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42.2: 适应性免疫反应

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    培养技能

    • 解释适应性免疫
    • 比较和对比适应性和先天免疫力
    • 描述细胞介导的免疫反应和体液免疫反应
    • 描述免疫耐受性

    适应性或获得性免疫反应需要几天甚至几周才能建立，比先天反应要长得多；但是，适应性免疫对病原体更具特异性，具有记忆力。 适应性免疫是暴露于病原体或疫苗接种的抗原后发生的免疫。 当先天免疫反应不足以控制感染时，免疫系统的这一部分就会被激活。 事实上，如果没有来自先天免疫系统的信息，就无法调动适应性反应。 适应性反应有两种类型：由T细胞进行的细胞介导的免疫反应和由活化的B细胞和抗体控制的体液免疫反应。 特异于病原体分子结构的活化T细胞和B细胞会增殖并攻击入侵的病原体。 它们的攻击可以直接杀死病原体或分泌抗体，增强病原体的吞噬作用并破坏感染。 适应性免疫还涉及一种记忆，为宿主提供长期保护，使其免受相同类型病原体的再感染；在再次暴露时，这种记忆将有助于高效而快速的反应。

    抗原呈递细胞

    与先天免疫系统的NK细胞不同，B细胞（B淋巴细胞）是一种产生抗体的白细胞，而T细胞（T淋巴细胞）是一种在免疫反应中起重要作用的白细胞。 T 细胞是细胞介导反应的关键组成部分，即利用 T 细胞中和已感染病毒和某些细菌的细胞的特异性免疫反应。 有三种类型的 T 细胞：细胞毒性 T 细胞、辅助细胞和抑制性 T 细胞。 细胞毒性 T 细胞破坏细胞介导的免疫反应中的病毒感染细胞，辅助性 T 细胞在激活抗体和细胞介导的免疫反应中发挥作用。 抑制剂 T 细胞在需要时会失活 T 细胞和 B 细胞，从而防止免疫反应变得过于强烈。

    抗原是一种与免疫系统细胞发生反应的外来或 “非自身” 大分子。 并非所有抗原都会引起反应。 例如，个人会产生无数的 “自身” 抗原，并且经常接触无害的外来抗原，例如食物蛋白、花粉或灰尘成分。 对无害大分子的免疫反应的抑制受到高度调节，通常会阻止可能对宿主造成损害的过程，即耐受性。

    先天免疫系统包含检测潜在有害抗原的细胞，然后告知适应性免疫反应这些抗原的存在。 抗原呈递细胞（APC）是一种免疫细胞，它可以检测、吞噬感染并告知适应性免疫反应。 当检测到病原体时，这些装甲运兵车会吞噬病原体并将其消化，形成许多不同的抗原片段。 然后，抗原片段将被运送到APC表面，在那里它们将作为其他免疫细胞的指示物。 树突状细胞是处理抗原物质的免疫细胞；它们存在于皮肤（朗格汉斯细胞）以及鼻腔、肺部、胃部和肠道的内膜中。 有时，树突状细胞出现在其他细胞的表面以诱发免疫反应，从而起到抗原呈递细胞的作用。 巨噬细胞也起到装甲运兵车的作用。 在激活和分化之前，B 细胞也可以起到 APC 的作用。

    在 APC 吞噬作用后，吞噬囊泡与形成吞噬体的细胞内溶酶体融合。 在吞噬体内，成分被分解成片段；然后将片段加载到 MHC I 类或 MHC II 类分子上，然后被运送到细胞表面进行抗原呈现，如图所示\(\PageIndex{1}\)。 请注意，除非经过处理并嵌入到 MHC II 分子中，否则 T 淋巴细胞无法对抗原作出正确反应。 APC 在其表面表达 MHC，当与外来抗原结合时，这些复合物预示着 “非自身” 入侵者。 一旦抗原片段嵌入到MHC II分子中，免疫细胞就可以做出反应。 辅助性T细胞是对抗原呈递细胞做出反应的主要淋巴细胞之一。 回想一下，人体所有其他有核细胞都表达了 MHC I 分子，这表示 “健康” 或 “正常”。

    插图显示细菌被巨噬细胞吞没。 溶酶体与含有细菌的液泡融合在一起。 细菌被消化了。 来自细菌的抗原附着在MHC II分子上并呈现在细胞表面。
    图\(\PageIndex{1}\)：APC，例如巨噬细胞，会吞没和消化外来细菌。 来自细菌的抗原与MHC II分子一起存在于细胞表面。适应性免疫反应的淋巴细胞与抗原包埋的MHC II分子相互作用，成熟成功能性免疫细胞。

    T 和 B 淋巴细胞

    如图\(\PageIndex{2}\)所示，人类循环血液中的淋巴细胞约为80％至90％的T细胞和10％至20％的B细胞。 回想一下，T细胞参与细胞介导的免疫反应，而B细胞是体液免疫反应的一部分。

