临床免疫学-红细胞免疫.doc

临床免疫学-红细胞免疫
(Immunity of Erythrocyte)

早在1930年Duck等在患锥虫病病人和动物的血液中发现，抗体和补体包被的锥虫可以被红细胞结合。1953年Nelson于体内及体外试验观察到微生物与相应的抗体及补体形成的复合物能粘附于哺乳动物红细胞上，并能增强白细胞的吞噬功能，Nelson称此现象为红细胞免疫粘附(red cell immune adherence,RCIA)，认为这种免疫粘附现象是宿主防御机制的一部分，免疫粘附的基础是红细胞膜上的C3b受体。1980年Fearon从红细胞膜上分离到了这种受体，进一步证实了红细胞的免疫粘附功能。随着对红细胞免疫功能认识的加深，1981年美国免疫生殖学家Siegel等根据其他学者和自己的工作，明确提出红细胞不仅具有呼吸功能，而且具有与白细胞相似的免疫功能，即识别和递呈抗原，提高吞噬细胞的吞噬功能，增强杀伤细胞的杀伤活性等，从而于1982年提出了“红细胞免疫系统”的新概念。这一假说被国内外学者所关注，并进行了大量的研究工作，发现越是高等动物(尤其是人)，其红细胞免疫功能越健全，红细胞数目众多，它的免疫功能是白细胞无法代替的。
我国自1982 年开展红细胞免疫研究工作以来，取得了很大成绩。1989年7月在上海召开了第一届全国红细胞免疫研讨会，于1991年6月在成都召开了第二届研讨会。于1993年12月正式成立“中国免疫学会基础免疫专业委员会红细胞免疫专业学组”，随后于1995年10月召开了第四届研讨会，于1996年4月在黄山举行了“红细胞免疫技术讨论会”，这些学术活动对于推动我国红细胞免疫的深入研究起了重要的作用。
一、 红细胞的C3b受体
红细胞呈现免疫粘附现象发生免疫效应，是通过红细胞表面的C3b受体（C3bR，又称为complement receptor type 1, CR1）实现的。
(一) C3b受体的一般性质 C3bR是一种存在于多种细胞膜上的多态性膜糖蛋白，其分子量为16～25kD，其活性可被胰酶、番木瓜酶、糜蛋白酶、鞣酸、甲醛及强酸强碱破坏，pH值6.7～7.3最适于红细胞免疫粘附(RCIA)。C3bR有四个同种异型，其分子量和基因频率分别为：①19kD(0.83)；②220kD(0.16)；③160kD(0.01)；④250kD(<0.01)。每个红细胞膜上的C3bR数约950个，其C3bR数与白细胞C3bR数的比值为21∶1(表2231)。因此，循环系统中C3b受体总数的95%位于红细胞表面，虽然每个红细胞C3b受体密度仅为白细胞的1/20～1/60，但血液中红细胞的总数则是白细胞的1 000倍，故在循环系统中产生免疫粘附作用的细胞主要是红细胞群。C3b和C4b均能结合于C3b受体，但C3b仅需少量（约60个分子/细胞）即可发生RCIA，而C4b则需较大数量（>2 500个分子/细胞）。另有学者报道红细胞表面还存在非补体依赖性的免疫粘附位点，认为可能是Fc受体。
表2231各类血细胞膜上的C3bR数量
[HJ*4]
细胞类别C3bR数(每个细胞)细胞数(每ml血)C3bR数(每ml血)红细胞C3bR总数/白细胞C3bR的总数
中性粒细胞570003.66×1662.08×101125∶1
B细胞210000.5×1061.00×1011486∶1
单核细胞480000.48×1062.06×1011248∶1
总白细胞2.391×101121∶1
红细胞9505.4×1065.1×1012
B细胞为淋巴细胞总数的20%。
(二) 红细胞C3b受体的生理功能 红细胞C3b受体的生理功能通常是通过与补体的作用来发挥的。
