第二节　适应性免疫应答机制

适应性免疫是指抗原特异性T及B淋巴细胞接收抗原刺激后，经自身活化、增殖、分化为效应细胞，产生一系列生物学效应的全过程。根据参与免疫应答细胞种类及其机制的不同，可分为B细胞介导的体液免疫应答和T细胞介导的细胞免疫应答两种类型。体液免疫以产生抗体起作用，尤其是特异抗体的中和作用最为关键，但是抗体只能结合感染细胞外或细胞膜表面的相应抗原，要清除寄生在宿主细胞内的病毒，细胞免疫起着更为重要的作用。

一、病毒抗原的加工与提呈

病毒抗原的加工提呈是适应性免疫应答的启动及效应发挥的前提，尤其是T细胞介导的细胞免疫应答与抗原提呈途径密切相关。T细胞不能直接识别游离抗原，只能识别抗原提呈细胞加工处理过的MHC-分子-抗原肽复合物。尽管B细胞可直接识别某些病毒成分，但B细胞的活化和分化有赖于T细胞的辅助。因此，抗原有效提呈对机体启动适应性免疫防御机制十分重要。

MHC分子或称MHC抗原是表达于细胞表面的糖蛋白，除作为移植抗原外，还与抗原提呈及免疫应答的调控相关。根据分子结构不同分成三类：即Ⅰ类分子、Ⅱ类分子和Ⅲ类分子。人类的 MHC 分子称为人类白细胞抗原（human leucocyte antigen，HLA），亦分为 HLA-Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ三类分子。不同类型病毒抗原可通过MHC-Ⅰ类或Ⅱ类分子途径被加工和提呈给不同类型的T细胞识别，启动细胞免疫应答。

1.MHC-Ⅰ类分子途径

MHC-Ⅰ类分子几乎存在于所有体细胞表面，病毒感染宿主细胞后，其DNA可与宿主细胞基因组DNA整合，进而由宿主细胞表达相应产物，故病毒蛋白属内源性抗原。内源性病毒蛋白由蛋白酶体酶降解为8～12个氨基酸残基的抗原肽，具有免疫原性的抗原肽经抗原转运蛋白（TAP）转运至内质网，与内质网里的MHC-Ⅰ类分子形成稳定的抗原肽-MHC-Ⅰ类分子复合体。该复合体经高尔基体转运至细胞表面，被CD8⁺T细胞的TCR识别，活化的CD8⁺CTL继而对病毒感染的细胞发挥杀伤效应（图3-10-3）。

2.MHC-Ⅱ类分子途径

MHC-Ⅱ类分子主要分布在活化的T细胞、树突状细胞、巨噬细胞及B细胞等专职性的抗原提呈细胞（antigen presenting cell，APC）膜表面，并结合这些专职性抗原提呈细胞摄取加工处理的外源性抗原片段。细胞外病毒可被吞噬细胞吞饮，而表达于细胞表面的病毒蛋白可被内吞，二者在溶酶体酶酸性囊泡中水解为15～20个氨基酸残基的肽段，在内质网内合成的MHC-Ⅱ类分子经高尔基体转移至溶酶体内后，再与抗原肽结合而形成MHC-Ⅱ类分子-抗原肽复合体转移至细胞表面，被CD4⁺T细胞的TCR识别（图3-10-3）。CD4⁺T细胞所识别的抗原肽-MHC-复合体不仅限于上述专职性的抗原提呈细胞。某些细胞在细胞因子（如干扰素）的诱导下MHC-Ⅱ类抗原的表达上调，亦能将抗原提呈给CD4⁺T细胞，这类细胞称为非专职性APC。活化的CD4⁺Th通过释放大量的细胞因子调节并活化CTL继而发挥抗病毒作用。

