領(lǐng)悟免疫學(xué)：對(duì)克隆選擇學(xué)說和獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的再思考①

陳培富 張以芳

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，昆明650201)

·教學(xué)園地·

領(lǐng)悟免疫學(xué)：對(duì)克隆選擇學(xué)說和獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的再思考①

陳培富 張以芳

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，昆明650201)

1 引言

免疫學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域中系統(tǒng)性、趣味性和實(shí)用性均非常強(qiáng)的前沿學(xué)科。闡明人及動(dòng)物獲得性免疫應(yīng)答的發(fā)生機(jī)制并對(duì)其進(jìn)行人工干預(yù)和應(yīng)用，一直是免疫學(xué)家孜孜不倦的工作重點(diǎn)。由B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的抗體是有頜脊椎動(dòng)物體內(nèi)執(zhí)行獲得性免疫的關(guān)鍵分子，憑借其識(shí)別抗原的高度特異性發(fā)揮一系列生物活性，已在基礎(chǔ)研究和臨床診治中得到廣泛的應(yīng)用。與T淋巴細(xì)胞主要依靠產(chǎn)生黏附分子和細(xì)胞因子發(fā)揮細(xì)胞免疫和免疫調(diào)節(jié)等功能相比，B淋巴細(xì)胞不僅無MHC依賴性和限制性，而且能以膜型方式表達(dá)抗體(B細(xì)胞抗原受體)以感受抗原的刺激，更能在被抗原激活后分泌抗體去執(zhí)行體液免疫，從而表現(xiàn)出高超的靈活性和較高級(jí)的進(jìn)化地位。因此，有關(guān)B細(xì)胞發(fā)育、活化及產(chǎn)生抗體的具體過程與調(diào)節(jié)機(jī)制的知識(shí)，已構(gòu)成現(xiàn)代免疫學(xué)的核心內(nèi)容，也是生物醫(yī)學(xué)類專業(yè)的大學(xué)生和研究生必須學(xué)習(xí)的知識(shí)。其中，克隆選擇學(xué)說(Clonal selection theory)和獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(Idiotype network theory)被視為高度概括了現(xiàn)代免疫學(xué)研究取得的重要成就，其提出人先后獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)[1]，相應(yīng)內(nèi)容已被寫入免疫學(xué)教材，但二者對(duì)抗體的來源及抗原在體內(nèi)的作用解釋不同。在這兩個(gè)學(xué)說提出后，細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)的興起與應(yīng)用使免疫學(xué)研究陸續(xù)取得了一系列新成果，不僅為支持其觀點(diǎn)提供了重要的試驗(yàn)證據(jù)，賦予其新的內(nèi)涵，也大大促進(jìn)了免疫學(xué)的全面發(fā)展[2-4]。筆者在多年從事免疫學(xué)教學(xué)及相關(guān)科研的過程中，發(fā)現(xiàn)掌握好這兩個(gè)學(xué)說，對(duì)學(xué)生正確理解許多基本的免疫學(xué)概念、學(xué)會(huì)解釋諸多常見的免疫學(xué)現(xiàn)象、合理使用抗體開展血清學(xué)反應(yīng)和領(lǐng)悟其在尋找新的治療藥物或途徑中的引導(dǎo)作用，至關(guān)重要。但仍有不少學(xué)生未能全面掌握它們，自然也不能靈活運(yùn)用它們，以致他們感到免疫學(xué)深?yuàn)W難學(xué)。筆者認(rèn)為有必要結(jié)合后來取得的研究成果及個(gè)人的觀點(diǎn)對(duì)其做一個(gè)回顧和拓展，希望我們?cè)诖颂岢龅膰@這兩個(gè)學(xué)說的學(xué)習(xí)思路，對(duì)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生有所幫助。

2 克隆選擇學(xué)說

澳大利亞免疫學(xué)家Frank Burnet于1957年提出該學(xué)說，隨后于1959年正式發(fā)表該學(xué)說[5]，因?qū)Λ@得性免疫耐受的發(fā)生機(jī)制做出了很好的理論解釋，次年便與Peter Medawar共同獲得諾貝爾獎(jiǎng)[1]。

2.1 理論要點(diǎn) 經(jīng)過補(bǔ)充和完善，克隆選擇學(xué)說的理論要點(diǎn)[6]，可概括為2條：(1)有頜脊椎動(dòng)物的淋巴細(xì)胞在進(jìn)化過程中獲得高度突變的能力，以至在胚胎期分化形成無數(shù)(估計(jì)約為109)個(gè)表位特異性不同的B淋巴細(xì)胞克隆。1種表位隨抗原進(jìn)入動(dòng)物機(jī)體后能且只能識(shí)別1個(gè)B淋巴細(xì)胞克隆，并通過結(jié)合B細(xì)胞抗原受體(BCR)刺激相應(yīng)B淋巴細(xì)胞克隆發(fā)生增殖與分化。(2)凡在胚胎期接觸過特定抗原的B淋巴細(xì)胞克隆被抑制或清除(稱作禁忌克隆)，出生后如果再次遇到相同抗原(表位)，動(dòng)物機(jī)體不會(huì)發(fā)生相應(yīng)的免疫應(yīng)答。但若禁忌克隆后天發(fā)生基因突變或旁路激活，可恢復(fù)對(duì)相應(yīng)抗原(表位)的識(shí)別與應(yīng)答能力。

