各种免疫细胞最常用的检测方法

免疫学发展简史_免疫学与免疫制剂

第二节　免疫学发展简史

免疫学建立至今已有数百年历史，根据其特点可分为若干时期。

一、经验免疫学时期（17世纪～19世纪）

早在16～17世纪（明代）我国史书已有正式记载:将沾有疱浆的天花患者衣服给正常儿童穿戴，或将天花愈合后的局部痂皮磨碎成细粉，经鼻给正常儿童吸入，可预防天花。这种应用人痘苗预防疾病的医学实践，可视为人类认识机体免疫力的开端，也是我国传统医学对人类的伟大贡献。18世纪初，我国应用痘苗预防天花的方法传至国外，并为以后牛痘苗和减毒疫苗的发明提供了宝贵经验。至18世纪末，英国医生Edward Jenner首先观察到挤奶女工感染牛痘后不易患天花，继而通过人体实验确认接种牛痘苗可预防天花。他把接种牛痘称为“Vaccination”（拉丁文Vacca为牛），于1798年发表了相关论文。接种牛痘苗乃划时代的发明，为人类传染病的预防开创了人工免疫的先声（图1-3）。在此阶段，人们对免疫学现象主要为感性认识，故称为经验免疫学时期。1978年世界卫生组织宣布人类消灭了天花。

二、经典免疫学时期（19世纪中叶～20世纪中叶）

自19世纪中叶始，L.Pastuer等（图1-4）先后发现多种病原菌，极大促进了疫苗的发展和使用。人们开始尝试应用灭活及减毒的病原体制成多种疫苗，分别预防不同传染性疾病。免疫学在此期的发展与微生物学密切相关，并成为微生物学的一个分支。此时，人们对“免疫”的认识已不仅限于单纯地观察人体现象，而是进入了科学实验时期。

图1-3　种牛痘

图1-4　免疫学家

（一）抗体的发现

德国学者Behring和日本学者Kitasato（图1-4）于1890年在Koch研究所应用白喉外毒素给动物免疫，发现在其血清中有一种能中和外毒素的物质，称为抗毒素。将这种免疫血清转移给正常动物也有中和外毒素的作用。这种被动免疫法很快应用于临床治疗。Beh-ring于1891年应用来自动物的免疫血清成功地治疗了一个白喉患者，这是第一个被动免疫治疗的病例。为此，他于1902年获得了诺贝尔医学奖。

20世纪30年代，Tiselius和Kabat用电泳鉴定，证明Ab是γ-球蛋白。动物在免疫后，血清中γ-球蛋白显著增高，此部分有Ab活性，从而可将Ab从血清中分离出来，Ab主要存在于γ-球蛋白。抗体是四肽链结构。1959年，Porter和Edelman对抗体结构进行研究证明是由四条对称的多肽链构成单体包括两条相同的分子量较大的重链和两条相同的分子量较小的轻链构成，如图1-5所示。

（二）抗原的结构与抗原特异性

20世纪初开始，Landsteiner以芳香族有机化学分子耦联到蛋白质分子上免疫动物，研究芳香族分子的结构与活性基团的部位对产生的抗体特异性的影响，认识到决定抗原特异性的是很小的分子，它们的结构不同，使其抗原性不同。据此，Landsteiner发现人红细胞表面表达的糖蛋白中，其末端寡糖特点决定了它的抗原性，从而发现了ABO血型（图1-6），避免了输血导致严重超敏反应的问题。

图1-5　抗体的结构

图1-6　ABO血型

（三）超敏反应

早在20世纪初即发现:应用动物来源的Ab作临床治疗，能引起患者的血清病，严重者致休克。后来von Pirguet证明在结核病患者进行结核菌素的皮肤划痕试验，能致局部显著的病理改变（图1-7）。他总结这类由免疫应答而致的疾病，称之为变态反应（allergy）。从而，揭示超敏的不适宜的免疫应答对机体有害的一面。

图1-7　超敏反应

（四）免疫耐受的发现

1945年，Owen发现自异卵双生的两头小牛个体内有两种血型红细胞共存，称之为血型细胞镶嵌现象（图1-8）。这种不同血型细胞在彼此体内互不引起免疫反应，他把这种现象称为天然耐受。

1953年，Medawar等进一步用实验证实了此一免疫耐受现象（图1-9）。

图1-8　血型细胞镶嵌现象

图1-9　免疫耐受

（五）免疫应答机制的研究

关于机体免疫机制的研究和探讨，出现了两派学说:

1.细胞免疫:俄国梅契尼可，发现白细胞有吞噬功能，能吞噬和清除各种病原微生物。

2.体液免疫:德国欧立希，体液中产生的抗体，能清除各种病原微生物。

（六）1959年Burnet学说及其对免疫学发展的推动作用——克隆选择学说

F.M.Burnet在前人的研究基础上于1959年提出了克隆选择学说（图1-10），为免疫生物学发展奠定了理论基础，使免疫学超越了传统的抗感染免疫，从而开启了现代免疫学新阶段。迄今50余年来，人们从整体、器官、细胞、分子和基因水平探讨免疫系统的结构与功能，并阐明基本免疫学现象的本质及其机制，在涉及免疫学基础理论和实践应用的各领域展开了深入而系统的研究，并不断取得突破性进展，对生物学和医学发展产生了深刻影响。至今，免疫学已发展为覆盖面极广的前沿学科，并成为现代生物医学的支柱学科之一。