1. 红细胞C3b受体是补体激活系统的抑制剂 虽然已经证明C3b受体和C4b能特异性结合，但在高浓度时，单独C3b受体对细胞结合的C4b并没有不可逆的作用。C3b受体对C4b2a 的促进衰变作用可能是因为C3b受体和C2共同竞争C4b上的某一部位。C3b受体能促进C3bBb的解离，使C3bBbP和C3bBbNeF失活，C3b受体对C3bBbNeF 的失活作用至少比Ｈ因子高五倍。
红细胞C4b受体是I因子催化C3b裂解为iC3b的辅助因子，并促进C3d和C3c形成。体外实验结果表明，37℃形成C3b的浓度，在自身红细胞存在时比不存在时高2～3倍。如果红细胞预先用C3b受体多克隆抗体处理，则形成C3d的量根据抗体的量按比例减小。红细胞C3b受体对C5转化酶也有很大的抑制作用，但对后面的补体成份无影响。总之，红细胞和白细胞相似，细胞表面的C3b受体提供了对补体放大系统的酶的强抑制因子的局部浓度。由于补体系统不仅是补体自身稳定和保护性反应的重要物质，而且是导致机体免疫损伤的组份，当补体被外来因素激活，带有C3b的外来物质或其免疫复合物与细胞结合时，C3b受体对补体的作用， 可以防止细胞受到伤害。
2 红细胞C3b受体促进带有C3b或C4b的微生物和红细胞的结合 C3致敏的链球菌通过C3受体能与人白细胞和红细胞交联，这是因为C3附着到链球菌细胞壁PG-APS上，同时C3被白细胞和红细胞补体受体所识别，在细胞之间的结合起到桥梁作用。红细胞和肿瘤细胞之间形成花环，也是通过C3b和C3b受体起作用的。
红细胞通过C3b受体与附着有C3b的细胞结合，在体内起到了促进吞噬细胞的吞噬作用。在红细胞存在下，中性白细胞对酵母的吞噬作用明显加强。巨噬细胞对羊去唾液酸基的红细胞的吞噬作用被C3b受体的抗体所抑制，说明其中的C3b受体参与了吞噬作用。
3. 红细胞C3b受体与某些疾病的关系 现已发现许多疾病与红细胞C3b受体数目或活性有关。如癌症患者的红细胞免疫粘附受体活性比正常人低。又如患全身性红斑狼疮的成年人，C3b受体数目下降多达50%以上。而红细胞C3b受体的数目又与HLA抗原有关。
与健康机体红细胞比较，急性白血病、恶性肿瘤、再生障碍性贫血、缺铁性贫血、异常血红蛋白血症和结缔组织病患者的红细胞C3b受体活性均有不同程度的降低。
二、 红细胞的免疫功能
红细胞有多种免疫功能，是整体免疫系统不可缺少的组成成分，红细胞通过自身C3b的受体去识别、粘附、浓缩、杀伤抗原和清除有害物质，完成其免疫功能，具体表现在以下五方面：
(一) 清除循环免疫复合物 由于循环系统中约95%的C3b受体位于红细胞上，所以循环免疫复合物(CIC)在血流中与红细胞结合的机会超过白细胞，约为白细胞的500～1 000倍。因此，体内对清除循环免疫复合物起主要作用的是红细胞，而不是白细胞。Medaff的实验结果支持上述推测，作者将抗原-抗体-补体复合物与人血细胞悬液混合孵育，然后测定各类血细胞结合抗原-抗体-补体复合物的数量，结果表明，82%～84%的复合物结合于红细胞上， 而中性粒细胞与单个核细胞(包括Ｂ细胞和单核细胞)分别只结合了8.3%～15.2%和1.6%～5.8%的复合物。
Sherwood研究了红细胞粘附CIC后，CIC与红细胞命运及吞噬细胞所起的作用。实验发现：红细胞表面所粘附的CIC被转运到吞噬细胞上，吞噬细胞所接受CIC的多少与红细胞膜CIC的浓度呈平行关系，同时红细胞没有受到任何损伤或被吞噬。Tsuda用电影摄影法发现细菌粘附在红细胞上，而中性粒细胞则能从红细胞的表面除去细菌，留下完整的红细胞。