2.2 科學(xué)意義 該學(xué)說比較合理地解釋了以下幾個(gè)科學(xué)問題。

2.2.1 抗體的多樣性和特異性 抗體的多樣性是指高等動(dòng)物個(gè)體能產(chǎn)生眾多抗原特異性不同的抗體，其意義在于可使高等動(dòng)物具備應(yīng)對(duì)各種病原體感染的能力，做到“兵來將擋”，同時(shí)表明動(dòng)物的免疫系統(tǒng)歷經(jīng)一個(gè)長期的、由病原體驅(qū)動(dòng)的進(jìn)化過程，組織結(jié)構(gòu)已非常完備，功能已相當(dāng)強(qiáng)大。但能產(chǎn)生抗體的動(dòng)物僅限于有頜脊椎動(dòng)物，因其已進(jìn)化出BCR、T細(xì)胞抗原受體(TCR)、主要組織相容性復(fù)合物(MHC)和重組活化基因(RAG)四種關(guān)鍵的獲得性免疫應(yīng)答基因，而較低等的動(dòng)物并不能產(chǎn)生獲得性免疫[7]。依據(jù)該學(xué)說觀點(diǎn)，高等動(dòng)物體內(nèi)存在眾多B淋巴細(xì)胞克隆，每個(gè)B淋巴細(xì)胞克隆只產(chǎn)生1種表位特異性的抗體或BCR，反之亦然，由此從細(xì)胞水平對(duì)抗體多樣性的來源給予理論解釋。但須注意，此句中“表位”二字不能以“抗原”二字簡單替代，因?yàn)樽匀唤缰写嬖谠S多部分表位相同的抗原，如不同種痘病毒之間的共同抗原亦即交叉反應(yīng)性抗原。因此，我們通常所說的1種B淋巴細(xì)胞即1個(gè)B細(xì)胞克隆對(duì)應(yīng)識(shí)別的并非1種抗原，而是1種表位[8]。進(jìn)一步說，1種抗體并非指抗體的類別(IgG、IgM、IgA、IgD或IgE)或型別(κ型或λ型)，而是指只能識(shí)別、結(jié)合1種表位的抗體。不同種抗體分子的氨基端可變區(qū)(V區(qū))結(jié)構(gòu)存在細(xì)微差異，因此只能識(shí)別不同或相應(yīng)的表位，這就是抗體的抗原特異性基礎(chǔ)。現(xiàn)已清楚，源自骨髓造血干細(xì)胞的前B細(xì)胞在哺乳動(dòng)物骨髓或禽類法氏囊以不依賴抗原的方式發(fā)育至初步成熟時(shí)只表達(dá)mIgM(BCR)，隨后遷移至脾臟、淋巴結(jié)、黏膜相關(guān)淋巴樣組織等外周免疫器官，以抗原依賴性方式發(fā)育至完全成熟，此時(shí)開始發(fā)生抗體H鏈恒定區(qū)的改變即抗體類別轉(zhuǎn)換(Class switching)并表達(dá)mIgD，漿細(xì)胞則進(jìn)一步分泌上述5類抗體中的1類。類別轉(zhuǎn)換現(xiàn)象表明抗體分子不僅可憑借其Fab“單挑”攜帶相應(yīng)抗原的病原體(如中和作用)，必要時(shí)還可憑借其Fc聯(lián)合特定免疫細(xì)胞或分子進(jìn)行“協(xié)同作戰(zhàn)”(如調(diào)理作用和激活補(bǔ)體)，以便實(shí)現(xiàn)同種受體、多種效應(yīng)。但任何1個(gè)發(fā)育完全成熟的B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的抗體均只識(shí)別1種表位，因其V區(qū)編碼基因不會(huì)再發(fā)生改變。依據(jù)該學(xué)說的指導(dǎo)思想，20世紀(jì)70年代中期Georges K?hler和César Milstein通過雜交瘤細(xì)胞技術(shù)，首次成功制備出由單個(gè)B淋巴細(xì)胞克隆分泌的、也只識(shí)別一種表位的抗體——單克隆抗體(Monoclonal antibody)[9]，一種人類迄今掌握識(shí)別分子結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)程度最高的生物源性“分析工具”，有力地證實(shí)了該學(xué)說的正確性，由此榮獲1984年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)[1]。簡而言之，該學(xué)說認(rèn)為1個(gè)B細(xì)胞克隆只產(chǎn)生1種抗體，這種抗體也只識(shí)別1種表位，即呈1∶1∶1的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然而，已知編碼抗體H鏈的基因位于1對(duì)同源染色體，編碼κ型和λ型L鏈的基因則分別位于其他2對(duì)同源染色體，這表明任意1個(gè)B細(xì)胞克隆在產(chǎn)生抗體時(shí)，只會(huì)使用其中1條H鏈基因和1條L鏈基因，即H鏈和L鏈基因的表達(dá)均存在等位排斥(Allelic exclusion)現(xiàn)象，而L鏈基因的表達(dá)還存在同種型排斥(Isotoype exclusion)現(xiàn)象。奇怪的是，在同一高等動(dòng)物個(gè)體，包括所有B細(xì)胞在內(nèi)的體細(xì)胞含有完全相同的遺傳物質(zhì)，為什么能、又是怎樣產(chǎn)生如此多樣化的抗體呢？該學(xué)說認(rèn)為，這應(yīng)歸功于B細(xì)胞在進(jìn)化過程中獲得高度突變的能力。雖然日本學(xué)者利根川進(jìn)(Susuma Tonegawa)于20世紀(jì)70年代從基因水平已闡明抗體多樣性形成的主要遺傳機(jī)制是抗體的胚系基因(處于原始狀態(tài)、須經(jīng)拼接才得以表達(dá)的基因)片段重排[10]，并獲得1987年諾貝爾獎(jiǎng)[1]，后來的研究發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在該學(xué)說設(shè)想的類似情況，即在外周免疫器官的生發(fā)中心，受抗原激活的B細(xì)胞的V區(qū)編碼基因會(huì)發(fā)生平均高達(dá)10-3bp的體細(xì)胞高頻突變(Somatic hypermutation)，是導(dǎo)致抗體多樣性增加至3.2×109種(人類)的重要機(jī)制[11]。盡管任何個(gè)體一生中可能只會(huì)表達(dá)和用到其中的一小部分抗體，但如此可做到“有備無患”。該學(xué)說進(jìn)一步認(rèn)為，抗原分子憑借其表位與BCR特異結(jié)合，從而激活B細(xì)胞。這可理解為一個(gè)先結(jié)合、后激活的過程。現(xiàn)已清楚，結(jié)合游離態(tài)抗原分子的B細(xì)胞必須同時(shí)得到Th細(xì)胞與之形成的CD40L-CD40信號(hào)途徑的刺激，才能被抗原激活并發(fā)生抗體類別轉(zhuǎn)換。然而，經(jīng)典的抗原定義(指能刺激動(dòng)物產(chǎn)生致敏淋巴細(xì)胞和/或抗體，并與之發(fā)生特異結(jié)合的物質(zhì))，易讓人理解為抗原的免疫原性在前，而其反應(yīng)原性(免疫反應(yīng)性)在后。但半抗原明顯是個(gè)例外，它本身只具有反應(yīng)原性而無免疫原性。由此看來，在特異性免疫應(yīng)答發(fā)生過程中，抗原分子的免疫原性和反應(yīng)原性并不存在嚴(yán)格的先后順序。無論如何理解這二者的關(guān)系，經(jīng)典免疫學(xué)認(rèn)為，動(dòng)物的特異性免疫只有經(jīng)抗原刺激才會(huì)產(chǎn)生，因此又稱作獲得性免疫；因這種免疫可滿足動(dòng)物應(yīng)對(duì)不同病原體感染的需要，又稱作適應(yīng)性免疫。

