免疫调节相关疑难问题解析

 

汤丽（江苏省南京市第十三中学）

摘要：针对教师在人教版《生物学·选择性必修1·稳态与调节》“免疫调节”一章教学中遇到的典型问题,结合相关文献、资料进行解析。尝试厘清白细胞和吞噬细胞的关系、各种T细胞之间的关系、APC和吞噬细胞的关系、MHC分子的作用和T细胞的活化是否需要双信号等问题,为广大一线教师的教学提供帮助。

作者简介:汤丽(1996—),女,硕士研究生学历,一级教师,E-mail:2465695846@qq.com;

人教版《生物学·选择性必修1·稳态与调节》“免疫调节”一章,教师和学生在教学和学习过程中存在诸多疑惑。笔者通过查阅文献、资料对学习和教学过程中出现的典型问题进行解析。

1 白细胞和吞噬细胞的关系

学生在初中学习过白细胞具有吞噬作用,因此在高中学习吞噬细胞时就会把白细胞等同于吞噬细胞。这种理解是否正确?要解决这个问题首先要了解各种免疫细胞的起源。“免疫调节”一章中介绍了各种各样的免疫细胞,它们虽有各自不同的功能和特征,但均起源于骨髓中的造血干细胞(图1)。骨髓中的造血干细胞最初在特定微环境的诱导下,分化为髓样干细胞和淋巴样干细胞。髓样干细胞最终分化为红细胞、血小板、单核-巨噬细胞和各种粒细胞(中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞)。淋巴样干细胞最终分化为B细胞、T细胞、NK细胞和树突状细胞。

吞噬细胞是指一类具有吞噬功能的免疫细胞,包括巨噬细胞和树突状细胞。白细胞是怎么分化而来的呢?解决这个问题,首先要清楚什么是白细胞。这个名字源于血液样本离心后的物理外观,白细胞存在于红细胞和血浆之间,呈白色。因此,白细胞并不是一种细胞,白细胞是指血液中除去红细胞和血小板以外的细胞。根据细胞内有无颗粒可以分为无颗粒细胞和(颗)粒细胞。无颗粒细胞包括单核细胞和淋巴细胞。(颗)粒细胞包括中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞。因此,“白细胞和吞噬细胞是什么关系”这个问题就迎刃而解了。二者是从不同角度对免疫细胞进行的分类,白细胞包含血液中除去红细胞和血小板以外的细胞,从包含与被包含的关系来看,白细胞包含了吞噬细胞。

图1 造血干细胞的分化

2 效应T细胞、辅助性T细胞及记忆T细胞的关系

根据T细胞所处的活化阶段,可将T细胞分为初始T细胞、效应T细胞和记忆T细胞。初始T细胞是指没有接受过抗原刺激的成熟T细胞,一经抗原刺激便可分化为效应T细胞和记忆T细胞。效应T细胞是指行使免疫效应的细胞,存在时间短。记忆T细胞可由效应T细胞分化而来,也可由初始T细胞分化而来,但分化机制未知。当再次接触抗原时,可迅速分化为效应T细胞,介导再次免疫应答。

根据T细胞表面是否表达特定分子CD4或CD8,可将T细胞分为CD4⁺T细胞和CD8⁺T细胞(图2)。CD4⁺T细胞经抗原刺激活化后,分化为Th(辅助性T细胞);CD8⁺T细胞经抗原刺激活化后,分化为CTL(细胞毒性T细胞)。

