17.3: 适应性免疫

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，适应性免疫对入侵的病原体更具特异性。 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。 抗原是一种刺激免疫系统反应的分子。 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：由活化的 T 细胞控制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。 表面结合位点对病原体上的分子具有特异性的活化 T 和 B 细胞的数量会大大增加，攻击入侵的病原体。 它们的攻击可以直接杀死病原体，也可以分泌抗体，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，这种宿主记忆将促进快速而有力的反应。

B 和 T 细胞

淋巴细胞是白细胞，是由红骨髓中的其他血细胞形成的，这些血细胞存在于许多扁平骨骼中，例如肩骨或骨盆骨。 适应性免疫反应的两种类型的淋巴细胞是B细胞和T细胞（图$\PageIndex{1}$）。 未成熟的淋巴细胞是变成B细胞还是T细胞取决于它在体内的成熟位置。 B 细胞留在骨髓中待成熟（因此被命名为 “B” 代表 “骨髓”），而 T 细胞迁移到胸腺，在那里成熟（因此被命名为 “T” 代表 “胸腺”）。

B 或 T 细胞的成熟涉及免疫功能的提高，这意味着它可以通过结合识别特定的分子或抗原（下文讨论）。 在成熟过程中，与人体自身细胞结合过强的B和T细胞会被消除，以最大限度地减少对人体自身组织的免疫反应。 那些对人体自身细胞反应较弱，但细胞表面有高度特异性受体，使它们能够识别外来分子或抗原的细胞仍然存在。 这个过程发生在胎儿发育期间，并持续到一生。 这种受体的特异性由个体的遗传学决定，在外来分子被引入人体或遇到之前就已经存在。 因此，最初提供大量细胞的是遗传学而不是经验，每个细胞都能够与不同的特定外来分子结合。 一旦它们具有免疫能力，T和B细胞就会迁移到脾脏和淋巴结，在那里它们将一直存在，直到在感染期间被召唤。 B 细胞参与体液免疫反应，体液免疫反应靶向血液和淋巴中松散的病原体，而 T 细胞参与细胞介导的免疫反应，靶向受感染细胞。

图$\PageIndex{1}$：这张扫描电子显微照片显示了 T 淋巴细胞。 光学显微镜无法区分 T 和 B 细胞，但可以通过探测其表面受体通过实验来区分。 （来源：NCI 对作品的修改；来自 Matt Russell 的比例尺数据）

体液免疫反应

如前所述，抗原是一种刺激免疫系统反应的分子。 并非每个分子都是抗原性的。 B 细胞通过产生特异性抗体参与对体内存在的抗原的化学反应，这些抗体在全身循环并在遇到抗原时与抗原结合。 这就是所谓的体液免疫反应。 如前所述，在 B 细胞成熟过程中，会产生一组高度特异的 B 细胞，其膜中含有许多抗原受体分子（图$\PageIndex{2}$）。

图$\PageIndex{2}$：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。

每个 B 细胞只有一种抗原受体，这使得每个 B 细胞都不一样。 一旦B细胞在骨髓中成熟，它们就会迁移到淋巴结或其他淋巴器官。 当 B 细胞遇到与其受体结合的抗原时，抗原分子通过内吞作用被带入细胞，并重新出现在与 MHC II 类分子结合的细胞表面。 当这个过程完成后，B 细胞被敏化。 在大多数情况下，致敏的B细胞在被激活之前必须遇到一种特定类型的T细胞，称为辅助T细胞。 辅助性T细胞必须已经通过与抗原的接触而被激活（如下所述）。

辅助性T细胞与抗原MHC II类复合物结合并被诱导释放细胞因子，诱导B细胞快速分裂，从而产生数千个相同（克隆）细胞。 这些子细胞要么变成浆细胞，要么变成记忆 B 细胞。 此时，记忆 B 细胞保持不活跃状态，直到后来由于同一细菌或病毒的再感染而再次遇到抗原，导致它们分裂成新的浆细胞群体。 另一方面，浆细胞产生和分泌大量的抗体分子，每小时高达1亿个分子。 抗体，也称为免疫球蛋白（Ig），是一种由浆细胞在抗原刺激后产生的蛋白质。 抗体是体液免疫的药剂。 抗体存在于血液、胃和粘液分泌物以及母乳中。 这些体液中的抗体可以结合病原体，并在感染细胞之前将其标记为被吞噬细胞破坏。