    T 细胞包含具有极其多样功能的异质细胞群体。 一些 T 细胞对先天免疫系统的 APC 有反应，并通过释放细胞因子间接诱导免疫反应。 其他 T 细胞刺激 B 细胞准备自己的反应。 另一群 T 细胞可检测 APC 信号并直接杀死受感染细胞。 其他 T 细胞参与抑制对无害或 “自身” 抗原的不当免疫反应。

    显微照片显示了一个看起来像模糊的雪球的细胞。
    图\(\PageIndex{2}\)：这张扫描电子显微照片显示了一个 T 淋巴细胞，它负责细胞介导的免疫反应。 T 细胞能够识别抗原。 （来源：NCI 对作品的修改；来自 Matt Russell 的比例尺数据）

    T 和 B 细胞表现出一个共同的主题，即通过互补受体识别/结合特异性抗原，然后激活和自扩增/成熟以与感染病原体的特定抗原特异性结合。 T 和 B 淋巴细胞的相似之处在于每个细胞仅表达一种抗原受体。 任何个体都可能拥有一群 T 和 B 细胞，它们共同表达几乎无限种类的抗原受体，这些受体几乎能够识别任何感染病原体。 当T和B细胞识别出抗原的小成分（称为抗原表位）时，它们就会被激活，如图所示，由APC呈现\(\PageIndex{3}\)。 请注意，识别发生在特定的抗原表位上，而不是整个抗原上；因此，抗原表位被称为 “抗原决定因素”。 在没有来自装甲运兵车的信息的情况下，T 和 B 细胞保持不活跃或天真，无法准备免疫反应。 需要从装甲运兵车获得先天免疫信息才能触发 B 细胞或 T 细胞激活，这说明了先天免疫反应对整个免疫系统功能的基本性质。

    插图显示了一种具有三个表位的抗原，每个表位都有独特的形状。 抗原仅与球形表位结合。
    图\(\PageIndex{3}\)：抗原是一种与免疫系统成分发生反应的大分子。 给定的抗原可能包含多个可被免疫细胞识别的基序。 每个图案都是一个表情。 在这张图中，整个结构是抗原，从中伸出的橙色、鲑鱼和绿色成分代表潜在的表位。

    天真 T 细胞可以在其表面表达两种不同的分子 CD4 或 CD8 中的一种，如图所示\(\PageIndex{4}\)，因此被归类为 CD4 + 或 CD8 + 细胞。 这些分子之所以重要，是因为它们调节T细胞与APC的相互作用和反应方式。 天真的 CD4 + 细胞通过其抗原包埋的 MHC II 分子结合 APC 并被刺激成为辅助性 T (T H) 淋巴细胞，这些细胞继续直接刺激 B 细胞（或细胞毒性 T 细胞）或分泌细胞因子以告知更多不同的靶细胞致病威胁。 相比之下，CD8 + 细胞与 APC 上抗原包埋的 MHC I 分子相结合，被刺激成为细胞毒性 T 淋巴细胞 (CTL)，后者通过细胞凋亡直接杀死受感染细胞，并释放细胞因子以放大免疫反应。 这两组 T 细胞具有不同的免疫保护机制，但都通过称为 T 细胞受体（TCR）的抗原受体结合 MHC 分子。 CD4 或 CD8 表面分子区分了 TCR 是与 MHC II 还是 MHC I 分子接合。 由于CD4和CD8分子有助于结合特异性，因此它们被描述为共受体。

    插图显示了 CD4-plus 辅助性 T 细胞的激活。 抗原呈递细胞消化病原体。 来自这种病原体的表位与细胞表面的 MHC II 分子一起呈现。 T细胞受体和CD8受体均位于T细胞表面，与MHC II表位复合物结合。 结果，辅助性 T 细胞被激活，辅助性 T 细胞和抗原呈递细胞都会释放细胞因子。 细胞因子诱导辅助T细胞自身克隆。 克隆的辅助性T细胞释放不同的细胞因子，激活B细胞和CD8+ T细胞，将它们转化为细胞毒性T细胞。 具有细胞毒性，并结合受感染细胞上的 MHC i-表位复合物。 然后，细胞毒性 T 细胞会释放穿孔分子（在质膜中形成孔隙）和颗粒（分解蛋白质，杀死细胞）。
    图\(\PageIndex{4}\)：天真的 CD4 + T 细胞吸收抗原呈递细胞（APC）上的 MHC II 分子并被激活。 反过来，活化的辅助性T细胞的克隆会激活B细胞和CD8 + T细胞，它们成为细胞毒性T细胞。 细胞毒性 T 细胞杀死受感染的细胞。

    练习\(\PageIndex{1}\)

