第十五章免疫耐受.doc

第十五章 免疫耐受在生理条件下，机体免疫系统对外来抗原进行“免疫正应答”，以清除病原；对体内组织细胞表达的自身抗原，却表现为“免疫不应答”（unresponsiveness）或“免疫负应答”，不引起自身免疫病。这种对抗原特异应答的T细胞与B细胞，在抗原刺激下，不能被激活，不能产生特异免疫效应细胞及/或特异性抗体，从而不能执行正免疫应答的现象，称为免疫耐受（immunological tolerance）。诱导免疫耐受的抗原称耐受原（toleragen）。免疫耐受具有免疫特异性，即只对特定的抗原不应答，对不引起耐受的抗原，仍能进行良好的免疫应答。因而，在一般情况下，不影响适应性免疫应答的整体功能，这不同于免疫抑制药物引起的对免疫系统的普遍的抑制作用。免疫耐受和免疫正应答两者均是免疫系统的重要功能，一方面对自身抗原的耐受，避免发生自身免疫病；另一方面，免疫系统对外来抗原或内源新生抗原应答，执行抗感染、抗肿瘤的防卫功能。免疫应答与免疫耐受的平衡实际上是“阴”与“阳”的平衡，保持免疫系统的自身（内环境）稳定（homeostasis）。第一节 免疫耐受的形成及表现在胚胎发育期，不成熟的T及B淋巴细胞接触抗原，不论是自身抗原或外来抗原，都会形成对所接触抗原的免疫耐受，出生后如再遇相同抗原，免疫系统不予应答，或不易应答。原则上，这种免疫耐受长期持续，不会轻易被打破。在后天过程中，原本对抗原应答的T及B细胞克隆，受多种因素影响，也会发生免疫耐受，这类耐受能持续一段时间，部分耐受可能随诱导因素的消失而逐渐解除，重新恢复对相应抗原的免疫应答能力。一、 胚胎期及新生期接触抗原所致的免疫耐受1胚胎期嵌合体形成中的耐受 Owen于1945年首先报道了在胚胎期接触同种异型抗原所致免疫耐受的现象。他观察到异卵双胎小牛的胎盘血管相互融合，血液自由交流。出生后，两头小牛体内均存在两种不同血型抗原的红细胞，构成红细胞嵌合体（chimeras），互不排斥（图15-1A）。且将一头小牛的皮肤移植给其孪生小牛，亦不产生排斥。然而，将无关小牛的皮肤移植给此小牛，则被排斥，故这种耐受具有抗原特异性，是在胚胎期接触同种异型抗原所致的免疫耐受。2在胚胎期人工诱导的免疫耐受 根据Owen的观察，Medawar等设想，可能是在胚胎期接触同种异型抗原诱导了免疫耐受的产生。Medawar等将CBA（H-2k）品系小鼠的骨髓输给新生期的A品系（H-2a）的小鼠。在A系小鼠出生8周后，移植以CBA系鼠的皮肤，此移植的皮肤能长期存活，不被排斥，但移植无关品系Balb/c小鼠（H-2d）的皮肤，则被排斥（图15-1B）。Medawa等的实验不仅证实了Owen的观察，而且揭示当体内的免疫细胞处于早期发育阶段，而尚未成熟时，可人工诱导其对“非己”抗原产生免疫耐受。Medawar等的实验,证实了Burnet的推测，即在胚胎发育期，不成熟的自身免疫应答细胞接触自身抗原后，会发生克隆清除，从而形成对自身抗原的耐受。故Burnet和Medawar于1960年共同获得诺贝尔生理学或医学奖。二、后天接触抗原导致的免疫耐受同一种抗原，因条件不同，既可是免疫原，即在适宜的共刺激活化信号的协同作用下，可使T细胞和B细胞发生活化，产生特异性免疫应答；但不适宜的抗原量及抗原表位的变异，亦可使抗原成为耐受原，导致T细胞和B细胞发生免疫耐受。T细胞须接受双信号，才能活化。