免疫学基础知识 (19)：免疫系统的中枢与外周耐受性

快乐英平 2025-05-21

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引言

免疫系统是一个复杂的防御网络，能够识别并应对入侵的病原体，同时需要避免对自身组织的攻击。免疫耐受性是指免疫系统对特定抗原的无反应状态，是维持免疫系统平衡的关键机制。本文将详细探讨中枢和外周耐受性的机制、功能及其在疾病和治疗中的应用。

中枢与外周耐受性的基本概念

免疫耐受性根据其形成时期和场所可分为中枢耐受性和外周耐受性。中枢耐受性发生在骨髓和胸腺等初级淋巴器官中，通过克隆消除或抑制自身反应性免疫细胞来实现；而外周耐受性则发生在次级淋巴器官中，通过多种机制如克隆消除、无能、抑制和调节来维持。这两种耐受性在维持免疫多样性的同时，共同减少了自身反应性的风险。

中枢和外周耐受性在维持受体多样性同时减少自身反应性方面具有非冗余功能。虽然中枢耐受是主要机制，但外周耐受可以弥补中枢耐受的不足，因为并非所有自身抗原都在胸腺中表达。

中枢T细胞选择

3.1阳性和阴性选择

在胸腺中，CD4-CD8-(双阴性,DN)T细胞祖细胞进入胸腺皮质并重新排列其受体，成为CD4+CD8+(双阳性,DP)胸腺细胞。

阳性和阴性选择是两个关键过程：

·阳性选择：具有与胸腺上皮上的自身肽-MHC复合物以中等亲和力结合的受体的T细胞接收生存信号，根据识别的MHC，T细胞将显示CD4或CD8(单阳性,SP)。

·阴性选择：发生在皮质的DP阶段或髓质的SP阶段，带有与胸腺上皮上自身抗原高亲和力结合的受体的T细胞发生凋亡。

这一过程确保了只有那些能够识别外来抗原但不会攻击自身组织的T细胞能够存活并进入外周免疫系统。

图 1. 胸腺中的阳性和阴性选择。

在 MHC-II 分子背景下识别胸腺细胞上表达的自身抗原的 CD4+ T 细胞会发生凋亡，决定阳性和阴性选择的关键因素是成熟T细胞对抗原识别的强度；低亲和力识别导致阳性选择，高亲和力识别导致阴性选择。据推测，在这个阶段，自身抗原特异性的 Treg (CD4+CD25+) 细胞是通过中等程度的结合产生的。

3.2 AIRE蛋白与APS-1

AIRE(Autoimmune Regulator，自身免疫调节因子)蛋白在胸腺上皮细胞中表达自身抗原，这对于中枢耐受至关重要，AIRE基因突变会导致自身免疫多内分泌腺病综合征1型(APS-1)。

APS-1是一种罕见的遗传性疾病，主要表现为多内分泌腺功能减退和自身免疫病，如糖尿病、甲状腺功能减退和肾上腺功能减退。研究发现，AIRE蛋白的缺陷会导致正常抗原表达机制的破坏和免疫细胞异常克隆的形成，并可对器官造成自身免疫性损害。

外周T细胞选择

4.1外周耐受的机制

外周T细胞耐受的机制包括：

·克隆删除：研究最充分的消除活化T细胞克隆的机制是活化诱导的细胞死亡(AICD)。被抗原呈递细胞激活的T细胞表达IL-2和IL-2R，以自分泌促进增殖，激活的T细胞还会增加死亡受体(例如Fas)及其配体的表达。Fas连接通过caspase途径导致T细胞凋亡，从而终止免疫反应。

图 2. AICD 示意图。

当 APC 摄取和加工抗原(1) 以及随后将加工后的肽呈递给 CD4+ T 细胞(2) 时，会产生 IL-2 并表达 IL-2R，随后发生自分泌结合(3)，从而产生T 细胞激活。激活的 T 细胞在其表面表达 Fas (4) 和 FasL (5)，或者在膜相关 FasL 裂解后表达为可溶性 s-FasL (6)。 Fas 与游离的FasL (7) 或与膜相关 FasL (8) 的相互作用通过激活诱导细胞死亡(AICD) 导致细胞凋亡(9)，从而结束免疫反应。

·忽视：T细胞会忽略某些自身抗原，因为它们位于免疫特权位点或因为它们具有低免疫原性(低表达水平或低结合亲和力)。例如，交感性自身免疫性眼炎是由隔离的眼部自身抗原释放到循环中引起的，它们最终可以激活外周自身反应性免疫细胞。

·无能：这是使外周自身反应性T细胞克隆失活的主要机制，无能T细胞克隆无法对同源抗原刺激作出反应：它们不产生IL-2或IL-2R。多种机制可以解释T细胞激活中的这一阻碍，例如T细胞辅助受体CD28和APC辅助刺激分子CD80/86之间相互作用的破坏。

图 3. 共刺激对于 T 细胞的激活非常重要。

A：抗原呈递细胞上的 CD80/86 激活后提供第二个信号，导致 T 细胞激活和增殖。 B ：CD28/CD80/86 信号中断或 C ：CD80/86 表达失败可能导致无反应性。 D ：同时，激活的 T 细胞上调 CTLA-4 的表达，该分子也与 CD80/86 具有更大的亲和力相互作用，导致共刺激信号和无反应性的破坏。