图2 T细胞的分类

根据T细胞的功能,可将T细胞分为辅助性T细胞、细胞毒性T细胞和调节性T细胞。辅助性T细胞均表达CD4分子,通常所说的CD4⁺T细胞即为辅助性T细胞。未经抗原刺激的CD4⁺T细胞称为Th0,Th0在不同抗原和细胞因子的作用下可向不同的方向分化,如IL-12、IFN-γ诱导Th0向Th1分化,Th1主要介导细胞免疫。IL-4等可诱导Th0向Th2分化,Th2主要介导体液免疫。除Th1外,Th2、Th9、Th17、Th22也是Th细胞亚群中常见的成员。细胞毒性T细胞表达CD8分子,通常所说的CD8⁺T细胞即为细胞毒性T细胞。细胞毒性T细胞可裂解被胞内寄生病原体感染的细胞和肿瘤细胞。调节性T细胞在免疫应答中起负调控作用。在免疫学中,调节一般意指负向调节。调节性T细胞可通过直接接触抑制靶细胞的活化或分泌细胞因子来抑制免疫应答。Treg通常在免疫应答的晚期被诱导产生,它们通过多种机制负性调控免疫应答。

3 辅助性T细胞和细胞毒性T细胞产生的记忆T细胞是否相同

通过梳理T细胞的各种分类方式,明确了记忆T细胞可由效应T细胞产生。在免疫应答中发挥效应的辅助性T细胞和细胞毒性T细胞均为效应T细胞。所以,记忆T细胞既可由辅助性T细胞产生,也可由细胞毒性T细胞产生。由辅助性T细胞产生的记忆T细胞为CD4⁺记忆T细胞,CD4⁺记忆T细胞又可分为Th1记忆细胞、Th2记忆细胞等类型。由细胞毒性T细胞产生的记忆T细胞为CD8⁺记忆T细胞。

4 APC和吞噬细胞的关系

人教版《生物学·选择性必修1·稳态与调节》教材中对APC的解释为——B细胞、树突状细胞和巨噬细胞都能摄取和加工处理抗原,并且可以将抗原信息暴露在细胞表面,以便呈递给其他免疫细胞,因此,这些细胞统称为抗原呈递细胞。教师和学生往往会提出问题：APC能摄取抗原,是不是也是吞噬细胞呢?解释这个问题需要明确吞噬细胞的吞噬作用和APC摄取抗原时的具体方式。

真核细胞通过胞吞作用摄入大分子物质。根据胞吞时形成的内陷囊泡的大小,可将胞吞作用分为两种类型:吞噬作用(细胞吃东西)和胞饮作用(细胞喝东西)。吞噬作用形成的囊泡直径往往大于250nm,而胞饮作用形成的囊泡直径一般小于150 nm。在高等动物中,吞噬作用一般发生在巨噬细胞和一些免疫细胞中,在清除病原体和衰老损伤细胞中发挥重要作用。胞饮作用可发生在几乎所有真核细胞中。

胞吞作用分为吞噬作用和胞饮作用两大类型,而胞饮作用又可细分为网格蛋白依赖的胞吞作用、胞膜容依赖的胞吞作用、大型胞饮作用以及非网格蛋白/胞膜窖依赖的胞吞作用4种类型。其中,网格蛋白依赖的胞吞作用是一种典型的受体介导的胞吞作用,是动物细胞从胞外摄入特定大分子的有效途径。

树突状细胞和巨噬细胞均可通过吞噬作用摄取外源性抗原,但B细胞主要通过受体介导的胞吞作用摄取外源性抗原,不通过吞噬作用摄取外源性抗原。因此,树突状细胞和巨噬细胞属于吞噬细胞,B细胞不属于吞噬细胞。综上,3种专职APC虽然都能摄取抗原,但并不等同于吞噬细胞。

5 MHC分子的作用

MHC(主要组织相容性复合体)是一组和免疫应答密切相关、决定移植组织是否相容的基因群,其编码产物称为MHC分子。哺乳动物都有MHC分子,人类的MHC分子称为人类白细胞抗原(HLA分子)。

MHC分子分为两种类型:MHCⅠ类分子和MHCⅡ类分子。MHCⅠ类分子分布在所有有核细胞的表面;MHCⅡ类分子表达于特定细胞的表面,如APC的表面。MHC分子的主要生物学作用为通过提呈抗原肽激活T淋巴细胞,参与特异性免疫。T细胞无法直接识别抗原,需要对自身的MHC分子和提呈出的抗原肽进行双识别才能被激活。

