嶄新的系統(tǒng)血液固有免疫學研究

郭峰

系統(tǒng)免疫學是最新的免疫學研究領(lǐng)域，指在系統(tǒng)生物學更廣闊的范圍，從復雜系統(tǒng)工程的角度，對免疫系統(tǒng)的不同子系統(tǒng)與組成之間，研究在對免疫原的系統(tǒng)免疫反應(yīng)中各自如何發(fā)揮免疫功能以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機制的一門學科，可用多種相應(yīng)的數(shù)學公式與相關(guān)軟件進行深入探討[1-3]。以往采用分離免疫系統(tǒng)各組成的方法，分別對 NK 細胞、T 細胞等細胞免疫功能的研究已達到分子與基因水平，但用分離方法研究這些免疫細胞與免疫分子的免疫功能所獲得的成果，并不完全能說明它們在系統(tǒng)免疫反應(yīng)中真正的作用與角色。例如，從分離角度研究表明 DC 的免疫功能多樣而復雜，但它們在血液中數(shù)量極少，并且用分離方法也很難確定它們在系統(tǒng)免疫反應(yīng)中的作用與地位究竟如何，必須用系統(tǒng)免疫學的研究方法才能真正闡明清楚。為此，我們構(gòu)建了體外系統(tǒng)血液快速固有免疫反應(yīng)仿真實驗研究體系，用于現(xiàn)代系統(tǒng)免疫學中一個最重要的研究領(lǐng)域——系統(tǒng)血液固有免疫學的研究，這也是系統(tǒng)免疫學中最重要的研究窗口。血循環(huán)系統(tǒng)中存在一個血液固有免疫系統(tǒng)，對此系統(tǒng)進行深入研究將會給系統(tǒng)免疫學帶來新的突破。

1 現(xiàn)代系統(tǒng)免疫學的新概念

2001 年國際生物學研究領(lǐng)域首次提出系統(tǒng)生物學新概念[1]，此后國際上才有系統(tǒng)免疫學的新理論與實驗研究報道，但國際學術(shù)界提出的系統(tǒng)免疫學的新概念，仍然還只是指白細胞免疫系統(tǒng)中各白細胞子系統(tǒng)與組分之間復雜工程的研究[2]。事實上，血循環(huán)系統(tǒng)中發(fā)生的對外來致病原（抗原）的系統(tǒng)免疫學反應(yīng)不僅僅只有白細胞固有免疫和適應(yīng)免疫系統(tǒng)的連鎖免疫反應(yīng)，而是所有血細胞與體液因子都參與其中。系統(tǒng)血液免疫學就是從系統(tǒng)生物學的角度探討各種血細胞與體液因子在系統(tǒng)免疫反應(yīng)中的作用、地位與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。從國內(nèi)外有關(guān)免疫學研究資料分析[3-5]，系統(tǒng)血液免疫學應(yīng)該是研究血漿補體固有免疫子系統(tǒng)、紅細胞固有免疫子系統(tǒng)、血小板固有免疫子系統(tǒng)、白細胞固有免疫子系統(tǒng)以及淋巴細胞適應(yīng)免疫子系統(tǒng)等各自在系統(tǒng)血液免疫反應(yīng)中的作用與有關(guān)機制。現(xiàn)代系統(tǒng)免疫學的新概念應(yīng)該是從系統(tǒng)生物學的更廣闊范圍，從復雜系統(tǒng)工程的角度研究血漿補體固有免疫子系統(tǒng)、紅細胞固有免疫子系統(tǒng)、血小板固有免疫子系統(tǒng)、白細胞固有免疫子系統(tǒng)與淋巴細胞適應(yīng)免疫子系統(tǒng)各自以及相互之間究竟在系統(tǒng)免疫反應(yīng)中如何發(fā)揮免疫功能和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)機制[5]，并可設(shè)立多種相應(yīng)的數(shù)學公式進行深入分析與探討，這是一門新的免疫學科。我們已建立了有關(guān)系統(tǒng)血液固有免疫反應(yīng)的體外仿真實驗研究方法，此方法系列可稱為“免疫原快速激活血細胞固有免疫活性測定法”，我們還設(shè)立了“現(xiàn)代系統(tǒng)免疫學自然與分離研究體系”課題，2007 年獲得國家自然科學基金資助，近年來已獲得很重要的研究進展[6]，這都表明新近現(xiàn)代系統(tǒng)血液固有免疫學研究方法又取得了嶄新的設(shè)計與廣泛應(yīng)用研究進展。