T细胞即使接触适宜的抗原，若缺乏第二信号，亦不能充分活化；B细胞除接受抗原刺激外，亦须有辅助活化信号，缺乏任一活化信号，细胞均不能活化。若缺乏生长因子及分化因子，活化的T及B细胞则不能进行克隆扩增，不能分化为效应细胞，表现为免疫耐受现象。再则，在胚胎发育期，并非所有自身应答细胞均被清除，这些未被清除的自身应答细胞，以免疫耐受状态存在于外周淋巴组织中。 （一）抗原因素1抗原剂量 抗原剂量与免疫耐受的关系首先由Mitchison于1964年报导，他给小鼠注射不同剂量的牛血清白蛋白（BSA），观察Ab产生， 发现注射低剂量（10-8M）及高剂量（10-5M）牛血清白蛋白（BSA）均不引起Ab产生，只有注射适宜剂量BSA（10-7M）才致高水平的Ab产生。Mitchison将抗原剂量太低及太高引起的免疫耐受，分别称为低带（low-zone）及高带（high-zone）耐受。抗原剂量过低，不足以激活T及B细胞，不能诱导免疫应答，致（抗原）低带耐受。以T细胞活化为例，抗原提呈细胞（APC）表面必须有10100个相同的抗原肽-MHC分子复合物，与相应数目的TCR结合后，才能使T细胞活化，低于此数目，不足以使T细胞活化。抗原剂量太高，则诱导应答细胞凋亡，或可能诱导抑制性T细胞活化，抑制免疫应答，呈现为特异负应答状态，致高带耐受。T与B细胞一旦形成耐受，会持续一段时间。通常T细胞耐受易于诱导，所需抗原量低，耐受持续时间长（数月数年）；而诱导B细胞耐受，需要较大剂量的抗原，B细胞耐受持续时间较短（数周）。2抗原类型及剂型 天然可溶性蛋白中存在有单体（monomer）分子及聚体（aggregates）分子。以BSA免疫小鼠，可产生Ab。若将BSA先经高速离心，去除其中的聚体，再行免疫小鼠，则致耐受，不产生Ab。其原因是蛋白单体不易被巨噬细胞（Mf）吞噬处理，不能被APC提呈，T细胞不能被活化。蛋白聚合体则易被Mf吞噬处理和提呈，在Th的辅助下，B细胞产生相应 Ab。注射可溶性抗原，不能活化APC，易被降解排泄，不易诱发免疫应答；若抗原联合佐剂使用，可活化APC，可诱导正免疫应答。3抗原免疫途径 静脉注射及口服易致全身耐受。口服抗原，经胃肠道诱导派氏集合淋巴结及小肠固有层B细胞，产生分泌型IgA，发挥局部黏膜免疫效应，但却致全身的免疫耐受。这种“耐受分离”(split tolerance)现象有其实用意义（见第三节）。抗原经皮内或皮下免疫，会活化APC，激活特异T细胞的免疫应答。4. 抗原持续存在 在无活化的APC提供的共刺激信号下，单纯被自身抗原反复刺激的特异应答T细胞，易发生活化后凋亡，致对自身抗原的特异耐受。5. 抗原表位特点 以鸡卵溶菌酶 (HEL)蛋白免疫H-2b小鼠，致免疫耐受，现知HEL的N端氨基酸构成的表位能诱导调节性T细胞（Treg）活化，而其C端氨基酸构成的表位，则诱导Th细胞活化，用天然HEL免疫，因Treg细胞活化，抑制Th细胞功能，致免疫耐受，不能产生 Ab；如去除HEL的N端的3个氨基酸，则去除其活化Treg细胞的表位，而使Th细胞活化，Th-B细胞协同，B细胞应答产生 Ab。这种能诱导Treg细胞活化的抗原表位，称为耐受原表位（tolerogenic epitope）。6. 抗原变异 在易发生变异的病原体感染中，如人类免疫缺陷病毒（HIV）,丙型肝炎病毒（HCV）等病原体发生抗原变异后，不仅使机体原有免疫力失效，亦会因变异而产生模拟抗原，这类抗原能与一特异应答的T及B细胞表达的受体结合，却不能产生使细胞活化的第一信号，使细胞处于免疫耐受状态。