國立成功大學醫學院微生物及免疫學研究所 黎煥耀教授 醫學微生物─免疫學講義/1,護理二

免疫系統的簡介 (Introduction to the Immune System) & 免疫細胞 (Cells Involved in Immune System)

參考資料:Roitt, Brostoff & Male, Immunology, 5th, Chapter 1 & 2

課程目標:

1. 免疫學涵蓋的範圍,從生理上的防禦,抵抗病原菌的感染,至生理病態上造成組織的傷害,皆扮演非常重要的角色。

2. 免疫力的定義與範圍,免疫系統的特性及運作的基本原則。

3. 不同免疫細胞的特性、功能及區分。

I. 免疫系統的簡介(overview of immune system)

1. 免疫系統是生物體防禦外界異物,尤其是病原菌感染的最重要系統,因此它必須能區分出病原菌(非自我,nonself)和非病原菌(自我,self),殺死病原菌,保護自我。Immune 在拉丁語上是指 "免於什麼的威脅”,免疫系統可以使我們免於病原菌的威脅。因此免疫學也可以說是一門探討 self/nonself 如何區分的學問。

2. 免疫系統廣義地說包括先天性免疫力(innate immunity)和適應性免疫力(adaptive immunity),前者是指急性反應物 (acute phase proteins),補体(complement)及吞噬細胞(phagocytes)等,後者是指淋巴細胞(lymphocytes),也就是狹義的免疫系統,這二者之間的差別在於特異性(specificity)及記憶性(memory)。所謂(適應性)免疫系統能針對某特定抗原,產生具抗原特異性的免疫力,並且具有記憶作用,第二次反應會比第一次反應快且高。相對的先天性免疫力,每次的反應程度都一樣,先天性免疫系統和適應性免疫系統之間會互相影響。

3. 免疫力(immunity)可以是体液性的免疫力(humoral immunity)如抗体,或細胞性的免疫力(cellular immunity)如殺手T-細胞(cytotoxic T lymphocyte, CTL)。產生免疫力是一連串的細胞間的互相作用的結果,它可以分成二個階段,第一階段為誘導階段(induction phase),抗原透過抗原呈獻作用(antigen presentation)活化具抗原接受體(antigen receptor)的淋巴細胞,產生了抗體或殺手細胞等免疫力,第二階段為作用階段(effector phase),這些具抗原辨識的抗體或殺手細胞,中和掉抗原或殺死標的細胞,排除了這些異物抗原。

4. 能執行免疫力的細胞包括吞噬細胞(phagocytes)和淋巴細胞(lymphocytes),吞噬細胞是一群具吞噬(phagocytosis)能力的細胞,它們對抗原沒有選擇性。而淋巴細胞是具特殊功能的細胞,如B-細胞製造抗體,殺手T-細胞(cytotoxic T cells) 殺死病毒感染的細胞,幫助T-細胞(Th cells)幫助其他細胞活化或幫助B-細胞產生抗體。淋巴細胞是靠著他們細胞膜上的抗原接受體(antigen receptor) 和抗原結合,一般而言,B-細胞可以辨識完整的抗原分子(intact antigen),而T-細胞只能辨認已處理過的抗原片斷分子(processed antigen)。

5. 無性繁殖選擇學說(clone selection theory)是免疫學上一個很重要的理論,抗原可以刺激那些具有特定抗原受體的淋巴球,引起他們的增生,合成免疫力,以便之後消滅這些抗原,這也是免疫系統具抗原特異性(antigen specificity)的緣故。

6. 所謂抗原(antigen)是指任一化學物,能被抗體(antibody)所辨識,而免疫抗原(immunogen)則是指一個抗原,它本身即具有刺激淋巴細胞產生抗體的能力,抗原 不必然是免疫抗原。不完全抗原(hapten,如dinitrophenol, DNP)是一個抗原但不是免疫抗原(immunogen),因為它單獨不能刺激淋巴細胞產生anti-DNP抗体,它必須借助攜帶者(carrier)之幫忙,才能產生anti-DNP抗体,所以又稱作不完全抗原。

7. 抗原被抗体辨識或結合的地方叫抗原決定位(antigenic determinant或epitope)。抗原上的決定位通常含 6∼8 個胺基酸,它可以是三度空間的構造(conformation structure),如抗体結合到蛋白質暴露在外面的位置,如果將蛋白質變性(protein denaturion)破壞它三度空間的構造,此蛋白質抗原便會失去和抗体結合的能力。 另一種抗原決定位是二度空間的構造(sequence determinant), T-細胞所辨認的抗原決定位,便是此種一連串胺基酸組成的抗原決定位,它和主要組織相容抗原(major histocompatibility complex, MHC) 上的 classI/II在一起,而與 T-細胞上的 T-細胞受器(T cell receptor, TCR)結合,一個抗原通常有好幾個抗原決定位,構造越複雜,分子量越大,它的抗原決定位愈多。T-細胞和 B-細胞辨認的抗原決定位可以是不同的。

8. 一個化合物要成為好的免疫抗原(immunogen),須有下列條件:

a. 它必須被免疫系統認為是一個外來者(non-self),而且有淋巴細胞能辨識(recognize) 它。

b. 它的分子量通常要大於10,000,分子量越大越複雜,越容易成為好的抗原。

c. 蛋白質是一個好的抗原,核酸(nucleic acid)或脂質(lipid)不是好的抗原。

d.  抗原決定位可接觸性(accessibility of the epitope),抗原決定位一定要能被 B, T-細胞或抗體看得見,比如抗原一定要能被吞噬後處理,透過抗原呈獻作用才能刺激免疫反應。

注意: Antigen/ immunogen/ tolerogen/ allergen/ hapten/ carrier/ T-dependent antigen/ T-independent antigen 的差別

9. 免疫學在西方醫學最早是由英國的琴納醫生(Dr. Jenner)用在天花(small pox)的疫苗預防上,之後法國巴斯德(Pasteur)更進一步地發揚光大。至今免疫學在醫學上的貢獻,可以由諾貝爾醫學獎頒發給從事免疫學研究的科學家數目之多而得知其重要性。

10. 免疫力是來保護我們個體免於病原菌的感染,因此如果因為病毒感染,如人類免疫缺乏病毒(human immunodeficiency virus, HIV)的感染,造成後天性免疫缺乏病症(acquired immunodeficiency symdroms, AIDS),或先天遺傳形成的免疫缺乏病症(immunodeficiency),會使這些人無法抵抗感染。反過來說,有時免疫力太強也會造成疾病,如自体免疫疾病(autoimmunity),過敏反應(allergy),這些過度敏感(hypersensitivity)造成的反應引起的疾病,是臨床上常見的免疫疾病,另外移植(transplantation)時,我們也希望能關掉或降低免疫反應。但對於癌細胞(tumor),又希望能增強免疫系統來殺掉癌細胞。因此整個免疫系統的調節,從疫苗(vaccine)的預防,到發炎反應造成的組織傷害和現代醫學實習習相關。

II. 免疫細胞(immune cells)

1. 免疫系統是由骨髓的骨幹細胞(stem cells)經分化成二個系統(lineage)。

a. 淋巴系統(lymphoid lineage):T-細胞,B-細胞和自然殺手細胞(NK cells)。

b. 骨髓系統(myeloid lineage):單核血球(monocytes)/巨噬細胞(macrophages)和多形核白血球(polymorphonuclear granulocyte)包括中性球(neutrophils),嗜鹼白血球(basophils),和嗜伊紅血球(eosinophils)。

2. 淋巴細胞(lymphocytes),它主要在主要淋巴器官(primary lymphoid organ)如胸腺 (thymus)及骨髓(bone marrow)產生,每天有 109 個,人體大約有 1012 個淋巴細胞。在血液20%的白血球是淋巴細胞,它的大小約 6∼10μm 直徑。

a. 在胸腺(thymus)分化成熟的細胞,稱來自胸腺的細胞(thymus-derived lymphocytes, T-cells)或T-細胞,在骨髓(bone marrow)成熟來自骨髓的細胞(bone marrow-derived lymphocyte, B-cells)或B-細胞。

b. 淋巴細胞(lymphocytes)是一群異質性(不同成份形成的,heterogeneous)的細胞,可以根據細胞表面上的標幟,如CD (cluster designation) 來分成不同次細胞族群(subsets)。

c. T-細胞有幫助性T-細胞(Th1, Th2),殺手T-細胞(Tc, cytotoxic T lymphocyte, CTL),抑制性 T-細胞(Ts),延遲性 T-細胞(TDTH)... 等,每一種細胞有它特定的功能及特定的 CD標幟,如 Th1/ Th2 為 CD4+陽性,殺手T-細胞為 CD8+陽性。

d. T-細胞上辨認抗原的構造是抗原接受体(T cell receptor, TCR),TCR有二種 TCR-1 (γδ), TCR-2 (αβ),血液中的 T-細胞 90∼95% 是 αβ型式。 只有5∼10%或在黏膜區的T-細胞是 γδ型式,γδT-細胞的角色尚未清楚。T-細胞受体看到的抗原是抗原決定位(epitope) 和主要組織相容抗原(MHC)連接在一起,CD4+ Th 看MHC classII, CD8+ Tc 看MHC class I。

e. B-細胞上辨認抗原的構造是細胞膜上的IgM或IgD,構成所謂B-細胞抗原接受体(B cell antigen receptor, BCR)。和T-細胞的抗原接受体不同的是,B-細胞的抗原接受体可以直接結合抗原。

f. 自然殺手細胞(Natural Killer cells, NK cells) 是一群在血液中可達15%的淋巴細胞,在形態上是稱作large granular lymphocytes,NK 細胞可以殺死某些癌細胞或病毐感染過的細胞。

3. 單核的吞噬細胞(mononuclear phagocytes),主要執行二種功能,一是吞噬抗原,所謂專業的吞噬作用(professional phagocytosis),另一是處理後再呈獻抗原決定位給 T-細胞的抗原呈獻作用(antigen presentation)。

a. 很多細胞如單核白血球(monocytes)、巨噬細胞(macrophages)、蘭格漢氏細胞(Langerhans' cells)、interdigitating細胞、follicular dendritic 細胞、Kupffer細胞或 小神經膠質細胞(microglial cell)皆有抗原呈獻作用的功能。

b. 單核白血球/巨噬細胞具有黏著(adhere)到玻璃(glass)或塑膠(plastic)器皿的特性,它們除了有吞噬作用、抗原呈獻作用的功能外,還能釋放細胞激素如TNFα, IL-1, IFNs ...等,可以影響淋巴細胞的活化。

4. 抗原呈獻作用(antigen presentation)

a. 打入體內的抗原,絕大部份都被分解掉,只有 <1%的抗原透過抗原呈現作用參與免疫反應,所以抗原的呈現是免疫反應的速率決定步驟,所謂抗原的處理是指巨噬細胞(macrophage)將抗原吞噬進入吞噬溶酷体(phagolysosome),分解成片斷,其中某特定的片斷(即epitope)再和MHC classII結合,這種胜呔和MHC的連結(peptide/MHC)和T-細胞上的T-細胞受体(TCR)作用,就能刺激T-細胞活化。

b. 抗原呈獻作用有二種方式,外在路徑(exogenous pathway)是指對於水溶性蛋白質(soluble protein),經由吞噬作用,分解後再和MHC classⅡ分子結合刺激 CD4+ Th-細胞,幫助B-細胞,產生抗體。另一個是內在路徑(endogenous pathway),假如是病毒感染細胞,病毒在細胞內複製,一些病毒的蛋白會和体內的MHC classⅠ結合,刺激CD8+ Tc 細胞。

c. 抗原(antigen)要經過處理(process)後透過peptide/ MHC 方式才能刺激T-細胞,吞噬作用(phagocytosis)和抗原呈獻作用(antigen presentation)可以分成二件事,有些細胞不必經由吞噬作用也可以呈獻抗原作,如己活用的B-細胞(activated B)利用它的表面免疫球蛋白(surface immunoglobulin)也可以做為抗原呈獻細胞(antigen presenting cells, APC)。

