例析“免疫调节”的疑难问题

李 喆 刘晓菊

(河北省秦皇岛市第一中学)

免疫调节专题涉及知识复杂,学生在学习和做题过程中存在很多疑问,本文通过相关例题的解读来解决疑问,旨在构建清晰的知识框架,去除错误认知。

1.免疫细胞的起源及T淋巴细胞的活化过程

考试题目中涉及的免疫细胞名称多样:B淋巴细胞、T淋巴细胞、树突状细胞、巨噬细胞、吞噬细胞、抗原呈递细胞、NK细胞等。其中B淋巴细胞、T淋巴细胞、树突状细胞、巨噬细胞是用细胞形态结构或分子标志来区分的;吞噬细胞指的是具有吞噬功能的细胞,树突状细胞、巨噬细胞和NK细胞都属于吞噬细胞;抗原呈递细胞(简称APC)是具有摄取、加工抗原并呈递给其他细胞功能的细胞,包括B淋巴细胞、树突状细胞、巨噬细胞等。上述细胞从起源与分化角度来系统归类如图1。

图1 血细胞的起源和分化图

T淋巴细胞成熟于胸腺,人体内成熟的T淋巴细胞经过抗原刺激增殖分化为功能不同的群体:辅助性T淋巴细胞、细胞毒性T淋巴细胞,这些细胞成熟后离开胸腺进入血液循环。成熟的T淋巴细胞表面有对应于一种特定抗原的受体,能够与特定的抗原—MHC复合体识别、结合后被激活。一个T淋巴细胞的受体只能识别一种抗原分子,人体内的淋巴细胞会有109以上种类的抗原受体。

T淋巴细胞对自身细胞的抗原—MHC复合体不发生反应,T淋巴细胞未遇到相应的抗原时处于不活动的状态,一般称之为T淋巴细胞前体。当一个细胞毒性T淋巴细胞遇到特定的抗原分子,且该抗原分子是呈递在某细胞的抗原—MHC复合体上时,该细胞毒性T淋巴细胞与抗原结合后便因受到刺激而活化;与此同时,一个辅助性T淋巴细胞被相同类型的呈递在抗原—MHC复合体上的抗原激活,并分泌多种细胞因子;这些细胞因子促进细胞毒性T细胞分裂、分化形成具有杀伤效应的细胞毒性T细胞群和记忆细胞群,从而实现了2种T淋巴细胞由不活动状态向活动状态的转变。新形成的每一个细胞都具有相对应于这种特异性抗原的受体,此时活化的细胞毒性T淋巴细胞识别带有抗原—MHC复合体的靶细胞并导致靶细胞裂解。

例题1.(2023年全国新课标卷)人体内的免疫细胞是体液免疫和细胞免疫过程的重要参与者。下列叙述正确的是

( )

①免疫细胞表面的受体可识别细菌、病毒等入侵机体的病原体

②树突状细胞能够处理和呈递抗原,淋巴细胞不能呈递抗原

③辅助性T细胞参与体液免疫过程而不参与细胞免疫过程

④体液免疫可产生记忆B细胞,细胞免疫可产生记忆T细胞

⑤某些致病细菌感染人体既可引发体液免疫又可引发细胞免疫

A.①②④ B.①④⑤ C.②③⑤ D.③④⑤

解析：人体的免疫系统包括免疫器官、免疫细胞和免疫活性物质,免疫细胞源自骨髓的造血干细胞,包括各种类型的白细胞,如B淋巴细胞、T淋巴细胞、树突状细胞和巨噬细胞等,这些免疫细胞表面存在特异受体,能识别细菌、病毒等入侵机体的病原体,引起相应的免疫反应,①描述正确;抗原呈递细胞(简称APC)的功能是可以摄取、加工抗原并呈递给其他细胞,包括淋巴细胞等,②描述错误;辅助性T细胞参与体液免疫,其被激活后表面的特定分子发生变化与B淋巴细胞结合作为激活B淋巴细胞的第二信号,辅助性T细胞分泌的细胞因子可促进B细胞的分裂、分化过程;在细胞免疫过程中,辅助性T细胞分泌细胞因子促进细胞毒性T细胞增殖分化,这说明辅助性T细胞既参与体液免疫又参与细胞免疫过程,③描述错误;体液免疫过程中,B细胞活化后开始增殖分化,一小部分分化为记忆B细胞;细胞免疫过程中,细胞毒性T细胞分裂并分化,形成新的细胞毒性T细胞和记忆T细胞,④描述正确;某些致病细菌是寄生在机体细胞内的,感染人体时既可引发体液免疫又可引发细胞免疫,⑤描述正确。答案为B。