这些抗体在血液和淋巴系统中循环，并在遇到抗原时与抗原结合。 这种结合可以通过多种方式对抗感染。 抗体可以与病毒或细菌结合，干扰它们感染或结合其他细胞所需的化学相互作用。 抗体可能在含有抗原位点的不同颗粒之间建立桥梁，将它们全部聚集在一起并阻碍其正常运作。 抗原抗体复合物刺激前面描述的补体系统，破坏携带抗原的细胞。 吞噬细胞，例如已经描述的细胞，被抗原抗体复合物吸引，当复合物存在时，吞噬作用会增强。 最后，抗体会刺激炎症，而它们在粘液和皮肤上的存在可以防止病原体的攻击。

抗体覆盖细胞外病原体，并通过阻断病原体上增强其传染性的关键位点（例如将病原体 “停靠” 在宿主细胞上的受体）来中和它们（图$\PageIndex{3}$）。 抗体中和可以防止病原体进入和感染宿主细胞。 然后，中和的抗体包衣病原体可以被脾脏过滤，并在尿液或粪便中消除。

抗体还标记病原体，以便在称为 opsonization 的过程中被吞噬细胞（例如巨噬细胞或中性粒细胞）破坏。 在称为补体固定的过程中，一些抗体为补体蛋白提供了结合的场所。 抗体和补体的组合可促进病原体的快速清除。

浆细胞为响应抗原而产生的抗体称为主动免疫，它描述了宿主免疫系统对感染或疫苗接种的活性反应。 还有一种被动免疫反应，即抗体来自外部来源，而不是个体自身的浆细胞，然后被引入宿主中。 例如，孕妇体内循环的抗体通过胎盘进入发育中的胎儿。 孩子在出生后长达几个月的时间内受益于这些抗体的存在。 此外，通过向个体注射抗体以蛇咬毒素的抗蛇毒或血清中的抗体来帮助对抗肝炎感染，可以产生被动免疫反应。 这可以立即提供保护，因为身体不需要花时间进行自身反应。

图$\PageIndex{3}$：抗体可以通过以下方式抑制感染：(a) 阻止抗原结合其靶标，(b) 标记病原体以供巨噬细胞或中性粒细胞破坏，或 (c) 激活补体级联。

细胞介导免疫

与B细胞不同，T淋巴细胞在没有帮助的情况下无法识别病原体。 相反，树突状细胞和巨噬细胞首先将病原体吞没并消化成数百或数千种抗原。 然后，抗原呈递细胞（APC）检测、吞没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没并通过吞噬作用将其分解。 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。 树突状细胞是一种免疫细胞，它吸收周围的抗原物质并将其呈现在其表面。 树突状细胞位于皮肤、鼻部、肺部、胃部和肠道的内层。 这些位置是遇到入侵病原体的理想地点。 一旦它们被病原体激活并成熟成为装甲运兵车，它们就会迁移到脾脏或淋巴结。 巨噬细胞也起到装甲运兵车的作用。 巨噬细胞吞噬后，吞噬囊泡与细胞内溶酶体融合。 在生成的吞噬体中，成分被分解成片段；然后将这些片段加载到 MHC II 类分子上，然后被运送到细胞表面进行抗原呈现（图$\PageIndex{4}$）。 除非对抗原进行处理并嵌入到 MHC II 类分子中，否则辅助性 T 细胞无法对抗原做出正确反应。 APC 在其表面表达 MHC II 类，当与外来抗原结合时，这些复合物会发出入侵者的信号。

图$\PageIndex{4}$：抗原呈递细胞（APC），例如巨噬细胞，吞没外来抗原，将其部分消化到溶酶体中，然后将其嵌入到MHC II类分子中，呈现在细胞表面。 适应性免疫反应的淋巴细胞必须与抗原包埋的 MHC II 类分子相互作用才能成长为功能性免疫细胞。

T 细胞有许多功能。 有些人对先天免疫系统的APC有反应，并通过释放细胞因子间接诱发免疫反应。 如前所述，其他人会刺激 B 细胞开始体液反应。 另一种类型的T细胞可检测APC信号并直接杀死受感染的细胞，而有些则参与抑制对无害或 “自身” 抗原的不当免疫反应。