MHCⅠ类分子和MHCⅡ类分子加工和提呈的抗原类型不同,具体途径也不同,其激活的T细胞亦不同。根据来源不同,可将抗原分为两大类:一类是来自细胞外的抗原,称为外源性抗原,如被吞噬的细菌;另外一类是细胞内产生的抗原,称为内源性抗原,如被病毒侵染的细胞内合成的病毒蛋白、肿瘤细胞内产生的肿瘤抗原。MHCⅠ类分子加工和提呈内源性抗原,MHCⅡ类分子加工和提呈外源性抗原。

MHCⅠ类分子和MHCⅡ类分子加工和提呈抗原的具体途径虽然并不相同,但都需要经过以下几个阶段:抗原经加工降解成抗原肽;MHC分子的合成与组装;抗原肽与MHC分子结合形成复合物并运至细胞膜的表面。最终,细胞膜表面的抗原肽—MHCⅠ类分子复合物将抗原信息提呈给CD8⁺T细胞(Tc);细胞膜表面的抗原肽—MHCⅡ类分子复合物将抗原信息提呈给CD4⁺T细胞(Th)。

6 T细胞的活化是否需要双信号

B细胞的活化需要双信号的刺激。第一信号又称抗原刺激信号,抗原与B细胞表面的BCR特异性结合启动B细胞活化的第一信号,同时B细胞表面的BCR共受体复合物(CD19/CD21/CD81复合物)加强B细胞活化的第一信号。B细胞活化的第二信号是由多对共刺激分子结合提供的,所以第二信号又称共刺激信号。最重要的共刺激信号是B细胞表面组成性表达的CD40分子与活化的Th细胞表面表达出的CD40L分子结合提供的。教材图4-6中“辅助性T细胞表面的特定分子发生变化并与B细胞结合,这是激活B细胞的第二个信号”，就是活化的T细胞表面表达出的CD40L分子(T细胞表面的特定分子)与B细胞表面的CD40分子结合的过程。

T细胞的活化也需要双信号的刺激。T细胞无法直接识别抗原,只能识别由MHCⅠ类分子或MHCⅡ类分子呈递的抗原。因此,活化T细胞的第一信号是由TCR特异性识别结合在MHC分子槽中的抗原肽这个过程提供的。T细胞活化的第二信号也是共刺激信号。T细胞表面的CD28与APC或靶细胞表面的B7 (CD80/86)结合提供T细胞活化的第二信号。CD4⁺T细胞活化的第二信号是其细胞表面的CD28分子和APC表面的B7(CD80/86)结合提供的。CD8⁺T细胞活化的第二信号是其细胞表面的CD28分子和靶细胞表面的B7(CD80/86)结合提供的,但当靶细胞低表达或不表达共刺激分子，不能有效激活初始CD8⁺T细胞,需要APC和Th的辅助。因此,教材提到“在细胞免疫过程中,靶细胞、辅助性T细胞等参与细胞毒性T细胞的活化过程”。教材图4-6中,“抗原呈递细胞将抗原处理后呈递在细胞表面,然后传递给辅助性T细胞”,此过程中抗原呈递细胞提供双信号活化Th,如图3。并且教材图4-6中用树突状细胞而不是巨噬细胞或B细胞来代表抗原呈递细胞是有道理的。因为初次免疫应答时初始Th细胞的活化只能由树突状细胞辅助,再次应答时可由B细胞辅助。

图3 T细胞双信号激活过程

近些年来免疫学发展迅猛,再加之其与细胞生物学、分子生物学等学科的交叉和渗透,增加了其复杂程度和学习难度。免疫学的相关知识与人们日常生活息息相关,学生在学习“免疫调节”一章内容时会提出一些有深度的问题,这背后涉及的免疫学知识是复杂的,教师只有不断学习来拓宽自己的知识面,才能解决学生提出的问题,实现教学相长。

来源：汤丽.免疫调节相关疑难问题解析[J].中学生物教学,2025,(07):54-57.