5. 多形核白血球(polymorphonuclear granulocyte, PMN)又叫顆粒白血球(granulocytes),它是由骨髓產生,人體每分鐘產生 80×106 個,它的壽命只有2∼3天,(單核血球則有幾個月到幾年),它構成體內白血球(leukocytes) 的 60∼70%。PMN可以在血管內或血管外(extravascular site)找到。PMN會透過黏著血管的內皮細胞,經由所謂血球滲出現象(diapedesis),離開血管,進入組織。PMN的主要功能是吞噬作用,吞噬後它即死掉,在細菌感染時,血液的 PMN會迅速增加,用來抵抗及吞噬細菌,因此若因治療或其他遺傳因素造成 PMN缺失,則易有伺機性細菌感染。

a. 中性球(neutrophils),它佔PMN的 90%,大小約10∼20 μm 直徑,它受趨化因子(chemotactic factors)如補體、激呔(kinin)、分解纖維蛋白系統活化產物,甚至細菌的成分的刺激,會利用血球滲出方式(diapedesis)離開血管,產生發炎反應。中性球內含有很多酵素,或有害物質,可以殺死細菌或傷害組織,它是發炎組織中最常見的細胞。

b. 嗜伊紅血球(eosinophils),它佔血液內白血球的 2∼5%,細胞內的顆粒(granules)含有一些物質,它在氣喘(asthma)或寄生蟲感染扮演重要的角色。

c. 嗜鹼白血球(basophils)在血液內佔白血球的 0.2%,在組織中的肥胖細胞(mast cells),其功能和嗜鹼白血球類似。肥胖細胞分成兩類,一種是黏膜的肥胖細胞(mucosal mast cells),另一是結締組織的肥胖細胞(connective tissue mast cells)。肥胖細胞內顆粒的媒介物和氣喘過敏很有關係。

Critical thinking: 1. 免疫系統為什麼要如此費週章的演化,以適應各種不同的病原菌? 2. 如果一個人的免疫系統的發育上,有先天上的缺陷,會造成什麼樣的後果? 3. 免疫系統的細胞為什麼如此多的分類? 4. 各種 T-細胞的功能如何?我們如何區分它們?

國立成功大學醫學院微生物及免疫學研究所 黎煥耀教授 醫學微生物─免疫學講義/2,護理二

淋巴系統 (The Lymphoid System) & 抗原受體分子 (Antigen Receptor Molecules)

參考資料:Roitt, Brostoff & Male, Immunology, 5th, Chapter 3, 6 & 7

課程目標: 

1. 淋巴器官的構造與功能,尤其是胸腺在免疫上的角色

2. 抗原的構成要素,抗原被辨認的要件

3. 辨認抗原的單位(antigen recognition unit),抗體或T-細胞接受體的構造與功能

4. 主要組織相容抗原的構造及功能

5. 何謂抗体多樣性(antibody diversity),它的必要性與產生機轉

I. 淋巴系統分成主要淋巴器官(primary lymphoid organs)包括胸腺( thymus)及骨髓(bone marrow)及次要淋巴器官(secondary lymphoid organs)包括脾臟( spleen),淋巴結(lymph nodes)及黏膜相關淋巴組織(mucosa-associated lymphoid tissue)如扁桃腺(tonsils),派亞氏集合淋巴結( Peyer's patches)。

 1.	胸腺是T-細胞分化成熟的地方,它可分成皮質(cortex),主要是不成熟的胸腺細胞(thymocytes) 聚集的地方,以及成熟細胞較多的髓質(medulla)。由骨髓來的骨幹細胞(stem cells) 經皮質旅行至髓質,它的分化狀態可簡單地描述為
             			  ┌→ CD4+CD8-
      CD4-CD8- --> CD4+CD8+ --> 
    				 └→ CD4-CD8+
      ,其中進行負向的選擇(negative selection),把對自己抗原會反應(self-reactive)的細胞去掉,以避免自己打自己,產生自体免疫反應(autoimmunity)。另外一方面也進行正向選擇(positive selection),將會和其他自己細胞互相合作的細胞選擇保留下來,以方便以後的T-細胞能透過主要組織相容性原限制性(MHC-restriction)彼此合作,經此胸腺教育(thymus education)出來的細胞是CD4+或CD8+,他們都是對自我抗原不反應(self-tolerance),且能和其他細胞以主要組織相容抗原限制原則(MHC-restricted)互相合作的細胞。在這個過程中 95%的胸腺細胞會死掉,只有5%會分化成熟,離開胸腺,進入血液。

 2. B-細胞的分化在鳥類(bird)是在法伯利氏囊(bursa of Fabricius)進行,哺乳類在胚胎時在肝臟(fetal liver),成年後在骨髓(bone marrow)進行,它的過程也進行類似在胸腺的選擇作用,大部份(>75%)都無法分化成為成熟的B-細胞,只有少數經適當基因重組(gene rearrangement)的細胞會存活下來,對自体抗原會反應的(autoreactive) B-細胞也會被刪除。  3. 次要淋巴器官(secondary lymphoid organs)包括有完整組織構造的器官(well-organized encapsulated organ)如脾臟( spleen),淋巴結(lymph nodes)以及沒有嚴密構造的淋巴組織統(non-encapsulated lymphoid tissues)統稱為黏膜相關淋巴組織(mucosa-associated lymphoid tissue, MALT)。此二種組織也有不同的功能。脾臟是對來自血液(blood-born)的抗原反應,淋巴結對經由來自皮膚或淋巴循環系統(lymphatic circulation)的抗原反應。而黏膜相關淋巴組織則是對來自黏膜上皮組織(mucosal epithelial surface)的抗原起反應,包括腸內道的gut-associated lymphoid tissue (GALT),呼吸道的bronchus-associated lymphoid tissue (BALT)。它們產生的抗體主要是IgA。人體的主要淋巴組織 >50% 屬於黏膜系統,尤其是GALT,是碰到最多食物抗原的位置。

 4. 脾臟構造上可分成白髓(white pulp)和紅髓(red pulp)。在白髓,延著大動脈(arteriole) 組成動脈周圍的淋巴鞘(periarteriolar lymphoid sheath)是T-細胞區(T cell area), 以及B-細胞聚集的濾泡(follicles),含生長中心( germinal centers)。脾臟不僅是免疫反應的器官,也是血小板(platelet),紅血球(RBC)或顆粒球(granulocytes)的貯藏處,它更是 老化的血小板及紅血球銷毀的地方,這主要在紅髓進行。  5. 淋巴結(lymph node)構造上可分成B-細胞聚集的皮質(cortex),有很多生長中心(germinal center)形成的濾泡(follicle),以及 T-細胞區域的副皮質(paracortex)。淋巴結可以過濾進入皮膚或組織的抗原,它散佈全身各地方。淋巴細胞藉著淋巴循環系統和血液循環系統,可以在全身移動,大約每小時有1∼2%的淋巴細胞可以循環一次。它們透過一個特殊組織稱作high endothelial venules離開血管,因此抗原在某地方刺激產生的反應會是全身性的。但特別的是在黏膜區域刺激的反應,可能全侷限於MALT。

II. 抗原受体分子(antigen receptor molecules)  辨認外來抗原是特異性免疫適應系統(specific adaptive immune response)的正字標幟,也是免疫力存在的條件與目的,有二種不同的分子牽涉到這個過程,一個是免疫球蛋白(immunoglobulin),另一個是T-細胞受体(T-cell antigen receptor, TCR)。在這二種抗原受體分子中,具有多樣性(diversity)和異質性(不同成份形成的,heterogeneity)是二個最重要的特性,透過基因再組合(gene rearrangement)產生不同免疫球蛋白或T-細胞受体,以便能辨認各式各樣不同的抗原。  1. 免疫球蛋白是一群醣類蛋白(glycoproteins),它存在於血清或體液中,它也可以在 B-細胞膜上,B-細胞膜上的免疫球蛋白和血清中的免疫球蛋白是一樣的,只有C端的構造上有不同的型式,一個是由抗体合成細胞(antibody forming cells),又稱漿細胞(plasma cells)分泌至體外,一個是表現在胞膜上,它們的抗原結合特性(antigen binding specificity)是相同的。  2. 免疫球蛋白根據重鏈(heavy chain)構造可分成 IgM、IgG、IgA、IgD 及IgE五類(class)。   a. IgM佔血清中抗体含量的10%,主要在血管內,由五個分子組成五聚合物(pentamer),因此有10個抗原結合位(binding site),它的抗体親抗原性(avidity)大,在感染時是最早出現的抗體,因此常被用來當做感染的診斷,如果有IgM類別的抗體出現,表示感染是最近的。IgM 能活化補體。    b. IgG,是血清中主要的免疫球蛋白,佔全部抗体含量的70∼75%,它的濃度可達10 mg/ml,它在血管內(intravascular pool)或血管外(extravascular pool)平均分佈,它是二次反應(secondary response)產生的主要抗體,抗毒素抗体(anti-toxin Ab)基本上皆是 IgG。從IgM轉變成IgG稱作抗体種類轉移(class switch),這個過程須要Th-細胞的幫忙,IgG的親和力(affinity)因為有抗体成熟(maturation)過程,也比IgM高,IgG是唯一能透過胎盤,由母親傳遞給胎兒的抗體,也提供新生兒初期的保護力。IgG會活化補體,和吞噬細胞(phagocyte)共同進行調理作用(opsonization),吞噬細菌。

   c. IgA,佔血清中免疫球蛋白的15∼20%,大部分是單体(monomer), 少數以雙体(dimer) 存在,IgA主要存在唾液(saliva),初乳(colostrum),牛奶(milk),支氣管(tracheobronchiel)和生殖泌尿器(genitourinary)中。 IgA另外有加了分泌成分(secretory component)的 sIgA,以雙体型式存在,此sIgA在血清中濃度低,但在黏膜分泌液中可以很高,sIgA對腸胃道等黏膜的保護力很重要,因為IgG在此地方容易被蛋白分解酵素(protease)分解,而sIgA可以抵抗蛋白分解酵素的分解作用。

   d. IgD,佔不到血清免疫球蛋白的1%,但大部份的B-細胞表面皆有IgD,它的功能尚不清楚,可能和B-細胞分化有關。    e. IgE,最不好的抗體,血清中濃度最低,它可以結合到肥胖細胞(mast cells)或嗜鹼白血球(basophils)上,在演化上可能是抵抗寄生蟲感染有關,但在臨床上會引起氣喘(asthma)或花粉熱(hay fever)。  3. 免疫球蛋白的構造(immunoglobulin structure)    一分子的免疫球蛋白由二條重鏈(heavy chains)和二條輕鏈(light chains)組成,重鏈或 輕鏈再分成可變異區(variable region)和固定區(constant region),重鏈和輕鏈的可變異區組成抗原結合位(antigen binding site),也就是和抗原的決定位(epitope)結合,此部份又稱作Fab,一分子的免疫球蛋白可以和 2 分子的抗原決定位結合。另外重鏈的 CH2 及 CH3特殊結構部位(domain)組成Fc,Fc在免疫球蛋白的功能上扮演很重要的角色,它可和補体的C1q 結合,也會和吞噬細胞上的 Fc 受体作用,增加調理作用。