（二）机体方面的因素 每个个体的免疫应答状态受客观环境因素的影响，呈动态变化。可根据个体所处的环境分析免疫应答程度和耐受程度。第二节 免疫耐受机制免疫耐受按其形成时期的不同，分为中枢耐受及外周耐受。中枢耐受(central tolerance)是指在胚胎期及出生后T与B细胞发育的过程中，遇自身抗原所形成的耐受。外周耐受（peripheral tolerance）是指成熟的T及B细胞，遇内源性或外源性抗原，不产生正免疫应答，而显示免疫耐受。两类耐受诱因及形成机制有所不同。一、中枢耐受当T细胞在胸腺微环境中发育，编码TCR的V区基因片段（链V区为V、D、J基因片段；链V区为V、J基因片段）发生随机重排，会产生识别自身抗原的TCR，发育至表达功能性抗原识别受体（TCR-CD3）阶段，这类TCR与微环境基质细胞表面表达的自身抗原肽-MHC分子复合物呈高亲和力结合可启动凋亡程序被清除而发生阴性选择，致克隆消除。B细胞发育到不成熟B细胞阶段，其细胞表达mIgM-Ig/Ig BCR复合物，当它们在骨髓及末梢中与自身抗原呈高亲和力结合时，亦被克隆消除。表达对自身抗原识别的B细胞受体（BCR）的克隆，亦可因受体编辑（receptor editing），形成新的BCR的B细胞克隆，不再对自身抗原应答。T及B细胞发育阶段经受的克隆消除，显著减少生后的自身免疫病的发生。 诱导胸腺及骨髓中克隆消除的自身抗原有两类：一类是体内各组织细胞普遍存在的自身抗原(ubiquitous self-antigen)，它们亦表达于胸腺及骨髓基质细胞，诱导克隆消除。另一类为组织特异抗原（tissue-specific antigens）。近来研究发现，部分内分泌相关蛋白，如胰岛素及甲状腺球蛋白，可表达于胸腺髓质区上皮细胞，这类蛋白虽为组织特异性，由于受自身免疫调节基因（autoimmune regulator gene, AIRE）编码蛋白调控，亦可在胸腺髓质上皮细胞的表达，从而发生针对组织特异性抗原T细胞克隆的消除。若AIRE基因缺陷，这些蛋白不能在胸腺髓质上皮细胞表达，相应自身反应性T细胞可能逃逸阴性选择而进入外周血，可引起多器官特异自身免疫病。在胸腺内，若Foxp3基因突变，则不能产生Treg细胞，易致自身免疫病，显示为免疫调节障碍。有些体内外周器官表达的组织特异性抗原，并不在胸腺及骨髓基质细胞表达，对这些组织特异性自身抗原应答的T及B细胞克隆不被消除，它们发育成熟，输至外周，但处于克隆无能（clonal anergy）或克隆不活化（clonal inactivation）状态。这些自身应答性T及B细胞有致自身免疫病潜在危险。二、外周耐受诱导外周T及B细胞发生免疫耐受的抗原，分自身抗原及非自身抗原两类，其耐受形成机制不尽相同。（一）克隆清除及免疫忽视对外周组织特异性自身抗原应答的T及B细胞克隆，不能均在胸腺/骨髓中被消除，它们离开胸腺后，存在于外周淋巴器官及组织中，有机会接触自身抗原。如T细胞克隆的TCR对组织特异自身抗原具有高亲和力，且这种组织特异自身抗原浓度高者，可经抗原提呈细胞（APC）提呈，但此类未经活化的APC表达的辅助刺激分子很少，不能提供第二信号，致此类被自身抗原活化的T细胞发生凋亡，克隆清除。如T细胞克隆的TCR对组织特异自身抗原的亲和力低，或这类自身抗原浓度很低，虽未由活化的APC提呈，因缺乏第二信号，不足以活化相应的初始T细胞，这种自身应答T细胞克隆与相应组织特异抗原并存，在正常情况下，不引起自身免疫病的发生，称为免疫忽视（immunological ignorance）。