生命信息安全控制原理的再探討

宋德平,諶南輝

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，南昌 330045)

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生命信息安全控制原理的再探討

宋德平,諶南輝*

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，南昌 330045)

摘要：建立生命信息安全控制原理的理論性平臺(tái)，由該平臺(tái)的視野分析免疫學(xué)所涉及的諸多理論問題，譬如免疫記憶、免疫功能等方面，并針對(duì)性進(jìn)行歸納以及繪制出相關(guān)圖形，試圖將免疫學(xué)理論中所呈現(xiàn)的紛繁復(fù)雜性的方面以及過于分散的條塊更加條理化、清晰化及整體化。由邏輯學(xué)的層面討論免疫學(xué)學(xué)名的形成，分析結(jié)果：免疫學(xué)學(xué)名應(yīng)歸結(jié)為主觀是非邏輯意識(shí)產(chǎn)物，并主張認(rèn)識(shí)論應(yīng)回歸自然生成邏輯的觀點(diǎn)。免疫記憶在本質(zhì)上是對(duì)遺傳信息的記憶，離開了遺傳信息的識(shí)別與分析就不存在免疫記憶。眾多學(xué)者的系列研究資料表明，CD4+T細(xì)胞在CD8+T細(xì)胞反應(yīng)的起始就輔助其發(fā)揮作用，并維持其記憶細(xì)胞功能，而CD4+T細(xì)胞的記憶是由TCR-MHCⅡ信號(hào)所決定。X線晶體衍射及三維結(jié)構(gòu)圖所顯示MHCII類肽結(jié)合凹槽內(nèi)的多肽更能顯示出呈遞多肽遺傳信息的功能，而MHCI類分子肽結(jié)合凹槽內(nèi)的多肽難以與呈遞多肽遺傳信息的功能聯(lián)系起來。只有輔助性T細(xì)胞是決定與輔助記憶的細(xì)胞，其不僅決定B細(xì)胞胸腺依賴性抗原的記憶，而且決定CD8+T細(xì)胞的記憶性。對(duì)生命信息識(shí)別從記憶屬性層面進(jìn)行分類，即分為遺傳信息密碼識(shí)別(記憶屬性)和非遺傳信息密碼識(shí)別(非記憶屬性)2大類。通過危險(xiǎn)因素、生命信息感應(yīng)器、信息識(shí)別及應(yīng)答調(diào)控這樣4個(gè)相連貫環(huán)節(jié)的分析，繪制出生命信息安全控制原理圖。從功能效應(yīng)層面進(jìn)行討論，將生命信息安全控制的功效分類為正面功能效應(yīng)和負(fù)面功能效應(yīng)2大類，其中將組織修復(fù)歸結(jié)為正面功能效應(yīng)，創(chuàng)傷引起的無(wú)菌性炎癥歸結(jié)為負(fù)面功能效應(yīng)。繪制出生命信息安全控制功效圖，并討論了生命信息安全控制功效圖的建立在理論方面的重要意義。