  a. 重鏈有 μ、β、γ、δ、ε 五種,輕鏈有 λ和 κ二種,這種構造上的差別稱作同型(isotype),另外免疫球蛋白也因其他構造上的不同而形成不同的抗原決定位,它們分別是同種異形(allotype)和遺傳性型(idiotype)。    b. 同種異形(allotype)是指在同一種(species)不同個體間,因為有不同的對偶基因(allele)而有的遺傳性差異(genetic variation),表現在免疫球蛋白的固定區上不同構造,比如在IgG3上的G3m allotype是在 γ3 重鏈上第436個胺基酸上有特殊的苯丙胺酸(phenylalanine)。   c. 遺傳性型(idiotype)是指在免疫球蛋白的可變異區因為抗原的不同,而有不同的構造來對應,並與之結合,此種構造叫遺傳性型,它決定抗原結合位上的抗原特異性,不同的抗原會有不同的免疫球蛋白的idiotype與之對應。遺傳性型也可再細分成公共的(public),有交叉性的(cross-reacting)或隱秘性(private),個別特異性的。  4. 抗体的作用功能(antibody effector functions)    抗體的功能主要是和抗原結合,因此它可以中和掉毒素抗原或與病毐結合,阻止病毐進入細胞。除此之外抗體在體內的大部份功能是透過抗体的作用功能(effector function),比如 IgM、IgG1、IgG3 和抗原結合後可以活化補體,IgG4、IgA、IgD、IgE 則不會,另外一種重要的功能是和細胞上的Fcγ受体結合,如單核血球(monocyte),中性白血球(neutrophil)上的 Fcγ 受体,或肥胖細胞(mast cell)和嗜鹼白血球(basophil)的Fcε 受体,這些受体結合後,被活化,增加吞噬作用或產生去顆粒作用(degranulation)釋放一些具生理作用的媒介物。此外IgG和Protein A有親和力 是可以被利用來純化抗體。

 5.  T-細胞上辨認抗原的構造叫T-細胞受体(T cell receptor, TCR),TCR有αβ及γδ二種,TCR和CD3 構成一個 TCR-CD3 complex,是抗原刺激T-細胞活化的構造單元。TCRαβ和TCRγδ存在不同的位置,血液中95%是TCRαβ,只有在一些上皮組織如表皮(epidermis),腸上皮(intestinal epithelium),子宮(uterus)及舌(tongue)才可以找到大量的TCRγδ 細胞。我們現在對T-細胞功能的瞭解大部來自具TCRαβ的T-細胞, TCRγδ細胞的瞭解有限。

 6.  主要組織相容抗原(major histocompatibility complex, MHC)是造成排斥外來組織或器官最有關的基因,它也在免疫反應及其調節上扮演一個很重要的角色,它是細胞表面上的醣蛋白(glycoprotein),有種類I (class I )及種類II (class II)二種分子,它牽涉到很多的免疫反應。主要組織相容抗原在人稱作人類白血球抗原(human leukocyte antigen, HLA),在老鼠稱作組織抗原-2 (histocompatibility-2, H-2)。

 a. MHC ClassI 是所有有核的細胞才表現的分子。  b. MHC ClassII主要是免疫的細胞才表現的分子。 主要組織相容抗原的最大特點是它的多種形態(polymorphism),不論在種類I或種類II基因位置(loci)都有很多的對偶基因,因此在一族群中,不同的個體表現不同的主要組織相容抗原分子,它們在抗原呈獻作用(antigen presentation)上可能也有不同的功能,如此可能使某一個主要組織相容抗原的表現比另一個好,在演化上可以避免被一個全能的病原菌(perfect pathogen)殺死所有的個體。大部份的多種形態(polymorphism, structure variability)都是集中在胜呔結合槽裂(peptide binding cleft)上。 在主要組織相容抗原分子上的 N 端會形成一個胜呔結合槽裂胜呔結合槽裂,它可以容納那些被處理過的抗原胜呔(antigenic peptide),以種類I ( classⅠ)分子大約可容納8至9個胺基酸長度,種類II (classⅡ)分子可以更長一點,此種主要組織相容抗原/胜呔(MHC/peptide)的組成,便可以呈獻抗原給T-細胞上的抗原受体,刺激了T-細胞的活化。

 7. 抗原受体多樣性的產生(generation of diversity)    不論B-細胞受体(免疫球蛋白)或T-細胞受体要能辨認各式各樣的抗原,都需要有多樣性,透過基因再組合(gene rearrangement)的方式,可以產生很大的多樣性。抗体的多樣性可以靠下列五種方式產生:   a. 多重的胚源V基因(multiple germ line V genes)。   b. V-J 和V-D-J再合併(V-J and D-J recombinations)。   c. 再合併的不正確性(recombinational inaccuracies)。   d. 体細胞的突變(somatic point mutation)。   e. 重鏈和輕鏈的組合(rssorted heavy and light chains)。 T-細胞受体也利用類似的方式產生多樣性,除了体細胞變異(somatic mutation)沒有在T-細胞受体基因上發現外,其他四種方式都被使用,沒有利用体細胞變異可能是為維持免疫耐受性(tolerance)的原故。據估計大約有4.4 x 1013 Vβn6.5 x 1012 Vα,假設其中只有1%可以順利合成蛋白質,因此可以產生4.4 x 1011 x 6.5 x 1010 = 2.9 x 1022,這其中99%因為會對自我抗原反應(autoreactive)而被排除外,其他至少有2.9 x 1020 可用的T-細胞受体,這數目遠超出所需要的多樣性,因為老鼠一生中也只產生 109 胸腺細胞。

Critical thinking:  1. 淋巴循環交通(lymphocyte traffic)的重要性。  2. 黏膜(mucosal)和全身(systemic)淋巴系統有什麼不同的地方?  3. 免疫球蛋白的構造上為什麼這麼地異質性(heterogeneous),不僅在可變異區上有多樣性,在固定區上也有。這和他們的功能有何關係?

 4. 一個僅具少量基因的免疫細胞如何產生各式各樣的抗體來對抗幾乎是無限多的病原菌抗原?

國立成功大學醫學院微生物及免疫學研究所 黎煥耀教授 醫學微生物─免疫學講義/3,護理二

抗原─抗體反應 (Antigen-Antibody Interaction) & 免疫技術 (Immunological Techniques)

參考資料:Roitt, Brostoff & Male, Immunology, 5th, Chapter 9 & 29

課程目標:	

1.抗體的特性
2. 影響抗原─抗體結合的因素
3. 利用抗體與抗原有親和力來發展免疫技術的原則
4. 各種免疫技術的原理,應用以及它的局限性


I. 抗原─抗體反應

 1. 抗體對抗原因為有親和力(affinity),所以有特異性的結合(specificity), 這親和力主要是靠氫鍵(hydrogen bonding),靜電力(electrostatic),凡得瓦爾力(Van der Waals),及忌水性的量力(hydrophobic force)以非共價鍵(non-covalent bond)的方式結合,因為是非共價鍵結合,所以可以可逆性的(reversible)的結合或分開。

 2. 不論是抗體或抗原,都是蛋白質,因此影響蛋白質構造的條件皆會影響抗原和抗体的結合( antigen-antibody binding),如 a.溫度,b.離子濃度(ionic strength)及酸鹼值(pH)。

 3. 抗體對抗原有親和力,但這些親和力有不同程度親和力(affinity),一個B-細胞只產生一種抗體。對抗原上的同一個抗原決定位(epitope),可以有不同的B-細胞反應,因此產生不同程度親和力的抗體。更甚者一個抗原有不同的抗原決定位,因此對一個抗原,可以有一群抗體認識它,這些抗體的親和力不一樣,所結合的抗原決定位也可以不一樣,但都對這大抗原能結合,這就是所謂多株抗血清(polyclonal antiserum) 的狀況。

 4. 相對於含多株抗体的血清(polyclonal antibody),所謂的單株抗体(monoclonal antibody),是透過細胞融合技術,可以使一個B-細胞得到生生不息的能力,變成一個 融合瘤(hybridoma),這些融合瘤可以用限制性稀釋法(limited dilution)的方式,使其單株化(monoclonal),我們再透過篩選的方式,找到能產生高親和力的抗体,因此 單株抗体可以是均質性的(homogeneous),所有的抗体皆一模一樣,不像抗血清(antiserum)是多株性的(polyclonal)。單株抗体的另一個優點是它可以無限制地大量取得,因此可以使大家使用的抗體標準化,不像多株性的抗血清因受限於取自動物,量不多,且品質不易控制,每批的品質可能不一樣。

 5. 抗體對抗原有特異性(specificity),但當特異性不是絕對專一時,會產生交互反應(cross-reactive),造成生交互反應的原因有下列數點:   a. 抗原的異質性(antigen heterogeneity)    b. 不同的抗原有相同的抗原決定位(determinant sharing)    c. 不同的抗原有類似的抗原決定位(determinant similarity)    d. 抗体的異質性(antibody heterogeneity)  6. 抗原和抗体間的多價鍵結合(multivalent binding between antibody and antigen)  抗體有二個抗原結合位置(antigen binding site),單個Fab和抗原決定位(epitope)的結合稱作內因性的親和力(intrinsic affinity),如果考慮IgG有二個抗原結合位,此時的親和力不僅增加2倍而已,它可以高達103倍,如果是IgM,因有十個抗原結合位更可增加107 倍,此時稱作功能上的親和力(functional affinity)或抗体親抗原性(avidity),這種現象叫作多價鍵結合的紅利或效果(bonus effect of multivalency)。此現象其實不只抗体有多價鍵結合,抗原也有二個以上的抗原決定位,此種多價鍵結合(multivalence)現象在生物上或免疫細胞的活化上是扮演很重要的動作。高親和力的抗體在生物體內是很好用,能發揮很多生物作用。

 7. 利用抗體的親和力及特異性,我們可以用此特性來偵測甚至定量抗原。觀念上要瞭解的是,抗體是蛋白質,也可以被當做抗原,被另一個抗體結合。在利用抗體─抗原結合的原理來發展免疫技術時,最重要的原則是能分離開結合的抗原-抗体複合物(bound form of antigen-antibody complex)和游離的抗原(free form of antigen)或抗体(antibody)。此種分離抗原-抗体複合物和游離型抗原或抗體,可以利用溶解度的不同,抗原-抗体複合物溶解度較差,易沈澱下來。或抗原-抗体複合物的顆粒易凝集沈澱(agglutination),或用活性炭吸只附掉小分子的游離抗原,或以固相結合的方式(solid-phase binding),用水沖洗掉游離型抗原,以固相保留抗原-抗体複合物。

 8. 利用沈澱(precipitation)的原理,抗原-抗体複合物(immune complex)形成大分子,溶解度較差,因此易沈澱出來,如放射的免疫耐擴散法(radial immunodiffusion),它的靈敏度(sensitivity)在20 ug/ml到2 mg/ml 間。

 9. 利用顆粒凝集(agglutination)的方法凝集顆粒(particle)或紅血球的靈敏度可到1 ug/ml。

 10. 利用補体(complement)的活化來溶解紅血球的補体固定法(complement fixation)的方法, 其靈敏度到1 ug/ml。

 11. 利用接上可以幫助偵測分子,如螢光或放射性同位素的方法有:    a. 免疫螢光法(immunofluorescence),此方法的特點是能看到抗原在細胞或組織中的相關位置。   b. 放射性免疫分析法(radioimmunoassay, RIA)或酵素免疫分析法(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA),它的靈敏度可到 1∼50 ng/ml,是現今最常用的免疫偵測法。