2 我國系統(tǒng)血液固有免疫學研究新進展

近來，我們對相關(guān)主要研究成果進行匯總后首次提出了系統(tǒng)血液固有免疫學（systems blood innate immunology）以及血液固有免疫系統(tǒng)（the blood innate immune system）的新概念[5]，指出致病原進入血循環(huán)后，首先可直接通過甘露聚糖結(jié)合凝集素MBL 或旁路途徑激活補體系統(tǒng)，由于血循環(huán)中總數(shù) 85%～90% 的 CR1（CD35）存在于紅細胞膜上，因此被補體系統(tǒng)調(diào)理后，85%～90% 帶有 C3b補體分子的致病原將被紅細胞表面 C3b 受體（CD35）免疫黏附，CD35 分子能將致病原上的C3b 分子降解為 C3d 和C3dg，同時在紅細胞膜表面其他免疫分子 CD58、CD59、CD44 以及廣譜趨化因子受體（ECKR）的協(xié)助下，將致病原遞呈給 B 細胞、T 細胞、粒細胞和吞噬細胞，紅細胞在此過程中還可調(diào)控 T 細胞的活性。此外，我們還發(fā)現(xiàn)在體外（試管中）免疫原可快速激活系統(tǒng)血液固有免疫反應(yīng)，這在固有免疫學和系統(tǒng)免疫學研究領(lǐng)域都具有巨大的理論與實用價值[5-6]。

國外利用還原法已證明 HIV 分子進入血循環(huán)后首先被補體系統(tǒng)調(diào)理，然后 85%～90% 被調(diào)理的 HIV 分子被紅細胞表面 CD35 免疫黏附，經(jīng)過C3b 降解為 C3d 和C3dg 后遞呈給 B 細胞，再經(jīng)過相關(guān)機制遞呈給 CD4+ T 細胞[3]。我們用體外系統(tǒng)血液固有免疫黏附反應(yīng)實驗也證明了紅細胞的重要作用：以 35 例志愿獻血者為研究對象，將一定量的滅活癌細胞懸液（小鼠艾氏腹水癌 S180細胞株）加入至一定量的新鮮全血（枸櫞酸抗凝）中混勻，37 ℃ 靜置 30 min，常規(guī)涂片，計數(shù) 100 個癌細胞，黏附 3 個以上血細胞計為一朵花環(huán)，計算花環(huán)率（黏附率），結(jié)果發(fā)現(xiàn)紅細胞免疫黏附腫瘤細胞的花環(huán)率達（26.5 ± 18.9）%，而其他血細胞（包括吞噬細胞、淋巴細胞和血小板）免疫黏附腫瘤細胞的花環(huán)率僅為（0.9 ± 2.7）%，差異非常顯著（t = 7.933、P < 0.01），表明補體固有免疫子系統(tǒng)和紅細胞固有免疫子系統(tǒng)在系統(tǒng)血液快速固有免疫反應(yīng)中具有非常重要的作用。2004 年后，在系統(tǒng)血液固有免疫黏附反應(yīng)研究的基礎(chǔ)上，我們構(gòu)建了分子水平的體外系統(tǒng)血液快速固有免疫反應(yīng)仿真實驗體系：將一定量的滅活免疫原（如小鼠艾氏腹水癌 S180 細胞株）加入至一定量的新鮮全血（枸櫞酸抗凝）中混勻，同時設(shè)立生理鹽水代替免疫原的對照組，37 ℃ 靜置 60 min，離心后取上清液，于 –20 ℃ 保存，統(tǒng)一采用相關(guān)體液免疫測定技術(shù)（如免疫酶聯(lián)法）測定細胞因子如 IL-8、IL-10、IL-12 和血脂等生化指標的變化[7]，利用免疫熒光流式細胞儀測定紅細胞和其他血細胞表面 CD35、CD55、CD59 等免疫分子以及淋巴細胞表面CXCR4、CD25、CD4、CD8 等免疫分子的表達變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實驗組與對照組之間的差異具有統(tǒng)計學意義[5]，表明免疫原可在體外快速激活系統(tǒng)血液免疫反應(yīng)，并參與系統(tǒng)血液快速固有免疫反應(yīng)調(diào)控。我們建立的這種體外系統(tǒng)研究模式，方法簡單，同時配有各種實驗所用的商品化試劑盒，可設(shè)立公式計算出免疫原激活率和紅細胞調(diào)控率，進行數(shù)字化研究，獲取海量資料，適用于探討免疫原與系統(tǒng)血液固有免疫反應(yīng)之間的各種網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，是一種現(xiàn)代系統(tǒng)免疫學嶄新的研究方法，具有我國的原創(chuàng)特色[5]。

