发挥。自身抗原或外来抗原均可诱导产生免疫耐受，能诱导免疫耐受的抗原称为耐受原（tolerangen）。由自身抗原诱导产生的免疫耐受称为天然耐受（naturaltolerance）或自身耐受（selftolerance），由外来抗原诱导产生的免疫耐受称为获得性耐受（acquiredtolerance）或人工诱导的免疫耐受。正常免疫耐受机制的建立对维持机体自身稳定具有重要意义，若该种机制失调，将会产生对机体有害的免疫应答。目前认为免疫耐受不是单纯的免疫无应答性，而是一种特殊形式的免疫应答，具有免疫应答的某些共性，如耐受需经抗原诱导产生，具有特异性和记忆性。第一节免疫耐受的发现和人工诱导一、天然免疫耐受现象1945年Owrn发现一对异卵双生小牛由于在胚胎期胎盘血管融合而发生血液交流，血液中同时存在两种不同血型抗原的红细胞，而不产生相应血型抗体。这种血型液合体（chimeras）小牛不仅允许对方不同血型的红细胞在体内长期存在，而且还能接受从对方移植来的皮肤而不发生排斥反应，但不能接受其他无关个体的皮肤移植。Owen称这一现象为天然免疫耐受。Burnet等人认为这种免疫耐受现象的产生是由于胚胎期免疫期免疫系统尚未发育成熟，异型红细胞进入胎2牛体内，使具有相应抗原识别受体的免疫细胞克隆受到抑制或被排除，因此，小牛出生后对胚胎期接触过的异型红细胞抗原不会发生免疫应答。二、人工诱导的免疫耐受1953年Medawar等人成功地复制了胚胎期诱导耐受的动物模型。他们首先将CBA系黑鼠的脾细胞（内含大量淋巴细胞）注入A系白鼠的胚胎内，待A系胎鼠出生后8周，再将CBA系黑鼠的皮肤移植给该A系白鼠，结果发现，移植的皮肤可长期存活，不被排斥。但是若将其他品系小鼠的皮肤移植给该A系小鼠，则发生移植排斥反应。（图11-1）这一实验结果证实了Burnet的学说，即胚胎期接触某种抗原图11—1胚胎期免疫耐受动物模型示意物质，可使机体对该种抗原产生免疫耐受。此种耐受实验在新生期小鼠也获得成功。Dresser等（1962）发现，在一定条件下，用去凝聚的可溶性蛋白也可诱导成年动物产生耐受，但与胚胎和新生动物相比，诱导成年动物耐受较难，且诱导产生的耐受不持久。第二节影响免疫耐受形成的因素抗原性物质进入机体后能否诱导产生免疫耐受，主要取决于抗原和机体两方面的因素。一、抗原因素31、抗原性质一般而言，小分子可溶性、非聚合状态的抗原，如清蛋白、多糖和脂多糖等多为耐受原。这些小分子可溶性抗原在体内不易被吞噬细胞摄取，有可能以最适浓度，通过直接与淋巴细胞作用的方式诱导机体产生免疫耐受。而大分颗粒性物质和蛋白质聚合物，如血细胞、细菌和人丙种球队蛋白聚合物等为良好的免疫原。这些大分子物质易补吞噬细胞摄取，经加工处理后可有效刺激淋巴细胞产生免疫应答。2、抗原剂量诱导耐受所需的抗原剂量随抗原种类，耐受细胞类型和动物各属、品系、年龄而异。研究表明，TD抗原无论齐量高低均可诱导T细胞产生耐受。低剂量TD抗原不能诱导B细胞产生耐受，只有高剂量TI抗原才能诱导B细胞产生耐受。其中小剂量抗原引起的耐受称低带耐受（low-zonetolerance），大齐量抗原引起的耐受称高带耐受（high-zonetolerance）。3、抗原注射途径一般而言，抗原经静脉注射最易诱导产生免疫耐受，腹腔注射次之，皮下和肌肉注射最难。但不同部位静脉注射引起的结果也不相同。人丙种球蛋白经肠系膜静脉注入可引起耐受，经颈静脉注入则引起免疫应答；IgG或白注入门静脉能引起耐受，注入周围静脉则引起免疫应答。目前认为，通过肠系膜和门静脉注射易于引起耐受可能与肝脏对抗原的解聚作用有关。聚合抗原被肝巨噬细胞（枯否细胞）吞噬降解，除去免疫原性强的抗原成分后，剩余非聚合抗原可作为耐受原进入外周血液或淋巴液，诱导细胞产生免疫耐受。