图1-10　克隆选择学说示意图

克隆选择学说的要点有四点:

（1）体内存在多种针对各种抗原的免疫细胞克隆，其表面有识别抗原的受体（一个克隆针对一种抗原）。

（2）抗原进入机体内选择相应细胞克隆，使其活化、增殖、分化成抗体产生细胞或免疫效应细胞。

（3）胚胎期，某一免疫细胞克隆接触相应的抗原，如自身成分，则被排除或处于抑制状态，称为禁忌克隆，不能对自身抗原产生免疫应答而形成自身耐受。

（4）某些情况下，禁忌细胞株可以活化，对自身抗原发生免疫应答而形成自身免疫或自身免疫性疾病。

三、现代免疫学时期（20世纪中叶至今）

（一）抗原识别受体多样性的产生

1978年，发现抗体基因重排是B细胞抗原识别受体多样性的原因（图1-11）。

（二）信号转导途径的发现

20世纪80年代，发现了T淋巴细胞识别抗原的M HC限制性；至90年代，发现T淋巴细胞活化需要双信号作用（图1-12）。

图1-11　抗原识别受体多样性

图1-12　细胞活化双信号

（三）细胞程序性死亡途径的发现

在研究细胞毒性T细胞（CTL）对靶细胞的杀伤机制中（图1-13），发现CTL表达FasL，靶细胞表达Fas，当CTL与靶细胞结合，FasL结合Fas，活化一组半胱天冬（氨酸）蛋白酶（Caspase）。Caspase呈级联活化，致DNA断裂，细胞死亡（图1-14）。

图1-13　CTL杀伤细胞（电镜图）

图1-14　CTL杀伤靶细胞示意图

（四）造血与免疫细胞的发育

对人类细胞生成研究最为清楚的是免疫细胞，鉴定出多能造血干细胞（HSC），证明它能分化为不同类型的血细胞及免疫细胞。这项研究的推广，导致神经干细胞的发现，并证明它能分化为各类神经细胞和免疫细胞。现已有多种组织器官特异的干细胞被鉴定成功（图1-15）。

图1-15　免疫细胞发育示意图

四、应用免疫学的发展

应用基因工程开发免疫学制品，使之得以大规模廉价生产；新型细胞因子的发现及应用，使多种免疫细胞在体外扩增培养成功，用于临床；分子生物学技术的发展，使人源抗体问世；对免疫途径及效应识别的了解，提供了预防自身免疫病的新途径。免疫学应用研究已在更广阔、更高水平上得以开拓。

（一）DNA疫苗

在鉴定出病原体引起免疫应答的蛋白抗原及其编码基因后，已发展起DNA疫苗，如乙型病毒性肝炎（HBV）DNA疫苗，在使用中效果显著。DNA疫苗成本低、活性稳定、运输容易，甚至用基因转入食物细胞，如西红柿细胞，口服长成的西红柿即可，不须纯化，是为理想的方法。DNA疫苗亦可用于治疗基因缺陷所致的免疫缺陷病，如转染腺苷脱氨酶（ADA）基因治疗因ADA基因突变所致的联合免疫缺陷症，是当今基因治疗中效果最为显著的典型。尽管DNA疫苗在使用上仍存在诸多技术问题，但这是今后发展方向。

（二）基因工程制备重组细胞因子

应用大肠杆菌、酵母及昆虫细胞等生产人类基因重组细胞因子已广泛应用于临床，并已发展成为高生物科技的新型药物工业。人重组红细胞生成素（EPO）及粒细胞集落刺激因子（G-CSF）等的临床使用，效果显著，经济效应巨大，更多的重组细胞因子正在临床试用中。

（三）免疫细胞治疗

造血干细胞及效应细胞毒性T细胞在适宜细胞因子存在的条件下，已能体外培养扩增，用于临床治疗。DC细胞的体外分化成熟，用以递呈抗原，使T细胞活化效果显著提高，已用于肿瘤治疗。

（四）完全人源抗体

抗体治疗已在抗感染、抗肿瘤、抗自身免疫病中广泛使用，但不同动物种属来源的抗体，在应用中有致过敏的危险，且多次使用会致失效。现已能用小鼠制备人的抗体，即将小鼠免疫球蛋白（Ig）基因全部或大部分敲除，转入人Ig基因，培育成的小鼠，在抗原刺激下，能产生完全人源的抗体，其效果提高，且因无小鼠成分不会被排斥。

（五）免疫生物治疗

DNA疫苗，基因工程抗体靶向治疗、基因工程细胞因子和其他肽类分子等均已开始在临床得到应用；细胞过继疗法已用于多种血液病及肿瘤的治疗。一般认为，肿瘤的免疫生物治疗有可能成为继化学疗法、手术疗法、放射疗法之后的又一重要疗法（图1-16）。

图1-16　免疫生物治疗示意图