补体附着的免疫复合物（IC）与红细胞C3b受体的结合，依赖于抗原与抗体的含量之比。若抗原过量，则无结合现象。在补体充分的情况下，IgM-IC 和红细胞C3b受体结合比IgG-IC和红细胞C3b受体结合弱得多。来自红斑狼疮患者的dsDNA与补体结合的抗体形成的IC和红细胞亲和力很高，其结合常数达5×1010M-1以上。而每个红细胞上结合的IC数目只有40～91个，这种高亲和性和有限的结合数目表明IC是和C3b受体群结合的。
红细胞通过C3b受体和CIC结合，并将其携带至肝、脾等处将其清除，如肾小球肾炎，全身性红斑狼疮及破伤风类毒素和其抗体形成的CIC的清除，均与红细胞C3b受体有关。
(二) 促进吞噬作用 1953年Nelson用梅毒螺旋体和肺炎球菌等进行体外实验，发现被相应抗体致敏的螺旋体及球菌，在含有补体、红细胞及白细胞的混合物中，80%～95%的细菌能迅速被吞噬。Nelson 又将经抗体、补体调理过的肺炎球菌复合物注入猴体，发现100%的球菌粘附于红细胞。粘附的复合物较悬浮于血浆中未被粘附的更易被吞噬。RCIA的这种作用可以增强吞噬作用4～5倍。
1982 年Forslod 进一步解释了上述现象的作用机理。作者用C3b及IgG(兔抗酵母菌IgG)调理过的酵母菌与吞噬细胞一起孵育，当在实验体系中加入红细胞后，吞噬细胞对酵母菌的吞噬率比未加红细胞组增强了34%，细胞色素C浓度下降42.8%；当加入红细胞溶解产物后，其吞噬率增加78%，用过氧化氢酶及超氧化物歧化酶代替红细胞后，得到相似的结果。由此作者认为，首先红细胞通过RCIA作用粘附酵母菌，然后红细胞酵母菌复合物与吞噬细胞作用，由于红细胞内含有高浓度的过氧化氢酶（Cat）及超氧化物歧化酶（SOD）具有强力的抗氧化作用，能清除吞噬过程中产生的氧化代谢产物（ROM），从而促进吞噬作用（因ROM有抑制吞噬作用）。
(三) 识别和储存抗原 Garvey将3H标记的牛血清白蛋白注入新生家兔，用放射自显影方法研究了牛血清白蛋白在体内的转运过程。发现注入标记的抗原在6小时后，出现携带抗原的红细胞，12小时后，绝大部分抗原浓集于肝脏，携带抗原的红细胞在肝脏内和血循环中可持续存在4～6周以上。如果将家兔血清白蛋白注入新生家兔体内，则不出现上述现象，故认为新生兔的红细胞具有识别和储存抗原的能力，但其机制尚不清楚。
(四) 递呈抗原，增强T细胞依赖性反应 红细胞一方面与抗原或IC粘附有关，另一方面红细胞本身也能粘附于自身的胸腺细胞和T细胞上，形成自身玫瑰花环。Siegel 认为，红细胞对自身胸腺细胞和T细胞的粘附作用与RCIA相结合，使红细胞起一种使抗原与T细胞接近的媒介作用。作者在有或没有RCIA存在的情况下，在体外使兔胸腺细胞与绵羊红细胞接触，结果，RCIA和绵羊红细胞对自身胸腺细胞的粘附两种作用相结合，形成胸腺细胞与绵羊红细胞的聚合物，RCIA可使含绵羊红细胞抗原的聚合物中的胸腺细胞数增高大约15倍，与绵羊红细胞抗原直接接触的胸腺细胞数显著增高，因此红细胞的免疫功能与巨噬细胞相似，两者都能把抗原递呈给淋巴细胞，认为红细胞有增强T细胞依赖性反应。