 12. 血球細胞的分離   血液中含紅血球,血小板及白血球,可用離心方法先取得白血球,它的比重介於紅血球和血小板間。白血球又可分為多形核白血球(polymorphonuclear cells, PMN)及單核白血球(mononuclear cells),可利用Ficoll isopaque的密度階梯(density gradient)離心法來分開,Ficoll isopaque的密度(density)為1.077,在一試管中,下層裝Ficoll isopaque,上層含白血球或全血的水溶液,在離心之後,多形核白血球因較重( >1.077)會沈至底部,單核白血球的密度接近1.077,因此會停留在中層,藉此可分開多形核白血球和單核白血球。另外單核白血球的單核血球(monocyte)對塑膠培養皿有黏性(adherence ),可透過黏著的方式移開單核血球,只剩下淋巴球(lymphocytes)。

Critical thinking:  1. 免疫方法在生物醫學研究(biomedical research)上的重要性。  2. 免疫分析方法,尤其是單株抗体的發現與使用在生物科技(bio-technology)發展上的重要性。

國立成功大學醫學院微生物及免疫學研究所 黎煥耀教授 醫學微生物─免疫學講義/ 4,護理二


細胞性免疫反應 (Cell-mediated Immune Reactions) & 免疫反應的調節 (Regulation of the Immune Response)

參考資料:Roitt, Brostoff & Male, Immunology, 5th, Chapter 10 & 13

課程目標:

1.瞭解抗原刺激淋巴細胞產生抗體的過程,初次(primary)反應與第二次(secondary)反應的差別。

2.瞭解T-細胞在免疫反應及免疫調節中的角色及其扮演樞紐的角色

3.不同的Th1與Th2細胞的角色,尤其在疾病過程中,Th1與Th2細胞的互相調節或平衡的生理病態意義。

4.瞭解殺手細胞的功能及其在病毒感染時扮演的重要角色。

5.何謂細胞激素(cytokine),它的種類、作用方式與醫學上的應用。

Ⅰ. 細胞擔任的細胞性免疫反應(cell-mediated immunity),原來是指對病毒感染的細胞,因為抗體無法進入細胞內發揮作用,必須靠殺手細胞或吞噬細胞,才能發揮作用,它相對於抗体擔任的体液性免疫反應(antibody mediated humoral immunity)。現在廣義來說,泛指凡是細胞產生出來的對抗病原菌或癌細胞的免疫力,它和抗体擔任的体液性免疫反應可以互相作用,共同殺死外來者。

 1. 不需要T-細胞拹助的細胞性免疫反應 (T-cell-independent cell-mediated responses)
    	有一部份的細胞性免疫反應是不須要T-細胞,這包括吞噬作用,一些細菌成分,可以活化補體,釋放趨化因子(chemotactic factors),吸引吞噬細胞(phagocytose)來,此外細菌的細胞譬如脂多醣体(LPS),也可以刺激細胞激素, 釋放TNF恁BIL-12、IFN-γ。

 2. 需要T-細胞拹助的細胞性免疫反應 (T-cell-dependent cell-mediated responses)
    	CD4+ 的Th-細胞在細胞性免疫反應中扮演一個絕對重要的角色,它透過T-細胞受体決定了抗原的特異性,它牽涉到選擇作用細胞(effector cells)如何產生的過程,比如Th-細胞可以幫助B-細胞的生長,分化產生抗體,Ts-細胞可以抑制免疫反應,它透過細胞激素的產生,可以幫助其他細胞的生長,分化或活化,加強吞噬作用。

 3. Th1-細胞和Th2-細胞的分化 (differentiation of Th cells into Th1 or Th2)
    	Th-細胞本身會分化成Th1或Th2-細胞,而此分化的過程也會影響到作用細胞(effector cells)產生不同的結果。 T-細胞根據它細胞激素產生的不同,可分成二類:Th1-細胞 (產生IFN蛂BIL-2)及Th2細胞(產生IL-4、IL-5、IL-6 及IL-10,Th1-細胞幫助殺手細胞,透過IFN 活化巨噬細胞,對細胞性免疫反應有較大的幫助,反之Th2 -細胞幫助B-細胞,尤其是IgE的產生,透過IL-4、IL-5活化肥胖細胞(mast cell)或嗜伊紅性細胞(eosinophil),在氣喘過敏反應(allergy)上扮演重要的角色。 Th1與Th2- 細胞互為結抗,Th1-細胞釋放的IFN 會抑制Th2-細胞,Th2-細胞的IL-4或IL-10會抑制Th1-細胞IFN 的產生。

 4. 細胞擔任的毒殺作用(cell-mediated cytotoxicity)
   	根據所利用的配合基(ligand) 不同分成下列三種:
   a.	主要組織相容抗原限制的殺手T-細胞(MHC-restricted cytotoxic T lymphocyte, CTL),主要是CD8+ CTL。
   b.	自然殺手細胞(Nature Killer, NK)或淋巴激素活化殺手細胞( lymphokine-activated killer, LAK)。
   c.	抗体依賴性細胞擔任的毒殺作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC)。
    在殺死過程中,一定有殺手細胞和標的 (target) 細胞的連接,透過 TCR-MHC 的作用,或其他決定位的連接,再經 Ca2+ 的作用,使細胞受到傷害而死亡。

 5. 在免疫反應中巨噬細胞的角色(the role of macrophage in the immune response)
    巨噬細胞(macrophage)在免疫反應過程中,在不同的階段都參與,首先它先吞噬抗原,被刺激放出TNF恁BIL-1、IL-6 等細胞激素,它可以呈獻 抗原給 T-細胞。 在免疫作用階段,經由 T-細胞釋放出的細胞激素很容易活化巨噬細胞,參與發炎反應。巨噬細胞的角色可以分成下列六點:
   a.	發炎反應及發燒(inflammation and fever),釋放熱源(pyrogen, IL-1)。
   b.	釋放不同的細胞激素影響T-細胞的分化如 IL-10 → Th2,  IL-12 → Th1。
   c.	影響淋巴細胞的活化(lymphocyte activation)。
   d.	影響組織的再生與重整(tissue reorganization)。
   e.	有抗細菌的作用(microbicidal activity)。
   f.	有抗腫瘤的作用(tumoricidal activity)。
   g.	造成組織傷害(tissue damage)。

 	巨噬細胞也 是一群組成複雜( heterogeneous )的細胞,它的活化牽涉到複雜的步驟,它的作用與活化程度和它 本身的狀態,活化的細胞激素種類及刺激本身都有關。

 6. 細胞擔任的免疫病理作用(cell-mediated immunopathology)
    細胞性免疫反應在某種情況下也會造成組織傷害,此種病理變化稱免疫病理作用(immunopathology),有下列情況可能發生。
   a.	毒殺作用(cytotoxicity),對某些中樞神經細胞,病毐(virus )本身沒有直接細胞傷害作用(cytopathic effect),但殺手細胞殺死病毒,必須先殺死病毒感染細胞,如此神經細胞的傷害便是因為病毐引發的免疫作用引起的。
   b.	慢性發炎(chronic inflammation),對於某些自體反應疾病,因為有自体抗原(autoantigen)存在,不斷的刺激免疫反應,造成慢性發炎,就會形成疾病。
   c.	佔據空間造成的損傷(space-occupying lesions),當抗原無法被清除,造成慢性長期發炎會形成內芽腫瘤(granuloma),此種內芽腫瘤佔據空間,會影響其他功能。
   d.	過多的細胞激素釋放(excessive cytokine release),太多的TNF, 會造成毒素引起的休克性症候群(toxic shock syndrome)。

 7. 細胞激素(cytokines)
  細胞激素是分子量在 8∼25kD 的醣蛋白,它們是細胞受到刺激時,釋放出來,可以影響到細胞的生長、活化、發炎、免疫力、組織修補、或組織纖維化...等,它不僅作用到免疫細胞,其他細胞如內皮細胞,神經細胞,腦部都會受到影響,它透過與高親和力的激素受体(cytokine receptor)結合,使得它的量非常少時如 pg/ml,即能產生物功能,它的作用方式可以是自我作用方式(autocrine),影響到其他周遭細胞的方式(paracrine),不同細胞激素之間可以利用加成作用(synergy),連續作用(sequential)或拮抗作用(antagonism)等不同的方式彼此作用。細胞激素的二大特性是多效性(pleiotrophic)和過多性(redundant),一個細胞激素可以發揮多重的生理功能(multiple physiological effects),另一方面,不同細胞激素的功能又重疊,如 TNF 和IL-1或IL-4 和 IL-13功能類似。這可能是生物在演化上,因為功能重要,所以有備用的保護作用。

Ⅱ. 免疫反應的調節(regulation of the immune response)
   免疫反應是有需要時,即外來抗原入侵時才被活化,其目的在去除此入侵的抗原,因此免疫系統應該受到正確的調控,如果此調控失常,便會造成免疫病理作用的傷害。 影響免疫反應的因素包括抗原進入的方式,它的型式,抗原呈獻的方式,生物個體的遺傳組成,以前是否見過此抗原等。

 1. 受到抗原的調節(regulation by antigen)
   a.	抗原的本質影響到免疫反應的型式,多醣類(polysaccharide)只刺激 IgM 合成, 而蛋白質抗原可以刺激 IgG 及細胞性免疫力,能進入細胞的病毐(intracellular virus)會刺激細胞擔任的細胞性免疫力,反之一般外在給予的水溶性蛋白質(soluble protein) 只引發体液性的免疫力。
   b.	高劑量的抗原反而造成免疫耐受性(tolerance),引發免疫力的劑量有一定的範圍,太多或太少都不行。
   c.	抗原進入的途徑可能造成不同的結果,通常用皮下的(subcutaneous),皮內的(intradermal)注射,會產生免疫力,反之用靜脈的(intraverous),口服的(oral) 或噴霧的(aerosol)會引起免疫耐受(tolerance),免疫無力(anergy) 或免疫偏差(immune deviation)。

 2. 受到抗原呈獻細胞的調節(regulation by antigen-presenting cell, APC)
    抗原呈獻細胞的呈獻作用會影響到是否產生反應或造成免疫耐受,抗原呈獻細胞除了需要主要組織相容抗原分子外,還需要拹助刺激因子(co-stimulatory molecules)如 B7的幫助,B7的存在與否,會影響到免疫力如正反應或免疫無力的後果有關。
 3. 受到抗体的調節(regulation by antibody)
    有二個例子可以說明抗体會影響免疫反應的調節。
   a.	疫苗(vaccine)如流行性腮腺炎(mumps) 和 麻疹(measles) 通常不給低於一歲的嬰兒,因為小於六個月的嬰兒都有來自母親的 IgG 抗體,這些抗體會影響疫苗的作用,造成不適當的免疫反應。
   b.	對於 Rh因子不配對的懷孕婦女,在生第一胎之後,都會用抗Rh的抗體(anti-Rh+ antibody)來中和嬰兒的 Rh+ 紅血球,以避免母體受胎兒紅血球 Rh+ 抗原刺激產生 IgG anti-Rh+ 抗體,危及第二胎嬰兒。

 4. 受到神經系內分泌系的調節(neuroendocrine modulation of immune responses)
    神經系內分泌系統(neuroendocrine) 和免疫系統之間是有互動關係,淋巴細胞會表現出賀爾(hormone)、神經介質(neurotransmitter) 及神經胜肱(neuropeptide)的受体,因此淋巴細胞也會受到促皮質素釋放因子(corticotrophin releasing factor, CRF) 的刺激,產生促腎上腺皮質激素(adrenocorticotrophic hormone, ACTH),因此下視丘-腦下垂体-腎上腺( hypothalamus-pituitary-adrenal, HPA) 和免疫系統間的聯繫是雙向的,皮質類固醇(corticosteroid) 對免疫反應扮演一個主要的反饋控制者(feedback control)。
 5. 受到遺傳因子的調節(genetic control of immune responses)
    控制免疫反應的基因可以是主要組織相容抗原基因或非主要組織相容抗原基因,所用的抗原是T-依賴性的抗原(T dependent antigen) 須要透過 T-細胞 的作用,對於受到免疫調控基因(immune response gene)控制的抗原,可以在不同品系的老鼠間區分出反應者(responder) 和不反應者(non-responder),如果抗原是傳染的病原劑,免疫反應與否就牽涉到老鼠是否能生存,有一些例子顯示,對病原菌感染的易感受性 (susceptibility) 是由 H-2 的 I-E 控制,某些自體免疫疾病也和主要組織相容抗原基因有關連。

Critical thinking

1.	在產生免疫反應的過程中,抗原的特異性如何維持?

