例析“免疫調節”的疑難問題

李 喆 劉曉菊

(河北省秦皇島市第一中學)

免疫調節專題涉及知識復雜,學生在學習和做題過程中存在很多疑問,本文通過相關例題的解讀來解決疑問,旨在構建清晰的知識框架,去除錯誤認知。

1.免疫細胞的起源及T淋巴細胞的活化過程

考試題目中涉及的免疫細胞名稱多樣:B淋巴細胞、T淋巴細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞、吞噬細胞、抗原呈遞細胞、NK細胞等。其中B淋巴細胞、T淋巴細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞是用細胞形態結構或分子標志來區分的;吞噬細胞指的是具有吞噬功能的細胞,樹突狀細胞、巨噬細胞和NK細胞都屬于吞噬細胞;抗原呈遞細胞(簡稱APC)是具有攝取、加工抗原并呈遞給其他細胞功能的細胞,包括B淋巴細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞等。上述細胞從起源與分化角度來系統歸類如圖1。

圖1 血細胞的起源和分化圖

T淋巴細胞成熟于胸腺,人體內成熟的T淋巴細胞經過抗原刺激增殖分化為功能不同的群體:輔助性T淋巴細胞、細胞毒性T淋巴細胞,這些細胞成熟后離開胸腺進入血液循環。成熟的T淋巴細胞表面有對應于一種特定抗原的受體,能夠與特定的抗原—MHC復合體識別、結合后被激活。一個T淋巴細胞的受體只能識別一種抗原分子,人體內的淋巴細胞會有109以上種類的抗原受體。

T淋巴細胞對自身細胞的抗原—MHC復合體不發生反應,T淋巴細胞未遇到相應的抗原時處于不活動的狀態,一般稱之為T淋巴細胞前體。當一個細胞毒性T淋巴細胞遇到特定的抗原分子,且該抗原分子是呈遞在某細胞的抗原—MHC復合體上時,該細胞毒性T淋巴細胞與抗原結合后便因受到刺激而活化;與此同時,一個輔助性T淋巴細胞被相同類型的呈遞在抗原—MHC復合體上的抗原激活,并分泌多種細胞因子;這些細胞因子促進細胞毒性T細胞分裂、分化形成具有殺傷效應的細胞毒性T細胞群和記憶細胞群,從而實現了2種T淋巴細胞由不活動狀態向活動狀態的轉變。新形成的每一個細胞都具有相對應于這種特異性抗原的受體,此時活化的細胞毒性T淋巴細胞識別帶有抗原—MHC復合體的靶細胞并導致靶細胞裂解。

例題1.(2023年全國新課標卷)人體內的免疫細胞是體液免疫和細胞免疫過程的重要參與者。下列敘述正確的是

( )

①免疫細胞表面的受體可識別細菌、病毒等入侵機體的病原體

②樹突狀細胞能夠處理和呈遞抗原,淋巴細胞不能呈遞抗原

③輔助性T細胞參與體液免疫過程而不參與細胞免疫過程

④體液免疫可產生記憶B細胞,細胞免疫可產生記憶T細胞

⑤某些致病細菌感染人體既可引發體液免疫又可引發細胞免疫

A.①②④ B.①④⑤ C.②③⑤ D.③④⑤

解析：人體的免疫系統包括免疫器官、免疫細胞和免疫活性物質,免疫細胞源自骨髓的造血干細胞,包括各種類型的白細胞,如B淋巴細胞、T淋巴細胞、樹突狀細胞和巨噬細胞等,這些免疫細胞表面存在特異受體,能識別細菌、病毒等入侵機體的病原體,引起相應的免疫反應,①描述正確;抗原呈遞細胞(簡稱APC)的功能是可以攝取、加工抗原并呈遞給其他細胞,包括淋巴細胞等,②描述錯誤;輔助性T細胞參與體液免疫,其被激活后表面的特定分子發生變化與B淋巴細胞結合作為激活B淋巴細胞的第二信號,輔助性T細胞分泌的細胞因子可促進B細胞的分裂、分化過程;在細胞免疫過程中,輔助性T細胞分泌細胞因子促進細胞毒性T細胞增殖分化,這說明輔助性T細胞既參與體液免疫又參與細胞免疫過程,③描述錯誤;體液免疫過程中,B細胞活化后開始增殖分化,一小部分分化為記憶B細胞;細胞免疫過程中,細胞毒性T細胞分裂并分化,形成新的細胞毒性T細胞和記憶T細胞,④描述正確;某些致病細菌是寄生在機體細胞內的,感染人體時既可引發體液免疫又可引發細胞免疫,⑤描述正確。答案為B。