（五) 效应细胞样作用 Siegel于1964年首次发现红细胞膜表面存在过氧化物酶及细胞色素氧化酶。RCIA的作用与红细胞膜上的过氧化物酶可能有功能上的联系，在红细胞粘附了抗原后，其粘附区的过氧化物酶活性明显增强，因此认为红细胞也起着杀伤细胞样的作用。如上所述，红细胞具有多种免疫功能，但也有许多因素可影响红细胞的免疫功能，主要有：①红细胞粘附抑制因子，Siegel从RCIA阴性的兔血清中发现了一种不耐热的抗原，该因子在58℃30分钟即被灭活，此因子的主要生物学功能是抑制RCIA功能，它不能通过胎盘，成年兔的抑制因子水平明显高于新生兔，这表明机体内存在有控制该因子合成的生理机制；②年龄，RCIA活性在不同年龄组有所不同，新生儿的RCIA活性明显高于母体，胎兔和新生兔的红细胞粘附活性明显高于母兔；③体外红细胞存放时间的影响，有的作者对库存血的红细胞粘附活性进行了测定，发现库存1天后红细胞C3b酵母花环率为8.52%，7天后为6.98%，14天后为5.94% ，因此RCIA活性随存放时间的延长而逐渐下降。
三、 红细胞对细胞免疫的调控
对红细胞参与免疫调控的研究发现，红细胞参与γ-干扰素，IL-1、2及Ig的产生，NK、 LAK细胞及吞噬细胞免疫活性的调控，而且本身也存在着自我调控系统。
(一) 红细胞对T细胞产生γ-干扰素等细胞因子的调控 1986年Keyes等发现人红细胞可增加T细胞产生γ-干扰素。如往实验管加自身红细胞到淋巴细胞悬液中(10∶1～50∶1)，发现加红细胞组的γ干扰素含量明显高于(4～10倍)不加红细胞的对照组，并且与加红细胞的数目呈正相关。红细胞对γ-干扰素的这种促进作用，与ABO血型类别无关。用溶解的红细胞膜代替完整的红细胞仍观察到类似促进作用，说明红细胞促进淋巴细胞产生γ-干扰素与红细胞膜表面成分有关。
(二) 红细胞对B淋巴细胞产生Ig的调控 Sigfusoon等在美洲商陆(PWM)刺激淋巴细胞转化的实验中发现，加自身红细胞可增加淋巴细胞转化率和培养液中IgG、IgA含量。
(三) 红细胞对NK细胞活性的调控 Shau在红细胞促进NK活性的对比研究中发现，当效应靶细胞为80∶1时，红细胞促NK细胞毒活性最高，红细胞与效应细胞比例在13∶1～40∶1之间时，红细胞都能促进NK细胞毒活性，但以5∶1时最强。并证明自身红细胞、同种异体红细胞、异种红细胞（如绵羊红细胞）都有显著增强NK细胞毒活性的作用。
(四) 红细胞对LAK细胞活性的调控 LAK细胞具有杀伤肿瘤细胞作用。制备LAK细胞常用菲可液除去红细胞，然后在培养液中加入IL-2刺激淋巴细胞，使其增殖活化，形成对肿瘤细胞具有很强杀伤力的LAK细胞。但用此法诱导LAK细胞的活力差。1988年Yannelli等发现在含有红细胞的淋巴细胞悬液中加入IL-2刺激时，比没有红细胞的淋巴细胞悬液中LAK细胞的产量更高、杀伤力更强，解决了LAK细胞产量和活力低的技术问题。
(五) 红细胞对淋巴细胞免疫粘附肿瘤细胞能力的调控 免疫细胞(包括淋巴细胞、红细胞、吞噬细胞)对靶细胞(如癌细胞)的免疫效应首先需要细胞间的直接接触。现已知T 细胞是依赖多种“粘附分子”与靶细胞粘附而活化的。活化的T细胞可释放多种淋巴因子与其他单核细胞因子互相配合杀伤靶细胞。郭峰曾发现红细胞可直接粘附肿瘤细胞。肿瘤细胞经新鲜血清调理后，红细胞粘附肿瘤细胞的能力显著增强。并发现淋巴细胞对血清调理过的癌细胞也有粘附作用。比较加或不加入红细胞时，发现红细胞能促进淋巴细胞免疫粘附肿瘤细胞。 充分认识到红细胞的免疫调控作用，可以纠正人们对免疫调控的片面认识，有助于改进已在试用的某些免疫疗法（如LAK 细胞和γ-干扰素）。另外，红细胞免疫调控的研究，对基础免疫学理论的深化和临床免疫学的发展，都将有促进作用。
四、 红细胞免疫的研究方向
