醫學免疫學/現代免疫學時期

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醫學免疫學

免疫學發展簡史
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- 免疫學在生物學和醫學發展中的作用

自天然耐受現象的發現，克隆選擇學說的提出為免疫生物學的發展奠定了理論基礎，使現代免疫學的發展方向發生了重大變化。使免疫學從抗感染免疫的概念中解脫出來，進而發展為生物機體對「自己」和「非己」的識別，藉以維持機體穩定性的生物學概念。這一發展時期自60年代迄今發現了胸腺的免疫功能，確認了淋巴細胞系是重要的免疫細胞，闡明了免疫球蛋白的分子結構與功能。從器官、細胞和分子水平揭示了機體另一重要生理系統，即免疫系統的存在。30餘年來，對免疫系統結合與功能的研究不斷取得突破性進展，對生物學和醫學的發展都產生了深遠的影響。在此階段有下述一些重要進展。

一、60年代的重要發現

Glick(1957)發現早期摘除雞的腔上囊組織可影響抗體的產生。首先證明了腔上囊組織的免疫功能。60年代初Miller和Good分別在哺乳類動物體內進行早期胸腺摘除，證明了胸腺的免疫功能。Gowan(1965)首先證明了淋巴細胞的免疫功能。Claman、Mitchell等人(1969)提出了T和B細胞亞群的概念。Cooper等人證明了免疫淋巴細胞在周圍淋巴組織的分布。自此建立了在高等動物體內免疫系統的組織學和細胞學基礎。在人體內，從先天無胸腺症患者和先天性無丙種球蛋白血症患者也證明了胸腺的免疫功能和存在二類淋巴細胞亞群。

在此期間對抗體分子的結構研究取得了突破性進展。自40年代確定了抗體的血清球蛋白性質後，便集中精力研究抗體的分子結構與生物功能。50年代Porter用木瓜蛋白酶水解抗體球蛋白分子，獲得了具有抗體活性的片段和易結晶片段。其後Edelman用化學還原法證明抗體球蛋白是由多肽鏈組成，用抗原分析法證明了抗體分子的不均一性。60年代初統一了抗體球蛋白的名稱，並建立了免疫球蛋白的分類，即IgG、IgM和IgA三類。Rowe(1965)自骨髓瘤患者的血清內發現了IgD，石板(1966)自枯草熱患者的血清中發現了IgE。自此關於Ig分子的結構和生物活性的研究便成為免疫化學的中心課題。

二、70年代的重要發現

1．免疫應答細胞　進入70年代Pernis等用免疫熒光法證明了淋巴細胞膜Ig受體存在並認為是B細胞的特徵。Feldman等用半抗原載體效應證明了T和B細胞在抗體產生中的協同作用。Unanue等證明了巨噬細胞在免疫應答中的作用，它是參與機體免疫應答的第三類細胞。從而證明了機體免疫應答的發生是由多細胞相互作用的結果，並初步揭示了B細胞的識別、活化、分化和效應機制，使免疫學的研究進入細胞生物學和分子生物學的領域。

2. T細胞亞類的發現　70年代還進一步證明在動物和人周圍血循環內存在有功能相異的T細胞亞類。Mitchison等證明了輔助性T細胞的存在。Gershon等證明了抑制性T細胞的存在，它們對免疫應答的調節起著重要作用。Cantor等用小鼠細胞膜Ly異型抗原，可將細胞分成不同亞類，並證明它們具有不同生物學功能。這一發現提示用膜抗原分析法可用以鑒定不同T細胞亞類。

總之，以T細胞為中心的免疫生物學研究，是70年代免疫學研究最活躍的領域之一。對於T細胞的發生、分化與功能研究，對T細胞亞類的鑒別以及對T細胞抗原識別受體的研究都取得了較大的進展。