關(guān)鍵詞：免疫學(xué)；學(xué)名；邏輯；免疫記憶；生命信息安全控制；原理圖；功能效應(yīng)圖

1免疫學(xué)的歷史性學(xué)術(shù)意義

所謂“免疫”原由拉丁字“immunis”衍生而來，是一個(gè)法律概念，其原意為“免除捐稅”或“免除勞役”。在微生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中引用時(shí)，是指“免于疫患”之意。這個(gè)概念起源于15世紀(jì)，人們尚未明確疾病產(chǎn)生的原因，當(dāng)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)第一次遭遇災(zāi)難性疫病后仍存活的人，當(dāng)再次遭遇同樣疫病則不會(huì)生病，人們稱其為“免除”疫病或獲得“免疫力”[1]?！懊庖摺边@個(gè)如今已是碩果累累的金種子早在公元303年我國(guó)的中醫(yī)學(xué)史書《肘后備急方》中就有描述，甚至在公元前400年前后，古希臘歷史學(xué)家修昔底德就在他的巨著《伯羅奔尼撒戰(zhàn)爭(zhēng)史》對(duì)“免疫”做出了原始性的描述。然而免疫學(xué)的真正意義上學(xué)科發(fā)展，還要從巴斯德研制成世界上第一個(gè)疫苗算起，而將經(jīng)典免疫學(xué)引入現(xiàn)代歷史范疇的則是德國(guó)的馮·貝林(Von Berhing)。如果把有計(jì)劃地大規(guī)模預(yù)防接種和進(jìn)行免疫干預(yù)作為免疫學(xué)產(chǎn)生的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性階段或標(biāo)志，則應(yīng)當(dāng)首推16世紀(jì)我國(guó)施行的人痘接種[2]。

Jenner的工作是人類第一次駕馭免疫應(yīng)答的典范，然而在Jenner生活的時(shí)代，傳染性疫病的產(chǎn)生仍是個(gè)謎。到1884年，Robert Koch提出了疫病微生物理論，幾乎與此同時(shí)，Louis Pasteur將Jenner的預(yù)防天花的免疫技術(shù)用來預(yù)防各種動(dòng)物疫病，Pasteur提出接種通過人工培養(yǎng)減毒的病原體能保護(hù)機(jī)體不被天然產(chǎn)生的病原體攻擊[1]。

如果免疫學(xué)歷史的進(jìn)程就此終止在“病原微生物”，那么免疫學(xué)就不僅僅是“碩果累累的金種子”，而且將在探討病原微生物與機(jī)體的相互生命機(jī)制的研究成果，其理論體系必定日臻完美。然而歷史的過程并沒有就此終結(jié)，人們的實(shí)踐并沒有就此止步，因此人們的視野和認(rèn)知在進(jìn)展。人類的認(rèn)知最初從“病原微生物”出發(fā)，發(fā)現(xiàn)了免疫的生命機(jī)制，但是“病原微生物”的“框架”并沒有窒息實(shí)踐的步伐，人們終于發(fā)現(xiàn)“病原微生物”只是這個(gè)生命機(jī)制中的一個(gè)部分，正如本文圖8中所顯示的，抗感染，即抗病原微生物(免疫)僅僅是整個(gè)生命機(jī)制功能效應(yīng)的一部分。

“免疫”的概念最初的產(chǎn)生是受制于人對(duì)捐稅和勞役的感受，因而是人的主觀是非邏輯意識(shí)的產(chǎn)物，不是自然生成邏輯的產(chǎn)物。自然生成邏輯中不會(huì)有“捐稅和勞役”這個(gè)概念，勞役是人類社會(huì)的歷史產(chǎn)物。人類社會(huì)中有使役者和被使役者。如果說使役者是“是”，那么被使役者就是“非”。如果被使役者免除了勞役，那么這個(gè)個(gè)體就得到解脫，由此引申類比得到疫病被免除——免疫。所以說“免疫”的概念是人的主觀是非邏輯意識(shí)的產(chǎn)物。

病原體侵襲機(jī)體，其結(jié)果可能有這樣三種情況：其一，其中機(jī)體活病毒死；其二，兩者均活，即所謂健康帶毒；其三，兩者均死。簡(jiǎn)言之，即兩種情況：“死”或者“活”。“活”對(duì)于機(jī)體來說，意味著安然無(wú)恙，即安全。這樣危險(xiǎn)因素，如病毒之類的病原微生物通過它的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)突破機(jī)體的抗衡能力造成機(jī)體死亡，或者機(jī)體通過自身的抵抗機(jī)制能力殺滅清除危險(xiǎn)因素，如病毒之類那樣的病原微生物。

以上所述就是自然生成邏輯，或者說是自然生成邏輯的核心內(nèi)容的描述。簡(jiǎn)言之，對(duì)于一個(gè)生命個(gè)體，面對(duì)病原因子而言，非安則危，非危則安。如果病毒控制了主宰權(quán)，被侵襲體則危機(jī)，甚至死亡。被侵襲體抵抗機(jī)制控制了主宰權(quán)，則病毒危機(jī)，乃至侵入的病毒被機(jī)體趕盡殺絕。