2.抗原與病原體的關系及抗原的本質

侵入人體的病原體(病毒或細菌等)能成為抗原,但抗原并不是指一個完整的病毒或細菌,抗原中有能與免疫細胞上特定受體分子及特定抗體分子特異性結合的特殊化學基團,稱為抗原決定簇?？乖瓫Q定簇通常由5～15個氨基酸殘基或5～7個多糖殘基或核苷酸組成。病毒的外殼蛋白、細菌表面的糖蛋白、脂蛋白、莢膜多糖等都是天然的抗原,天然抗原一般是大分子,含有多種多個抗原決定簇,屬于多價抗原,可以和多個特定抗體分子結合?？乖瓫Q定簇分為兩類:第一類是由連續性線性排列的短肽構成,稱作線性抗原決定簇;第二類指短肽或者多糖殘基在空間上形成的特定的構象,又稱為非線性抗原決定簇。T細胞僅識別由抗原呈遞細胞(簡稱APC)處理加工后得到的線性抗原決定簇,而B細胞可以識別以上兩種抗原決定簇。

抗原具有兩個重要特性:一是免疫原性,能引起機體免疫系統產生免疫應答,即誘導產生特定抗體或效應T細胞;二是具有反應原性,即抗原能與其誘導產生的相應抗體或致敏的效應T細胞發生特異性反應,又稱免疫反應性。具有兩種特性的抗原稱為完全抗原。

按照誘導抗體產生過程的差異,把抗原分為兩種類型:一類是胸腺依賴性抗原(TD抗原),此類抗原刺激機體產生抗體時,依賴于T細胞輔助,所以稱作T細胞依賴性抗原,絕大多數蛋白質抗原,如病原微生物、血細胞、血清蛋白等均屬于這種抗原。另一類是胸腺非依賴性抗原(TI抗原),這類抗原刺激機體產生抗體時,不需要T細胞的輔助,例如細菌脂多糖、莢膜多糖、聚合鞭毛素等,這類抗原可直接刺激B細胞增殖分化為漿細胞,不需要輔助性T細胞提供活化B細胞的第二信號。

例題2.(2023年湖北卷21題節選)我國科學家研制出的脊髓灰質炎減毒活疫苗,為消滅脊髓灰質炎作出了重要貢獻。某兒童服用含有脊髓灰質炎減毒活疫苗的糖丸后,其血清抗體濃度相對值變化如圖2所示。

圖2

回答下列問題:

(1)該疫苗保留了脊髓灰質炎病毒的________。

(2)據圖判斷,該疫苗成功誘導了機體的________免疫反應,理由是_______________。

解析：減毒活疫苗是將病原微生物(細菌和病毒)在人工條件下處理,使其喪失致病性,但仍保留其繁衍能力和免疫原性。脊髓灰質炎減毒活疫苗保留了該病毒的抗原性,能引起機體產生特異性免疫。

答案：(1)抗原性 (2)體液 服用糖丸后兒童在(一定時間內)血清中相關抗體濃度升高

例題3.(2020年新課標Ⅲ卷)下列有關人體免疫調節的敘述,合理的是

( )

A.若病原體不具有細胞結構,就不會使人體產生抗體

B.病原體裂解后再注射到人體,就不會使人體產生抗體

C.病原體表面若不存在蛋白質分子,就不會使人體產生抗體

D.病原體經吞噬細胞處理后暴露出的抗原可使人體產生抗體

解析：病毒不具細胞結構,但其蛋白質外殼可以作為抗原,刺激人體通過體液免疫產生抗體,A錯誤;病原體裂解后仍含有能引起機體產生免疫反應的特定化學基團,即抗原決定簇,會使人體產生抗體,B錯誤;抗原不一定是蛋白質,如細菌表面的莢膜多糖、黏多糖等特異性化學物質,也能引起機體發生免疫反應產生抗體,C錯誤;某病原體經過吞噬細胞等抗原呈遞細胞的攝取和處理,暴露出病原體特有抗原分子基團,傳遞給輔助性T細胞,刺激輔助性T細胞表面分子發生變化,提供B細胞活化的第二信號,輔助性T細胞同時產生細胞因子促進B細胞增殖分化為漿細胞,分泌相應抗體,D正確。答案為D。