(一) 红细胞免疫物质与遗传研究 红细胞具有多种免疫功能，寻找其发挥免疫功能的相应物质很重要。红细胞膜上有许多受体存在，有待去发现。最近发现红细胞上有CR3，这是一个重要发现，现已知吞噬细胞上有CR3与吞噬过程有关，红细胞有CR3，是否提示红细胞也具有对某些小抗原有吞噬、 释放过氧化物酶加以消毁的作用，和可直接识别某些细菌有关。现已证实吞噬细胞上CR3可结合大肠杆菌、 鼠伤寒沙门氏菌等。目前不仅知道95%的CR1存在红细胞膜上，而且CR1 在红细胞膜上呈簇状分布，在吞噬细胞上主要呈散在状分布。因此从总体上看，红细胞对CIC 及旁路激活粘附C3b分子的抗原（如肿瘤细胞、细菌等）的亲和力显著大于吞噬细胞，红细胞在清除CIC及病原微生物中占有重要地位。目前对红细胞CR1研究非常活跃，其基因定位于1号染色体q32区，CRmRNA多态性与CR1等位基因分子量多态性相关。对有核红细胞期CR1的cDNA分析，有望用DNA探针诊断红细胞CR1基因缺陷。
(二) 红细胞免疫与白细胞免疫之间关系 的研究国外学者已证明细胞上LFA-3与T辅助细胞CD2作用，激活其免疫功能，使IL-2受体表达增强，γ-干扰素分泌增加，B细胞生长因子增多，使其功能增强，免疫球蛋白增多。红细胞上CR1在I因子、H因子的配合下，将粘附在抗原上的C3b降解为iC3b， 增加了吞噬细胞对抗原的粘附，同时红细胞的SOD酶可消除吞噬过程中产生的阴离子，增强吞噬功能，使其产生IL-1，TNF能力增强。那么，白细胞免疫对红细胞免疫是否有影响。国内学者做了些工作，已证明胸腺素、转移因子对红细胞免疫粘附功能有增强作用，似乎说明白细胞免疫对红细胞免疫有调节作用，其机理不明。国外有关实验已证明γ-干扰素可诱导CR3mRNA的转移，而红细胞上有CR3，这为白细胞免疫影响红细胞免疫功能提供了理论依据。另外，不同发育阶段的红细胞是否与白细胞一样，释放各种因子参与机体免疫调控网络，值得深入研究。

(三) 红细胞免疫与神经-内分泌系统关系 的研究国外已证明神经内分泌活动代表产物β-内啡肽影响白细胞免疫功能，因白细胞膜上有β-内啡肽受体。现已知红细胞膜上有β-内啡肽接受点，国内研究资料初步证明β-内啡肽对红细胞免疫粘附功能有调节作用。但这种调节作用是否与剂量有关，值得进一步研究。红细胞膜上是否还有其他激素受体，在应激状态下红细胞免疫功能下降与哪些激素变化有关，仍需深入研究。
(四) 红细胞免疫与动物种系进化关系的研究 国内外大量研究资料证明灵长类(特别是人)红细胞免疫粘附功能最强，实验数据表明，按红细胞免疫粘附功能强弱排列次序是人、猴、犬、兔、豚鼠、大鼠、小鼠，这是否说明越是高等动物红细胞免疫功能越强，种系进化程度对红细胞免疫功能完善的影响，值得深入研究。
(五) 红细胞免疫在疾病诊治中应用的研究 国内外学者经大量临床研究，证明红细胞免疫功能的测定，对自身免疫性疾病、肿瘤、传染病等发病机理的探讨、疗效判定、转归都有辅助价值。在治疗上，制备LAK细胞有意将红细胞加入，可提高LAK细胞的产量和活性。从红细胞中提取SOD酶，制成商品已应用在抗衰老、增强机体免疫功能上，随着对红细胞免疫认识加深，将会有更多的红细胞免疫物质提纯，供研究和临床应用。
(六) 红细胞免疫在中医药研究上的应用 祖国传统医学的某些理论用免疫学理论与技术加以解释是一研究方向。目前已证明针炙对红细胞免疫功能有增强作用，肾虚、脾虚患者红细胞免疫功能有异常表现。中药中有免疫增强作用的大多是多糖类（如灵芝多糖、黄芪多糖等），而红细胞膜上有多糖受体，所以国内报道灵芝粉、黄芪有增强红细胞免疫功能是有其物质依据的。针炙对神经内分泌有作用，能调节红细胞免疫功能是否与此有关，值得深入研究。中医药对红细胞免疫学的研究有着广阔的前景，使红细胞免疫研究带有中国特色，对红细胞学研究将做出特殊贡献。

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