    以下关于 T 细胞的陈述中哪一项是错误的？

    1. 辅助性T细胞释放细胞因子，而细胞毒性T细胞杀死受感染细胞。
    2. 辅助性 T 细胞是 CD4 +，而细胞毒性 T 细胞是 CD8 +。
    3. MHC II 是一种存在于大多数人体细胞中的受体，而 MHC I 是一种仅存在于免疫细胞中的受体。
    4. T 细胞受体存在于 CD4 + 和 CD8 + T 细胞中。
    回答

    C

    以个人一生中可能接触的无数抗原为例。 哺乳动物的适应性免疫系统善于对每种抗原做出适当的反应。 由于 TCR 的多样性，哺乳动物有 T 细胞群的巨大多样性。 每个 TCR 由两条横跨 T 细胞膜的多肽链组成，如图所示\(\PageIndex{5}\)；这些链通过二硫化物桥相连。 每条多肽链都由一个恒定结构域和一个可变结构域组成：从这个意义上讲，结构域是蛋白质的特定区域，可能是调节性或结构性的。 细胞内结构域参与细胞内信号传导。 单个 T 细胞将在其细胞表面表达一种特定 TCR 变异体的数千个相同副本。 适应性免疫系统的特异性之所以出现，是因为它合成了数百万个不同的T细胞群体，每个群体的TCR在其可变结构域中各不相同。 这种 TCR 多样性是通过在 T 细胞的干细胞前体中编码这些受体的基因的突变和重组来实现的。 显示抗原的 MHC 分子与互补的 TCR “匹配” 之间的结合表明，适应性免疫系统需要激活和产生该特定 T 细胞，因为其结构适合识别和摧毁入侵的病原体。

    插图显示了一个 T 细胞受体，它有两个从质膜投射出的柱状亚单位。 名为 alpha 和 beta 的亚基通过二硫化物桥相连。 每列细胞外部分的上三分之一称为可变区域，下三分之二称为恒定区域。 横跨膜的区域称为跨膜区域。 跨膜区下方是一个短的细胞内区域。
    图\(\PageIndex{5}\)：T细胞受体横跨膜，将可变的结合区域投射到细胞外空间，通过APC上的MHC分子结合经过处理的抗原。

    助手 T 淋巴细胞

    T H 淋巴细胞间接起作用，识别免疫系统其他细胞的潜在病原体。 这些细胞对细胞外感染很重要，例如由某些细菌、蠕虫和原生动物引起的感染。 T H 淋巴细胞可识别 APC 的 MHC II 复合物中显示的特定抗原。 T H 细胞有两个主要群体：T H 1 和 T H 2。 T H 1 细胞分泌细胞因子以增强巨噬细胞和其他 T 细胞的活性。 T H 1 细胞激活细胞毒性 T 细胞和巨噬细胞的作用。 T H 2 细胞刺激幼稚的 B 细胞通过抗体分泌消灭外来入侵者。 是否产生 T H 1 或 T H 2 免疫反应取决于先天免疫系统细胞分泌的细胞因子的特定类型，而这反过来又取决于入侵病原体的性质。

    T H 1 介导的反应涉及巨噬细胞，与炎症有关。 回想一下参与先天免疫反应的巨噬细胞的前线防御能力。 一些细胞内细菌，例如结核分枝杆菌，在被吞没后已经进化为在巨噬细胞中繁殖。 这些病原体逃避了巨噬细胞破坏和消化病原体的企图。 当结核杆菌感染发生时，巨噬细胞可以刺激幼稚的 T 细胞变成 T H 1 细胞。 这些受刺激的 T 细胞分泌特定的细胞因子，这些因子向巨噬细胞发送反馈以刺激其消化能力，使其能够摧毁定植的结核杆菌。 同样，T H 1 激活的巨噬细胞也变得更适合摄取和杀死肿瘤细胞。 总而言之；T H 1 反应针对细胞内入侵者，而 T H 2 反应针对的是细胞外入侵者。

    B 淋巴细胞

    在 T H 2 途径的刺激下，幼稚的 B 细胞分化为分泌抗体的浆细胞。 浆细胞是一种秘密抗体的免疫细胞；这些细胞来自受抗原刺激的 B 细胞。 与T细胞类似，幼稚的B细胞最初被成千上万的B细胞受体（BCR）包裹，这些受体是膜结合形式的 Ig（免疫球蛋白或抗体）。 B 细胞受体有两条重链和两条由二硫化物连接的轻链。 每条链都有一个恒定和可变区域；后者参与抗原结合。 另外两种膜蛋白，Ig alpha 和 Ig β，参与信号传导。 如图所示，任何特定 B 细胞的受体\(\PageIndex{6}\)都是一样的，但是个体内数亿个不同的 B 细胞具有不同的识别域，这有助于它们结合的分子结构类型的广泛多样性。 在这种状态下，B 细胞充当 APC。 它们通过其 BCR 结合并吞没外来抗原，然后在 MHC II 分子的背景下向 T H 2 细胞显示经过处理的抗原。 当 T H 2 细胞检测到 B 细胞与相关抗原结合时，它会分泌特定的细胞因子，诱导 B 细胞快速增殖，从而产生数千个相同（克隆）拷贝，然后合成和分泌具有与 B 细胞相同的抗原识别模式的抗体BCR。 对应于一种特定 BCR 变异体的 B 细胞的激活以及该变异体的显著增殖被称为克隆选择。 这种现象极大但短暂地改变了免疫系统表达的BCR变异的比例，并将平衡转移到感染病原体特异的BCR上。