這就是與自然生成邏輯相關(guān)的生命現(xiàn)象與結(jié)果。由此歸納：生命的“?！薄?安”機(jī)制，也就是生命安全控制機(jī)制。

在認(rèn)識(shí)論中需要排除主觀是非邏輯意識(shí)的干擾，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持自然生成邏輯的想象力[3]。

假設(shè)我們從《生命安全控制機(jī)制》的層面回看歷史，《免疫學(xué)》的輝煌依然光彩奪目，在人類戰(zhàn)勝疫病的征途中作出了不朽的功勛。

2再論“免疫記憶”

筆者在《生命信息安全控制原理的探討》[4]一文中對(duì)“免疫記憶”有過如下一段闡述：“′免疫記憶′是生命信息安全控制中的重要事件。所謂′免疫記憶′，在本質(zhì)上是對(duì)遺傳信息的記憶，離開了遺傳信息的識(shí)別與分析就不存在′免疫記憶′。對(duì)于B細(xì)胞來說，B細(xì)胞所表現(xiàn)出來的記憶，只有在T細(xì)胞的輔助下才能發(fā)生，也就是說，只有當(dāng)T細(xì)胞產(chǎn)生了對(duì)遺傳信息記憶的條件下，才有B細(xì)胞對(duì)構(gòu)象信息的記憶。通常所說的，胸腺依賴性抗原具有記憶性，而非胸腺依賴性抗原沒有記憶性，就是這個(gè)道理?！?/p>

關(guān)于CD8+T細(xì)胞與CD4+T細(xì)胞的相關(guān)性的研究結(jié)果顯示，最早是在混合淋巴細(xì)胞培養(yǎng)和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)CD4+T細(xì)胞能夠輔助CD8+T細(xì)胞發(fā)揮CTL功能。早期用非感染物質(zhì)免疫動(dòng)物后發(fā)現(xiàn)，抗原特異性CD4+T細(xì)胞通過CD40/CD40L與DC相互作用，使DC作用于CD8+T細(xì)胞，誘導(dǎo)有效的CTL反應(yīng)[5-7]。在用細(xì)胞相關(guān)抗原免疫動(dòng)物時(shí)，無(wú)需CD4+T細(xì)胞輔助，即有CTL反應(yīng)，在第二次刺激時(shí)，CTL反應(yīng)則很弱[8]。在病毒或細(xì)菌急性感染時(shí)，病原相關(guān)分子模式如LPS、CpG、DNA、dsDNA、ssDNA、鞭毛蛋白等通過模式識(shí)別受體激活DC或其它細(xì)胞，進(jìn)而誘導(dǎo)CTL反應(yīng)，無(wú)需CD4+T細(xì)胞的輔助[8]。在某些感染模型中，如淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒(LCMV) 、水泡性口炎病毒(VSV) 或Listeria，CD4+T細(xì)胞缺失對(duì)初次反應(yīng)CD8+T細(xì)胞的擴(kuò)增沒有影響，但記憶細(xì)胞卻沒有功能，在第二次刺激時(shí)不能發(fā)生再次應(yīng)答[9-11]。報(bào)道證明CD4+T細(xì)胞和DC相互作用后，可以產(chǎn)生趨化因子，趨化CD8+T細(xì)胞到達(dá)存在記憶細(xì)胞分化信號(hào)的位置，從而分化為CD8+記憶T細(xì)胞[12]。CD4+T細(xì)胞缺失時(shí)，CD8+T細(xì)胞在初次刺激后高表達(dá)死亡受體TRAIL，當(dāng)遭遇再次刺激，CD8+T細(xì)胞發(fā)生活化誘導(dǎo)的凋亡[13]。在LCMV感染模型中，無(wú)CD4+T細(xì)胞存在時(shí)，雖然CD8+記憶T細(xì)胞在感染后60天中與正常對(duì)照組仍無(wú)差別，但最后將完全失去其功能[14]。這提示CD4+T細(xì)胞在CD8+T細(xì)胞反應(yīng)的起始就輔助其發(fā)揮作用，并維持其記憶細(xì)胞功能。