2.	免疫系統第二次反應比第一次快且多,即所謂記憶性(memory),這是如何達成的?它和無性繁殖選擇學說(clone selection theory)有何關連?

3.	免疫細胞是因為抗原的刺激才被活化,其目的在清除抗原,當抗原消失後,這些活化的細胞怎麼辦?它們如何回到休息狀態?

4.	不適當或過份的免疫反應如何造成免疫病理變化,這中間的分界點如何?

5.	免疫調節,尤其是 Th1/Th2-細胞 的平衡如何影響免疫疾病的發生?

國立成功大學醫學院微生物及免疫學研究所 黎煥耀教授 醫學微生物─免疫學講義/5,護理二


細胞的遷移與發炎 (Cell migration and inflammation) & 抵抗病毒、細菌及真菌的免疫(Immunity to viruses, bacteria and fungi)

參考資料:Roitt, Brostoff & Male, Immunology, 5th, Chapter 5, 16, 17

課程目標:

1. 發炎的過程,牽涉的分子與細胞,白血球與內皮細胞的交互作用,以及發炎在疾病過程中的角色。

2. 瞭解宿主免疫系統的抵抗力與病原微生物致病力間的關連及因果關係(immunity and infection)

3. 免疫系統對病毒感染的抵抗方式

4. 免疫系統對細菌感染的抵抗方式,分辨細菌與病毒感染的分野

5. 疫苗的發展與它在預防醫學上的角色

I. 細胞的遷移與發炎(cell migration and inflammation)
  生物個體碰到刺激的反應,即是產生發炎反應,這是防衛的基本動作,過程中牽涉到先天性的免疫力(innate immunity) 及適應性的免疫力(adaptive immunity),其目的在阻止外來細菌或病毒的擴散或增殖,最終是要消滅它們,發炎反應有“紅、腫、熱、痛”現象,這是因為血液中的白血球受到吸引、刺激,離開血管,進入組織外來異物存在的地方,發炎部位有微血管通透性增加,血流較快,白血球浸潤,造成組織傷害。白血球和血管的內皮細胞互相作用可分成中性球和內皮細胞作用及淋巴球和內皮細胞作用,這二種的作用機轉有共同的地方,也有特殊的不同,造成的不同是因為功能要求的不一樣。

 1. 顆粒性的白血球和內皮細胞的交互作用(granulocyte-endothelial cell interactions, PMN-EC)
   在組織發炎的地方有多形核白血球 (PMN) 的浸潤,這些白血球來自血液,它首先和血管的內皮細胞作用,位置通常是在細菌浸入或組織受傷附近的後微血管(post-capillary venules)位置,在這些後微血管的地方,流速較小,適合白血球透過滾動(rolling) 和內皮細胞接觸,在血管內,因為血流速度快,剪力 (shear force) 大,白血球不會和內皮細胞接觸。白血球和內皮細胞的作用有時間上的先後關係,也受到嚴格的調控,不論白血球或內皮細胞都有一些黏著分子(adhesion molecules) 新合成或被活化,利用這些分子將白血球與內皮細胞繫鏈 (tether) 在一起,也訊號 (signal) 白血球,使其細胞變形,內皮細胞間的黏接間隙(junctions) 也打開,才使白血球離開血管。在急性發炎(acute inflammation),這是一個早期的步驟,也受到調節控制,當刺激原消失時,發炎反應也消褪,但若一些調控反應失控,過度反應,或形成慢性反應,此種白血球的過多浸潤,會釋放過多的蛋白質分解酵素(protease)或氧游離基(oxygen radical) 造成組織傷害。

 2.  黏著階段(the adhesion cascade)
   a.	白血球以滾動方式與內皮細胞多次碰撞,形成微弱、不穩定的結合
   b.	一些刺激的訊號,活化白血球的 integrin 功能。
   c.	白血球和內皮細胞因為黏著分子的親合力,形成強力的結合,而停止流動。
   d.	接下白血球變形透過內皮細胞間的黏接間隙做轉移的動作(transmigration) 而離開血管進入附近受傷的組織。

 3. 牽涉到多形核白血球和內皮細胞的交互作用的分子(molecules involved in PMN-EC interaction)
   A.	多形核白血球表現的前黏著因子(proadhesive molecules expressed by PMN)
    a. β2-selectins:如 LFA-1。
    b. L-selectin:L-selectin 負責多形核白血球和內皮細胞間的滾動。
    
   B.	活化的內皮細胞合成的訊號分子(signaling molecules synthesized by activated EC)
    a. 血小板活化因子(platelet activated factor, PAF),內皮細胞用凝血酉   (thrombin)、組織胺(histamine )或白三烯素(leukotriene C4 )刺激,在幾分鐘內會產生血小板活化因子,血小板活化因子會表現在內皮細胞膜上,血小板活化因子也可以活化白血球。
    b. IL-8,用TNF恁BIL-1 或脂多醣(LPS )刺激內皮細胞,在 4∼24 小時後內皮細胞會產生IL-8,它被釋放至細胞外,也可黏在細胞膜上,IL-8 是一個趨化激素(chemokine),它可以活化白血球,引起白血球的趨化作用 (chemotaxis)。

   C.	活化的內皮細胞表現的繫鏈分子(tethering molecules expressed by activated EC)
    a. P-selectin,內皮細胞受到凝血酷或組織胺的刺激時,會在細胞膜上形成 P-selectin,它和多形核白血球膜上的醣類結合,透過滾動使多形核白血球減速。
    b. E-selectin,內皮細胞受 TNF恁BIL-1 或脂多醣的刺激,在 4∼8 小時會新生成 E-selectin,它和多形核白血球膜上的醣類結合,也是和滾動有關,透過 selectin 的繫鏈(tethering),使多形核白血球經 滾動方式停下來,再經由趨化激素(chemokine) 如IL-8 的催化(triggering),使細胞活化增加 intergin 的親和力。多形核白血球利用 LFA-1 和內皮細胞的 ICAM-1 形成強力的結合,細胞開始移動離開血管,最後再用 酵素切斷這些黏著物,使細胞可以進入組織。

 4. 趨化激素(chemokine)
   具有趨化性 (chemotactic) 的細胞激素叫趨化激素(chemokine),它在白血球和內皮細胞作用之間扮演中間的角色,它在第一步 selectin擔任的疏鬆的結合和最後 intergin擔任的緊密的結合間扮演連接的角色。趨化激素有二種: α-趨化激素如 IL-8 及β-趨化激素如 MCP-1,RANTES,它可以由免疫細胞 或非免疫細胞釋放出來,與細胞体外的間質( extracellular matrix) 結合,不易被分解,也可以選擇性地吸引不同的細胞,比如α-趨化激素吸引 PMN,β-趨化激素吸引單核球(monocytes)和嗜伊紅血球(eosinophils), 這也可以解釋為什麼在不同情況下的發炎,有不同的細胞浸潤(cell infiltration)。 另一個原因是細胞上的 integrin 不同也造成不同細胞的結合,比如多形核白血球利用LFA-1 ( integrin) 和內皮細胞的 ICAM-1結合,而淋巴球利用VLA-4 (1 integrin) 和內皮細胞的 VCAM-1 結合。

 5. 補体和肥胖細胞在急性發炎的角色(complement, mast cells in acute inflammation)
   在發炎早期,組織受傷造成補体的活化,這樣可以連接起免疫系統和發炎系統。補体的活化產物 C3a、C5a 具有刺激肥胖細胞的功能,而肥胖細胞內的顆粒 更含有豐富的組織胺、血清素(serotonin) 等影響血管的媒介物,可以增加血管的通透性或收縮力,肥胖細胞更含有 TNF恁BIL-1、IL-6 等細胞激素,可以活化白血球或內皮細胞。肥胖細胞在體內各組織皆有,尤其在血管週邊,它的內含物可以引發第一波的反應,吸引白血球進入,這些浸潤的白血球可以釋放更多的細胞激素引起第二波甚至第三波的細胞入侵,增強整個發炎反應。

Ⅱ. 抵抗病毐感染的免疫力(immunity to viruses)
   如果宿主無法阻止病原菌的入侵,便發生感染,而對感染的抵抗力是包括非特異性的先天性免疫力(non-specific innate responses) 以及特異性的適應性免疫力(specific adaptive immune responses)。

 1. 因為病原菌的感染,造成傳染性疾病的抵抗力受下列因素的影響:
   a.	感染的途徑 (route) 及位置 (site)
   b.	病原菌進入人體後,散佈及增殖的方式
   c.	病原菌造成疾病的作用機轉,毒素的作用,直接傷害或間接透過免疫病理方式。
   d.	病原菌的致病因子(virulence factors)有接觸(attachment)、形成菌落(colonization)、產生毒素或酵素(toxin or enzyme)、抗吞噬作用(anti-phagocytosis)。 微生物(microorganism) 之能稱為病原菌 (pathogen) 是因為它能造成疾病(disease),它的致病性因子越多,致病性愈強。

 2. 病毐的生命週期(a generalized viral life cycle)
   a.	病毐是細胞內寄生物(intracellular parasite),它必須在細胞內才能繁殖,病毐顆粒只含有簡單的遺傳物質 DNA 或 RNA,以及一些外套蛋白質。病毐必須透過受体(receptor)才能進入細胞,它利用細胞的合成機器製造自己的 DNA/ RNA 或蛋白質,組合成更多的病毐顆粒(或稱作病毐粒子,virion),再去感染另外的細胞,它和細胞的關係可以是殺死細胞的 溶解期(lytic phase) 或與細胞和平共存的溶原期(lysogenic phase)。人類免疫缺乏病毐(human immunodeficiency virus, HIV) 的受体是 CD4+  Th cells,Epstein-Barr (EB) 病毐的受体 是 B-細胞上 的 CR2 (complement receptor type 2)。
   b.	病毐會被免疫系統辨識是因為病毐進入細胞後,合成病毐蛋白或病毐相關的蛋白,這些病毐蛋白有的是外套 (external) 抗原,有的是內部的蛋白(internal protein),對於免疫細胞或抗體而言,他們必須要“看得到”抗原決定位(epitope),因此只有對抗外套抗原,才是有保護力的抗体(protective antibody),具有中和能力 (neutralization) 。但對於認識內部的蛋白的 Ab,則沒有保護能力,它只能做為一個 血清學上的標幟(serological marker),代表曾經感染過。比如 B 型肝炎病毒有 HBsAg、HBcAg 和 HBeAg 三種抗原,只有對抗外套抗原 (HBsAg) 的 anti-HBsAb 才具有保護能力,對抗內部的蛋白抗原 (HBcAg或HBeAg) 的anti-HBcAb 或anti-HBeAb 沒有保護能力,只能代表曾感染過而留下的痕跡。
   c.	病毐 的抗原會因為遺傳變異(mutation) 而改變其構造,此構造的改變會讓以前產生的免疫力失去作用,因而逃避免疫攻擊,以流行性感冒病毐(influenza virus) 為例, 小的改變稱 抗原性改變(antigenic drift),累積成大的改變叫抗原性更換(antigenic shift)。