T 细胞主要有两种类型：辅助性 T 淋巴细胞（T _H）和细胞毒性 T 淋巴细胞（T _C）。 T _H 淋巴细胞间接起作用，告诉其他免疫细胞潜在的病原体。 T _H 淋巴细胞可识别 APC 的 MHC II 类复合物所呈现的特异性抗原。 T _H 细胞有两组：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 2 细胞刺激幼稚的 B 细胞分泌抗体。 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。

细胞毒性 T 细胞（T _C）是适应性免疫系统中细胞介导部分的关键成分，它攻击和摧毁受感染的细胞。 T _C 细胞在预防病毒感染方面特别重要；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。 一旦激活，T _C 就会产生一个大型的细胞克隆，其中包含一组特定的细胞表面受体，就像活化的 B 细胞增殖一样。 与 B 细胞一样，克隆包括活跃的 T _C 细胞和非活跃的记忆 T _C 细胞。 然后，由此产生的活性 T _C 细胞识别出受感染的宿主细胞。 由于生成克隆 T 和 B 细胞群体需要时间，与先天免疫反应相比，适应性免疫反应有所延迟。

T _C 细胞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。 T _C 细胞还支持 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 T _C 细胞，增强其识别和摧毁受感染细胞和肿瘤的能力。 体液和细胞介导的免疫反应是如何被激活的摘要见图$\PageIndex{5}$。

B 浆细胞和 T _C 细胞统称为效应细胞，因为它们参与 “影响”（导致）杀死病原体和受感染宿主细胞的免疫反应。

图$\PageIndex{5}$：辅助性T细胞通过MHCII受体与APC呈现的抗原结合而被激活，从而释放细胞因子。 根据释放的细胞因子，这会激活体液或细胞介导的免疫反应。

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快速而大的反应。 在对以前从未遇到过的病原体（称为初级免疫反应）的适应性免疫反应期间，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（图$\PageIndex{6}$）。 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会立即成为效应细胞。 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。

艺术连接

图$\PageIndex{6}$：最初将抗原与B细胞受体结合后，B细胞将抗原内化并呈现在MHC II类中。 辅助性 T 细胞识别 MHC II 类抗原复合物并激活 B 细胞。 结果，产生了记忆B细胞和浆细胞。

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？

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 T _C 细胞，而无需从 APC 或 T _H 细胞输入。 这被称为次要免疫反应。 适应性免疫反应延迟的原因之一是，具有适当抗原特异性的幼稚B和T细胞需要时间才能被识别、激活和增殖。 再感染时，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原发反应期间分泌的抗体量高出数十至数百倍（图$\PageIndex{7}$). This rapid and dramatic antibody response may stop the infection before it can even become established, and the individual may not realize they had been exposed.

图$\PageIndex{7}$：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并增加对病原体的抵抗力，因此一些疫苗疗程涉及一次或多次加强疫苗接种，以模仿重复接触。

淋巴系统

淋巴液是沐浴组织和器官的水状液体，含有保护性白细胞，但不含红细胞。 淋巴通过淋巴系统在身体中移动，淋巴系统由血管、淋巴管、淋巴腺和器官（如扁桃体、腺样体、胸腺和脾脏）组成。

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。 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。

回想一下，免疫系统的细胞来自骨髓中的干细胞。 B 细胞成熟发生在骨髓中，而祖细胞则从骨髓迁移，在称为胸腺的器官中发育和成熟成天真的 T 细胞。

成熟后，T 和 B 淋巴细胞会循环到不同的目的地。 分散在全身的淋巴结含有大量的 T 和 B 细胞、树突状细胞和巨噬细胞（图$\PageIndex{8}$）。 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。

图$\PageIndex{8}$：（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（b）淋巴结，淋巴结过滤通过传入血管进入淋巴结，然后通过传出血管离开；淋巴结充满清洗感染细胞的淋巴细胞。 （来源 a：美国国立卫生研究院对作品的修改；来源 b：NCI、NIH 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（图$\PageIndex{9}$）。 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。