二、机体因素1、年龄或机体发育程度诱导免疫耐受形成的难易与机体免疫系统的发育程度有关，一般在胚胎期最易，新生期次之，成年期最难。体外实验证实，未成熟免疫细胞易于诱导产生免疫耐受，成熟免疫细胞难以诱导产生耐受。通常诱导成熟免疫细胞耐受所需的抗原量比未成熟免疫细胞的高数十倍。2、动物种属和品条免疫耐受诱导和维持的难易程度随动物种属、品系不同而异。大鼠和小鼠对免疫耐受的诱导敏感，在胚胎期或新生期均易诱导成功；兔、有蹄类和灵长类通常只在胚胎期较易诱导产生耐受。同一种属不同品系动物诱导产生耐受的难易程度也有很大差异。例如，注射0.1mg人丙种球蛋白即可使C57BL/6小鼠产生耐受，但对A/J小鼠则需1mg，而对BALB/C小鼠即使注射10mg也难以使之4耐受。3、免疫抑制措施的联合应用成年动物免疫细胞业已成熟，单独使用抗原一般不易建立免疫耐受，但与免疫抑制措施配合则可诱导机体产生免疫耐受。常用的免疫抑制方法有：①全身淋巴组织照射（操作时，用用铅板遮蔽骨髓及其他生命重要的非淋巴器官），破坏胸腺及外周淋巴器官中已成熟的淋巴细胞，造成类似新生期状态，此时骨髓中重新形成的未成熟淋巴细胞易被抗原诱导而建立免疫耐受；②注射抗淋巴细胞血清或抗T细胞抗体（如抗人CD4+细胞、抗小鼠L3T4+细胞单胞单克隆抗体）破坏成熟淋巴细胞或TH细胞；③应用环磷酰胺和环孢霉素A等免疫抑制药物，选择性抑制B细胞和TH细胞。上述方法在器官移植实践中已被证实是延长移植物存活的有效措施。第三节免疫耐受的维持和终止一、免疫耐受的维持1、抗原因素耐受原持续存在是维持机体免疫耐受状态的重要条件，这是由于免疫系统中不断有新的免疫活性细胞产生，持续存在的耐受原可使新生的免疫活性细胞不断产生耐受。一旦耐受原在体内消失，原已建立的免疫耐受也将逐渐消退或终止，此时机体对该特异性抗原可重新产生免疫应答。多次重复注射耐受持续时间也密切相关。某些有生命的耐受原，如淋巴细胞和病毒等能在体内增生而长期存在，故其诱导形成的免疫耐受不易消退。在无生命耐受原中，分解缓慢的耐受原较分解迅速的耐受原诱导的耐受持续时间长。如D-氨基酸多聚体在体内解缓慢，注射一次就能诱导出长达1年的免疫耐受状态。2、机体和其他因素机体免疫系统的成熟程度与耐受维持时间长短密切相关。胚胎期免疫系统发育不成熟，此时易于诱导产生免疫耐受，且维持时间长久，甚至可达终身。成年机体免疫系统发育成熟，单独使用抗原一般不易产生免疫耐受，但与免疫抑制措施联合使用则可诱导产生免疫耐受，该种耐受维持时间比较长久。二、免疫耐受的终止1、自发终止已经建立免疫耐受的个体，免疫耐受可随体内相应耐受原的清除或消失而自行终止或消退，若此时再次接受相同抗原刺激，可发生免疫应答。52、特异终止已经建立的免疫耐受也可被某种模拟抗原特异性破坏。例如，用DNP—BSA诱导产生免疫耐受的家兔，再次接受DNP—BSA刺激后不能产生抗半抗原DNP的抗体，此时若将置换了抗原载体的“模拟抗原”——DNP—HAS注射给上述耐受家兔，则可使之产生抗半抗原DNP的抗体，即使原有特异性免疫耐受终止。免疫耐受终止的原因可能是：在DNP—DSA耐受家兔体内，识别载体BSA的TH细胞处于耐受状态，而识别半抗原DNP的B细胞并未产生耐受，即其体内既存在半抗DNP特异性B细胞，又存在载体HAS特异性TH细胞，当“模拟抗原”DNP—HAS进入耐受家兔体内后，载体效应产生，即“模拟抗原”分子的载体及半抗原决定簇分别被具有相应抗原受体的TH细胞和B细胞识别而发生免疫应答。此外，注射与耐受原有交叉反应的抗原也可通过与上述耐受终止类似的作用机制终止免疫耐受。如人体对自身抗原可形成天然免疫耐受，接受交叉抗原刺激后有可能终止自身耐受而出现自身免疫反应。