2.2.2 免疫耐受性 自身免疫耐受是動(dòng)物個(gè)體在自然界中得以生存的先決條件。1953年P(guān)eter Medawar等成功在胚胎期人工誘導(dǎo)形成免疫耐受，在此基礎(chǔ)上，Burmet于此學(xué)說中提出中樞免疫耐受形成的機(jī)制，認(rèn)為機(jī)體對(duì)在胚胎期曾接觸未成熟或正處于發(fā)育過程的B淋巴細(xì)胞克隆的抗原表現(xiàn)為免疫耐受，是因?yàn)橄鄳?yīng)的B淋巴細(xì)胞克隆已被清除(陰性選擇)或至少已被抑制[12，13]。不難理解，對(duì)于任意個(gè)體，幾乎所有的自身抗原都會(huì)有足夠機(jī)會(huì)接觸其胚胎期的B淋巴細(xì)胞，這樣便可很好地解釋先天自身免疫耐受形成的機(jī)理，同時(shí)對(duì)異物的概念做出了明確的界定，即凡胚胎期未接觸過胎兒淋巴細(xì)胞的物質(zhì)將來都是異物，而不取決于這些物質(zhì)是來自體內(nèi)還是體外。然而，鑒于B細(xì)胞被抗原激活必需Th細(xì)胞的輔助，T細(xì)胞免疫耐受很可能是導(dǎo)致B細(xì)胞免疫耐受的重要原因?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，胸腺內(nèi)表達(dá)一種自身免疫調(diào)節(jié)蛋白(Autoimmune regulator，Aire)，可誘導(dǎo)胸腺髓質(zhì)上皮細(xì)胞表達(dá)數(shù)百種非胸腺蛋白，經(jīng)抗原提呈給正在發(fā)育的胸腺細(xì)胞，引起相應(yīng)的胸腺細(xì)胞(T細(xì)胞)克隆凋亡，由此形成中樞免疫耐受[14]，而Aire表達(dá)缺陷與自身免疫性多(種)內(nèi)分泌腺病-念珠菌病-外胚層營養(yǎng)不良癥(Autoimmune polyendocrinopathy candidiasis ectodermal dystrophy，APECED)等疾病有關(guān)聯(lián)。對(duì)過繼性免疫耐受模型的研究結(jié)果則表明，耐受動(dòng)物體內(nèi)存在一類可過繼的免疫耐受性淋巴細(xì)胞，屬于Ts細(xì)胞，或稱作表達(dá)FOXP3的CD4+CD25+Treg細(xì)胞。有趣的是，動(dòng)物若在胚胎期因垂直傳播而發(fā)生感染，如鼠淋巴細(xì)胞性脈絡(luò)叢腦膜炎病毒(LCMV)、牛病毒性腹瀉病毒(BVDV)或豬瘟病毒(CSFV)引起的感染，在出生后不會(huì)產(chǎn)生針對(duì)相應(yīng)病原體的體液免疫應(yīng)答(已排除母源抗體存在的情況)和細(xì)胞免疫應(yīng)答，便是支持該學(xué)說的重要例證[15,16]。依據(jù)該學(xué)說，可通過胚胎期甚或初生期引入抗原誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞形成先天免疫耐受，打破“MHC不同的動(dòng)物個(gè)體之間的組織移植物必將被排斥”的經(jīng)典定律，用于定向解決移植物排斥反應(yīng)。在此必須指出，所有免疫耐受，無論先天或后天的，也不論是針對(duì)自身或外來成分，均屬于抗原特異性無免疫應(yīng)答現(xiàn)象，也都存在一個(gè)先識(shí)別、后應(yīng)答的過程，只是其本質(zhì)為一類負(fù)性的獲得性免疫應(yīng)答。