在病毒感染中两种提呈方式并非截然分离，可出现交叉提呈的方式。病毒必须在活细胞中增殖，故病毒在感染过程中，主要以MHC-Ⅰ类分子途径提呈抗原，诱生CD8⁺CTL活化为主的细胞免疫应答。此外，感染细胞释放的病毒颗粒或病毒抗原可经MHC-Ⅱ类分子途径提呈抗原，激活CD4⁺Th细胞介导的免疫应答。应用灭活疫苗或纯化的病毒抗原进行免疫时，因缺乏复制性活病毒，完全以外源性抗原形式被提呈，故仅诱导CD4⁺Th活化和抗体产生，一般缺乏CD8⁺CTL介导的细胞免疫效应。

二、体液免疫应答的作用

一般认为病毒基因编码的所有蛋白均可诱导抗体产生，但只有针对表达于病毒或受染细胞表面糖蛋白的抗体才具有控制病毒感染的作用，这类与病毒结合后能消除病毒感染能力的抗体称为中和抗体（neutralizing antibody）。病毒在细胞内复制的特点决定体液免疫在抗病毒感染中作用有限，且病毒感染诱生的不同类型抗体的作用机制亦不尽相同，其主要机制如下：

1.中和作用

病毒表面抗原刺激机体产生特异性中和抗体，能与相应病毒结合，阻止病毒吸附于易感细胞，或穿入细胞内，抑制病毒血症，防止病毒向附近组织或全身扩散，并对预防病毒再次感染有重要作用。中和抗体的主要作用对象是游离于细胞外的病毒，后者仅见于感染早期尚未进入细胞的病毒，或因感染细胞裂解或以芽生的方式释放至细胞外的病毒。发挥中和作用抗体的类型包括IgA、IgG和IgM。其中分泌型抗体IgA（secretory immunoglobulin A，sIgA）存在于黏膜局部，可阻止病毒吸附于呼吸道或消化道黏膜细胞。血清内特异性IgG和IgM抗体可与病毒结合发挥清除病毒的作用。一旦病毒进入细胞并进行复制，中和抗体则无法发挥作用，不能单独清除已感染的细胞。

2.调理作用

调理作用（opsonization）是指抗体与病毒抗原形成复合物，通过抗体分子的Fc端与吞噬细胞的Fc受体结合，而促进吞噬细胞对病毒的吞噬和清除。具有调理作用的抗体主要是血清中IgM及IgG。此外，一些补体的裂解片段亦具有调理作用。

3.激活补体作用

抗体与病毒抗原形成复合物可通过激活补体经典途径发挥抗病毒作用，主要作用机制如下：①激活补体后形成攻膜复合物（membrane attack complex，MAC）可直接裂解有包膜的病毒；②激活补体过程中所产生的补体片段如C3a、C5a等具有趋化功能，趋化吞噬细胞抵达感染局部；③激活补体过程中所产生的补体片段如C3b、C4b结合病毒颗粒上，通过其与吞噬细胞的C3b、iC3b、C4b受体的结合，可促进吞噬细胞对病毒的吞噬和清除，所谓补体介导的调理作用；④抗体在补体的共同作用下可裂解病毒感染的细胞，该作用只有在细胞表面病毒抗原密度到达5×10⁶时才能奏效。IgM激活补体能力最强，其次是IgG1和IgG3，IgG2激活作用较弱；IgG4及IgA的凝聚物可通过旁路途径激活补体。

4.抗体依赖细胞介导的细胞毒作用

抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（antibody dependent cellular cytotoxicity，ADCC）是指抗体与感染细胞表面的病毒抗原结合，通过抗体分子的Fc端与NK细胞、巨噬细胞表面的Fc受体结合，从而增强了杀伤细胞对病毒感染细胞的细胞毒效应。ADCC的杀伤活性在细胞表面病毒抗原密度到达1×10³时即可发挥作用。介导ADCC作用的抗体主要是IgG型，效应细胞表面的Fc受体主要为FcγR。

三、细胞免疫应答的作用

虽然局部和全身的抗体可阻止溶细胞病毒从被其杀伤的宿主细胞中释放出来后的扩散，但是仅靠抗体不足以对付从细胞中发芽出来的感染性颗粒，这些颗粒可能不与抗体接触就蔓延到邻近的细胞。此外，病毒是专性胞内寄生的病原体。因此，细胞免疫在清除病毒感染细胞中起着决定性作用。