第四节免疫耐受的细胞学基础和特点一、免疫耐受的细胞学基础纯系无免疫功能动物的应用促进了对免疫耐受细胞学基础的研究。纯系无免疫功能动物是指新生期摘除胸腺并用亚致死量X线照射，以杀灭体内全部免疫活性细胞（T、B细胞）的纯系动物。这种动物无免疫功能，相当于活“试管”。Chiller和Weigl应用纯系无免疫功能小鼠进行的实验，阐明了免疫耐受形成的细胞学基础。实验步骤如下（图11—2）；①用去凝聚的人丙种球蛋白（HGG）诱导纯系小鼠产生免疫耐受；②将耐受小鼠的胸腺细胞（T细胞）、骨髓细胞（B细胞）与正常同系小鼠的骨髓细胞、胸腺细胞适当配伍后，分别注入同系无免疫功能的“试管”小鼠和正常同系小鼠体内；③用耐受原（HGG）对各组小鼠进行攻击注射，然后通过观测小鼠HGG抗体产生的情况，确定机体免疫耐受的形成与哪些细胞有关。实验结果表明，T、B细胞经去凝聚HGG（TD抗原）诱导后均可6图11—2免疫耐受的细胞学基础处于耐受状态、且只要其中一方形成耐受，小鼠便不能产生相应的抗体应答。为了研究免疫耐受是否具有特异性，他们还用火鸡丙种蛋白（TGG）对实验小鼠进行攻击注射。结果发现，对HGG耐受的小鼠接受TGG攻击后仍可产生正常的抗体应答，这表明免疫耐受与正常免疫应答一样也具有特异性。二、T、B细胞免疫耐受的特点在上述实验基础上，对成年小鼠T、B细胞免疫耐受的出现和持续时间进行了动态观察。研究方法同上，即在小鼠接受耐受原诱导后的不同时间取小鼠胸腺细胞和骨髓细胞，按图11—2所示与正常同系小鼠骨髓细胞和胸腺细胞配伍，然后将淋巴细胞分别输注到同系无免疫功能的“试管”小鼠体内，再用耐受原（HGG）对各“试管”小鼠进行攻击注射。结果如图11—3所示：①T细胞免疫耐受易于建立，通常在1天内即可形成。这种由T细胞建立的免疫耐受持续时间较长，可达150天左右。②诱导B细胞形成耐受所需时间较长，需1—2周。这种由B细胞建立的免疫耐受持续时间较短，在50天内即可消失。7图11—3T细胞与B细胞产生免疫耐受的动力学研究用同样的方法进一步对小鼠T、B细胞接受不同剂量TD抗原或TL抗原刺激后产生的免疫耐受的特点进行了研究。实验结果表明：①高剂量TD抗原能使T、B两种细胞产生免疫耐受；②低剂量TD抗原只能使T细胞产生耐受，不能使B细胞产生耐受；③高剂量TI抗原只能使B细胞产生耐受，不能使T细胞产生耐受；④低剂量TI抗原既不能使T细胞也不能使B细胞产生耐受。第五节免疫耐受形成的机制关于免疫耐受形成的机制的机制，有多种学说和理论，但迄今尚未形成一个完整、系统的理论体系。现将有关学说和理论需要介绍如下：一、克隆清除Burnet在克隆选择学说中用克隆清除（clonaldeletion）解释自身免疫耐受现象。他认为，胚胎期由于体细胞高度突变，产生大量具有不同抗原识别特性的细胞克隆。这些细胞克隆处于未成熟阶段，它们与相应抗原（如自身抗原）接触后，不是产生应答而是被清除或处于抑制状态，即成为“禁忌克隆”。这一理论阐明了自身耐受的形成机制。近来的研究表明，自身反应性T细胞克隆清除可能是机体对自身8抗原长期耐受的主要原因。在胸腺内发育中的单阳性（T）细胞，可通过表面TCR和CD4/CD8分子与胸腺内巨噬细胞或树突细胞表达的自身抗原肽—MHCⅡ类或Ⅰ类分子复合物结合而被清除。亦即，通过胸腺内阴性选择机制的诱导，机体对自身抗原形成免疫耐受（见第二章）。二、克隆无能克隆无能（clonalanergy）可发生于T细胞，也可发生于B细胞。1、T细胞克隆无能T细胞激活至少需要两种信号：①通过表面TCR—CD3复合受体分子与APC或靶细胞携带的抗原肽—MHCⅡ类或Ⅰ类分子复合物结合获得活化第一信号；②通过表面协同刺激分子受体与