關(guān)于CD4+記憶T細(xì)胞相關(guān)研究[7]，大部分CD4+記憶T細(xì)胞由抗原特異性細(xì)胞組成， 其中一小部分CD4+記憶T細(xì)胞增殖非常迅速，且此增殖有賴于TCR與MHC Ⅱ分子的相互作用， 而不依賴于IL-7 和IL-15。這表明，TCR-MHCⅡ信號(hào)對(duì)CD4+記憶T細(xì)胞的維持有作用。也就是說，CD4+T細(xì)胞的記憶是由TCR-MHCⅡ信號(hào)所決定。

圖1[1]顯示T細(xì)胞的TCR識(shí)別MHC-多肽的情況。CD8+T細(xì)胞TCR識(shí)別由有核細(xì)胞MHCI類分子呈遞的多肽，CD4+T細(xì)胞TCR識(shí)別由APC MHCⅡ類分子呈遞的多肽。

圖1　T細(xì)胞對(duì)MHCⅠ類及MHCⅡ類分子的識(shí)別Fig.1　The recognition of MHCⅠand MHC Ⅱ by T cells

由圖2[1]顯示出MHCI類分子和MHCII類分子肽結(jié)合凹槽內(nèi)的多肽狀態(tài)。MHCI類分子肽結(jié)合凹槽內(nèi)的多肽通常是8～11個(gè)氨基酸殘基，其中10肽和11肽中央部分如圖所示，其氨基酸殘基向上膨出指向TCR，多肽中部的氨基酸側(cè)鏈伸出肽結(jié)合凹槽，與相應(yīng)的TCR相互作用，凹槽的兩端緊密閉合。MHCII類分子肽結(jié)合凹槽兩端是打開的，可以與更長(zhǎng)的多肽結(jié)合，多肽為8～30個(gè)氨基酸殘基，多肽沿著MHCII類分子的肽結(jié)合凹槽呈伸展?fàn)顟B(tài)。由圖3[15]，X線晶體衍射及三維結(jié)構(gòu)圖所顯示的情況與圖2相對(duì)應(yīng)所顯示的情況是完全一致的。由此觀察分析和推斷，MHCII類肽結(jié)合凹槽內(nèi)的多肽更能顯示出呈遞多肽遺傳信息的功能，而MHCI類分子肽結(jié)合凹槽內(nèi)的多肽難以與呈遞多肽遺傳信息的功能聯(lián)系起來。也就是說是由CD4+T細(xì)胞的TCR接受由APC經(jīng)MHCII-多肽提供的多肽遺傳信息。

圖2　MHC肽結(jié)合位點(diǎn)Fig.2　The peptide-binding sites of MHC

圖3　MHC分子在其凹槽中與多肽結(jié)合的X線晶體衍射及其三維結(jié)構(gòu)圖Fig.3　The x-ray crystallogram and three dimentional structure of MHC-peptide binding

注：左側(cè)為MHCⅠ；右側(cè)為MHCⅡ。

Notes:The left panel is MHC I molecule, the right panel is MHC II molecule.