·免疫调节：免疫调节是通过Treg细胞的作用来实现的，Treg在维持外周耐受中很重要，当小鼠体内的这些物质被耗尽时，就会产生自身免疫。患有遗传性Treg功能障碍的人类患者在多个器官中出现淋巴结肿大和由自身反应性T细胞组成的炎症浸润。

图 4. Treg 细胞的两种免疫调节机制的示意图。

A：自身抗原特异性CD4+CD25+T细胞可以通过细胞间相互作用直接抑制自身反应性T细胞的激活。 B：其他免疫调节T细胞分泌的抗炎细胞因子，例如IL-10和TGF-β，也可以抑制免疫反应。

4.2 CTLA-4在T细胞激活中的作用

CTLA-4是一种重要的免疫调节分子，它与CD80/86具有更高的亲和力相互作用，导致共刺激信号和无反应性的破坏。在生理条件下，T细胞在初次遇到APC时表达CD28。在这种刺激后不久，它们开始表达CTLA-4，其对CD80/86的结合亲和力比CD28更高。

CTLA-4在临床上有重要应用：

·用于治疗类风湿性关节炎等自身免疫性疾病，可显著减轻关节炎症；

·由CTLA-4和免疫球蛋白组成的融合蛋白(如abatacept和belatacept)在临床上用于关节炎和移植后；

·单克隆抗体(例如ipilimumab)用于阻断CTLA-4以抑制肿瘤耐受性。

B细胞耐受

5.1 中枢B细胞耐受

在正常的B细胞发育过程中，一系列过程有助于诱导B细胞中枢耐受。与T细胞不同，B细胞的教育和自身反应性B细胞克隆的消除有一些不同之处。当B细胞从骨髓转移到脾T细胞区时，它们仍然是不成熟的。在骨髓的阴性选择过程中，自身反应性B细胞并不一定被消除。识别自身抗原的B细胞通过凋亡或失能而被消灭，逃避阴性选择的自身反应性B细胞成为最大限度多样化免疫库的一部分。

5.2外周B细胞耐受

外周B细胞耐受机制存在的原因包括：

·T细胞耐受性不完善：在大多数自身免疫性疾病中，B细胞依赖于T细胞，需要预先激活的同源自身反应性T细胞的帮助。

·不依赖T细胞的B细胞可以在没有T细胞帮助的情况下被自身抗原激活。

·结构上与自身抗原相似的微生物抗原可以导致B细胞产生交叉反应抗体，这种现象称为分子拟态。

·B细胞在激活时会发生过度突变，因此它们有第二次机会发生自我反应。

外周血B细胞耐受性由多种机制维持，主要机制是CD4+调节性T细胞(Treg)的抑制作用与CD4+滤泡辅助性T细胞(Tfh细胞)和其他T细胞亚群的刺激作用相平衡。

5.3 B细胞无反应性的实验模型

在一个经典实验中使用转基因小鼠探索了B细胞耐受机制，表达鸡蛋溶菌酶的单转基因小鼠与表达抗溶菌酶IgM并具有能够识别溶菌酶的B细胞受体的单转基因小鼠进行繁殖。由此产生的小鼠杂交体产生溶菌酶，但尽管溶菌酶识别的B细胞在用溶菌酶免疫后不会产生抗溶菌酶抗体。

来自这些F1小鼠的B细胞转移到受辐射的野生型小鼠体内确实能够产生抗溶菌酶抗体，这证明无反应性与溶菌酶的持续刺激有关。但当B细胞处于没有溶菌酶耐受作用的宿主体内时，无反应性可以逆转，这一实验模型对于理解B细胞耐受机制具有重要意义。

图 5. B 细胞无反应性的实验模型。

(1) 将表达鸡蛋溶菌酶的转基因小鼠(白色小鼠)与用于产生抗溶菌酶特异性 B 细胞的转基因小鼠(棕色小鼠)杂交，产生 F1 杂交小鼠(棕褐色小鼠) (2) 用于产生溶菌酶的双转基因( 3) 和抗溶菌酶B细胞的产生；这些双转基因杂交体产生溶菌酶但不产生抗溶菌酶抗体。(4) 来自这些 F1 小鼠的 B 细胞虽然无法与溶菌酶反应，但当转移到受辐射的小鼠并用溶菌酶免疫时(5) 导致产生抗溶菌酶抗体(Ab) (6)。这证明F1小鼠的B细胞虽然能够产生抗溶菌酶抗体，如果转移到另一只小鼠，则在内源性产生的溶菌酶的存在下，其功能会被激活。

免疫耐受在疾病和治疗中的应用

6.1 自身免疫疾病与免疫耐受

Treg数量或功能的缺陷会因耐受性丧失而导致过敏、自身免疫和其他炎症性疾病。例如，患有X-连锁重症联合免疫缺陷病(X-SCID)的患者，其Treg功能受损，容易发生严重的自身免疫性疾病。在类风湿性关节炎等自身免疫性疾病中，Treg的频率和表型会发生变化，表明T细胞的帮助对于调节B细胞耐受性至关重要。

6.2 移植耐受与免疫治疗

在器官移植中，诱导免疫耐受是防止移植排斥的关键。通过使用免疫抑制药物或诱导调节性T细胞，可以实现对移植器官的长期耐受。在过敏治疗中，通过低剂量多次注射过敏原，可以诱导外周耐受，从而减少或消除对过敏原的反应，这种治疗方法称为变应原特异性免疫疗法(ASIT)。此外，使用CTLA-4融合蛋白如abatacept治疗类风湿性关节炎，阻断T细胞的激活，从而诱导耐受，这是免疫调节在临床治疗中的一个典型例子。