3．免疫網路學說的提出　這一學說是Jerne(1972)根據現代免疫學對抗體分子獨特型的認識而提出的。這一學說認為在抗原刺激發生之前，機體處於一種相對的免疫穩定狀態，當抗原進入機體後打破了這種平衡，導致了特異抗體分子的產生，當達到一定量時將引起抗Ig分子獨特型的免疫應答，即抗獨特型抗體的產生。因此抗抗體分子在識別抗原的同時，也能被其抗獨特型抗體分子所識別。這一點無論對血流中的抗體分子或是存在於淋巴細胞表面作為抗原受體的Ig分子都是一樣的。在同一動物體內一組抗體分子上獨特型決定簇可被另一組抗獨特型抗體分子所識別。而一組淋巴細胞表面抗原受體分子亦可被另一組淋巴細胞表面抗獨特型抗體分子所識別。這樣在體內就形成了淋巴細胞與抗體分子所組成的網路結構。網路學說認為，這種抗獨特型抗體的產生在免疫應答調節中起著重要作用。使受抗原刺激增殖的克隆受到抑制，而不至於無休止地進行增殖，藉以維持免疫應答的穩定平衡。

三、80年代的重要發現

1．抗體多樣性遺傳控制　進入80年代在分子免疫學的研究方面取得了重大進展。首先是在抗體多樣性遺傳控制的研究取得了突破性進展。

關於Ig合成的遺傳學問題早在60年代Dreyer和Bennet等曾提出一假設，他們認為編碼Ig肽鏈的基因是由二種基因組成。並且在胚胎期是彼此分隔的，在B細胞分化發育過程中才彼此拼接在一起。他們是第一個推測真核細胞的基因可能是彼此分離的，必需在細胞分化過程中發生重排和拼接在一起才能表達。

日本學者利根川進和Leder等應用分子雜交技術證明並克隆出編碼Ig分子V區和C區基因。同時應用克隆cDNA片段為探針證明了B細胞在分化發育過程中編碼Ig基因結構闡明了Ig抗原結合部位多樣性的起源，以及遺傳和體細胞空變在抗體多樣性形成中的作用，為此利根川進獲得了1987年諾貝爾醫學獎。

2．T細胞抗原受體的證明　在80年代由於生物技術的發展，已能在體外建立抗原特異性T細胞克隆以及細胞和分子雜交技術的應用，為在分子水平和基因水平研究T細胞受體的性質創造了良好的條件。

首先是應用抗T細胞克隆型單株抗體結合免疫化學技術，Meur等人幾乎同時（1983）證實了小鼠和人T細胞表面抗原受體的存在，並分離出這種受體分子。研究其化學性質，證明T細胞受體分子是由異二聚體肽鏈組成，由α和β鏈藉二硫鏈相連接在一起。通過對不同T細胞克隆受體肽圖的比較研究，發現二條肽鏈均具有與Ig肽鏈相似的可變區（V）和穩定區（C）結構。Reinherz等應用抗人T細胞克隆抗體研究人T細胞受體也獲得了相似的結果。他將這種被克隆型單株抗體識別的T細胞表面分子稱為Ti分子，並證明它與抗原識別有關。故Ti分子被認為是人T細胞表面的抗原識別受體。據此Reinherz於1984年提出了關於人T細胞抗原受體構型設想，認為T細胞抗原受體是由異二聚體組成的單一受體，能同時識別異種抗原分子和自己MHC分子。

對T細胞抗原受體研究的另一突破性進展是應用分子雜交技術分離出編碼T細胞受體的基因。Davis於1984年首先分離出小鼠T細胞受體的基因，並獲得了一個cDNA克隆（TM36），從其預測的肽圖分析與經免疫化學法分離的T細胞受體肽圖（β鏈）相一致，從而認為它是鼠T細胞受體β鏈的基因。Yanagi等幾乎同時自人T細胞白血病株獲得一個cDNA克隆（YT35），經證明是人T細胞受體β鏈的基因。其後經核苷酸序列分析證明T細胞β受體基因與Ig重鏈相似，亦由Vβ、Dβ、Jβ、及Cβ基因片段組成，也存在基因重排現象。但Orcia證明人β鏈基因定位於第17對染色體，鼠則定位於第6對染色體上。而編碼Ig的基因則定位於其它染色體上，所以編碼Ig的基因與T細胞受體基因是二組完全不同的基因。