    插图显示了一种 B 细胞受体，它有两个柱状亚单位，称为重链，从质膜向上伸出。 每根柱向上弯曲大约一半，形成Y形结构。 两个较短的亚单位，称为轻链，在弯曲后加入重链。 轻链和重链的上半部分是构成抗原结合位点的可变区域。 轻链和重链的底部都形成恒定区域。 信号转导区由两种蛋白质组成，即Ig β和Ig alpha，嵌入质膜中，在细胞质侧有投影。
    图\(\PageIndex{6}\)：B 细胞受体嵌入在 B 细胞膜中，并通过其可变区域结合各种抗原。 信号转导区域将信号传送到细胞中。

    T 和 B 细胞在一个基本方面有所不同：而 T 细胞结合已被 APC 消化并嵌入到 MHC 分子中的抗原，而 B 细胞则起到结合未经过处理的完整抗原的 APC 的作用。 尽管 T 和 B 细胞都与被称为 “抗原” 的分子发生反应，但这些淋巴细胞实际上对截然不同的分子有反应。 B 细胞必须能够结合完整的抗原，因为它们分泌的抗体必须直接识别病原体，而不是消化的病原体残留物。 细菌碳水化合物和脂质分子可以独立于T细胞激活B细胞。

    细胞毒性 T 淋巴细胞

    CTL 是 T 细胞的一个亚类，其作用是直接清除感染。 适应性免疫系统的细胞介导部分由攻击和摧毁受感染细胞的 CTL 组成。 CTL 在预防病毒感染方面尤为重要；这是因为病毒在细胞内复制，不受细胞外与循环抗体的接触。 当 APC 吞噬病原体并向表达互补 TCR 的天真 CD8 + T 细胞呈现 MHC I 嵌入的抗原时，CD8 + T 细胞会根据克隆选择被激活增殖。 然后，这些由此产生的 CTL 识别出显示相同 MHC I 嵌入抗原（例如病毒蛋白）的非 APC，例如，CTL 可以识别受感染的宿主细胞。

    在细胞内，受感染的细胞通常在感染的病原体复制到足够的浓度并裂解细胞后死亡，就像许多病毒一样。 CTL 试图在病原体复制和逃脱之前识别和摧毁受感染的细胞，从而阻止细胞内感染的进展。 CTL 还支持 NK 淋巴细胞消灭早期癌症。 刺激巨噬细胞的 T H 1 反应分泌的细胞因子还刺激 CTL 并增强其识别和摧毁受感染细胞和肿瘤的能力。

    CTL 通过其 TCR 直接与受感染细胞相互作用来感知 MHC I 嵌入的抗原。 TCR 与抗原的结合会激活 CTL 以释放穿孔素和颗粒酶，这些降解酶将诱导受感染细胞凋亡。 回想一下，这是一种与NK细胞使用的破坏机制相似。 在这个过程中，CTL 不会被感染，也不会受到穿孔素和颗粒酶分泌的伤害。 实际上，NK细胞和CTL的功能是互补的，可以最大限度地去除受感染细胞，如图所示\(\PageIndex{7}\)。 如果NK细胞无法识别下调的MHC I分子的 “缺失自我” 模式，那么CTL可以通过MHC I与外来抗原的复合物来识别它，这表明 “自我改变”。 同样，如果 CTL 因为受体从细胞表面耗尽而无法检测到抗原包埋的 MHC I，那么 NK 细胞反而会破坏细胞。 CTL 还会释放细胞因子，例如干扰素，这些因子会改变其他受感染细胞中的表面蛋白表达，因此受感染的细胞很容易被识别和破坏。 此外，这些干扰素还可以阻止病毒感染的细胞释放病毒颗粒。

    健康、未受感染的细胞在其表面呈现 MHC I。 自然杀伤细胞可以识别 MHC I，但不会杀死细胞。 不产生 MHC I 的受感染细胞会被杀死。
    图\(\PageIndex{7}\)：自然杀伤 (NK) 细胞识别健康细胞上的 MHC I 受体。 如果 MHC I 不存在，则细胞被裂解。

