第二節(jié)　免疫學(xué)發(fā)展簡史

免疫學(xué)建立至今已有數(shù)百年歷史，根據(jù)其特點(diǎn)可分為若干時期。

一、經(jīng)驗(yàn)免疫學(xué)時期（17世紀(jì)～19世紀(jì)）

早在16～17世紀(jì)（明代）我國史書已有正式記載:將沾有皰漿的天花患者衣服給正常兒童穿戴，或?qū)⑻旎ㄓ虾蟮木植筐杵つニ槌杉?xì)粉，經(jīng)鼻給正常兒童吸入，可預(yù)防天花。這種應(yīng)用人痘苗預(yù)防疾病的醫(yī)學(xué)實(shí)踐，可視為人類認(rèn)識機(jī)體免疫力的開端，也是我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)對人類的偉大貢獻(xiàn)。18世紀(jì)初，我國應(yīng)用痘苗預(yù)防天花的方法傳至國外，并為以后牛痘苗和減毒疫苗的發(fā)明提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。至18世紀(jì)末，英國醫(yī)生Edward Jenner首先觀察到擠奶女工感染牛痘后不易患天花，繼而通過人體實(shí)驗(yàn)確認(rèn)接種牛痘苗可預(yù)防天花。他把接種牛痘稱為“Vaccination”（拉丁文Vacca為牛），于1798年發(fā)表了相關(guān)論文。接種牛痘苗乃劃時代的發(fā)明，為人類傳染病的預(yù)防開創(chuàng)了人工免疫的先聲（圖1-3）。在此階段，人們對免疫學(xué)現(xiàn)象主要為感性認(rèn)識，故稱為經(jīng)驗(yàn)免疫學(xué)時期。1978年世界衛(wèi)生組織宣布人類消滅了天花。

二、經(jīng)典免疫學(xué)時期（19世紀(jì)中葉～20世紀(jì)中葉）

自19世紀(jì)中葉始，L.Pastuer等（圖1-4）先后發(fā)現(xiàn)多種病原菌，極大促進(jìn)了疫苗的發(fā)展和使用。人們開始嘗試應(yīng)用滅活及減毒的病原體制成多種疫苗，分別預(yù)防不同傳染性疾病。免疫學(xué)在此期的發(fā)展與微生物學(xué)密切相關(guān)，并成為微生物學(xué)的一個分支。此時，人們對“免疫”的認(rèn)識已不僅限于單純地觀察人體現(xiàn)象，而是進(jìn)入了科學(xué)實(shí)驗(yàn)時期。

圖1-3　種牛痘

圖1-4　免疫學(xué)家

（一）抗體的發(fā)現(xiàn)

德國學(xué)者Behring和日本學(xué)者Kitasato（圖1-4）于1890年在Koch研究所應(yīng)用白喉外毒素給動物免疫，發(fā)現(xiàn)在其血清中有一種能中和外毒素的物質(zhì)，稱為抗毒素。將這種免疫血清轉(zhuǎn)移給正常動物也有中和外毒素的作用。這種被動免疫法很快應(yīng)用于臨床治療。Beh-ring于1891年應(yīng)用來自動物的免疫血清成功地治療了一個白喉患者，這是第一個被動免疫治療的病例。為此，他于1902年獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)獎。

20世紀(jì)30年代，Tiselius和Kabat用電泳鑒定，證明Ab是γ-球蛋白。動物在免疫后，血清中γ-球蛋白顯著增高，此部分有Ab活性，從而可將Ab從血清中分離出來，Ab主要存在于γ-球蛋白?？贵w是四肽鏈結(jié)構(gòu)。1959年，Porter和Edelman對抗體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究證明是由四條對稱的多肽鏈構(gòu)成單體包括兩條相同的分子量較大的重鏈和兩條相同的分子量較小的輕鏈構(gòu)成，如圖1-5所示。

（二）抗原的結(jié)構(gòu)與抗原特異性

20世紀(jì)初開始，Landsteiner以芳香族有機(jī)化學(xué)分子耦聯(lián)到蛋白質(zhì)分子上免疫動物，研究芳香族分子的結(jié)構(gòu)與活性基團(tuán)的部位對產(chǎn)生的抗體特異性的影響，認(rèn)識到?jīng)Q定抗原特異性的是很小的分子，它們的結(jié)構(gòu)不同，使其抗原性不同。據(jù)此，Landsteiner發(fā)現(xiàn)人紅細(xì)胞表面表達(dá)的糖蛋白中，其末端寡糖特點(diǎn)決定了它的抗原性，從而發(fā)現(xiàn)了ABO血型（圖1-6），避免了輸血導(dǎo)致嚴(yán)重超敏反應(yīng)的問題。