2.2.3 自身免疫疾病 普遍認(rèn)為自身免疫耐受具有不完全性。譬如，甲狀腺球蛋白、晶狀體蛋白、腦組織蛋白和精子蛋白等隱蔽抗原，在構(gòu)成外周免疫耐受的生理屏障被打破后，會(huì)激活自身免疫潛能淋巴細(xì)胞(Potentially autoreactive lymphocytes，PAL)，引起自身免疫病。但該學(xué)說更多強(qiáng)調(diào)中樞免疫耐受形成機(jī)制的“漏洞”，認(rèn)為針對(duì)自身抗原的禁忌克隆并非都被清除，而是有一部分禁忌克隆成功從中樞免疫器官“逃逸”出來，在動(dòng)物出生后若因基因突變或特殊方式被激活，便可恢復(fù)對(duì)自身抗原的識(shí)別能力，最終導(dǎo)致自身免疫病。許多自身免疫病有遺傳傾向，意味著這些自身免疫病是自身免疫易感基因與外界環(huán)境因素相互作用的結(jié)果，或者說，是禁忌克隆受環(huán)境因素作用而發(fā)生基因突變或意外激活的結(jié)果。另已發(fā)現(xiàn)，藥物或超抗原能通過Th-B細(xì)胞之間的旁路途徑活化淋巴細(xì)胞，造成免疫調(diào)節(jié)異常，也會(huì)引起自身免疫病。如磺胺類藥物或含肼類物質(zhì)與全身性紅斑狼瘡(SLE)的發(fā)生有關(guān)，農(nóng)藥污染與銀屑病的發(fā)生有關(guān)。從進(jìn)化角度看，一個(gè)動(dòng)物物種的抗原受體(BCR/TCR)庫容量越大，其應(yīng)對(duì)病原體感染的能力越強(qiáng)，但發(fā)生識(shí)別自身抗原、出現(xiàn)自身免疫病的可能性也越大，這或許是動(dòng)物獲得強(qiáng)大免疫力應(yīng)付出的代價(jià)[11]。同種異型個(gè)體之間的抗原受體庫容量相當(dāng)，但其組成存在差異，是自身免疫病的易患程度存在明顯的個(gè)體差異或遺傳傾向的重要原因。可以這樣推測(cè)，在某些外界因素影響下，特定的B淋巴細(xì)胞克隆可能變得容易被自身的抗原成分激活，以致產(chǎn)生自身抗體。揭示PAL被激活的細(xì)節(jié)機(jī)制，對(duì)發(fā)展治療SLE等自身免疫病的策略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2.4 免疫記憶現(xiàn)象 免疫記憶、大腦記憶和遺傳記憶堪稱高等動(dòng)物的“三大”記憶。免疫記憶是動(dòng)物應(yīng)對(duì)病原體感染的長效機(jī)制，也是開展疫苗接種的理論基礎(chǔ)，因?yàn)闆]有免疫記憶，就不會(huì)發(fā)生以抗體效價(jià)更高、響應(yīng)更快、親和力更強(qiáng)為特征的再次體液免疫應(yīng)答。揭示免疫記憶形成的詳細(xì)機(jī)理，不僅有助于研發(fā)能誘導(dǎo)終身免疫記憶、實(shí)現(xiàn)一勞永逸的疫苗，也有助于闡明神經(jīng)記憶的原理，因?yàn)楹笳呖赡艽嬖谂c前者類似的形成機(jī)制，并且是人類最想解開的生命謎團(tuán)之一。該學(xué)說認(rèn)為，B淋巴細(xì)胞克隆在受到抗原激活后，增殖并分化形成漿細(xì)胞和記憶性B淋巴細(xì)胞，分別負(fù)責(zé)分泌抗體和維持體液免疫記憶。但由于體液免疫應(yīng)答必需Th細(xì)胞的輔助，T細(xì)胞記憶是B細(xì)胞記憶得以展現(xiàn)的基礎(chǔ)，即記憶性T細(xì)胞不僅起到維持細(xì)胞免疫記憶的作用，還起到協(xié)同維持體液免疫記憶的作用。Mitchison等[17]對(duì)半抗原-載體效應(yīng)(Hapten-carrier effect)的研究結(jié)果，充分揭示了Th-B細(xì)胞的相互密切作用在再次體液免疫應(yīng)答中的關(guān)鍵角色，解釋了載體的特殊作用或半抗原單獨(dú)能結(jié)合卻不能激活B淋巴細(xì)胞的特性。半抗原-載體效應(yīng)是指再次免疫所用半抗原-載體復(fù)合物中的載體必須與首次單獨(dú)或聯(lián)合免疫所用的載體相同，才能誘導(dǎo)動(dòng)物產(chǎn)生半抗原特異性的再次體液免疫應(yīng)答，這是因?yàn)樽R(shí)別半抗原表位的記憶性B細(xì)胞充當(dāng)抗原提呈細(xì)胞，憑借其BCR高效捕獲半抗原-載體復(fù)合物，經(jīng)胞內(nèi)加工成肽段，交由MHC分子提呈，與識(shí)別載體表位的T細(xì)胞形成免疫突觸(Immune synapse)，從而激活后者；后者反過來通過CD40L-CD40信號(hào)途徑以及分泌多種細(xì)胞因子(IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10和IFN-γ)，密切輔助前者的活化、增殖、分化及產(chǎn)生抗體[18]。對(duì)于Th細(xì)胞依賴性抗原(如蛋白抗原)，在生發(fā)中心，表達(dá)高親和力BCR的記憶性B細(xì)胞將有更多機(jī)會(huì)從濾泡樹突狀細(xì)胞表面接手被C3d致敏的抗原分子，經(jīng)上述過程，便形成再次體液免疫應(yīng)答。此外，初次免疫應(yīng)答產(chǎn)生的抗體結(jié)合再次進(jìn)入機(jī)體的相同抗原后，可通過FcR促進(jìn)抗原的內(nèi)化與提呈，因此再次免疫所需的抗原量較初次免疫用量小。