    练习\(\PageIndex{2}\)

    根据你对MHC受体的了解，你认为从不相容的捐赠者移植到接受者的器官为什么会被拒绝？

    回答

    MHC 受体因人而异。 因此，不相容供体上的MHC受体被视为 “非自身”，被免疫系统排斥。

    浆细胞和 CTL 统称为效应细胞：它们代表其天真对应物的分化版本，它们参与实现杀死病原体和受感染宿主细胞的免疫防御。

    粘膜表面和免疫耐受性

    迄今为止讨论的先天和适应性免疫反应包括全身免疫系统（影响全身），它与粘膜免疫系统截然不同。 粘膜免疫由粘膜相关的淋巴组织形成，其功能独立于全身免疫系统，具有自身的先天和适应成分。 粘膜相关淋巴组织 (MALT) 如图所示\(\PageIndex{8}\)，是淋巴组织的集合，与全身粘膜内的上皮组织结合在一起。 这种组织在身体与外部环境直接接触的部位起到免疫屏障和反应的作用。 全身和粘膜免疫系统使用许多相同的细胞类型。 进入 MALT 的外来颗粒会被称为 M 细胞的吸收性上皮细胞吸收，并输送到位于粘膜组织正下方的 APC。 M 细胞在上述转运中起作用，位于 Peyer's patch 中，即淋巴样结节。 粘膜免疫系统的APC主要是树突状细胞，B细胞和巨噬细胞的作用较小。 APC 上显示的经过处理的抗原由 MALT 和各种粘膜诱导部位（例如扁桃体、腺样体、阑尾或肠系膜淋巴结）中的 T 细胞检测。 然后，活化的 T 细胞通过淋巴系统迁移到循环系统，到达粘膜感染部位。

    肠道内衬上皮细胞，毛发状纤毛延伸到肠腔。 M 细胞夹在这些上皮细胞之间，在肠壁的肿块状突出物中。 M 电池的形状像颠倒的 U 形，U 在内表面形成一个口袋。 抗原被 M 细胞从肠腔中吸收，然后排泄到这个 U 形口袋里。 口袋里的树突状细胞会摄取抗原，然后迁移到肠壁下方一个叫做 Peyer's patch 的区域。 树突状细胞、T 细胞和 B 细胞聚集形成称为有组织淋巴样滤泡的细胞团。 在那里，一些 T 细胞与树突状细胞表面上与 MHC II 相关的抗原相互作用。 一些 B 细胞被游离抗原激活。 一些呈递抗原的树突状细胞进入淋巴系统，淋巴结中激活了更多的 B 和 T 细胞。 B 细胞和 T 细胞返回肠道上皮中更大的肿块，称为 MALT 效应器位点。 抗体分泌到肠腔中。
    图\(\PageIndex{8}\)：显示了肠道 MALT 的拓扑结构和功能。 病原体被肠道上皮中的M细胞吸收并排泄到由细胞内表面形成的口袋中。 口袋里装有抗原呈递细胞，例如树突状细胞，它们吞没抗原，然后在细胞表面呈现MHC II分子。 树突状细胞迁移到一个叫做 Peyer's patch 的底层组织中。 抗原呈递细胞、T 细胞和 B 细胞聚集在 Peyer 贴片内，形成有组织的淋巴样滤泡。 在那里，一些 T 细胞和 B 细胞被激活。 其他载有抗原的树突状细胞通过淋巴系统迁移，激活淋巴结中的 B 细胞、T 细胞和浆细胞。 然后，活化的细胞返回 MALT 组织效应器部位。 IgA 和其他抗体分泌到肠腔中。

    MALT 是功能性免疫系统的关键组成部分，因为粘膜表面，例如鼻道，是最早沉积吸入或摄入的病原体的组织。 粘膜组织包括口腔、咽部和食道，以及胃肠道、呼吸道和泌尿生殖道。

    必须对免疫系统进行调节，以防止对无害物质产生浪费、不必要的反应，更重要的是，免疫系统不会攻击 “自我”。 防止对检测到的已知不会引起疾病的异物产生不必要或有害的免疫反应的获得能力被描述为免疫耐受性。 鉴于口腔、咽部和胃肠粘膜的装甲运兵车会遇到大量异物（例如食物蛋白），免疫耐受性对于维持粘膜稳态至关重要。 免疫耐受是由肝脏、淋巴结、小肠和肺中的特殊APC带来的，它们向异常多样化的调节性T（T reg）细胞群体提供无害的抗原，这些细胞是抑制局部炎症并抑制局部炎症的特殊淋巴细胞刺激性免疫因子的分泌。 T reg 细胞的综合结果是防止不需要的组织隔室中的免疫激活和炎症，而是让免疫系统专注于病原体。 除了促进无害抗原的免疫耐受性外，T reg 细胞的其他亚群还参与预防自身免疫反应，自身免疫反应是对宿主细胞或自身抗原的不当免疫反应。 另一个 T reg 类别在感染清除后抑制对有害病原体的免疫反应，以最大限度地减少炎症和细胞裂解引起的宿主细胞损伤。

