摘要:特异性免疫是高中生物教学中的一个重点内容,也是高考的一个高频考点,更是师生理解上的一个盲点,其原因不外乎:一方面教材上的图文描述不全面且比较简略,另一方面是师生在这一方面欠缺较多的相关知识。因此,在教学实践中尝试对这一部分知识作以适当的补充显得很必要。
关键词:MHC-Ⅰ MHC-Ⅱ 辅助性T细胞 细胞毒T细胞
特异性免疫是高中生物必修3《稳态与环境》中的一个重点内容,也是历年高考的一个高频考点,更是师生理解上的一个盲点。究其原因不外乎:一方面是教材上的图文描述不全面且比较简略,参阅的各类教辅资料图文符号往往又不一致;另一方面是师生在这一方面欠缺较多的相关知识。针对此,作者在教学中尝试着对这一部分知识给与适当的补充,效果较显著。现整理如下与各位同行共商讨之:
1、主要组织相容性复合体(MHC):主要有MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ2类
1.1MHC-Ⅰ
1.1.1分布:几乎分布于所有有核细胞表面,但不同组织细胞的表达水平差异很大:淋巴细胞表面MHC-Ⅰ类抗原的密度最高,肾、肝、肺、心及皮肤次之,肌肉、神经组织和内分泌细胞上抗原最少,而成熟红细胞、胎盘滋养层细胞上未能检出。
1.1.2功能:参与向CD8+T细胞递呈抗原的过程。
1.2MHC-Ⅱ
1.2.1分布:比较局限,主要表达于B细胞、单核-巨噬细胞和树突状细胞等抗原递呈细胞上,精子细胞和某些活化的T细胞上也有。因此,MHC-Ⅱ类分子的表达被看成是抗原递呈能力的标志。
1.2.2功能:在免疫应答的始动阶段主要参与外源性抗原递呈给CD4+T细胞,在一些条件下也可呈递内源性抗原。在组织或器官移植过程中,MHC-Ⅱ类分子是引起移植排斥反应的重要靶抗原。
2、吞噬细胞、B细胞和T细胞:在免疫系统中扮演很重要的角色。
2.1吞噬细胞 是一类具有吞噬和杀伤作用,且给淋巴细胞输送呈递抗原启动特异性免疫反应的细胞。人体内专职吞噬细胞分为两类:一类是中性粒细胞和嗜酸性粒细胞;另一类是单核吞噬细胞系统,包括末梢血液中的单核细胞和淋巴结、脾、肝、肺以及浆膜腔内的巨噬细胞等。
中性粒细胞:在发生局部炎症反应时,大量到达炎症部位发挥吞噬和消除作用。
酸性粒细胞:具有一定的变形运动和吞噬功能,可从血液游到组织间隙。增多常见于发生过敏反应或寄生虫感染。
单核细胞:具有明显的变形运动,能吞噬、清除受伤、衰老的细胞及其碎片。还参与免疫反应,在吞噬抗原后将所携带的抗原决定簇转交给淋巴细胞,诱导淋巴细胞的特异性免性反应。单核细胞在血液中仅停留12-24小时,然后进入结缔组织成器官,发育成熟为巨噬细胞。
巨噬细胞:是免疫应答中主要的抗原呈递细胞,在免疫应答的起始阶段,巨噬细胞能捕获和处理抗原,能把抗原最具特征性的分子基团(抗原决定基)予以保留,并与巨噬细胞自身的MHC-II类分子结合,形成抗原肽-MHC分子复合物,将抗原肽呈递给T细胞,促进免疫应答;在免疫应答的效应阶段,它又能聚集于病灶周围,成为破坏靶细胞和吞噬细菌的重要成分。
2.2 B细胞