以上各圖所顯露的情況與前述眾多學(xué)者關(guān)于CD8+T細(xì)胞與CD4+T細(xì)胞的相關(guān)性的研究的結(jié)果是完全吻合的。由此可以歸納形成圖4所表明的，即只有輔助性T細(xì)胞是決定與輔助記憶的細(xì)胞，其不僅決定B細(xì)胞胸腺依賴性抗原的記憶，而且決定CD8+T細(xì)胞的記憶屬性。據(jù)此可將危險(xiǎn)信息感應(yīng)器識(shí)別方式根據(jù)記憶屬性分類為2大類(見圖5)，即遺傳信息密碼識(shí)別(記憶屬性)和非遺傳信息密碼識(shí)別(非記憶屬性)。遺傳信息密碼識(shí)別(記憶屬性)即為MHCII-TCR的溶酶體酶分析方式，非遺傳信息密碼識(shí)別(非記憶屬性)又分為2類，即內(nèi)部核心信息識(shí)別和表位純構(gòu)象信息識(shí)別。在記憶屬性中Tc細(xì)胞與B2細(xì)胞的記憶是Th依賴性的(見圖6)。

圖4　輔助性T細(xì)胞擔(dān)當(dāng)輔助記憶的作用Fig.4　Helper T-cells present the role of auxiliary memory

3生命信息安全控制原理圖

筆者在《生命信息安全控制原理的探討》[4]一

文中提出生命信息識(shí)別是保障生命安全的第一要素，生命信息識(shí)別感應(yīng)器的形成是保障生命安全控制的硬件基礎(chǔ)。危險(xiǎn)因素為相應(yīng)的生命信息感應(yīng)器所感受，由此激發(fā)對(duì)生命信息的識(shí)別效應(yīng)，即通過對(duì)生命信息的分析與處理，繼而引發(fā)針對(duì)危險(xiǎn)因素的應(yīng)答及其調(diào)控活動(dòng)，最終應(yīng)答針對(duì)危險(xiǎn)因素所作的抗衡調(diào)控作用，用以力圖保障生命機(jī)體的安全性?，F(xiàn)將如上所述原理過程歸納總結(jié)，以生命信息安全控制原理圖加以表達(dá)(圖7[16])。由圖7顯示，危險(xiǎn)因素→感應(yīng)器→信息識(shí)別→應(yīng)答調(diào)控→危險(xiǎn)因素，形成一個(gè)安全機(jī)制封閉的模式體系。

圖5　危險(xiǎn)信息感應(yīng)器識(shí)別方式的記憶屬性Fig.5　Memory property of recognize method of danger information sensors

圖6　危險(xiǎn)信息感應(yīng)器識(shí)別方式的記憶屬性Fig.6　Memory property of recognize method of danger information sensors

圖7　生命信息安全控制原理圖Fig.7　The elementary diagram of life informationsecurity control theory

4生命信息安全控制的功效

如果將生命信息安全控制機(jī)制從功效作一個(gè)歸納，可分為正面功能效應(yīng)和負(fù)面功能效應(yīng)。以圖8的形式將免疫學(xué)中所涉及的方方面面，歸納制作成生命信息安全控制功效圖(見圖8)。這樣就把抗感染、抗腫瘤、自身穩(wěn)定(清道夫作用)、正常微生物群共生互益、妊娠反應(yīng)及組織修復(fù)歸納為正面功效。把移植物排斥、變態(tài)反應(yīng)、抗自身反應(yīng)(自身免疫疾病)、創(chuàng)傷引起的無(wú)菌性炎癥、輸血反應(yīng)及安全控制機(jī)制功能失常歸納為負(fù)面功效。

在經(jīng)典免疫學(xué)文獻(xiàn)里，參與組織修復(fù)的內(nèi)容只是分散而零星涉及，也難以明確組織修復(fù)成為免疫功能的正式組成內(nèi)容。正常微生物群共生互益也沒有專題性突出、正式與免疫功能對(duì)接。妊娠反應(yīng)會(huì)在生殖免疫中闡述。在這里將上述內(nèi)容一并歸納到正面功能效應(yīng)中加以編排。另外,創(chuàng)傷引起的無(wú)菌性炎癥也沒有過單獨(dú)列項(xiàng)歸結(jié)為功能效應(yīng)。經(jīng)典資料中，創(chuàng)傷引起的無(wú)菌性炎癥過程中包括有組織修復(fù)的環(huán)節(jié)。就組織修復(fù)而言，不只是局限于創(chuàng)傷引起的無(wú)菌性炎癥過程，所以在這里把創(chuàng)傷引起的無(wú)菌性炎癥與組織修復(fù)分別列項(xiàng)加以編排。本文把經(jīng)典文獻(xiàn)中提出的免疫缺陷等歸納為安全控制機(jī)制功能失常，這是相對(duì)于生命信息安全控制機(jī)制而言，由于缺陷導(dǎo)致該功能失常。