2.2.5 抗原的作用 傳統(tǒng)免疫學(xué)認(rèn)為，有頜脊椎動(dòng)物盡管已進(jìn)化出產(chǎn)生眾多抗原特異性不同的抗體的潛力，但必須得到抗原的刺激或誘導(dǎo)，才會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，可謂“萬事俱備，只欠東風(fēng)”。對(duì)此，該學(xué)說主張抗原在體內(nèi)的作用就是從淋巴細(xì)胞庫中選擇性結(jié)合并激活相應(yīng)的B淋巴細(xì)胞克隆，使其表達(dá)特異性抗體，這也是克隆選擇學(xué)說一詞的來源?，F(xiàn)已清楚，抗體的產(chǎn)生由抗體基因的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)決定，即只有預(yù)先經(jīng)過剪接、重排的抗體基因片段才會(huì)得以轉(zhuǎn)錄，未被抗原激活的初始B細(xì)胞只能表達(dá)mIgM，以示處于最低戒備狀態(tài)；只有被抗原激活的B細(xì)胞才會(huì)徹底發(fā)育成熟并表達(dá)mIgD以及分化為專門分泌特定類別抗體的漿細(xì)胞[8]。然而，該學(xué)說不能解釋未被抗原激活的初始B細(xì)胞能表達(dá)mIgM的原因。1種抗原含有多少種B細(xì)胞表位，理論上就能通過結(jié)合BCR激活動(dòng)物體內(nèi)的多少個(gè)B淋巴細(xì)胞克隆產(chǎn)生相應(yīng)的多少種抗體。但事實(shí)上，由于不同個(gè)體之間存在抗體庫組成及抗體基因片段使用頻率的差異，MHC單倍型通常也不相同(會(huì)影響抗原提呈效率及Th-B細(xì)胞協(xié)同作用)，以及B淋巴細(xì)胞克隆表達(dá)抗體基因存在H鏈和L鏈的不同組合，即存在等位排斥和同種型排斥現(xiàn)象，同一抗原刺激不同動(dòng)物個(gè)體產(chǎn)生的抗體不盡相同，甚至存在很大的抗體應(yīng)答差異，表明抗體可能存在豐富的多態(tài)性。譬如，針對(duì)同一抗原，有些個(gè)體產(chǎn)生較高效價(jià)的抗體，而有些個(gè)體基本不產(chǎn)生抗體；有的個(gè)體產(chǎn)生的抗體能用來做某個(gè)血清學(xué)反應(yīng)，但其他個(gè)體來源的抗體不能，提示制備和應(yīng)用抗體時(shí)必須充分考慮動(dòng)物的個(gè)體差異，最好能實(shí)現(xiàn)抗體生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化。

3 獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

為補(bǔ)充克隆選擇學(xué)說在解釋抗原的體內(nèi)作用等方面的不足，丹麥免疫學(xué)家Niels[19]于1974年提出獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)學(xué)說，并與Georges K?hler和César Milstein共同獲得1984年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)[1]。

3.1 理論要點(diǎn) 獨(dú)特性網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的理論要點(diǎn)，也經(jīng)過補(bǔ)充與完善[20]，具體包括：(1)抗體的高度可變區(qū)或稱互補(bǔ)性決定區(qū)(CDR)及其鄰近的V區(qū)支架是重要的獨(dú)特型表位，在動(dòng)物體內(nèi)具有自動(dòng)免疫原性，可誘導(dǎo)產(chǎn)生抗獨(dú)特型表位的少量抗體，分別叫作Ab2β和Ab2α。后二者又可誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的抗獨(dú)特型抗體，即Ab3β和Ab3α，如此循環(huán)下去，既增加抗體的多樣性，又通過下一級(jí)抗體對(duì)上一級(jí)抗體及其產(chǎn)生細(xì)胞的負(fù)反饋?zhàn)饔?，形成一個(gè)逐級(jí)遞減但又互補(bǔ)的抗獨(dú)特型抗體網(wǎng)絡(luò)，并且該網(wǎng)絡(luò)在抗原進(jìn)入機(jī)體前就已存在。(2)外來或新現(xiàn)抗原的作用只是打破了獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)原有的動(dòng)態(tài)平衡，即刺激機(jī)體產(chǎn)生更多的Ab1，然后通過上述網(wǎng)絡(luò)作用達(dá)到一個(gè)新的動(dòng)態(tài)平衡，由此引發(fā)一個(gè)負(fù)反饋?zhàn)饔?，或在抗原被機(jī)體清除后恢復(fù)到最初的平衡狀態(tài)。