哺乳类动物B细胞的分化过程主要分为:前B细胞、不成熟B细胞、成熟B细胞、活化B细胞和浆细胞五个阶段。其中前B细胞和不成熟B细胞的分化是抗原非信赖的,其分化过程在骨髓中进行。抗原依赖阶段是指成熟B细胞在抗原刺激后活化,并继续分化为合成和分泌抗体的浆细胞,这个阶段的分化主要是在外周免疫器官中进行的。
前B细胞 前B细胞是从骨髓淋巴干细胞分化而来,只存在于骨髓和胎肝等造血组织。前B细胞缺乏对抗原的反应能力。
不成熟B细胞 开始表达膜表面抗体,但如与抗原结合,则产生负应答,使B细胞转变为受抑制状态,不能继续分化为成熟的B细胞,这是形成自身免疫耐受的机制之一。不成熟B细胞MHCⅡ类抗原表达量增加。
成熟B细胞 骨髓中发育的成熟B细胞经血液迁移至外周淋巴器官,此时膜表面表达几种膜表面抗体,其中有一种的表达防止了B细胞与抗原结合后所引起的免疫耐受。成熟B细胞表达多种受体。
活化B细胞 成熟B细胞被相应抗原或多克隆刺激剂刺激后成为活化B细胞,继而发生增殖和分化,在此过程中,膜结合抗体水平逐渐降低,而分泌型抗体逐渐增加,并可发生免疫球蛋白基因类别的转换。活化B细胞中的一部分可分化为小淋巴细胞,停止增殖和分化,并可存活数月至数年,当再次与同一抗原接触时,很快发生活化和分化,产生抗体的潜伏期短,抗体水平高,维持时间长,这种B细胞称为记忆B细胞。
浆细胞 又称抗体分泌细胞。成熟B细胞接受抗原刺激后,在抗原提呈细胞和Th细胞的辅助下成为活化B细胞,进而分化为浆细胞,合成和分泌各类免疫球蛋白,同时获得了浆细胞特异性标志,而膜表面抗体,MHCⅡ类抗原等标记消失。
2.3 T细胞:成熟的T淋巴细胞分成不同的群体,人体内主要有成熟的辅助性T淋巴细胞(CD4+T细胞)和成熟的细胞毒性T淋巴细胞(CD8+T细胞)。这些细胞成熟后离开胸腺进入血液循环中。
CD4+T细胞即辅助性T细胞:只能识别MHC-Ⅱ类分子结合的抗原片段。能指挥身体对抗微生物,例如病毒。
CD8+T细胞即细胞毒性T细胞:只能识别与相同MHC-Ⅰ类分子结合的抗原(多为内源性的细胞抗原,如病毒感染的细胞和肿瘤细胞等),能摧毁已受感染的细胞,CD8+T细胞通过直接杀伤作用,主要负责对靶细胞的清除。
3、免疫过程
在免疫反应中,由于T细胞不产生抗体,而是直接起作用,所以T细胞参与的免疫作用叫作“细胞免疫”;B细胞是通过产生抗体起作用,抗体存在于体液里,所以B细胞参与的免疫作用叫作“体液免疫”。
3.1细胞免疫
T淋巴细胞介导的免疫应答是一个连续的过程,可分为三个阶段:
(1)T淋巴细胞特异性识别抗原(初始或记忆T细胞膜表面的受体与抗原提呈细胞表面的抗原肽-MHC复合物特异性结合的过程);
每一个成熟的T淋巴细胞只带有对应于一种抗原的受体。如果没有遇到这种抗原,这个T淋巴细胞就处于不活动状态。T细胞对自身细胞上的MHC标志不发生反应。
T细胞的活化需要双信号刺激,第一信号来自与它的受体相适应的抗原,由抗原提呈细胞表面的抗原肽-MHC复合物与受体的相互作用和结合,该信号确保免疫应答的特异性;第二个信号是辅助性T淋巴细胞(CD4+T细胞)也被同样的呈递在抗原-MHC复合体上的抗原所激活,这个辅助性T淋巴细胞分泌多种蛋白质成分,该信号确保免疫应答在需要的条件下才能得以发生。当只有第一信号时,T细胞处于无应答状态。