（一）CD8⁺Tc细胞的作用

细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL，Tc）的杀伤性作用具有病毒特异性，一般出现于病毒感染后7天左右。由于病毒在细胞内复制的早期即可表达病毒抗原，CTL可在病毒尚未装配成完整的感染性颗粒之前发挥识别杀伤靶细胞的作用。CTL主要作用于病毒复制部位，清除病毒感染细胞和抑制细胞内病毒复制，在病毒感染的恢复中起重要作用。

CTL对病毒感染细胞的特异性杀伤作用须与靶细胞接触，对旁邻细胞无损害，并可连续杀伤多个靶细胞。病毒抗原经由MHC-Ⅰ类分子提呈途径提呈给抗原特异性CD8⁺CTL识别并活化CTL。CD8⁺CTL的充分活化及分化成熟还需CD4⁺Th细胞释放的细胞因子和细胞表面协同刺激分子的相互作用。CTL杀伤效应具有抗原特异性及MHC-Ⅰ类分子限制性。过继转移实验为MHC限制的病毒特异的CTL的保护作用提供了重要证据。例如淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒（LCMV）感染时，具有有效免疫功能的动物产生强烈的特异CTL应答，导致病毒的清除。不产生CTL应答的小鼠，例如子宫内或新生期感染者，在病毒接种后发生产出性感染，病毒持续存在于实验动物的一生。然而，过继转移MHC限制的LCMV特异的CTL产生了有效的免疫重构并将病毒从动物体内清除掉。在人的过继转移实验中，转移CMV特异的CTL和不发生CMV肺炎相关联。

与NK细胞杀伤效应机制相似，CTL主要通过以下几种方式杀伤病毒感染的靶细胞：①活化的CTL向靶细胞释放穿孔素和颗粒酶。穿孔素与颗粒酶的联合作用在诱导靶细胞的凋亡中发挥协同作用，穿孔素在靶细胞膜上构筑孔道，有利于颗粒酶进入靶细胞并重新分布，聚集在裂解的靶细胞部位。颗粒酶B亦可通过受体介导的胞吞作用进入细胞，激发病毒感染细胞凋亡。颗粒酶B（granzyme B，GraB）是诱发细胞凋亡活力最强的酶，其主要是通过诱导caspase 10和caspase 8是诱发细胞凋亡。②活化CTL高表达Fas，与靶细胞膜表面Fas分子相互作用，经Fas/FasL途径启动死亡信号而活化凋亡途径。此外，CTL还可分泌一系列的细胞因子，如TNF-α、IFN-γ等，直接杀伤病毒感染细胞并阻止病毒复制，这些细胞因子还可募集并活化其他类型的免疫细胞，起着免疫调节的效应。

CTL在体内的抗病毒作用机制可通过以下实验方案加以验证：①将特异性CTL细胞亚群或CTL克隆过继转移到感染的动物，观察病毒的清除；②注射特异性单克隆抗体以去除动物体内CD8⁺或CD4⁺T细胞，可观察到病毒感染加剧；如过继转移CD8⁺T细胞或CD4⁺T细胞给上述动物，可以控制病毒感染。此外，目前已有相应基因小鼠用于阐明免疫系统中抗病毒免疫机制的多重性。

（二）CD4⁺Th细胞的作用

多数CD4⁺T细胞为辅助性T细胞（helper T cell，Th），其TCR特异性识别并结合抗原提呈细胞表面的MHC-Ⅱ类分子-抗原肽，在特定细胞因子的诱导下，由成熟未致敏的Th0细胞分化为Th1、Th2、Th9、Th17、Th22、Treg及Tfh等不同细胞亚群。这些不同亚群 CD4⁺Th通过释放不同的细胞因子，在机体内发挥不同的效应功能（图3-10-4）。其中与病毒感染性密切相关的亚群主要有Th1、Th2、Th17及Treg等。