3.2 科學(xué)意義 獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的意義在于解釋某些免疫現(xiàn)象及指導(dǎo)制備特殊用途的抗體。

3.2.1 對(duì)天然血型抗體的存在給予解釋 天然血型抗體是指A、B或O血型的人的血液中天生就分別含有抗B、抗A或抗A與抗B的抗體，其生物學(xué)意義可能是為保持個(gè)體血液的“純潔性”，防止其他個(gè)體的血液(紅細(xì)胞)隨意混入，但其來源一直不清楚。通常認(rèn)為，抗體是由抗原刺激免疫系統(tǒng)才產(chǎn)生的球狀蛋白，即先有抗原刺激，后有抗體產(chǎn)生，因此又稱作免疫球蛋白(Ig)。然而，這種觀點(diǎn)并不能解釋天然血型抗體是如何產(chǎn)生的，只知道它在胚胎發(fā)育后期即可合成，因?yàn)槠裨谌梭w內(nèi)未發(fā)現(xiàn)存在誘導(dǎo)天然血型抗體產(chǎn)生的抗原物質(zhì)，同時(shí)可排除是免疫系統(tǒng)對(duì)腸道細(xì)菌表面多糖抗原發(fā)生免疫應(yīng)答的猜測(cè)。獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)學(xué)說認(rèn)為動(dòng)物產(chǎn)生抗體并不需要抗原的誘導(dǎo)，恰好可以姑且用來解釋天然血型抗體的存在，可謂“不要問我從哪里來，我的故鄉(xiāng)在遠(yuǎn)方……”。值得一提的是，如前所述，B淋巴細(xì)胞在骨髓中初步發(fā)育并表達(dá)mIgM的過程就無需依賴抗原的刺激，而天然血型抗體同為IgM，正好是個(gè)體發(fā)育過程中最早(胚胎發(fā)育晚期)合成的抗體類別，提示B細(xì)胞表達(dá)抗體基因的時(shí)空順序與系統(tǒng)進(jìn)化過程一致。當(dāng)然，天然血型抗體產(chǎn)生的細(xì)胞與分子機(jī)制遠(yuǎn)遠(yuǎn)未被揭示，筆者推測(cè)可能在同一個(gè)體內(nèi)，特定紅細(xì)胞抗原合成酶基因的表達(dá)與特定天然血型抗體基因的表達(dá)存在一個(gè)共同的轉(zhuǎn)錄調(diào)控點(diǎn)或信號(hào)交叉通路(Crosstalk)；AB血型個(gè)體既不產(chǎn)生抗A的抗體，也不產(chǎn)生抗B的抗體，則可能是分別負(fù)責(zé)A抗原合成酶基因與B抗原合成酶基因的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子或核酸分子等反式調(diào)控元件，恰好能相互結(jié)合或(反饋)抑制。

3.2.2 指導(dǎo)發(fā)掘抗原內(nèi)影像的潛在應(yīng)用價(jià)值 由于初始抗原和Ab2β都能與Ab1的V區(qū)發(fā)生特異結(jié)合，表明Ab2β的V區(qū)與初始抗原的表位具有相同或高度相似的三維結(jié)構(gòu)，因此通常把Ab2β視為初始抗原的內(nèi)影像[21]。運(yùn)用這一原理，可將Ab2β制備成抗體酶(Abzyme)或抗獨(dú)特型抗體疫苗，分別用于替代天然酶分子和不適宜直接接種機(jī)體的抗原(如反轉(zhuǎn)錄病毒、錐蟲、類脂A、腫瘤抗原或多糖抗原)。抗體酶并非酶標(biāo)抗體，而是一類本身具有酶活性的抗體，由于它們能在特異結(jié)合抗原后發(fā)揮催化活性將其改變或降解，在研究蛋白結(jié)構(gòu)與功能、治療血栓性疾病、毒素中毒或病毒性疾病等方面有特殊的應(yīng)用潛力。在催化活性中心構(gòu)成酶分子的表位的情況下，先制備出針對(duì)此表位的單克隆抗體，再以后者為抗原制備的抗獨(dú)特型抗體便可視為抗體酶。若沿此思路，制備出可特異切割肽鍵的抗體酶，將會(huì)成為從事蛋白質(zhì)工程的重大技術(shù)突破。過去認(rèn)為，給予動(dòng)物抗原或抗體分別屬于主動(dòng)免疫和被動(dòng)免疫，但抗獨(dú)特型抗體疫苗概念的出現(xiàn)打破了主動(dòng)免疫與被動(dòng)免疫的界限，并且這類疫苗具有不受MHC限制的優(yōu)點(diǎn)。另有試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，用抗胰島素抗體免疫動(dòng)物產(chǎn)生的抗獨(dú)特型抗體，具有胰島素活性。還可考慮通過人工補(bǔ)充Ab2β或誘導(dǎo)體內(nèi)Ab2β的產(chǎn)生，削弱Ab1的產(chǎn)生，用于治療過敏反應(yīng)或控制自身免疫病[22]。若以病毒配體特異性單克隆Ab1為抗原制備出Ab2β，那么可利用Ab2β作為鑒定病毒受體的探針。須指出，抗體的獨(dú)特型表位不僅在產(chǎn)生該抗體的動(dòng)物個(gè)體內(nèi)具有自動(dòng)免疫原性，在其他個(gè)體或物種也具有免疫原性，由此構(gòu)成一個(gè)巨大的抗原庫。但到目前為止，依據(jù)該學(xué)說制備的單克隆或多克隆抗獨(dú)特型抗體均未達(dá)到與初始抗原完全相同的生物活性，表明抗獨(dú)特型抗體在結(jié)構(gòu)上只是充分接近或模擬初始抗原。