若将免疫忽视细胞以适宜量的自身抗原刺激，仍可致免疫正应答。（二）克隆无能及不活化在外周耐受中，自身应答细胞常以克隆无能或不活化状态存在。克隆无能及不活化可能由多种原因所致，最常见者是由不成熟树突状细胞（iDC）提呈的自身抗原，虽经TCR-CD3活化，产生第一信号，但iDC不充分表达B7及MHC 类分子，且不能产生IL-12，不能产生第二信号。组织细胞虽表达自身抗原，但不表达B7及CD40等协同刺激分子，因此也只有第一信号，而无第二信号，细胞不能充分活化，呈克隆无能状态。自身应答B细胞亦以类似原因，呈免疫耐受状态。无能B细胞寿命较短，易由FasL+ Th细胞诱导其表达Fas，而致细胞凋亡、克隆清除，故B细胞耐受持续较短。（三）免疫调节细胞的作用上世纪90年代，发现人与小鼠体内的CD4+CD25+Foxp3+的Treg细胞，其具有负调节作用，在胸腺中，经发育产生的Treg细胞称自然产生Treg细胞，Treg细胞经细胞-细胞间的直接接触，抑制CD4+及CD8+T细胞的免疫应答。后天亦可诱导产生Treg细胞及具有免疫抑制功能的其他类型的T细胞，它们经分泌IL-10及TGF-等细胞因子，抑制iDC分化为成熟DC，促进iDC诱导免疫耐受，及抑制Th1及CD8+T细胞功能。（四）细胞因子的作用 除上述具有抑制作用的T细胞分泌的抑制性细胞因子外，细胞存活及生长因子的水平，亦涉及免疫耐受。如前所述，由胸腺及骨髓迁出的对外来抗原应答的淋巴细胞，仍保持有对自身抗原的低应答。外周淋巴器官中初始T及B细胞，在未遇外来抗原前，由于其对自身抗原的低应答，T及B细胞分别在IL-7及B细胞活化因子(B-cell-activating factor , BAFF)细胞因子刺激下，得以存活，并进行有限的增殖，维持外周淋巴细胞库容。（五）信号转导障碍与免疫耐受 在T及B细胞的活化过程中，活化信号经信号转导途径最终活化转录因子，启动相应基因，使细胞增殖并分化，表达效应功能。此过程亦受负信号分子反馈调控。如果这些负调控分子表达不足或缺陷，会破坏免疫耐受，致自身免疫病。（六）免疫隔离部位的抗原在生理条件下不致免疫应答脑及眼的前房部位为特殊部位，移植同种异型抗原的组织，不诱导应答，移植物不被排斥。这些部位被称为免疫隔离部位（immunologically privileged sites）。第三节 免疫耐受与临床医学免疫耐受与临床疾病的发生、发展及转归密切相关。生理性的免疫耐受对自身组织抗原不应答，不发生自身免疫病；病理性的免疫耐受，对感染的病原体或肿瘤细胞抗原不产生特异免疫应答，不能执行免疫防卫功能，则疾病发展及迁延。在临床的一些治疗中，希望建立免疫耐受，达治疗目的，如对同种异体器官或异种器官的移植，若能使受者的T及B细胞对供者的器官组织特异抗原不发生应答，则移植物可长期存活。免疫耐受的打破，会致不同临床后果。打破生理性的对自身组织抗原的耐受，则自身应答性T及B细胞克隆被活化，发生自身免疫病；反之，打破对感染性病原体及肿瘤的免疫耐受，使适宜的特异免疫应答得以进行，则有助于清除病原体及杀伤肿瘤，疾病得以控制及治愈。为临床治疗目的，打破或建立免疫耐受，多处于临床前实验阶段，直接进入临床试验及治疗者尚少。一、 建立免疫耐受建立免疫耐受，可从抑制特异免疫应答及拮抗免疫原两方面入手。 