2.抗原与病原体的关系及抗原的本质

侵入人体的病原体(病毒或细菌等)能成为抗原,但抗原并不是指一个完整的病毒或细菌,抗原中有能与免疫细胞上特定受体分子及特定抗体分子特异性结合的特殊化学基团,称为抗原决定簇。抗原决定簇通常由5～15个氨基酸残基或5～7个多糖残基或核苷酸组成。病毒的外壳蛋白、细菌表面的糖蛋白、脂蛋白、荚膜多糖等都是天然的抗原,天然抗原一般是大分子,含有多种多个抗原决定簇,属于多价抗原,可以和多个特定抗体分子结合。抗原决定簇分为两类:第一类是由连续性线性排列的短肽构成,称作线性抗原决定簇;第二类指短肽或者多糖残基在空间上形成的特定的构象,又称为非线性抗原决定簇。T细胞仅识别由抗原呈递细胞(简称APC)处理加工后得到的线性抗原决定簇,而B细胞可以识别以上两种抗原决定簇。

抗原具有两个重要特性:一是免疫原性,能引起机体免疫系统产生免疫应答,即诱导产生特定抗体或效应T细胞;二是具有反应原性,即抗原能与其诱导产生的相应抗体或致敏的效应T细胞发生特异性反应,又称免疫反应性。具有两种特性的抗原称为完全抗原。

按照诱导抗体产生过程的差异,把抗原分为两种类型:一类是胸腺依赖性抗原(TD抗原),此类抗原刺激机体产生抗体时,依赖于T细胞辅助,所以称作T细胞依赖性抗原,绝大多数蛋白质抗原,如病原微生物、血细胞、血清蛋白等均属于这种抗原。另一类是胸腺非依赖性抗原(TI抗原),这类抗原刺激机体产生抗体时,不需要T细胞的辅助,例如细菌脂多糖、荚膜多糖、聚合鞭毛素等,这类抗原可直接刺激B细胞增殖分化为浆细胞,不需要辅助性T细胞提供活化B细胞的第二信号。

例题2.(2023年湖北卷21题节选)我国科学家研制出的脊髓灰质炎减毒活疫苗,为消灭脊髓灰质炎作出了重要贡献。某儿童服用含有脊髓灰质炎减毒活疫苗的糖丸后,其血清抗体浓度相对值变化如图2所示。

图2

回答下列问题:

(1)该疫苗保留了脊髓灰质炎病毒的________。

(2)据图判断,该疫苗成功诱导了机体的________免疫反应,理由是_______________。

解析：减毒活疫苗是将病原微生物(细菌和病毒)在人工条件下处理,使其丧失致病性,但仍保留其繁衍能力和免疫原性。脊髓灰质炎减毒活疫苗保留了该病毒的抗原性,能引起机体产生特异性免疫。

答案：(1)抗原性 (2)体液 服用糖丸后儿童在(一定时间内)血清中相关抗体浓度升高

例题3.(2020年新课标Ⅲ卷)下列有关人体免疫调节的叙述,合理的是

( )

A.若病原体不具有细胞结构,就不会使人体产生抗体

B.病原体裂解后再注射到人体,就不会使人体产生抗体

C.病原体表面若不存在蛋白质分子,就不会使人体产生抗体

D.病原体经吞噬细胞处理后暴露出的抗原可使人体产生抗体

解析：病毒不具细胞结构,但其蛋白质外壳可以作为抗原,刺激人体通过体液免疫产生抗体,A错误;病原体裂解后仍含有能引起机体产生免疫反应的特定化学基团,即抗原决定簇,会使人体产生抗体,B错误;抗原不一定是蛋白质,如细菌表面的荚膜多糖、黏多糖等特异性化学物质,也能引起机体发生免疫反应产生抗体,C错误;某病原体经过吞噬细胞等抗原呈递细胞的摄取和处理,暴露出病原体特有抗原分子基团,传递给辅助性T细胞,刺激辅助性T细胞表面分子发生变化,提供B细胞活化的第二信号,辅助性T细胞同时产生细胞因子促进B细胞增殖分化为浆细胞,分泌相应抗体,D正确。答案为D。