3.2.3 解釋不同抗原劑量產(chǎn)生的免疫效果差異 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，0.5 mg或0.5 ng肺炎球菌莢膜多糖均不能誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生體液免疫應(yīng)答，而0.5 μg的劑量卻能。類似現(xiàn)象可以這樣解釋：抗原劑量過大時(shí)，抗原刺激機(jī)體產(chǎn)生Ab1→Ab2→Ab3→Ab4三級(jí)連鎖反應(yīng)，由于Ab4結(jié)合Ab3并抑制Ab3的產(chǎn)生，Ab2則結(jié)合Ab1并抑制Ab1的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致免疫效果差，即Ab1產(chǎn)生量很低；抗原劑量過小時(shí)，僅能刺激機(jī)體產(chǎn)生Ab1→Ab2一級(jí)連鎖反應(yīng)，Ab2結(jié)合Ab1并抑制Ab1的產(chǎn)生，最終也是導(dǎo)致免疫效果差；當(dāng)抗原劑量適宜時(shí)，可刺激產(chǎn)生Ab1→Ab2→Ab3二級(jí)連鎖反應(yīng)，Ab3結(jié)合Ab2并抑制Ab2的產(chǎn)生，結(jié)果是Ab1的產(chǎn)生不受抑制，其血清效價(jià)就高。換句話說，抗原劑量過高導(dǎo)致免疫麻痹，過低達(dá)不到刺激效果。根據(jù)該學(xué)說，對(duì)動(dòng)物實(shí)施疫苗接種等人工主動(dòng)免疫時(shí)，所用抗原劑量必須在一個(gè)合理的范圍，過高或過低都是不科學(xué)的，真可謂“中庸之道”也。須指出，如果沒有特別指明，通常所說或被測(cè)定的血清抗體就等同于該學(xué)說中的Ab1，而該學(xué)說中的Ab2是專指針對(duì)Ab1獨(dú)特型表位的抗體，并非普通意義上、針對(duì)抗體恒定區(qū)(C區(qū))表位的第二抗體、抗抗體或抗球蛋白。有趣的是，在同一個(gè)體內(nèi)，抗獨(dú)特型抗體雖然是以自己的抗體為抗原的，二者結(jié)合并不引起自身免疫病，這種情況不同于類風(fēng)濕病的發(fā)生原因(患者的變性IgG誘導(dǎo)產(chǎn)生抗抗體IgM)。有研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，正常動(dòng)物體內(nèi)有一部分自身反應(yīng)性B淋巴細(xì)胞在骨髓內(nèi)發(fā)育過程中逃脫了陰性選擇，以致存在識(shí)別自身抗原的許多抗體[8]，但通常并不會(huì)引起自身免疫病，它們可能起到清除自身死亡細(xì)胞及變性蛋白的作用。另外，受淋巴細(xì)胞克隆數(shù)量的限制，該學(xué)說設(shè)想的獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)只可能由有限循環(huán)層次的抗獨(dú)特型抗體構(gòu)成，而不可能無限次循環(huán)下去，但具體能達(dá)多少循環(huán)次數(shù)，該學(xué)說未做交代，即尚不清楚該網(wǎng)絡(luò)如何控制正常的免疫應(yīng)答。此外，有學(xué)者認(rèn)為獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)不僅適用抗獨(dú)特型抗體和相應(yīng)的B淋巴細(xì)胞克隆，也適用抗獨(dú)特型調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，即適用TCR和T淋巴細(xì)胞克隆間的相互作用。