 3. 對病毐感染的抵抗(defense mechanism to virus infection)
   a.	干擾素(interferon)
    由白再血球(leukocyte) 產生的干擾素- (IFN-),纖維母細胞( fibroblast) 產生的干擾素-n(IFN-) 或 T-細胞產生的干擾素- (IFN-),可以使其他細胞對病毒產生抵抗力,干擾素是最好的抗病毐試劑(anti-virus reagent)。
   b.	IgA
    黏膜區域的 IgA 可以阻止病毒進入細胞。
   c.	具中和力的抗体(neutralizing antibody)
 	在血清中的抗体,可以中和掉病毒,阻止細胞被感染,但抗體只對游離的病毐(free virus) 有效,假如病毒已 進入細胞,因為抗體太大不能通過細胞膜,無法進入細胞內殺死病毒。
   d.	殺手T-細胞(cytotoxic T cells)或自然殺手細胞(NK cells)
 	對於病毒感染的細胞,只有殺手T-細胞或自然殺手細胞才有效,殺手T-細胞透過主要組織相容抗原限制作用(MHC restriction),辨認上病毒感染細胞的主要組織相容抗原/胜呔(MHC classⅠ/ peptide),而殺死病毒感染的細胞。
   e.	對於病毒的清除,抗体是沒有多大用處,抗体一般只能阻止或延遲感染,減少病毒的散佈,比如在血中存有病毒時(病毐血症,viremia phase),血清中的抗體可以中和游離的病毐。 對於進入細胞的病毒,必須要靠細胞性免疫力(cell-mediated immunity),如殺手T-細胞才能殺死病毒感染細胞,清除所有病毒,這點不同於細菌是細胞外的寄生物(extracelllular parasite),對細菌的抵抗,抗体就佔很重要的角色。

 4. 免疫病理作用(immunopathology), 在有些情況,病毒本身並不是具有細胞毒殺性(cytopathic), 它不會造成細胞傷害,細胞的傷害反而是因為它被殺手T-細胞殺死而造成疾病,比如 B 型肝炎病毒造成肝細胞壞死,是因為殺手T-細胞殺死帶 HBcAg/ classⅠ的肝細胞。

III. 抵抗細菌感染的免疫力(immunity to bacteria)
   細菌大部份是細胞外的寄生物,在細胞外即可以複製,只有少數是必須進入細胞內才能生存複製,對這些侵入細胞內(intracellular) 的細菌,如同病毒 一樣,必須靠細胞性免疫力才能清除。 一般而言對細菌的感染和病毒的感染,我們的免疫系統利用不同的方式來對抗,不同於病毒侵入細胞內需要細胞性免疫力,透過殺死病毒感染的細胞來清除病毒,在細菌感染上,抗体和吞噬細胞直接就可殺死細菌,它們在抗細菌上扮演很重要的角色。

 1. 細菌致病性的機轉(the mechanisms of bacterial pathogenicity)
   a.	毒力但沒有侵襲力(toxicity without invasiveness)
   b.	侵襲力但沒有毒力(invasiveness without toxicity)

 2. 對細菌入侵的非特異性障礙(non-specific barriers to bacterial invasion)
   a.	皮膚障礙及毒性的脂肪酸(skin barrier and toxic fatty acid)
   b.	黏液或纖毛的機械化沖洗(mechanical wash by mucus or cilia)
   c.	在胃和陰道的酸性環境(low pH in the stomach and vagina)
   d.	体內的共生菌以阻止病原菌的侵入(commensals to stop pathogens gaining access)

 3. 不需要T-細胞或抗体辨認的抗細菌機制
   a.	利用補体其他途徑的活化(activation of complement via the alternative pathway)
   b.	細胞激素的釋放(cytokine release): TNF, IL-1 及 IL-6 在受到脂多醣体(LPS)刺激後大量產生,是造成敗血性休克(septic shock)的主要原因。

 4. 補体及抗体在抗細菌作用上扮演的角色
   a.	補体有時可以直接利用它的 溶解複合物(lytic complex, C5b-9) 殺死細菌,但當它和抗体合用時,透過調理作用 的作用可以更有效地殺死細菌。
   b.	抗体可以阻止細菌的接觸及形成菌落,中和掉毒素,或和吞噬細胞合作以調理作用方式殺死細菌。

 5. 吞噬細胞在抗細菌作用上扮演一個很重要的角色
   a.	吞噬細胞的殺傷力(the killing by phagocytes):吞噬細胞透過趨化作用(chemotaxis)、接觸(attachment)、吞噬作用(phagocytosis)、破壞(destruction)等一連串的動作將細菌殺死。
  b.  氧依靠的殺傷力(oxygen-dependent killing)如利用活躍的氧中間物(reactive oxygen intermediates)、一氧化氮(nitric oxide) 及不依靠氧的殺傷力(oxygen-independent killing)如帶陽離子的蛋白質(cationic protein)。
   c.	有些病原菌(pathogen) 演化出不同的方法來逃避吞噬作用。
   d.	宿主的吞噬作用有缺陷,便很容易造成 致命性的感染(lethal bacterial infection) 或伺機性的感染(opportunistic infection)。

 6.  對抗細菌的感染牽涉到病原菌的致病本質和造成疾病的機轉(defense mechanism to bacterial infection depends on the nature of the organism and the mechanism of disease caused)
   a.	在Corynebacterium diphtheria 或Vibrio cholerae感染時需要抗毒素的中和性抗体(anti-toxin neutralizing antibody in Corynebacterium diphtheria and Vibrio cholerae)
   b.	在革蘭氏陰性菌Neisseria meningitidis 感染時需要抗体及補体溶解複合物共同調理作用以破壞細菌(opsonized and killed by antibody and lytic complement in Gram negative Neisseria meningitidis)
   c.	在革蘭氏陽性菌Staphylococcus aureus感染時需要抗体及補体共同調理作用以吞噬方式殺死細菌(opsonized by antibody and complement, killed by phagocytes in Gram positive Staphylococcus aureus)
 d.	以T-細胞活化巨噬細胞來殺死Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium leprae (T-cell activated macrophage in Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium leprae)

 7. 疫苗(vaccine)
 	疫苗的使用,可以預防傳染性疾病的發生,尤其是病毒感染。在醫學史上有很多成功的例子,它也構成現代預防醫學很重要的一環。新疫苗的開發更是免疫學、微生物學、遺傳工程學、臨床醫學等專家共同努力的方向,在疫苗設計上必須考慮下列數點:
   a.	那一個抗原可以產生有效的保護力?
   b.	要在何處 (anatomical site) 誘導的免疫力才是有效的?
   c.	需要的免疫力是抗體或細胞性免疫才是有效的?
   d.	需要何種佐劑 (adjuvant) 和注射計畫才能引發適當的免疫力?
 	基本上,疫苗必須是安全、有效的,經濟上能負擔得起的,在觀念上要記住的是疫苗不是用來預防感染 (infection),它是用來預防疾病 (disease)。

Critical thinking:

1. 臨床上很多的疾病都是發炎過度反應造成的,發炎反應的自我調節能力如何?

2. 疫苗的運用愈來愈廣泛,B型肝炎病毐的疫苗在台灣的成效如何?

3. 為什麼病毐的感染沒有特效藥,只有多休息?

國立成功大學醫學院微生物及免疫學研究所 黎煥耀教授 醫學微生物─免疫學講義/6,護理二


第一、二、三及四型過敏反應 (Hypersensitivity- Type Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ & Ⅳ)

參考資料:Roitt, Brostoff & Male, Immunology, 5th, Chapter 23, 24, 25, 26

課程目標:

1. 過敏反應(hypersensitivity) 的分類,與其在免疫疾病上的角色

2. IgE 引發立即性過敏反應的過程,所參與的分子、細胞、媒介物與組織。

3. 臨床上氣喘疾病的治療與預防之道

4. 免疫複合物沈澱引起的疾病

5. ABO 血型的免疫原理,輸血引起的反應以及因 Rh 因子引起的新生兒溶血症及其預防之道。

6. 延遲性過敏反應及臨床上的例子

Ⅰ. 第一型過敏反應(hypersensitivity-typeⅠ)
   免疫反應是宿主為保護個體,免於外來異物之入侵的保衛系統,但當此反應過當或不適當時,便造成過敏反應 (hypersensitivity)。Gell 和 Coombs 根據反應發生的快慢及反應的機轉,分類成四種。這些分類是為了說明方便,在實際上並沒有如此地界限分明,有時一個疾病是好幾類過敏反應合併造成的。 四類型的過敏反應包括:
   a.	第一型立即式 IgE 擔任過敏反應 (immediate, IgE-mediated hypersensitivity)
   b.	第二型抗體依靠型毒殺過敏反應 (antibody dependent cytotoxicity hypersensitivity)
   c.	第三型免疫複合物造成的過敏反應 (immune complex-mediated hypersensitivity)
   d.	第四型延遲性 T-細胞擔任過敏反應 (delayed T cell-mediated hypersensitivity)

 1. IgE 擔任過敏反應的過程(overall scheme of IgE-mediated hypersensitivity)
   a.	第一次暴露到過敏原 (allergen)
   b.	體內產生 IgE 抗體對抗此抗原
   c.	IgE 抗體和肥胖細胞(mast cell) 結合
   d.	第二次再碰到 (challenge) 過敏原
   e.	此過敏原和肥胖細胞上的 IgE 結合,活化肥胖細胞
   f.	被活化的肥胖細胞釋放很多媒介物 (mediators)
   g.	這些媒介物作用到各組織,造成臨床徵症,而有氣喘...等反應。

 2. IgE抗体的特性(characteristics of IgE antibody)
 	IgE 抗體是第一型過敏反應發生的最重要因子,它有下列特性:
   a.	對熱 (56℃,30min) 不穩定
   b.	在血清中濃度最低
   c.	在黏膜區域,相對地濃度高
   d.	它和肥胖細胞或嗜鹼性白血球(basophil)有親和力(homocytotropic)

 3. IgE抗体合成的調節(regulation of IgE production)
    	為什麼碰到過敏原 (allergen) 時,會產生 IgE,而不像對大部份的抗原產生的抗體是 IgG 或 IgA,這就和 IgE 產生的調節控制有關,產生 IgE 的漿細胞(plasma cell) 主要在腸胃或呼吸道的黏膜區,尤其是腸繫膜淋巴結(mesenteric lymph node),數量蠻多的。IgE 的產生受到下列因素的調控:

   a.	IgE 的產生需要 Th-細胞的幫忙,但它是 Th2-細胞,相對於Th1-細胞是幫助 IgG2 產生。Th2-細胞,透過IL-4 可以增強 IgE 的合成,反過來 Th1-細胞的IFN 會抑制性IgE的產生。
   b.	IgE 的合成比 IgG 更易受到 Ts-細胞的抑制
   c.	低劑量的抗原 (0.01 慊) 在老鼠可以持續性產生 IgE,中劑量 (0.1 慊) 只產生少量的 IgE,但高劑量 (1 慊) 產生 IgG,但不產生 IgE,這可能反應我們接觸到的過敏原,大部份是經由呼吸接觸,總量通常比注射的少很多。
   d.	IgE 的產生受到個體的遺傳控制。

 4. IgE 的定量
    	利用 radioallergosorbent test (RAST) 可以定量過敏原特異性的 (allergen-specific) IgE,而 radioimmunosorbent test (RIST) 是定量IgE的總量,IgE 的血清中含量和過敏(allergy) 有密切的關係。臨床上的過敏(clinical allergy) 可以說是 IgE的過度反應造成的後果。