3 展望

現(xiàn)代系統(tǒng)免疫學的研究重點應(yīng)放在系統(tǒng)建模。根據(jù)研究目的不同，可在細胞水平、器官水平和機體整體水平構(gòu)建系統(tǒng)仿真模式，如有學者著力于建立哺乳動物細胞培養(yǎng)形式的適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的動態(tài)仿真系統(tǒng)模式，以研究適應(yīng)性免疫系統(tǒng)中各種細胞免疫分子、基因組、信息傳導的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)計算模式；還有學者利用系統(tǒng)生物學理論和活體多光子顯微鏡構(gòu)建動物系統(tǒng)免疫學傳染病模式，通過生物學高通量技術(shù)從系統(tǒng)生物學體系研究整個機體的運作機制，以闡明感染或接種疫苗后系統(tǒng)免疫反應(yīng)的生理和病理反應(yīng)的動態(tài)過程等[2]。我們已在系統(tǒng)血液固有免疫反應(yīng)研究中構(gòu)建了體外實驗免疫仿真系統(tǒng)模式，這是研究整個機體系統(tǒng)免疫反應(yīng)動態(tài)網(wǎng)絡(luò)機制的一個重要窗口，可獲得各種血細胞和血漿中免疫分子橫向聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)動態(tài)的海量數(shù)據(jù)，并可根據(jù)研究目的的不同需要，對有關(guān)免疫分子進行量化，利用數(shù)學公式計算免疫原對系統(tǒng)血液固有免疫反應(yīng)中各種血細胞免疫分子和細胞因子的激活指數(shù)，以及紅細胞在系統(tǒng)血液免疫反應(yīng)中對白細胞固有免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)率。而今后要解決的技術(shù)難題將是如何將全血體外培養(yǎng)時間延至 1 周以上，以便于同時研究系統(tǒng)血液固有免疫反應(yīng)與血液適應(yīng)性免疫反應(yīng)之間的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，并采用高通量跟蹤技術(shù)研究血漿補體固有免疫子系統(tǒng)、紅細胞固有免疫子系統(tǒng)、血小板固有免疫子系統(tǒng)、白細胞固有免疫與適應(yīng)性免疫子系統(tǒng)之間的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，進一步向計算免疫學方向發(fā)展[3]。此外，還可以利用體外血液免疫反應(yīng)的系統(tǒng)仿真模式，探討免疫性疾病、過敏性疾病、腫瘤、器官移植排斥反應(yīng)的機理與干預(yù)途徑，以及為疫苗設(shè)計提供最重要的分子信息系統(tǒng)研究思路。國外有研究機構(gòu)已專門成立了“系統(tǒng)免疫學研究組”，這是由計算生物學、生物信息學、蛋白質(zhì)學、細胞生物學、免疫學和傳染病學等各方面專家組成的系統(tǒng)研究團隊[3]。許多頂級雜志也在跟蹤系統(tǒng)免疫學研究最先進國家的研究動向，并及時報道與引導國際系統(tǒng)免疫學的發(fā)展與創(chuàng)新以及統(tǒng)一標準等。對此，我國也應(yīng)設(shè)立專項基金，以鼓勵和支持我國這方面領(lǐng)域的研究，并積極推動和展示我國在該領(lǐng)域的研究特色和貢獻，相信我國一定能在國際現(xiàn)代系統(tǒng)免疫學研究領(lǐng)域做出特有的貢獻[5,8-9]。

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