圖1-5　抗體的結(jié)構(gòu)

圖1-6　ABO血型

（三）超敏反應(yīng)

早在20世紀(jì)初即發(fā)現(xiàn):應(yīng)用動物來源的Ab作臨床治療，能引起患者的血清病，嚴(yán)重者致休克。后來von Pirguet證明在結(jié)核病患者進(jìn)行結(jié)核菌素的皮膚劃痕試驗(yàn)，能致局部顯著的病理改變（圖1-7）。他總結(jié)這類由免疫應(yīng)答而致的疾病，稱之為變態(tài)反應(yīng)（allergy）。從而，揭示超敏的不適宜的免疫應(yīng)答對機(jī)體有害的一面。

圖1-7　超敏反應(yīng)

（四）免疫耐受的發(fā)現(xiàn)

1945年，Owen發(fā)現(xiàn)自異卵雙生的兩頭小牛個體內(nèi)有兩種血型紅細(xì)胞共存，稱之為血型細(xì)胞鑲嵌現(xiàn)象（圖1-8）。這種不同血型細(xì)胞在彼此體內(nèi)互不引起免疫反應(yīng)，他把這種現(xiàn)象稱為天然耐受。

1953年，Medawar等進(jìn)一步用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了此一免疫耐受現(xiàn)象（圖1-9）。

圖1-8　血型細(xì)胞鑲嵌現(xiàn)象

圖1-9　免疫耐受

（五）免疫應(yīng)答機(jī)制的研究

關(guān)于機(jī)體免疫機(jī)制的研究和探討，出現(xiàn)了兩派學(xué)說:

1.細(xì)胞免疫:俄國梅契尼可，發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞有吞噬功能，能吞噬和清除各種病原微生物。

2.體液免疫:德國歐立希，體液中產(chǎn)生的抗體，能清除各種病原微生物。

（六）1959年Burnet學(xué)說及其對免疫學(xué)發(fā)展的推動作用——克隆選擇學(xué)說

F.M.Burnet在前人的研究基礎(chǔ)上于1959年提出了克隆選擇學(xué)說（圖1-10），為免疫生物學(xué)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，使免疫學(xué)超越了傳統(tǒng)的抗感染免疫，從而開啟了現(xiàn)代免疫學(xué)新階段。迄今50余年來，人們從整體、器官、細(xì)胞、分子和基因水平探討免疫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，并闡明基本免疫學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)及其機(jī)制，在涉及免疫學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)踐應(yīng)用的各領(lǐng)域展開了深入而系統(tǒng)的研究，并不斷取得突破性進(jìn)展，對生物學(xué)和醫(yī)學(xué)發(fā)展產(chǎn)生了深刻影響。至今，免疫學(xué)已發(fā)展為覆蓋面極廣的前沿學(xué)科，并成為現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)的支柱學(xué)科之一。

圖1-10　克隆選擇學(xué)說示意圖

克隆選擇學(xué)說的要點(diǎn)有四點(diǎn):

（1）體內(nèi)存在多種針對各種抗原的免疫細(xì)胞克隆，其表面有識別抗原的受體（一個克隆針對一種抗原）。

（2）抗原進(jìn)入機(jī)體內(nèi)選擇相應(yīng)細(xì)胞克隆，使其活化、增殖、分化成抗體產(chǎn)生細(xì)胞或免疫效應(yīng)細(xì)胞。

（3）胚胎期，某一免疫細(xì)胞克隆接觸相應(yīng)的抗原，如自身成分，則被排除或處于抑制狀態(tài)，稱為禁忌克隆，不能對自身抗原產(chǎn)生免疫應(yīng)答而形成自身耐受。

（4）某些情況下，禁忌細(xì)胞株可以活化，對自身抗原發(fā)生免疫應(yīng)答而形成自身免疫或自身免疫性疾病。

三、現(xiàn)代免疫學(xué)時期（20世紀(jì)中葉至今）

（一）抗原識別受體多樣性的產(chǎn)生

1978年，發(fā)現(xiàn)抗體基因重排是B細(xì)胞抗原識別受體多樣性的原因（圖1-11）。

（二）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的發(fā)現(xiàn)

20世紀(jì)80年代，發(fā)現(xiàn)了T淋巴細(xì)胞識別抗原的M HC限制性；至90年代，發(fā)現(xiàn)T淋巴細(xì)胞活化需要雙信號作用（圖1-12）。

圖1-11　抗原識別受體多樣性

圖1-12　細(xì)胞活化雙信號

（三）細(xì)胞程序性死亡途徑的發(fā)現(xiàn)