 5. 皮膚穿刺試驗(skin prick test)
    	要正確診斷氣喘患者是對何種抗原過敏,測量血清特異性的 IgE 抗體可以間接得知,但最直接的方式還是使用皮膚測試,將抗原打入皮下,在 30 分鐘內可以看到典型的水庖及潮紅(wheal-and-flare) 反應。

 6. 肥胖細胞的活化(mast cell activation)
    	肥胖細胞在體內各組織都有,尤其在黏膜上,有結締組織型態的肥胖細胞(connective tissue type mast cell) 及黏膜型態的肥胖細胞(mucosal type mast cell) 二種,在血液稱作嗜鹼性白血球。肥胖細胞的活化在疾病或發炎的發展上扮演很重要的角色,因為它胞內的顆粒含有很豐富的媒介物,它的活化有三種方式:
   a.	Fc悐I-擔任的生理上的催化反應(Fc悐I-mediated physiological triggering)。
   b.	藥理上的化合物如 calcium ionophore或 morphine 引發的去顆粒作用。
   c.	過敏毒素(anaphylatoxin)如 C3a 及 C5a 引發的去顆粒作用。

 7. 肥胖細胞活化後去顆粒作用發生後釋放的媒介物(mediator release after mast cell degranulation)
   a.	顆粒內現成的媒介物(granule associated preformed mediators)如組織胺(histamine)、肝素(heparin)、酵素(enzymes)、趨化(chemotactic)或活化(activating)因子。
   b.	新合成的媒介物(newly formed mediators)如白三烯素(leukotrienes)及前列腺素(prostaglandins)。

 8. 來自肥胖細胞媒介物的生理作用(physiological effects of mast cell derived mediators)
   a.	化學上的吸引物(chemo-attractants)如 NCF, ECF-A, LTB4。
   b.	活化劑(activators)如組織胺、血小板活化因子(PAF)、類胰蛋白酵素(tryptase)或激呔原酵素(kininogenase)。
   c.	致痙物(spasmogens)如組織胺、 PGD2、LTC4、LTD4。

 9. 臨床上的過敏反應(clinical allergy)
    	造成臨床上氣喘等過敏疾病的主因當然是 IgE 過量的產生,但體內有 IgE,未必會發生臨床疾病,IgE 只是一個充分條件,由 IgE 至氣道過份敏感還有很長的生物反應要進行,造成過敏反應的原因有下列:
   a.	T-細胞功能性缺乏造成先天体質不好而產生的過敏狀態(T-cell deficiency is associated with atopy)。
   b.	環境污染物引起的抗原特異性的IgE產生(environmental pollutants act to increase antigen-specific IgE production)。
   c.	過敏突破的概念(the concept of allergic breakthrough),一些同時併有的因素稱作X,如上呼吸道病毒感染,暫時性的IgA缺乏(transient IgA deficiency)或T-抑制性細胞減少(decreased T suppressor cell activity) 都可能增強 IgE 的合成以及產生臨床徵狀。

 10. 從阻斷IgE 擔任過敏反應的觀點來治療過敏反應(treatment from the point of interrupting the IgE-mediate hypersensitivity)
   a.	避免接觸過敏原
   b.	減敏治療 (hyposensitization therapy),利用抗原做減敏治療,以期能刺激 IgG 的產生,活化T-抑制性細胞以抑制 IgE 的合成,這些 IgG 又可競爭 IgE 和過敏原結合,減少肥胖細胞活化,達到症狀減輕的效果。
   c.	利用色甘酸(cromolyn)可以穩定肥胖細胞的細胞膜,減少肥胖細胞的活化,與 媒介物的釋放。
   d.	抗組織胺(anti-histamine) 的葯物可以阻止組織胺作用到組織上。
   e.	利用葯物來做症狀治療

 11.  在支氣管反應上不僅有立即性反應也有後期的反應(immediate and late phase bronchial reactions),以及嗜伊紅性白血球浸潤在後期反應的角色(the central role of eosinophil infiltration during the late-phase reaction)
    最近的研究顯示,allergy 不是只有 30 分鐘內的立即性反應,它還伴隨著後期的反應,這後期的反應和發炎細胞,尤其是嗜伊紅性白血球(eosinophil) 的浸潤有關係,嗜伊紅性白血球在支氣管的存在是氣喘發展的重要步驟,嗜伊紅性白血球含有豐富的 細胞激素如IL-3、IL-5、GM-CSF,這些都和發炎進展有關,長期慢性的發炎會造成支氣管過度敏感 (bronchial hyper-reactivity) ,支氣管的發炎因而有嗜伊紅性白血球的浸潤,以及發炎造成支氣管過度敏感是氣喘的二大重要特徵 。

 12. IgE抗体在蠕虫感染時扮演有益的角色(the beneficial role of IgE in parasitic worm infections)
    	寄生的蠕虫(parasitic worm )感染時常伴隨著 IgE 及嗜伊紅性白血球的增加,這可能是我們用 IgE 及嗜伊紅性白血球來傷害或驅除比細胞還巨大的寄生蟲,全世界有三分之一的人口有寄生蟲感染,尤其在未開發國家,這可能形成演化上的壓力,利用 IgE 來防禦寄生蟲的感染,很不幸地 IgE 會造成立即性過敏反應。

Ⅱ. 第二型過敏反應(hypersensitivity-typeⅡ)
  第二型過敏反應是利用 IgM 或 IgG 結合到標的物表面,直接造成細胞膜受損或被吞噬細胞吞噬。

  1. 在補体幫助下細胞的破壞(cell destruction in the presence of complement) 
   a.  標的細胞受到特異性的抗体及補体C3b的調理作用而被吞噬細胞吞噬後壞破(target cells opsonized by specific antibody and C3b, then destroyed by phagocytic cells)。
    b. 標的細胞受到補体C5b-9攻擊複合物的作用而使細胞膜破裂而死亡(cells lyzed by C5b-9 membrane attach complex)。

  2. 抗體依靠性細胞擔任的細胞毒殺反應(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC)
    	殺手細胞(Killer, K cells) 有 Fc受体可以和已包覆抗体的標的細胞(antibody-coated target cell) 結合而殺死標的細胞,K cells 是一種 大顆粒的淋巴球(large granular lymphocyte),分類上不屬於 B-細胞也不是T-細胞,有時稱 null 細胞。
  3. 中性白血球對組織造成的傷害正反應生理上的抗細菌作用,當一個有挫折感的中性白血球無法吞噬並殺死大的異物時,它會把体內顆粒的物質全部倒出來,這些含酵素的物質會造成周遭細胞的傷害。

  4.  輸血引起的反應(transfusion reaction to blood group antigen)
   a. ABO 系統
    ABO 血型的抗原都是醣類構造,這些抗原決定位(epitope)形成是因為有A基因,它是一個酵素把 N-acetylgalactosamine 接至醣類聚合物上,因此形成 A 抗原,這些抗原決定位不僅存在 RBC 上,也存在其他細胞或分泌物上,此外腸內的細菌的細胞壁也帶有此抗原決定位,因此只要我們體內有正常的細菌群,就會刺激免疫細胞產生抗體,這些抗體都是對抗醣類抗原,所以是屬於IgM 種類,如果是 A 型的人,因為具有的 A-抗原被認為是自我 抗原,會有免疫耐受性,所以不產生抗A-抗原的抗体,但有抗B-抗原的抗体,因為B-抗原是外來者,其他 B、AB 或 O 型皆是依據此原理,O 型的人沒有 A-及B- 抗原,所以有 抗A-抗体 和抗B-抗体。 在輸血時,要 ABO 血型能配對,因此要做交叉配對(cross-matching) 看接受者的血清是否有對抗捐贈者紅血球抗原的抗體,如果有抗體,輸血後會造成輸血反應,在急性期包括發燒、血壓降低、噁心、嘔吐、背及胸痛等症狀,這是因為 IgM和紅血球抗原結合會造成紅血球凝集、補体活化及血管內溶血。在血球抗原除 ABO 外,還有其他抗原,這些抗原刺激的抗體,如果是 IgG,和紅血球結合後,會使紅血球被吞噬掉,主要發生在脾臟或肝臟,嚴重地情況會造成休克,被破壞紅血球的物質會造成腎臟細胞

的壞死,因此輸血引起的問題必須小心處理,尤其不要輸全血,改用輸單成分血較安全。

   b.	Rh system
 	Rh 因子引起的問題,稱作 新生兒溶血性疾病(haemolytic disease of the newborn),又叫胎性母紅血球增多病(erythroblastosis fetalis),這是因為顯性遺傳的 Rh-D 抗原,在RhD- 的母親,假如胎兒的紅血球是 RhD+ (因為父親是RhD+ 的原故) , 在第一次生產之後,胎兒的紅血球會刺激婦女產生 anti-D antibody,它是 IgG,能通過胎盤,因此會對懷孕第二次的胎兒造成問題,IgG 和胎兒的紅血球結合,破壞它,形成新生兒溶血疾病,要預防此疾病,可以在第一次生產時,即給予 anti-D antibody,阻止胎兒紅血球敏感化母親的免疫細胞。

Ⅲ. 第三型過敏反應(hypersensitivity-typeⅢ)
  1.	三種不同型態的免疫複合物造成的疾病
   a.	持續性的感染造成免疫複合物沈積在腎臟。
   b.	對自我抗原產生自我抗体,造成免疫複合物沈積在組織。
   c.	外在因素,因不斷地吸入真菌的抗原造成免疫複合物沈積在肺臟如養鴿者常見的過敏性肺泡炎(Pigeon Fancier's allergic alveolitis)。

  2.	免疫複合物疾病的例子
   a. 系統性紅斑性狼瘡的腎絲球腎炎(glomerulonephritis of lupus erythematosus), 抗体和補体形成的免疫複合物不規則沈積在腎絲球造成發炎,相對於Goodpasture's syndrome的腎絲球腎炎,是因為自体抗体結合至腎絲球上的基底膜抗原(glomerula basement membrane),在此情況下免疫複合物是規則沈積在腎絲球,前者是歸類為第三型過敏反應,後者基本上是屬於第二型過敏反應。
   b. 血清病(serum sickness),靜脈注射大量的抗原所造成的疾病,它引起內皮細胞的病變。
   c. 亞都司氏現象(Arthus reaction),局部連續注射抗原會引起組織的發炎發應。

  3.	第三型過敏反應的發炎機制
   a. 免疫複合物形成,產生作用於血管的胺,
   b. 這些胺造成血管的收縮,增加血管通透壓,
   c. 隨著血管通透壓增加,免疫複合物開始沈積在血管壁間隙,
   d. 被吸引過來的顆粒白血球因為無法吞噬這些免疫複合物,因此釋放它胞內的溶酷体水解酵素,造成血管壁的傷害。

  4. 免疫複合物的持續性(persistence of complexes)
    通常免疫複合物是被單株的吞噬系統(mononuclear phagocyte system) 清除,尤其是在脾臟和肝臟,人類紅血球上的 CRI受体可以和免疫複合物結合,將之帶至肝臟,以 factorⅠ幫助 CRI受体脫落已結合的免疫複合物,再由肝臟的巨噬細胞(Kupffer cells) 吞噬掉。此外補体也可以將大的免疫複合物溶解成小分子免疫複合物,再由 組織的巨噬細胞利用 Fc 及補体受体吞噬清除。因此我們體內不斷形成的免疫複合物都會被清除,不會發生問題,除非免疫複合物實在太多,或其他因素,才有可能造成免疫複合物疾病。

Ⅳ. 第四型過敏反應(hypersensitivity-typeⅣ)
    唯一 T-細胞擔任的過敏反應,它是一種單核細胞 (mononuclear cell) 浸潤的發炎反應,需要 24∼48 小時的發展才會發生,它只能用細胞來傳遞,不像前面三種用抗體即可以將過敏反應傳遞至另一動物上。