图$\PageIndex{9}$：脾脏的功能是通过免疫学过滤血液，并允许与先天免疫反应和适应性免疫反应相对应的细胞之间进行通信。 （来源：NCI、NIH 对作品的修改）

粘膜免疫系统

先天和适应性免疫反应构成全身免疫系统（影响全身），这与粘膜免疫系统截然不同。 粘膜相关淋巴组织 (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。

粘膜免疫由 MALT 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。 MALT 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 的外来颗粒会被吸收性上皮细胞吸收，并输送到位于粘膜组织正下方的装甲运兵车。 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 和肠道扁桃体、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。

免疫耐受性

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”。 防止对已检测到的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获得能力被描述为免疫耐受性。 产生对自身抗原免疫耐受的主要机制发生在T和B淋巴细胞成熟期间选择弱自结合细胞的过程中。 有一些 T 细胞群体抑制对自身抗原的免疫反应，并在感染清除后抑制免疫反应，以最大限度地减少炎症和细胞裂解引起的宿主细胞损伤。 由于口腔、咽部和胃肠粘膜中的APC会遇到大量异物（例如食物蛋白），上消化系统粘膜的免疫耐受性特别发达。 免疫耐受是由肝脏、淋巴结、小肠和肺中的特殊APC带来的，它们向各种调节性T（T _reg）细胞提供无害的抗原，这些细胞是抑制局部炎症和抑制刺激性免疫分泌的特殊淋巴细胞因素。 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。

章节摘要

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 向幼稚的 T 细胞显示 MHC 分子上的抗原。 具有结合特定抗原的细胞表面受体的T细胞将与该APC结合。 作为回应，T 细胞分化和增殖，变成 T _H 细胞或 T _C 细胞。 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 T _C 细胞会破坏受感染或癌细胞。 记忆细胞由活化和增殖的 B 和 T 细胞产生，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，但同时起到保护人体广泛粘膜表面的作用。 免疫耐受性由 T _reg 细胞带来，以限制对无害抗原和人体自身分子的反应。

艺术联系

图$\PageIndex{6}$：在 Rh 阳性红细胞中发现了 Rh 抗原。 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，则可以在第一次怀孕后期在母亲体内形成识别胎儿 Rh 抗原的记忆细胞。 在随后的怀孕期间，这些记忆细胞对 Rh 阳性胎儿的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。

词汇表

主动免疫

一种由人体自身细胞活性产生的免疫力，而不是来自从外部来源获得的抗体的免疫力

适应性免疫

暴露于病原体或疫苗接种的抗原后发生的特定免疫反应

抗体

一种由浆细胞在抗原刺激后产生的蛋白质；也称为免疫球蛋白

抗原

一种与免疫系统细胞发生反应的大分子，可能具有刺激作用，也可能没有刺激作用

抗原呈递细胞 (APC)

一种免疫细胞，通过将经过处理的抗原呈现在细胞表面来检测、吞噬感染并告知适应性免疫反应

B 细胞

在骨髓中成熟的淋巴细胞

细胞介导的免疫反应

一种由 T 细胞控制的适应性免疫反应

细胞毒性 T 淋巴细胞 (T _C)

一种适应性免疫细胞，通过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

一种处理抗原物质并将其以 MHC II 类分子呈现在其细胞表面并在其他细胞中诱导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 细胞

辅助性T淋巴细胞 (T _H)

适应性免疫系统中的一种细胞，通过 MHC II 类分子结合 APC，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

防止对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

淋巴

淋巴循环系统中存在的水状液体，用保护性白细胞沐浴组织和器官，不含红细胞

记忆单元

一种抗原特异性 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成为效应细胞

主要组织相容性类别 (MHC) II 分子

一种存在于抗原呈递细胞表面的蛋白质，它向免疫细胞发出信号，表明该细胞是正常的、被感染的还是癌性的；它提供了适当的模板，可以将抗原加载到该模板中，以供淋巴细胞识别

被动免疫

这种免疫不是由人体自身免疫细胞的活性产生的，而是通过将抗体从一个人转移到另一个个体而产生的

初级免疫反应

适应性免疫系统对首次接触抗原的反应

继发免疫反应

适应性免疫系统对第二次或以后暴露于记忆细胞介导的抗原的反应

T 细胞

在胸腺中成熟的淋巴细胞

贡献者和归因

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