分析例題2可知,刺激機體產生抗體的抗原不一定具有細胞結構,也不一定是完整的病原體,可利用其裂解后的含有抗原決定簇的部分結構制成“疫苗”,注射后引起機體產生針對某種病原體的特異性抗體,這可以用于免疫預防;抗原不一定是病原體表面的蛋白質分子,也可以是其他成分,如核酸、多糖類。

3.輔助性T細胞作用機制

人教版新教材選擇性必修1《穩態與調節》72頁圖4-6“體液免疫基本過程圖”中這樣表述:輔助性T細胞表面的特定分子發生變化并與B細胞結合,這是激活B細胞的第二信號。

B細胞膜表面存在識別結合特異性抗原的受體蛋白稱為BCR(即膜型免疫球蛋白),當BCR接觸特異性抗原并特異性識別抗原時,產生B細胞活化的第一信號,并把刺激信號經膜上特定受體傳導到細胞內。同時抗原呈遞細胞(簡稱APC)接觸抗原,對抗原進行內化加工處理,形成抗原肽-MHCⅡ類分子復合物,呈遞在APC細胞表面,進而呈遞給特異性輔助性T細胞來識別;輔助性T細胞(Th)接收信息被活化,細胞內迅速通過基因選擇性表達合成膜上CD40L(CD40協同刺激分子配體),并與B細胞膜上CD40(協同刺激分子)結合,提供了B細胞活化的第二信號。需要說明的是有多種黏附分子參與B細胞活化的第二信號形成過程。這一過程中最重要的是協同刺激分子CD40,它主要存在于B細胞以及單核細胞、樹突狀細胞表面。CD40協同刺激分子配體(簡稱CD40L)主要在已經活化的輔助性T細胞(和肥大細胞)中表達合成,然后移到細胞表面。未經活化的T細胞不表達CD40協同刺激分子配體,CD40分子與CD40L的相互作用實現了信號傳導,并且活化的輔助性T細胞進一步分裂分化,所分泌的細胞因子能促進活化的B細胞進一步增殖分化。

例題4.(2023年廣東卷)病原體感染可引起人體產生免疫反應。如圖3示某人被病毒感染后體內T細胞和病毒的變化。下列敘述錯誤的是

( )

圖3

A.a-b期間輔助性T細胞增殖并分泌細胞因子

B.b-c期間細胞毒性T細胞大量裂解被病毒感染的細胞

C.病毒與輔助性T細胞接觸為B細胞的激活提供第二個信號

D.病毒和細菌感染可刺激記憶B細胞和記憶T細胞的形成

解析：圖中a-b段病毒入侵并增殖,同時機體開始進行特異性免疫,其中輔助性T細胞開始分裂、分化,并分泌細胞因子,且曲線顯示T細胞總數量增加,A正確;圖中顯示b-c期間病毒數量急速下降,機體內被病毒感染的細胞是細胞毒性T細胞裂解攻擊的靶細胞,靶細胞裂解使病毒暴露出來,通過體液免疫產生的抗體使病毒數量減少,B正確;病毒作為抗原被抗原呈遞細胞處理后形成抗原肽-MHCⅡ類分子復合物呈遞在細胞表面,然后傳遞給輔助性T細胞,輔助性T細胞表面的特定分子發生變化,細胞膜上出現CD40L(CD40協同刺激分子配體)并與B細胞結合,這是激活B細胞的第二個信號,C錯誤;病毒和細菌感染能夠刺激機體產生體液免疫和細胞免疫,可在此過程中產生記憶B細胞和記憶T細胞,利于快速啟動二次免疫,D正確。答案為C。