分析例题2可知,刺激机体产生抗体的抗原不一定具有细胞结构,也不一定是完整的病原体,可利用其裂解后的含有抗原决定簇的部分结构制成“疫苗”,注射后引起机体产生针对某种病原体的特异性抗体,这可以用于免疫预防;抗原不一定是病原体表面的蛋白质分子,也可以是其他成分,如核酸、多糖类。

3.辅助性T细胞作用机制

人教版新教材选择性必修1《稳态与调节》72页图4-6“体液免疫基本过程图”中这样表述:辅助性T细胞表面的特定分子发生变化并与B细胞结合,这是激活B细胞的第二信号。

B细胞膜表面存在识别结合特异性抗原的受体蛋白称为BCR(即膜型免疫球蛋白),当BCR接触特异性抗原并特异性识别抗原时,产生B细胞活化的第一信号,并把刺激信号经膜上特定受体传导到细胞内。同时抗原呈递细胞(简称APC)接触抗原,对抗原进行内化加工处理,形成抗原肽-MHCⅡ类分子复合物,呈递在APC细胞表面,进而呈递给特异性辅助性T细胞来识别;辅助性T细胞(Th)接收信息被活化,细胞内迅速通过基因选择性表达合成膜上CD40L(CD40协同刺激分子配体),并与B细胞膜上CD40(协同刺激分子)结合,提供了B细胞活化的第二信号。需要说明的是有多种黏附分子参与B细胞活化的第二信号形成过程。这一过程中最重要的是协同刺激分子CD40,它主要存在于B细胞以及单核细胞、树突状细胞表面。CD40协同刺激分子配体(简称CD40L)主要在已经活化的辅助性T细胞(和肥大细胞)中表达合成,然后移到细胞表面。未经活化的T细胞不表达CD40协同刺激分子配体,CD40分子与CD40L的相互作用实现了信号传导,并且活化的辅助性T细胞进一步分裂分化,所分泌的细胞因子能促进活化的B细胞进一步增殖分化。

例题4.(2023年广东卷)病原体感染可引起人体产生免疫反应。如图3示某人被病毒感染后体内T细胞和病毒的变化。下列叙述错误的是

( )

图3

A.a-b期间辅助性T细胞增殖并分泌细胞因子

B.b-c期间细胞毒性T细胞大量裂解被病毒感染的细胞

C.病毒与辅助性T细胞接触为B细胞的激活提供第二个信号

D.病毒和细菌感染可刺激记忆B细胞和记忆T细胞的形成

解析：图中a-b段病毒入侵并增殖,同时机体开始进行特异性免疫,其中辅助性T细胞开始分裂、分化,并分泌细胞因子,且曲线显示T细胞总数量增加,A正确;图中显示b-c期间病毒数量急速下降,机体内被病毒感染的细胞是细胞毒性T细胞裂解攻击的靶细胞,靶细胞裂解使病毒暴露出来,通过体液免疫产生的抗体使病毒数量减少,B正确;病毒作为抗原被抗原呈递细胞处理后形成抗原肽-MHCⅡ类分子复合物呈递在细胞表面,然后传递给辅助性T细胞,辅助性T细胞表面的特定分子发生变化,细胞膜上出现CD40L(CD40协同刺激分子配体)并与B细胞结合,这是激活B细胞的第二个信号,C错误;病毒和细菌感染能够刺激机体产生体液免疫和细胞免疫,可在此过程中产生记忆B细胞和记忆T细胞,利于快速启动二次免疫,D正确。答案为C。