1.Th1/Th2细胞平衡

Th1型细胞可分泌IL-2、IFN-γ和TNF-α等细胞因子，主要与细胞免疫应答的激发相关，如参与巨噬细胞的募集和活化，促进CTL增殖、分化，辅助IgG 2a亚型抗体的产生；而Th2型细胞分泌IL-4、IL-5和IL-10等细胞因子，与激活B细胞和体液免疫有关。生理条件下，机体的Th1与Th2细胞处于相对平衡状态，一旦平衡失调则发生疾病。Th1与Th2细胞的特征及其介导的生理和病理效应见表3-10-2。

2.Treg细胞负调控作用

调节性 T 细胞（regulatory T cell，Treg细胞）是一个广义的概念，指的是一类具有负调节作用的T细胞亚群。调节性T细胞以免疫负向调节的方式来抑制着自身反应性T细胞的作用，对多种刺激呈低反应状态，并能抑制CD4⁺和CD8⁺T细胞的活化、增殖及其细胞因子的分泌。调节性T细胞种类繁多，根据其来源及作用特征可分为：①自然调节 T 细胞（natural regulatory T cell，nTreg）：直接从胸腺分化而来，占外周血 CD4⁺细胞的 5%～10%；②适应性调节性 T 细胞（inducible regulatory T cell，iTreg）或称为诱导性调节性T细胞。由初始CD4⁺T细胞在抗原和特定的细胞因子诱导产生，如分泌的转化生长因子β（TGF-β）为主的Th3及分泌IL-10为主的Tr1；③新近发现，CD8⁺T细胞也存在一群具有抑制CD4⁺效应T细胞作用的调节性T细胞（如CD3⁺CD8⁺CD2^-CD25⁺Treg）。尽管Treg的免疫抑制作用已十分肯定，但有关这些不同类型Treg特异性表面分子标志、诱生分化过程及其与免疫系统其他细胞及分子间的作用机制等尚未完全阐明。

具有免疫抑制效应的Tregs表达的标志性分子有多种，但其多数表面标志均为非特异性，如 CD25、GITR（肿瘤坏死因子受体）、CTLA4（细胞毒性 T 淋巴细胞相关抗原 4）、CCR4、CCR7及CD127等。通常情况下，小鼠Treg的表面标志为CD3⁺CD4⁺CD25⁺Foxp3^high；人Treg的表面标志为CD3⁺CD4⁺CD25⁺CD127^low/-。

3.Th17亚群的炎症效应

Th17细胞是一类分泌IL-17A、IL-17F、IL-21及IL-22等细胞因子的辅助性T细胞亚群。Th17的主要功能是通过IL-17A及其受体发挥作用。此外，Th17细胞还可分泌趋化因子CCL20，其受体为CCR6，多表达于树突状细胞及单核巨噬细胞等，在炎症发生时介导这些细胞的迁移并参与B细胞的成熟及活化。除了Th17外，NK细胞、NK T细胞、γδT细胞等固有免疫细胞也具有释放IL-17A的作用。IL-22属于IL-10细胞因子家族成员。IL-22不仅可以由Th17细胞分泌，也可以由Th22、自然杀伤细胞22（NK22）等其他细胞产生，参与保护和修复组织损伤以及急性期炎症反应，并在黏膜固有免疫中起重要作用。

RORγt是Th17细胞形成的标志性转录因子。在TGF-β以及IL-6的共同作用下，人类Th0细胞分化为能分泌IL-17A、IL-17F的Th17细胞，而IL-23可促进Th17细胞并诱导其释放IL-22。RORγt是类固醇核受体家族的一员，它具有三个结构域：一个保守的DNA结合结构域（带有两个与DNA结合的锌指结构位点）、一个保守的配体结合结构域（带有一个C端AF2结构，用于招募辅助受体）、一个连接上述两个结构域的中间结构。RORγt与其配体结合之后，靶向与DNA结合，同时招募辅助受体与组蛋白乙酰化酶与甲基化酶，最终刺激IL-17A基因的表达。RORγt是促进Th17细胞分化增殖的关键性转录因子，且RORγt的表达、稳定性及其活性的动态调节决定了Th17的功能发挥。