在機體特異性免疫過程中,細胞免疫和體液免疫是相互聯系的,輔助性T細胞既參與體液免疫,又參與細胞免疫。

4.細胞毒性T細胞(效應T細胞)殺傷靶細胞的機制

細胞毒性T細胞識別并接觸靶細胞,主要通過以下兩條途徑殺傷靶細胞:

第一條途徑是穿孔素/顆粒酶途徑。穿孔素是儲存于胞質顆粒中的細胞毒素,穿孔素單體可插入靶細胞膜上,在鈣離子存在的情況下,多個穿孔素聚合成內徑約為16 nm的孔道,使水、電解質迅速進入細胞,導致靶細胞崩解。顆粒酶是一類重要的絲氨酸蛋白酶,顆粒酶通過穿孔素在靶細胞膜上形成的孔道進入靶細胞,通過激活凋亡相關的酶系而介導靶細胞的凋亡。

第二條途徑是Fas(死亡因子受體)/FasL(死亡因子)途徑。效應T細胞可表達合成膜型的FasL以及可溶性的FasL,并合成分泌一些特定因子,這些分子可分別與靶細胞膜表面的Fas等受體結合,通過激活胞內的胱天蛋白酶參與信號轉導途徑,誘導靶細胞凋亡。

例題5.在細胞免疫中,效應T細胞殺傷靶細胞主要有細胞裂解性殺傷(如圖4)和誘導細胞凋亡(如圖5)兩種途徑。前者指效應T細胞分泌諸如穿孔素一類的介質損傷靶細胞膜,后者指效應T細胞通過表面FasL與靶細胞表面的Fas結合,誘導靶細胞凋亡?；卮鹣铝袉栴}:

圖4 細胞裂解性殺傷

圖5 誘導細胞凋亡

(1)人體內的效應T細胞可以來自________的增殖、分化,細胞免疫就是依靠效應T細胞來殺傷靶細胞的。人體的另一種特異性免疫在殺傷病原體時主要依靠________細胞分泌的________。

(2)圖4中的穿孔素又稱“成孔蛋白”,由效應T細胞產生并以________的方式釋放到細胞外。穿孔素能在靶細胞膜上形成多聚穿孔素管狀通道,使K+及蛋白質等大分子物質________(填“流入”或“流出”)靶細胞,最終導致靶細胞死亡。

(3)圖5中的FasL又稱死亡因子,Fas又稱死亡因子受體,它們都是由細胞合成并定位于細胞表面的蛋白質。一般來說,控制Fas的基因能在各種細胞內表達,而控制FasL的基因只在效應T細胞和某些腫瘤細胞內表達。

①Fas和FasL的特異性結合體現了細胞膜的________功能,控制合成Fas和FasL的基因________(填“能”或“不能”)共存于一個細胞中。

②研究發現,某些腫瘤細胞能夠調節Fas和FasL基因的表達水平,從而使自己逃脫免疫系統的清除。此時,腫瘤細胞內Fas基因的表達變化情況比常規表達________(填“升高” “不變”或“降低”)。

③免疫排斥是器官移植的一個主要障礙,依據Fas和FasL的相互關系,從分子水平可采取的措施是_______________。

解析：(1)題目沒有明確是初次接觸抗原還是再次接觸抗原引起的細胞免疫,所以人體內的效應T細胞有的是T細胞直接增殖分化而來,也有的來自記憶T細胞的增殖分化,另一種特異性免疫:體液免疫在殺傷病原體時主要靠抗體,由漿細胞(效應B細胞)分泌。(2)穿孔素屬于分泌蛋白,所以通過胞吐方式釋放到細胞外,當靶細胞膜形成管狀通道,膜失去了選擇透過性,導致胞內原生質成分如K+及蛋白質等大分子物質外流,靶細胞裂解死亡。(3)圖中顯示效應T細胞,即細胞毒性T細胞合成壞死因子FasL釋放到膜外,能與靶細胞膜上死亡因子受體Fas結合,二者的特異性結合實現了細胞間的信息交流(或識別)功能。

答案：(1)T細胞、記憶細胞 漿細胞(或效應B細胞) 抗體 (2)胞吐(或外排) 流出 (3)①信息交流(或識別) 能 ②降低 ③降低移植器官細胞的Fas(或降低器官受體者細胞的FasL)基因的表達水平