4 結(jié)語

縱觀免疫學(xué)發(fā)展史，克隆選擇學(xué)說和獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)學(xué)說是兩個(gè)非常重要的抗體生成理論，但它們對(duì)抗體的來源及抗原的體內(nèi)作用解釋不同。前者認(rèn)為高等動(dòng)物已預(yù)先造好眾多B淋巴細(xì)胞克隆，只待抗原來激活，便可產(chǎn)生抗體，但接觸過特定抗原的未成熟B細(xì)胞克隆已被清除；后者則認(rèn)為高等動(dòng)物本身即可在沒抗原刺激情況下產(chǎn)生抗體，并在抗體或抗體產(chǎn)生細(xì)胞之間形成獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)平衡，抗原只是起到改變?cè)衅胶鉅顟B(tài)的作用。隨著免疫學(xué)研究在細(xì)胞與分子水平取得一系列重要新成果，這兩個(gè)學(xué)說都找到了能支持自己觀點(diǎn)的試驗(yàn)證據(jù)，以致目前尚無一個(gè)可統(tǒng)一或替代它們的完整學(xué)說。但在這兩個(gè)學(xué)說的影響下，免疫學(xué)界已形成以下共識(shí)：(1)異物并非就是體外物質(zhì)；(2)抗原并非只是能誘導(dǎo)動(dòng)物產(chǎn)生抗體的物質(zhì)，也可以是只激活T細(xì)胞或引起免疫耐受的物質(zhì)；(3)1種抗原通常不只是誘導(dǎo)動(dòng)物產(chǎn)生1種抗體或1種致敏淋巴細(xì)胞；(4)抗體或淋巴細(xì)胞識(shí)別抗原的特異性建立在淋巴細(xì)胞克隆的基礎(chǔ)上；(5)抗原受體(抗體)的產(chǎn)生存在個(gè)體及物種的差異，并與病原體共同進(jìn)化；(6)特定抗體的產(chǎn)生可不必抗原的刺激，但只有得到抗原的有效刺激及T細(xì)胞輔助，動(dòng)物才能做出良好的抗體應(yīng)答。由此可見，只有“跳出三界外，不在五行中”，才能對(duì)抗原與抗體的關(guān)系做到完整、準(zhǔn)確、具體地理解，也才能全面掌握并靈活應(yīng)用免疫學(xué)知識(shí)。

[1] Nobelprize org.Facts on the Nobel Prizes in Physiology or Medicine/[EB/OL].[2016-8-8].http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/facts/medicine/

[2] Smith KA.Toward a molecular understanding of adaptive immunity:a chronology,part I[J].Front Immunol,2012,3:369.

[3] Smith KA.Toward a molecular understanding of adaptive immunity:a chronology - part II[J].Front Immunol,2012,3:364.

[4] Smith KA.Toward a molecular understanding of adaptive immunity:a chronology,part III[J].Front Immunol,2014,5:29.

[5] Burnet FM.The clonal selection theory of acquired immunity [M].Nashville,Tennessee,U S A:Vanderbilt University Press,1959：1-50.

[6] Ribatti D.Sir Frank Macfarlane Burnet and the clonal selection theory of antibody formation[J].Clin Exp Med,2009,9(4):253-258.

[7] Dzik JM.The ancestry and cumulative evolution of immune reactions[J].Acta Biochim Pol,2010,57(4):443-466.

[8] Owen JA,Punt J,Stranford SA.Kuby Immunology [M].7th Edition.New York:W.H.Freeman and Company，2013:80-349.

[9] K?hler G,Milstein C.Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefined specificity[J].Nature,1975,256(5517):495-497.

[10] Hozumi N,Tonegawa S.Evidence for somatic rearrangement of immunoglobulin genes coding for variable and constant regions[J].PNAS,1976,73(10):3628-3632.

[11] Boudinot P,Marriotti-Ferrandiz ME,Pasquier LD,etal.New perspectives for large-scale repertoire analysis of immune receptors[J].Mol Immunol,2008,45(9):2437-2445.

[12] Billingham RE,Brent L,Medawar PB.Actively acquired tolerance of foreign cells[J].Nature,1953,172(4379):603-606.

[13] Ribatti D.Peter Brian Medawar and the discovery of acquired immunological tolerance[J].Immunol Lett,2015,167(2):63-66.

[14] Chan AY,Anderson MS.Central tolerance to self revealed by the autoimmune regulator[J].Ann N Y Acad Sci,2015,1356:80-89.

[15] Zhou X,Ramachandran S,Mann M,etal.Role of lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) in understanding viral immunology:past,present and future[J].Viruses,2012,4(11):2650-2669.

[16] Lussi C,Schweizer M.What can pestiviral endonucleases teach us about innate immunotolerance?[J].Cytokine Growth Factor Rev,2016,29:53-62.

[17] Mitchison NA.The carrier effect in the secondary response to hapten-protein conjugates.II.Cellular cooperation[J].Eur J Immunol,1971,1(1):18-27.

[18] Parker DC.The carrier effect and T cell/B cell cooperation in the antibody response[J].J Immunol,2013,191(5):2025-2027.

[19] Jerne NK.Towards a network theory of the immune system[J].Ann Immunol (Paris),1974,125C(1-2):373-389.

[20] Male D,Brostoff J,Roth DB,etal.Immunology[M].7th edition.Canada:Elsevier，2006:219-330.

[21] Ameri M,Zhou E.Idiotypes and anti-idiotypic antibodies:a review[J].Comp Clin Pathol,2006,14(4):171-178.

[22] Tzioufas AG,Routsias JG.Idiotype,anti-idiotype network of autoantibodies:pathogenetic considerations and clinical application[J].Autoimmun Rev,2010,9(9):631-633.

[收稿2016-08-12 修回2016-10-13]

(編輯 倪 鵬)

10.3969/j.issn.1000-484X.2017.03.028

①本文受云南省“獸醫(yī)學(xué)”優(yōu)勢(shì)特色重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科(A3007875)和云南省高校獸醫(yī)公共衛(wèi)生重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展專項(xiàng)(A3007954)資助。

陳培富(1973年-)，男，理學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事動(dòng)物免疫學(xué)研究，E-mail：cltwins2003@163.com。

Q-06 R392 S852.4

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1000-484X(2017)03-0445-06