Th17与多种自身免疫病的发生发展存在密切的关系，如类风湿关节炎、多发性硬化、炎性肠病及银屑病等。已有文献报道，在这些自身免疫病的发病期可在血清中测到IL-17A水平的上升，同时在炎症局部病灶也测到Th17细胞的浸润。这些证据支持Th17细胞与自身免疫病组织炎症发生密切相关。然而，Th17细胞最初的功能并非诱导自身免疫病，而是参与Th1及Th2细胞无法抵御的某些特定病原体的清除过程，如大肠埃希菌、沙门菌、肺炎克雷伯菌、百日咳杆菌等细菌及新型隐球菌、白念珠菌等真菌感染均引发机体产生强烈的Th17的应答。近年来，越来越多的研究发现病毒也可以诱导Th17细胞的应答。在HBV慢性感染患者及HCV急性感染患者血清中均可观察到IL-17水平的升高，可能与乙型肝炎的慢性化和丙型肝炎急性肝损伤相关。在HIV感染的早期亦可测到产生IL-17的CD4⁺T细胞，但在慢性感染患者体内未测及Th17细胞。Th17细胞对病毒感染性疾病的具体作用机制尚不明确。

CD4⁺T细胞除了上述亚群外，还有Th9、Th22、Tfh等不同亚群。如上所述，不同细胞因子及转录因子在不同亚群CD4⁺分化过程中起着至关重要的作用，如IL-12/IFN-γ与转录因子T-bet在Th1细胞分化中起重要的调控作用，这些分化的Th细胞亚群具有不可逆性。新近，越来越多的数据支持不同GATA-3与Th2分化密切相关，TGF-β与foxp3调控Treg细胞的分化，而IL-6/TGF-β与转录因子RORγt促进Th17细胞分化。既往的观点认Th细胞亚群间可相互转化，具有一定的可塑性。2015年，耶鲁大学的Richard A.Flavell课题组在Nature杂志发表论文提出，Th17细胞在一定条件下可被诱导分化为Treg（主要是Tr1）。在EAE模型中发现，介导局部炎症发生的Th17细胞可能是一种同时具有释放IL-17A和IFN-γ的双阳性细胞。此外，近年发现一些CD4⁺T细胞也具有杀伤病毒感染细胞的活性。在麻疹病毒感染中，细胞毒性CD4⁺T细胞可识别表达MHC-Ⅱ类分子的病毒感染的靶细胞。这些研究使得原有的Th细胞亚群的分类方法及其功能变得更加错综复杂。然而，这也给我们提出新的命题，Th细胞亚群的分化调控及其作用机制尚有很多未知的内容，期待着我们去深入探讨。

（三）记忆性T细胞及长效的免疫保护

1.记忆性T细胞的来源、分类及功能

免疫记忆是机体免疫系统功能的重要特征。在抗原诱导适应性免疫应答的后期，多数的效应细胞发生死亡，少数免疫细胞分化为记忆性T细胞（memory T cell，Tm）、记忆性 B 细胞（memory B cell，Bm）等。记忆性 T 细胞在体内存活时间可长达数年，甚至终身存在。在机体遭遇相同抗原时，引发机体产生快速而强烈的免疫应答。人的记忆性B细胞主要的表面标志为CD27⁺IgD^+/-，分布于脾脏滤泡、淋巴结、派尔集合淋巴结等外周免疫组织中。Bm表达高亲和力的抗原识别受体，在抗原再次刺激后，能迅速分化为浆细胞，分泌IgG、IgM、IgA等五类免疫球蛋白。

初始、效应及记忆性T细胞主要的表面标志见表3-10-3，其在人中央型及效应型记忆性T细胞表达水平见图3-10-5。

2.记忆性T细胞形成及维持的影响因素

记忆性T细胞在机体的免疫系统抵抗相同病原微生物的入侵、抗肿瘤免疫效应及慢性移植排斥反应的发生等过程都发挥极其重要的作用。然而，关于记忆性T细胞形成、生存及维持还存有许多疑问，多数的理论尚处于假说阶段。