在研究細(xì)胞毒性T細(xì)胞（CTL）對靶細(xì)胞的殺傷機(jī)制中（圖1-13），發(fā)現(xiàn)CTL表達(dá)FasL，靶細(xì)胞表達(dá)Fas，當(dāng)CTL與靶細(xì)胞結(jié)合，F(xiàn)asL結(jié)合Fas，活化一組半胱天冬（氨酸）蛋白酶（Caspase）。Caspase呈級聯(lián)活化，致DNA斷裂，細(xì)胞死亡（圖1-14）。

圖1-13　CTL殺傷細(xì)胞（電鏡圖）

圖1-14　CTL殺傷靶細(xì)胞示意圖

（四）造血與免疫細(xì)胞的發(fā)育

對人類細(xì)胞生成研究最為清楚的是免疫細(xì)胞，鑒定出多能造血干細(xì)胞（HSC），證明它能分化為不同類型的血細(xì)胞及免疫細(xì)胞。這項(xiàng)研究的推廣，導(dǎo)致神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，并證明它能分化為各類神經(jīng)細(xì)胞和免疫細(xì)胞。現(xiàn)已有多種組織器官特異的干細(xì)胞被鑒定成功（圖1-15）。

圖1-15　免疫細(xì)胞發(fā)育示意圖

四、應(yīng)用免疫學(xué)的發(fā)展

應(yīng)用基因工程開發(fā)免疫學(xué)制品，使之得以大規(guī)模廉價生產(chǎn)；新型細(xì)胞因子的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用，使多種免疫細(xì)胞在體外擴(kuò)增培養(yǎng)成功，用于臨床；分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人源抗體問世；對免疫途徑及效應(yīng)識別的了解，提供了預(yù)防自身免疫病的新途徑。免疫學(xué)應(yīng)用研究已在更廣闊、更高水平上得以開拓。

（一）DNA疫苗

在鑒定出病原體引起免疫應(yīng)答的蛋白抗原及其編碼基因后，已發(fā)展起DNA疫苗，如乙型病毒性肝炎（HBV）DNA疫苗，在使用中效果顯著。DNA疫苗成本低、活性穩(wěn)定、運(yùn)輸容易，甚至用基因轉(zhuǎn)入食物細(xì)胞，如西紅柿細(xì)胞，口服長成的西紅柿即可，不須純化，是為理想的方法。DNA疫苗亦可用于治療基因缺陷所致的免疫缺陷病，如轉(zhuǎn)染腺苷脫氨酶（ADA）基因治療因ADA基因突變所致的聯(lián)合免疫缺陷癥，是當(dāng)今基因治療中效果最為顯著的典型。盡管DNA疫苗在使用上仍存在諸多技術(shù)問題，但這是今后發(fā)展方向。

（二）基因工程制備重組細(xì)胞因子

應(yīng)用大腸桿菌、酵母及昆蟲細(xì)胞等生產(chǎn)人類基因重組細(xì)胞因子已廣泛應(yīng)用于臨床，并已發(fā)展成為高生物科技的新型藥物工業(yè)。人重組紅細(xì)胞生成素（EPO）及粒細(xì)胞集落刺激因子（G-CSF）等的臨床使用，效果顯著，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)巨大，更多的重組細(xì)胞因子正在臨床試用中。

（三）免疫細(xì)胞治療

造血干細(xì)胞及效應(yīng)細(xì)胞毒性T細(xì)胞在適宜細(xì)胞因子存在的條件下，已能體外培養(yǎng)擴(kuò)增，用于臨床治療。DC細(xì)胞的體外分化成熟，用以遞呈抗原，使T細(xì)胞活化效果顯著提高，已用于腫瘤治療。

（四）完全人源抗體

抗體治療已在抗感染、抗腫瘤、抗自身免疫病中廣泛使用，但不同動物種屬來源的抗體，在應(yīng)用中有致過敏的危險(xiǎn)，且多次使用會致失效?，F(xiàn)已能用小鼠制備人的抗體，即將小鼠免疫球蛋白（Ig）基因全部或大部分敲除，轉(zhuǎn)入人Ig基因，培育成的小鼠，在抗原刺激下，能產(chǎn)生完全人源的抗體，其效果提高，且因無小鼠成分不會被排斥。

（五）免疫生物治療

DNA疫苗，基因工程抗體靶向治療、基因工程細(xì)胞因子和其他肽類分子等均已開始在臨床得到應(yīng)用；細(xì)胞過繼療法已用于多種血液病及腫瘤的治療。一般認(rèn)為，腫瘤的免疫生物治療有可能成為繼化學(xué)療法、手術(shù)療法、放射療法之后的又一重要療法（圖1-16）。

圖1-16　免疫生物治療示意圖