(2)T细胞活化、增殖和分化; T细胞活化引起细胞分裂(大量增殖,达到整体功能所需的数量水平)和分化(使T细胞具有分泌细胞因子或细胞杀伤的功能)。T细胞活化的主要表现形式是分泌淋巴因子。不同的抗原刺激可使初始T细胞分泌不同种类的淋巴因子,从而产生不同的效应,而白细胞介素2是初始T细胞产生的最重要的淋巴因子。
(3)效应T细胞发挥效应。细胞毒性T细胞具有特异性的杀伤功能,主要是细胞浆内形成了许多膜结合的颗粒,这些颗粒包含穿孔素和颗粒酶等多种介质。穿孔素可对靶细胞打孔,颗粒酶是一组丝氨酸酯酶,它进入靶细胞胞浆,使靶细胞凋亡。靶细胞凋亡后,暴露抗原,从而被抗体消灭(如图1)。
随着抗原的清除,大多数活化T细胞死于细胞凋亡,以维持自身稳定的基础状态。少数T细胞分化为长寿命的记忆细胞,在再次抗原刺激时发挥快速的免疫应答作用。细胞免疫主要通过抗感染;免疫监视;移植排斥;参与迟发型变态反应起作用。
3.2体液免疫
(一)B细胞产生浆细胞和记忆细胞
事实上,当一种特定的抗原进入人体时,它会结合在一种适合于其形状的B细胞表面受体上,当B细胞在连续接受了带有互补决定簇的抗原刺激之后就会增殖、分化成效应B细胞和少数记忆B细胞。同时,吞噬细胞会吞噬同一类型的另一个病原体,并把它分解。病原体被分解后,来自病原体的抗原则出现在吞噬细胞质膜的受体中。T细胞中有一类辅助T细胞,能够靠其表面上的特定受体识别吞噬细胞质膜上的抗原,这样辅助T细胞被激活并产生淋巴因子,其结果一方面刺激吞噬细胞分泌白细胞介素1,白细胞介素1刺激辅助T细胞(CD4+T细胞)分泌其他白细胞介素,另一方面刺激激活了静息B细胞(已经和特异的抗原分子结合的B细胞)和记忆B细胞,反复分裂形成的B细胞克隆分化为效应B细胞和记忆B细胞。这一B细胞依靠辅助T细胞而活化的步骤比第一个不需要辅助T细胞参与的步骤作用更强大。
(二)浆细胞产生抗体
浆细胞一般停留在各种淋巴结。每一个浆细胞每秒钟能产生2000个抗体,它们寿命很短,经几天大量产生抗体之后就死去,而抗体则进入血液循环发挥生理作用,抗体"Y"两短臂末端高变区与抗原结合,抗体的柄端(FC)可与吞噬细胞(如巨噬细)上的受体结合而使抗原—抗体复合物被吞噬。(图2)
(三)记忆细胞与二次免疫反应
记忆细胞寿命长、对抗原十分敏感,能“记住”入侵的抗原。当同样抗原第二次入侵时,其能更快的做出反应,很快分裂产生新的浆细胞和新的记忆细胞,浆细胞再次产生抗体消灭抗原。这就是二次免疫反应。它比初次反应更快,也更强烈。
体液免疫的主要目标是细胞外的病原体和毒素。当这些病原体和毒素在组织和体液中自由地循环流动时,抗体与这类细胞外的病原体和毒素结合,致使病毒一类的抗原失去进入寄主细胞的能力,使一些细菌产生的毒素被中和而失效,还可使一些抗原(如可溶的蛋白质)凝聚而被巨噬细胞吞噬。
通过上述的文字补充说明,加上比较详尽的过程图解,回过头来再重新审视人教版教材中这一知识点的图文,理解起来就容易多了。
参考文献:
1、吴相钰,刘恩山.《环境与稳态》(浙教版)P52,P54.
2、吴庆余.《基础生命科学》(第一版)P404.
3、张惟杰.《生命科学导论》(第2版)P100.
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