Chien和Saito於1984年分別從小鼠T細胞中分離出編碼T細胞受體的另一組基因，即α基因，亦具有多樣性和重排現象。其編碼肽鏈也含有V區和C區。不難看出，應用抗T細胞克隆型單株抗體對T細胞受體在蛋白質分子水平的研究結果與用分子雜交技術在基因水平的研究結果是一致的。

3．細胞因子研究進展　在過去的10年中對一系列細胞因子的鑒定及其分子生物學的研究進展。是80年代免疫學最為矚目的成果之一。細胞因子是一組異質性肽類細胞調節因子。包括淋巴因子、單核因子、白細胞介素、干擾素、腫瘤壞死因子、集落刺激因子和轉化生長因子等。它們是由體內各種免疫細胞和非免疫細胞產生。具有多種生理功能，如介導細胞的相互作用，促進和調節細胞的活化、增殖、分化和效應功能。它們也涉及相關疾病的病理生理作用，也具有臨床治療應用的潛在可能性。

僅在數年前，人們還只能從細胞培養液中提取有限數量的細胞因子進行功能和結構研究，而現在可通過基因工程技術在原核或真核細胞中進行表達，可以獲得純化的重組型細胞因子，並可進行批量生產，供實驗研究和臨床應用。

4．免疫學技術的發展　在80年代開創了許多新的生物學技術用於免疫學研究，大大促進了免疫學發展。

⑴細胞融合技術：1975年Kohler和Milstein首先報導應用小鼠骨髓瘤細胞和經綿羊紅細胞致敏的小鼠脾細胞融合。結果發現一部分融合的雜交細胞既能繼續生長，又能分泌抗羊紅細胞抗體，將這種雜交細胞系統稱為雜交瘤。這是一項突破性生物技術，應用這種方法可製備單一抗原決定簇的單株抗體，為生物科學和醫學的研究提供了廣闊的應用前景。

⑵T細胞克隆技術的建立：Morgan等（1976）首先證明了T細胞生長因子在體外培養條件下可刺激T細胞克隆長期生長，在過去10年中應用T細胞克隆技術已建立了一系列抗原特T細胞克隆用以研究T細胞受體、淋巴因子的分泌以及細胞間協同作用等方面的研究，為細胞免疫學的發展做出了巨大貢獻。

⑶轉基因技術的應用：轉基因技術也是近年來生物技術中一項重大突破成就。它的建立使動物不必通過有性雜交即能獲得新的基因，開創了一條新途徑。它的基本原因是將外源基因導入哺乳類動物的受精卵或其早期胚胎，然後分析胚胎或其後代組織中的基因表達。目前主要以小鼠為模型構建和培育不同性狀的轉基因鼠已在許多研究領域中得到應用。

⑷分子雜交技術的應用：分子雜交的原則是根據雙鏈核酸分子經高溫解鏈，可分開為二條互補的單鏈。恢復原溫度又可使原來的雙鏈結構聚合。二條不同單鏈分子根據鹼基配對的原則，只要它們的鹼基序列同源，即鹼基完全互補或部分互補，就可發生全部或部分復性，此即核酸雜交。通常二種待雜交的分子之一是已知的，並可預先用放射性同位素或生物素進行標記，稱為分子探針。以此探針識別或釣出另一種核酸分子中與其同源部分，即目的基因或靶基因。它有極高的特異性和敏感性，其實驗方法可分為吸印雜交法(southern blot)，斑點雜交法和原位雜交。這一方法已廣泛用於分子生物學和分子遺傳學的研究。

分子遺傳學的理論和分子雜交技術也大大促進了分子免疫學的發展。目前已開展了對免疫球蛋白分子、T細胞受體分子、補體分子、細胞因子以及MHC分子等的基因結構、功能及其表達機制的研究。對一些細胞因子通過基因工程已獲得了純化和有活性的重組分子，為進一步研究免疫分子的結構與功能以及臨床診斷和治療提供了理想的製劑。