免疫系统的智慧

免疫与我们人类的生存息息相关,它最初也是由于病原体感染的研究和发现所逐渐发展起来的。在临床工作当中,医生们也渐渐发现了很多疾病与免疫之间的万综错杂的关系,甚至许多疑难杂症也逃不开对免疫系统的深入认识。

免疫系统总是成双成对的作战方式,或是说有成套的作战机制,既有先天免疫也有后天免疫,特异性免疫有步兵——细胞免疫,也有炮兵——体液免疫,机体在识别自我的基础上针对非我物质又分为内、外两条作战系统。事实上,我们人体是处于一个内忧外患的环境之中,体内要时刻监视自身细胞是否被感染或是癌变,或是衰老坏死,对外界又要随时抵御各种病原微生物的入侵,一旦检测到有异常情况,免疫系统就会启动战斗模式,分别通过平息内乱和抵御外敌的方式来维持自身的稳定。

两条战线的统一——御敌

机体区分对待内外抗原是为了能够更加明确分工,精确打击来自内部的或是外部的敌人。而要实现这一目的,就必须要有两套系统来提醒我们敌人是来自于哪里,这就是在血战之前所谓的信息战。这两套系统分别由MHCl类分子系统和MHCll类分子系统来发挥实际作用。

科学家们发现所有的有核细胞膜上都戴着一个帽子—MHCl类分子,它就相当于是每个细胞的身份证,一旦细胞癌变或者是被感染,细胞就会把异常的自身抗原放到帽子上面,这时我们的免疫系统就会发现这些“叛变”的内乱分子并消灭他们。而只有在有自身细胞“叛变”的情况下,机体才会大量分泌这种内源性抗原和MHCl类分子提呈到细胞表面。有些狡猾的病毒它可以抑制细胞内抗原的转运,导致内质网的MHCl久久等不到抗原的结合,因此这时细胞表面根本提呈不了带有非我信息的MHCl类分子,所以免疫细胞没法去消灭这种隐藏较深的内部敌人,躲在细胞内部的病毒也就通过封杀信息的方式逃过一劫,给机体带来隐患。同时,MHCl也是抑制NK细胞激活的关键,Nk细胞作为一种固有免疫细胞将消灭一切没有身份证的细胞,因此肿瘤细胞或病毒感染细胞逃过了CD8+T细胞(活化后成为细胞毒性T细胞)也逃不过Nk细胞的追杀。

与MHCl不同的是,MHCll只表达在特种部队即抗原提呈细胞上表达,它的主要职责就是结合外部的抗原物质表达在细胞表面让免疫系统识别激活和产生免疫效应—唤醒步兵系统肉搏(细胞毒性T细胞CTL)和炮兵系统远程精准打击(B细胞和抗体)。

实际上,两套系统并不是严格区分和分工的,需要交叉分工,即内源性抗原通过外源性提呈途径,外源性抗原通过内源性途径提呈。这一发现要源于这样一个问题:内源性抗原要使CD8+T细胞活化,就必须先通过外源性途径激活CD4+T细胞(激活后分化为辅助T细胞,分泌细胞因子从而辅助激活B细胞、CD8+T等),那么这就不仅需要病变细胞提呈自身抗原以做好激活CD8T细胞的准备,也需要抗原提呈细胞吞噬内源性抗原以结合MHCll激活CD4+T细胞。

两条兵线的激活—B和T细胞

我们知道,T细胞分为CD4+T细胞和CD8+T细胞,前者主外,后者主内;前者与MHCll相关联,后者与MHCl相关联;后者主要活化成细胞毒性T细胞发挥细胞免疫,前者主要活化为辅助T细胞,主要有三类:分泌IL-4辅助激活体液免疫的Th2,分泌IFN-γ辅助活化细胞免疫的Th1,以及起调节作用的Treg细胞。

步兵T细胞要激活需要有三个信号:抗原提呈信号、共刺激信号和细胞因子信号。以外源性抗原提呈为例:

抗原提呈细胞表面的MHCll-抗原肽复合物供CD4+T细胞表面TCR识别,由于TCR胞内段很短不足以传递识别信号到细胞内,因此需要CD3和CD4的辅助信号传递作用和稳定细胞连接作用来作为第一活化信号。

然而,只有第一信号是不足以活化T细胞的,只有第一信号刺激会使T细胞变为无能的懦夫,使得机体部分自身免疫性T细胞虽然可以识别第一信号但是没有共刺激分子的第二信号,所以产生免疫耐受才不会自家人兵戎相见。

第二信号分子分为共刺激分子和共抑制分子,前者主要以表达在T细胞表面的CD28和抗原提呈细胞表面的B7为代表,后者以表达在T细胞表面的CTLA-4、PD1和抗原提呈细胞表面的CD28、PDL组成共抑制分子对为代表来抑制T细胞活化。

只有第一信号而没有第二信号将会导致淋巴细胞变为无能的懦夫,无能在自身免疫性疾病中是好事,但是在抗肿瘤中无能的不作为却是一件坏事情,因此,很多科学家们通过阻断共刺激或共抑制信号来治疗自身免疫病或者肿瘤。如利用抗CTLA-4和PD-1抗体来封闭抑制性第二信号,可以促进免疫激活,从而用于治疗肿瘤,这也是2007年诺贝尔医学奖的成果。

而B细胞的激活与T细胞类似,只是它没有MHC的限制性而已。

T细胞的成长之路

初始的T细胞根本没有遇到过外界的抗原,但是要想在遇到他们时有相应的TCR对他们进行识别那么就只有一种办法。就是事先制造好针对各种抗原物质的TCR克隆库。事实上,机体是不会储存有大量的针对某一种抗原的 T细胞的,而是只有少量的针对该抗原的T细胞,一旦激活后他们大量增殖,从而产生效应。

但是由于各种TCR产生是随机的,也可能会产生很多没有用的,他们甚至连MHC都识别不了,更不用指望他们能够去识别什么特异性抗原了,因此这些useless的T细胞被清除掉了。同时,有些TCR甚至会识别到自身的被MHC结合的正常抗原(正常情况下,MHC并非空载,而是有正常抗原结合),这就会导致对自身细胞攻击从而产生自身免疫性反应,因此这部分细胞也得除去,这叫做阴性选择。最终大概平均100个T细胞中只有4个T细胞才是对机体有利的才会被保留下来,这就是严酷的淘汰模式。

CAR-T技术治疗肿瘤

前面我们知道,T细胞的自然杀伤作用对肿瘤防御起着重要的作用,但是有个缺点,那就是激活特别复杂,有MHC的限制性,识别抗原的能力很差,不经过处理的抗原他是一点儿也识别不了,而B细胞识别能力强,但是免疫效应抗体似乎对肿瘤作用不太强。

因此如果能集中两者的优势,那就是在T细胞表面制造一个BCR,用来识别肿瘤抗原,当然由于是人工制造的,那么这种BCR也只能针对某一种肿瘤抗原而特异的识别,那么就会识别靶细胞后,启动人肉炸弹去引爆肿瘤细胞来消灭他。这尤其在血液系统肿瘤治疗中取得了一定的成效。

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