1口服免疫原 口服免疫原，可致局部肠道黏膜特异免疫，但抑制全身免疫应答。试用口服热休克蛋白HSP65，治疗RA有一定效果，其机制可能与诱导Treg细胞有关。2静脉注射抗原 在器官移植前，静脉注射供者的表达同种异型抗原的血细胞，能建立一定程度的免疫耐受，延长移植器官的存活。3移植骨髓及胸腺 前已提及，T细胞及B细胞分化发育阶段，接触适量抗原，可通过阴性选择，诱导免疫耐受。在小鼠实验中，于同种异型器官移植前，植以同种异型骨髓及胚胎胸腺，既可预防移植物抗宿主反应（GVHR），又可延长移植物存活时间。4转染基因 在同种异基因的器官移植中，排异发生于受者淋巴细胞对同种异型基因产物的识别，将此同种异型基因转染入受者骨髓干细胞，其分化产生的T细胞及B细胞，视此同种异型抗原为自身抗原，移植此类供者器官，则不被排斥。5脱敏治疗 在型速发型超敏反应中，皮下多次注射小剂量变应原，可诱导IFN-g及TGF-b产生，抑制IgE型抗体产生，促进IgG的产生，达脱敏目的。6防止感染 自身免疫病常因感染而诱发。由于病原体的某些抗原与自身组织抗原的相似性（mimicry），病原体感染可诱导产生的效应免疫细胞，不仅可杀伤病原体感染细胞，而且对自身组织细胞亦有攻击作用。另一方面，感染所致的树突状细胞的成熟与活化，及Th细胞的旁路作用，亦可导致自身反应性细胞的活化、增殖。防止感染可减少自身免疫病发生，或使之缓解。7诱导产生具有特异拮抗作用的调节性细胞小鼠EAE是特异Th1细胞的应答所导致的病理过程，此特异Th1细胞表达的独特型TCR，可经独特型-抗独特型网络调节，诱导抗独特型T细胞产生，抗独特型T细胞拮抗效应Th1细胞功能，从而抑制EAE。8自身抗原肽拮抗剂的使用 在致自身免疫病的自身抗原肽鉴定清楚后，可从人工肽库中，筛选其拮抗肽。应用拮抗肽拮抗抗原肽与相应T细胞及B细胞的TCR及BCR的结合，抑制诱导免疫应答。二、 打破免疫耐受在慢性感染及肿瘤患者中，常因诱导免疫应答的条件缺陷，如缺乏活化型辅助刺激分子，及Treg占优势，导致免疫耐受的发生；提供相应条件，可望恢复免疫应答。1免疫原及免疫应答分子用于肿瘤免疫治疗 在瘤细胞表面不易形成足够的抗原肽-MHC分子复合物，不足以活化免疫应答T细胞。此外，肿瘤患者的抗原提呈细胞亦有缺陷，如B7、CD40表达水平下调等可致第二信号缺陷。为此，相应纠正措施有：经基因克隆TSA/TAA，产生足量重组蛋白，可作为肿瘤抗原疫苗；对瘤细胞转染以MHC基因及B7或CD40基因，提高MHC分子及B7分子在瘤细胞表面的表达水平，通过提供T细胞活化的第二信号，增强其免疫应答；TSA免疫原性通常较低，显示“免疫耐受”，以同源异种分子免疫，可增强其免疫原性，打破免疫耐受。2抗免疫抑制分子及调节性T细胞用于肿瘤免疫治疗 抗CTLA-4单抗可阻断CTLA-4对免疫应答的负调控作用。3细胞因子及其抗体的合理使用 IFN-g能诱导Mf及APC上调MHC类分子，增强抗原处理及提呈能力。IFN-g自身及其诱导的Mf产生的IL-12可诱导Th1细胞功能，增强迟发型超敏反应及效应CTL产生。4多重抗感染措施，防止病原体产生抗原拮抗分子 易突变病毒，如HIV和HCV，在感染过程中，因病毒突变产生抗原拮抗分子，则病毒长期复制，病程迁延。在HIV感染早期，及时采用综合药物疗法，抑制病毒的逆转录酶及蛋白酶，从多种途径切断病毒复制，可使绝大多数病毒消失，其突变机率显著降低，疾病得以缓解。免疫耐受的产生及调节其产生的机制，仍待仔细研究，深入揭示。10