在机体特异性免疫过程中,细胞免疫和体液免疫是相互联系的,辅助性T细胞既参与体液免疫,又参与细胞免疫。

4.细胞毒性T细胞(效应T细胞)杀伤靶细胞的机制

细胞毒性T细胞识别并接触靶细胞,主要通过以下两条途径杀伤靶细胞:

第一条途径是穿孔素/颗粒酶途径。穿孔素是储存于胞质颗粒中的细胞毒素,穿孔素单体可插入靶细胞膜上,在钙离子存在的情况下,多个穿孔素聚合成内径约为16 nm的孔道,使水、电解质迅速进入细胞,导致靶细胞崩解。颗粒酶是一类重要的丝氨酸蛋白酶,颗粒酶通过穿孔素在靶细胞膜上形成的孔道进入靶细胞,通过激活凋亡相关的酶系而介导靶细胞的凋亡。

第二条途径是Fas(死亡因子受体)/FasL(死亡因子)途径。效应T细胞可表达合成膜型的FasL以及可溶性的FasL,并合成分泌一些特定因子,这些分子可分别与靶细胞膜表面的Fas等受体结合,通过激活胞内的胱天蛋白酶参与信号转导途径,诱导靶细胞凋亡。

例题5.在细胞免疫中,效应T细胞杀伤靶细胞主要有细胞裂解性杀伤(如图4)和诱导细胞凋亡(如图5)两种途径。前者指效应T细胞分泌诸如穿孔素一类的介质损伤靶细胞膜,后者指效应T细胞通过表面FasL与靶细胞表面的Fas结合,诱导靶细胞凋亡。回答下列问题:

图4 细胞裂解性杀伤

图5 诱导细胞凋亡

(1)人体内的效应T细胞可以来自________的增殖、分化,细胞免疫就是依靠效应T细胞来杀伤靶细胞的。人体的另一种特异性免疫在杀伤病原体时主要依靠________细胞分泌的________。

(2)图4中的穿孔素又称“成孔蛋白”,由效应T细胞产生并以________的方式释放到细胞外。穿孔素能在靶细胞膜上形成多聚穿孔素管状通道,使K+及蛋白质等大分子物质________(填“流入”或“流出”)靶细胞,最终导致靶细胞死亡。

(3)图5中的FasL又称死亡因子,Fas又称死亡因子受体,它们都是由细胞合成并定位于细胞表面的蛋白质。一般来说,控制Fas的基因能在各种细胞内表达,而控制FasL的基因只在效应T细胞和某些肿瘤细胞内表达。

①Fas和FasL的特异性结合体现了细胞膜的________功能,控制合成Fas和FasL的基因________(填“能”或“不能”)共存于一个细胞中。

②研究发现,某些肿瘤细胞能够调节Fas和FasL基因的表达水平,从而使自己逃脱免疫系统的清除。此时,肿瘤细胞内Fas基因的表达变化情况比常规表达________(填“升高” “不变”或“降低”)。

③免疫排斥是器官移植的一个主要障碍,依据Fas和FasL的相互关系,从分子水平可采取的措施是_______________。

解析：(1)题目没有明确是初次接触抗原还是再次接触抗原引起的细胞免疫,所以人体内的效应T细胞有的是T细胞直接增殖分化而来,也有的来自记忆T细胞的增殖分化,另一种特异性免疫:体液免疫在杀伤病原体时主要靠抗体,由浆细胞(效应B细胞)分泌。(2)穿孔素属于分泌蛋白,所以通过胞吐方式释放到细胞外,当靶细胞膜形成管状通道,膜失去了选择透过性,导致胞内原生质成分如K+及蛋白质等大分子物质外流,靶细胞裂解死亡。(3)图中显示效应T细胞,即细胞毒性T细胞合成坏死因子FasL释放到膜外,能与靶细胞膜上死亡因子受体Fas结合,二者的特异性结合实现了细胞间的信息交流(或识别)功能。

答案：(1)T细胞、记忆细胞 浆细胞(或效应B细胞) 抗体 (2)胞吐(或外排) 流出 (3)①信息交流(或识别) 能 ②降低 ③降低移植器官细胞的Fas(或降低器官受体者细胞的FasL)基因的表达水平