    免疫记忆

    适应性免疫系统具有记忆成分，可以在同一病原体再次入侵时做出有效而戏剧性的反应。 记忆由适应性免疫系统处理，几乎不依赖先天反应的线索。 在对以前从未遇到过的病原体的适应性免疫反应（称为初级反应）期间，分泌抗体和分化T细胞的浆细胞增加，然后随着时间的推移趋于稳定。 随着 B 和 T 细胞成长为效应细胞，一部分幼稚群体会分化为具有相同抗原特异性的 B 和 T 记忆细胞，如图所示\(\PageIndex{9}\)。

    记忆细胞是一种抗原特异性的 B 或 T 淋巴细胞，在原发免疫反应期间不会分化为效应细胞，但在再次暴露于同一病原体后可以立即变成效应细胞。 在初级免疫反应期间，记忆细胞对抗原没有反应，也无助于宿主防御。 随着感染的清除和致病性刺激的消退，不再需要效应因子，它们会发生细胞凋亡。 相比之下，记忆细胞在循环中持续存在。

    插图显示了 B 细胞的激活。 细菌表面的抗原与B细胞受体结合。 抗原吞没抗原，并在其表面与 MHC II 受体一起呈现表位。 辅助性T细胞表面上的T细胞受体和CD4分子识别表位—MHC II复合物并激活B细胞。 B 细胞分裂并转化为记忆 B 细胞和浆细胞。 记忆 B 细胞在其表面存在抗原。 血浆 B 细胞排出抗原。
    图\(\PageIndex{9}\)：最初将抗原与B细胞受体（BCR）结合后，B细胞将抗原内化并呈现在MHC II上。 辅助性 T 细胞识别 MHC II 抗原复合物并激活 B 细胞。 结果，产生了记忆B细胞和浆细胞。

    练习\(\PageIndex{3}\)

    Rh 抗原存在于 Rh 阳性红细胞中。 Rh 阴性的雌性通常可以毫无困难地携带 Rh 阳性的胎儿到足月。 但是，如果她有第二个 Rh 阳性胎儿，她的身体可能会发动免疫攻击，导致新生儿溶血性疾病。 为什么你认为溶血病只是在第二次或以后的怀孕期间才会出现问题？

    回答

    如果母亲和胎儿的血液混合，则识别Rh抗原的记忆细胞可能会在第一次妊娠后期形成。 在随后的怀孕期间，这些记忆细胞会对胎儿血细胞发动免疫攻击。 在第一次妊娠期间注射抗 RH 抗体可防止免疫反应的发生。

    如果在个体的一生中再也没有遇到过病原体，那么 B 和 T 记忆细胞将循环几年甚至几十年，并将逐渐消失，从未起过效应细胞的作用。 但是，如果宿主再次暴露于相同的病原体类型，循环记忆细胞将立即分化为浆细胞和 CTL，而无需从 APC 或 T H 细胞输入。 适应性免疫反应延迟的原因之一是因为识别和激活具有适当抗原特异性的幼稚B和T细胞需要时间。 再感染后，跳过此步骤，结果是更快地产生免疫防御能力。 分化为浆细胞的记忆 B 细胞输出的抗体量比初级反应期间分泌的抗体量高出数十至数百倍，如图所\(\PageIndex{10}\)示。 这种快速而剧烈的抗体反应可能在感染确立之前就将其阻止，而且个人可能没有意识到自己已经暴露在外。

    条形图描绘了抗体浓度与初级和次级免疫反应的对比。 在初级免疫反应期间，产生低浓度的抗体。 在继发免疫反应期间，产生的抗体量大约是原来的三倍。
    图\(\PageIndex{10}\)：在感染的主要反应中，抗体首先从浆细胞中分泌。 再次暴露于相同的病原体后，记忆细胞分化为分泌抗体的浆细胞，在更长的时间内输出更多的抗体。

    疫苗接种是基于这样的认识，即接触源自已知病原体的非传染性抗原会产生轻微的原发免疫反应。 对疫苗接种的免疫反应可能不会被宿主视为疾病，但仍会赋予免疫记忆。 当暴露于个人接种疫苗的相应病原体时，反应类似于二次接触。 由于每次再感染都会产生更多的记忆细胞，增加对病原体的抵抗力，而且由于一些记忆细胞死亡，因此某些疫苗疗程需要接种一次或多次强化疫苗以模仿重复暴露：例如，破伤风增强剂每十年需要一次，因为只有记忆细胞活那么久。