有了上述生命信息安全控制功效圖，就有可能將分散獨(dú)立的功能內(nèi)容統(tǒng)一在一個(gè)總的標(biāo)題之下，也就有可能將整個(gè)論述如《微生物學(xué)》那樣分成為總論和各論2個(gè)部分加以闡述，其中總論所涉及的內(nèi)容就是生命信息安全控制原理部分，各論所涉及的內(nèi)容則是生命信息安全控制機(jī)制的功能效應(yīng)，功能效應(yīng)又分成為正面功能效應(yīng)和負(fù)面功能效應(yīng)這樣2個(gè)部分。據(jù)此，在理論方面建立了《原理》的基礎(chǔ)上，有了《原理》就必然有其功能效應(yīng)，這樣在邏輯上是順理成章的。

圖8　生命信息安全控制功能效應(yīng)圖Fig.8　The functional effects of life information security control

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Re-discussion on the life information security control theory

SONG Deping, CHEN Nanhui*

(CollegeofAnimalScienceandTechnology，JiangxiAgriculturalUniversity，Nanchang330045，China)

Abstract：In this study, we attempt to establish the theoretical platform on life information security control theory, and analyze multiple theoretical subjects, such as immunological memory and function, related to immunology by using this platform. Sketch-maps were drawn in attempt to methodize, distinguish and integrate the complicated immune theories based on induction. When discussing the formation of the scientific name of immunology at the logical level, the scientific name of immunology should be the subjective products of logic consciousness, and the epistemology on immunology needs to follow the logic of natural formation. The innate character of immunological memory is the memory of genetic information, and the memory would not exist without the recognition and analysis of genetic information. Basing on analyses on the research results from many investigators, the CD4+T cell assists CD8+T cell cellular immunity and helps keep the immunological memory. While the immunological memory of CD4+T cell was determined by signals of TCR-MHC class. Results from the X-ray crystal diffraction and three dimensional structure indicated the polypeptide in binding groove of the MHC class II molecules have more function in delivering genetic information, while it’s hard to relate delivery function to MHC class II molecules. It’s concluded that the T helper cells (Th cells) were the only lymphocytes determining and assisting the immunological memory.Th cells not only decide the memory of thymus dependent antigen of B cells, but also the memory of CD8+T cells. At the level of memory property, the recognition of life information can be divided into two types:genetic information code recognition (mnemonic property) and non-genetic information code recognition (non-mnemonic property). Based on the analysis on the four consistent links, danger factors, life information sensors, information recognition and response regulation, an elementary diagram was constructed. While at the level of functional effects, it can be divided into positive functional effects and negative functional effects. Of which, tissue repair should be regarded as the positive functional effect and the aseprtic inflammation caused by trauma should be consider as negative functional effect. So, we drew a functional effect diagram of life information security control and discussed the importance of development of that diagram on theory.

Keywords：Immunology; Scientific name; Logic; Immunological memory; Life information security control theory; Elementary diagram; Functional effect schema

中圖分類號(hào)：Q-06

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-5565(2016)01-049-07

doi:10.3969/j.issn.1672-5565.2016.01.09

作者簡(jiǎn)介：宋德平，男，博士研究生，研究方向：動(dòng)物分子病毒學(xué)與免疫學(xué)；E-mail：sdpjxau@hotmail.com.*通信作者：諶南輝，男，教授，研究方向：動(dòng)物免疫學(xué);E-mail：cnanhui4766@163.com .

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30560107)。

收稿日期：2015-11-02；修回日期：2016-12-29.