    粘膜免疫记忆

    粘膜免疫系统的一部分T和B细胞分化为记忆细胞，就像在全身免疫系统中一样。 当同一类型的病原体再次入侵时，在原始病原体沉积的粘膜部位会出现明显的免疫反应，但在相互关联或相邻的粘膜组织中也组织了集体防御。 例如，如果口腔暴露于相同的病原体，口腔感染的免疫记忆也会在咽部引起反应。

    职业联系：疫苗学家

    疫苗接种（或免疫）涉及从已知病原体中衍生的非传染性抗原\(\PageIndex{11}\)，通常通过注射方式输送，如图所示。 其他成分，称为佐剂，同时输送，以帮助刺激免疫反应。 免疫记忆是疫苗起作用的原因。 理想情况下，疫苗接种的作用是引发免疫记忆，从而在个人不必经历感染的情况下激发对特定病原体的抵抗力。

    照片显示有人在手臂上接受注射。
    图\(\PageIndex{11}\)：疫苗通常通过注射方式输送到手臂。 （来源：美国海军摄影师的 Mate Airman 学徒 Christopher D. Blachly）

    疫苗学家参与疫苗开发过程，从最初的想法到已完成的疫苗的可用性。 这个过程可能需要几十年的时间，可能花费数百万美元，并且在此过程中可能遇到许多障碍。 例如，注射疫苗刺激全身免疫系统，引发体液和细胞介导的免疫力，但对粘膜反应影响不大，这带来了挑战，因为许多病原体在粘膜隔室中沉积和复制，而注射不能提供最大限度的免疫力对这些病原体的有效免疫记忆。 出于这个原因，疫苗学家积极参与新疫苗的开发，这些疫苗可通过鼻内、气雾剂、口服或经皮（通过皮肤吸收）递送方法使用。 重要的是，粘膜注射疫苗可引发粘膜和全身免疫，产生的抗病水平与注射疫苗相同。

    照片显示一名儿童正在接受滴管口服疫苗接种。
    图\(\PageIndex{12}\)：脊髓灰质炎疫苗可以口服。 （来源：联合国儿童基金会瑞典分会对作品的修改）

    目前，有一种鼻内流感疫苗可用，脊髓灰质炎和伤寒疫苗可以口服，如图所示\(\PageIndex{12}\)。 同样，麻疹和风疹疫苗正在适应使用吸入装置输送气雾剂。 最终，转基因植物可能会被设计成疫苗抗原，这些抗原可以食用以增强抗病能力。 其他疫苗可能适用于直肠或阴道施用，以引发直肠、泌尿生殖系统或生殖粘膜的免疫反应。 最后，疫苗抗原可以适应透皮应用，在这种应用中，皮肤会被轻轻刮掉，然后使用微针刺穿最外层。 除了调动粘膜免疫反应外，这种新一代疫苗还可以消除与注射相关的焦虑，进而提高患者的参与度。

    免疫系统的主要中心

    尽管免疫系统的特点是全身循环细胞，但免疫因子的调节、成熟和相互沟通发生在特定的部位。 血液在人体内循环免疫细胞、蛋白质和其他因子。 血液中所有细胞中约有0.1％是白细胞，包括单核细胞（巨噬细胞的前体）和淋巴细胞。 血液中的大多数细胞是红细胞（红细胞）。 淋巴液是一种水状液体，用保护性白细胞沐浴组织和器官，不含红细胞。 免疫系统的细胞可以在不同的淋巴系统和血液循环系统之间传播，这些系统通过一种称为外渗的过程（传递到周围组织）被间质空间隔开。

    免疫系统的细胞来自骨髓中的造血干细胞。 细胞因子刺激这些干细胞分化为免疫细胞。 B 细胞成熟发生在骨髓中，而幼稚的 T 细胞则从骨髓转移到胸腺进行成熟。 在胸腺中，表达与自身抗原互补的 TCR 的未成熟 T 细胞被破坏。 这个过程有助于预防自身免疫反应。

    成熟后，T 和 B 淋巴细胞会循环到不同的目的地。 淋巴结分散在全身，如图所示\(\PageIndex{13}\)，容纳了大量的 T 和 B 细胞、树突状细胞和巨噬细胞。 淋巴从组织排出时会收集抗原。 然后，在淋巴恢复循环之前，这些抗原通过淋巴结过滤。 淋巴结中的装甲运兵车捕获和处理抗原，并将潜在的病原体告知附近的淋巴细胞。

    A部分显示了淋巴结和淋巴管在人体内的位置。 淋巴管沿着脊柱流动，沿着身体两侧流动，进入手臂、腿部和颈部。 淋巴结聚集在上臂和腿部以及下背部。 B 部分显示淋巴结，呈肾形。 传入淋巴管位于外曲线，传出血管位于内曲线。
    图\(\PageIndex{13}\)：（a）淋巴管携带一种称为淋巴的透明液体遍布全身。 液体通过传入血管进入（b）淋巴结。 淋巴结充满了清洗感染细胞的淋巴细胞。 然后，淋巴通过传出血管排出。 （来源：NIH、NCI 对作品的修改）

    脾脏包含 B 和 T 细胞、巨噬细胞、树突状细胞和 NK 细胞。 如图\(\PageIndex{14}\)所示，脾脏是捕获血液中异物颗粒的装甲运兵车可以与淋巴细胞交流的部位。 抗体由脾脏中活化的浆细胞合成和分泌，脾脏过滤血液中的异物和抗体复合病原体。 从功能上讲，脾脏是血液，就像淋巴结对淋巴一样。

    插图显示了位于腹部左上角的脾脏部分的横截面。 脾脏分为椭圆形象限。 这些象限的中心是白浆，外围是红浆。 动脉延伸到白色牙髓中。 静脉连接到红色的纸浆。 脾脏被称为胶囊的膜包围。
    图\(\PageIndex{14}\)：脾脏与淋巴结相似，但要大得多，可以过滤血液而不是淋巴。 血液通过动脉进入脾脏并通过静脉流出。 脾脏含有两种类型的组织：红浆和白浆。 红浆由储存血液的空腔组成。 在红髓内，受损的红细胞被移除，取而代之的是新的红细胞。 白浆富含淋巴细胞，可从血液中去除抗原包衣细菌。 （来源：NCI 对作品的修改）

    摘要

    与先天反应相比，适应性免疫反应是一种作用更慢、持续时间更长、更具特异性的反应。 但是，适应性反应需要来自先天免疫系统的信息才能发挥作用。 APC 通过 MHC 分子向互补的天真 T 细胞显示抗原。 作为回应，T 细胞分化和增殖，变成 T H 细胞或 CTL。 T H 细胞刺激吞没并呈现病原衍生抗原的 B 细胞。 B 细胞分化为分泌抗体的浆细胞，而 CTL 诱导细胞内感染或癌细胞凋亡。 记忆细胞在初次接触病原体后会持续存在。 如果发生再次暴露，记忆细胞在没有来自先天免疫系统输入的情况下分化为效应细胞。 粘膜免疫系统在很大程度上独立于全身免疫系统，但以平行的方式起到保护人体广泛粘膜表面的作用。

    词汇表

    适应性免疫
    有记忆力的免疫在接触病原体或疫苗接种的抗原后发生
    抗原
    触发免疫反应的外来或 “非自身” 蛋白质
    抗原呈递细胞 (APC)
    免疫细胞，通过在细胞表面呈现经过处理的抗原，检测、吞噬感染并告知适应性免疫反应
    自身免疫反应
    对宿主细胞或自身抗原的免疫反应不当
    细胞介导的免疫反应
    由 T 细胞进行的适应性免疫反应
    克隆选择
    对应于一种特定 BCR 变异体的 B 细胞的激活以及该变异体的急剧增殖
    细胞毒性 T 淋巴细胞 (CTL)
    适应性免疫细胞，通过穿孔素和颗粒酶直接杀死受感染细胞，并释放细胞因子以增强免疫反应
    树突状细胞
    处理抗原物质并将其呈现在其他细胞表面以诱发免疫反应的免疫细胞
    效应细胞
    已分化的淋巴细胞，例如 B 细胞、浆细胞或细胞毒性 T 淋巴细胞
    表位
    可被抗体、B 细胞和 T 细胞特异识别的抗原的一小部分成分；抗原决定因素
    辅助性T淋巴细胞 (T H)
    适应性免疫系统的细胞，通过 MHC II 分子结合 APC 并刺激 B 细胞或分泌细胞因子以启动免疫反应
    体液免疫反应
    由活化的 B 细胞和抗体控制的适应性免疫反应
    免疫耐受性
    获得防止对检测到的已知不会引起疾病的异物或自身抗原产生不必要或有害的免疫反应的能力
    淋巴
    用保护性白细胞沐浴组织和器官的水状液体，不含红细胞
    粘膜相关淋巴组织 (MALT)
    收集淋巴组织，这些组织与全身粘膜内的上皮组织结合在一起
    记忆单元
    抗原特异性 B 或 T 淋巴细胞，在原发免疫反应期间不会分化为效应细胞，但在再次暴露于同一病原体后可以立即变成效应细胞
    浆细胞
    隐藏抗体的免疫细胞；这些细胞来自受抗原刺激的 B 细胞
    调节性 T (T reg) 细胞
    抑制局部炎症并抑制细胞因子、抗体和其他刺激性免疫因子分泌的特殊淋巴细胞；参与免疫耐受