  1.	三種不同型態的延遲性過敏反應
   a.	接觸性的(contact)
   b.	結核菌素的(tuberculin)
   c.	肉芽腫瘤的(granulomatous)

  2.	延遲性過敏反應的作用機制(mechanism of delayed-type hypersensitivity)
   a.	由Th1-細胞(TDTH-細胞)擔任,
   b.	TDTH-細胞辨認由蘭格漢氏(Langerhans cell)或巨噬細胞呈獻的主要組織相容抗原和胜呔複合体,
   c.	T-細胞產生一些細胞激素再引起其他細胞的浸潤而造成發炎反應。

  3.	接觸性的過敏反應(contact hypersensitivity)
    	它的誘導物 是小分子物質,類似不完全抗原(hapten),它們化學活性強,和組織的蛋白質結合,透過攜帶者(carrier) 的幫助,變成免疫抗原(immunogen),可以刺激 T-細胞於第二次接觸,即產生延遲性過敏反應。

  4.	肉芽腫瘤的過敏反應(granulomatous hypersensitivity)
    	它是臨床上最重要的延遲性過敏反應,會造成很多 T-細胞擔任的病理變化,它的形成通常是因為病原菌持續存在或躲在巨噬細胞內,造成抗原無法被清除,而有慢性長期的發炎,巨噬細胞被活化,變形或與其他細胞融合,產生上皮樣的內芽腫瘤(epithelioid cell granuloma)特徵。

  5.	表現延遲性過敏反應的疾病
   a.	痲瘋(leprosy)
   b.	結核病(tuberculosis)
   c.	肉狀瘤病(sarcoidosis)
   d.	血吸蟲病(schistosomiasis)

Critical thinking

1. 為什麼氣喘在台灣兒童族群中愈來愈嚴重?

2. 小孩子如果二至三歲時開始氣喘,為什麼進入青春期後有些人會自然痊癒?

3. 輸血的副作用如何減少或避免?

4. 結核菌素試驗有何意義?

5. 造成肺結核發炎的過敏反應在臨床上的過程如何?它如何治療。

國立成功大學醫學院微生物及免疫學研究所 黎煥耀教授 醫學微生物─免疫學講義/7,護理二


自體免疫力 (Autoimmunity) & 癌症免疫學 (Tumor Immunology)

參考資料:Roitt, Brostoff & Male, Immunology, 5th, Chapter 28 & 20

課程目標: 

1. 免疫耐受性(tolerance)的意義、方式與機轉

2. 自體免疫疾病的種類、作用與治療方式

3. 癌症免疫學的發展及在生物醫學上的應用

I. 自體免疫力
  當免疫系統碰到抗原時,免疫細胞會被活化,正向地啟動,產生免疫力(immunity) 以去除抗原,但當抗原是自我-抗原時,免疫系統必須負向的調節下來,形成免疫耐受(tolerance)狀態,避免產生自體免疫力,傷害自己。不管是免疫力或免疫耐受性,基本上它們都是主動的反應,都受到嚴格地調控,都是抗原特異性,在過程中都接觸到抗原,產生免疫耐受性的抗原叫免疫耐受原(tolerogen),而產生免疫力的抗原叫免疫抗原(immunogen),不管是免疫力或免疫耐受性 也都是由淋巴球來擔任。

 1. 歷史的背景
   a.	高劑量的抗原反而產生不反應狀態
   b.	在胚胎發育初期所接觸到的抗原,會認為它是自我抗原,因此產生免疫耐受性, 造成以後呈不反應狀態。
   c.	剛出生的老鼠如果注射另一品系老鼠的脾臟細胞,會使原來老鼠建立免疫耐受性,成熟之後,可以接受它的皮膚移植。

 2. 自我免疫耐受性(self-tolerance)
     免疫耐受性最重要的是 自我-免疫耐受性,免疫系統中的細胞或抗體不能有對抗自己組織的能力,因此這些對自我抗原有反應的細胞都不能存在或被活化,這過程不是先天決定的,是透過發育中學來,因此自我-非自我的區別是在細胞分化過程中學習得來的,影響一個抗原是為自我或非自我,不是它的構造本身。 它受到下列因素決定:
   a.	淋巴細胞碰到抗原的時機。
   b.	淋巴細胞碰到抗原的地理位置。
   c.	抗原決定位被細胞呈現時的本質。
   d.	細胞是否同時表現co-stimulatory分子。

 3. 產生免疫耐受性的途徑
     有下列四種方式可以使對自我反應的細胞不作用:
   a.	實際刪除這些會對自我抗原反應的細胞 (clone deletion)
   b.	防止這些會對自我抗原反應的細胞繼續分化 (clone abortion)
   c.	抑制這些會對自我抗原反應的細胞受到活化 (clone anergy)
   d.	利用抑制性細胞或細胞激素來干擾這些會對自我抗原反應的細胞發生作用。

 4. 免疫耐受性的誘導
   a.	免疫耐受性的誘導須要自我-抗原存在,T-細胞在胸腺分化過程中,認識自我抗原 的細胞皆被去除掉,這稱作負向選擇(negative selection),那些不能順利完成基因重組(gene rearrangement)的細胞也無法存活下來,只有一些和主要組織相容抗原(MHC)有一些親和力的細胞能被保留下來,此即正向選擇(positive selection),使這些細胞分化成熟之後皆具有主要組織相容抗原限制性(MHC-restricted)的能力。
   b.	免疫耐受性由細胞來擔任,因此可分成T-細胞免疫耐受性, B-細胞免疫耐受性,一般而言,T-細胞免疫耐受性 較易誘導出來,也能維持較長。
   c.	免疫耐受性的維持須要免疫耐受原的持續存在,因此當免疫耐受原被清除後,免疫耐受性會被慢慢打破,尤其是新生合成的淋巴細胞不被誘導成免疫耐受性,當被免疫抗原刺激時,產生免疫力,就會打破免疫耐受性。
   d.	免疫耐受性可以人為方式的誘導,這在臨床上有很大的應用,尤其是移植的排斥作用,我們如果能誘導免疫耐受性的產生,便可以阻止器官的排斥。另外一方面,在癌症的治療,癌細胞是自己的細胞,有自我免疫耐受性,癌細胞會變形,產生新的 癌細胞抗原,如果我們能打破免疫耐受性,引發有效的抗癌細胞抗原的免疫反應,便可能可以用來治療癌症。

II. 自體免疫力(autoimmunity)
 1. 自體免疫力的基本概念
   a.	產生對抗自我抗原的抗體或細胞
   b.	是自我免疫耐受性的例外,能發生自體免疫力是因為宿主失去區分自我及非自我 的能力。
   c.	由自體免疫力產生到自體免疫疾病過程的發展還有很多因素,自體免疫力是因,造成自體免疫疾病的果,但有例外。

 2. 自體免疫疾病的二種類型:器官特異型(organ specific)和非器官特異型(non-organ specific)
   a.	以器官特異性來界定自體免疫疾病的範圍
   b.	器官特異型和非器官特異型的比較,在器官特異型的自體免疫疾病,因為抗原是限制在某特定組織上,所以第二型過敏反應或細胞擔任的過敏反應便比較重要,它們會認識這些組織上的抗原,破壞組織,但若在非器官特異型自體免疫疾病,常是因為免疫複合物的形成,會沈澱在不同組織或器官,而造成第三型過敏反應,傷害組織。

 3. 分子模倣(molecular mimicry)
     這是一種理論來說明有時感染發生之後,人體會產生一些自體抗体(autoantibody)。在正常情況下,B細胞即使認識的自我抗原,也無法被活化產生自體抗体,但當病原菌入侵時,會活化T-細胞對抗這些病原菌,在一些特殊情況下,某些病原菌抗原的構造和自我抗原很類似,因此透過這些Th-細胞的拹助作用,會幫助自我抗原反應的B-細胞產生自體抗体。

 4. 治療自體免疫疾病的考量
   a.	代謝上的控制,如補充甲狀腺賀爾蒙(thyroid hormone)或維他命B12
   b.	抗細胞有絲分裂的藥物(anti-mitotic drug)
   c.	環孢黴素(cyclosporin)
   d.	抗發炎的藥物(anti-inflammatory drug)

III. 癌症免疫學(tumor immunology)

 1.	在探討利用免疫系統研究免疫診斷及治療的癌症免疫學,有下列幾點觀念先釐清:
   a.	癌症的產生可以是因為環境因子如致癌物的誘導或病毒感染造成細胞轉形而發生。
   b.	細胞轉形(transformation)所牽涉到細胞基因的改變,包括突變(mutation)、基因放大(gene amplification)、染色體刪除(chromosomal deletion)或轉移(translocation)在大部份的癌症細胞都存在。
   c.	上述的改變對細胞造成的影響,一定要有抗原存在,才能被免疫系統辨認。
   d.	癌細胞可以被免疫細胞攻擊、殺死。
   e.	癌細胞會利用不同的方式,以逃避免疫細胞的攻擊。
   f.	免疫方法在癌症的治療、診斷和預防上扮演很重要的角色。

 2. 免疫監測理論(immune surveillance hypothesis)
     免疫系統就像警察一樣,隨時偵測我們體內是否有不正常的細胞存在,如果被辨認後將被殺死,因此對癌細胞抗原的免疫反應是一個初期的反應,它可以殺死大部份的不正常癌細胞,只有少數癌細胞躲過此種攻擊,形成臨床上的腫瘤。此免疫偵測系統在延遲癌細胞生長,或造成癌細胞的消失可能也扮演很重要的角色。
 3. 癌細胞抗原(tumor antigen)
     癌細胞抗原定義為只表現在癌細胞上,但不在正常細胞上,可以被免疫系統的細胞或抗體辨認,它分成二種。
   a.	癌細胞相關的移植抗原(tumor associated transplantation antigen)
     一些癌細胞抗原可以是共同性(common),尤其是病毒誘導細胞轉形後,病毒基因表現的抗原。
   b.	癌細胞相關的抗原(tumor associated antigen)
      有些癌細胞會表現只有在胚胎時期才出現的蛋白質,如α-fetoprotein,在肝癌細胞上,癌胚抗原(carcinoembryonic antigen, CEA)在結腸癌(colon cancer)上。

 4. 宿主辨認到癌細胞抗原並產生免疫反應是根據
   a.	細胞進行轉形作用變成癌細胞時會發生一些抗原的改變
   b.	這此抗原的改變可以誘導有效的免疫力
      癌細胞的癌細胞抗原是否能誘導免疫系統產生免疫反應,且這免疫力是否為有效能殺死癌細胞的免疫力,皆決定癌細胞在體內的生長能力,癌細胞在體內的生長能力稱作癌細胞生長力(tumorgenicity),癌細胞抗原誘導免疫系統產生免疫反應稱作癌細胞的免疫抗原力(immunogenicity)。免疫抗原力和癌細胞生長力,二者是互為相反,免疫抗原力高,產生有效的免疫力,抑制癌細胞的生長,因此癌細胞生長力便變低,反之免疫抗原力低,癌細胞不受免疫的抑制,易在體內生長,因此造成動物死亡,即癌細胞生長力高。不同種的癌細胞甚至不同個體的癌細胞是不能在另一個個體上生長,這是因為主要細織相容抗原不是癌細胞抗原,會被認為是外來的抗原,而主要細織相容抗原是很好的免疫抗原,因此可以產生很強的免疫反應,抑制異體癌細胞生長。 也因此人類的癌細胞只能在沒有T-細胞的裸鼠(nude mice)或免疫缺乏的老鼠(SCID mice)生長,不能在有正常免疫力的老鼠体內存活。

 5. 對人類癌細胞的免疫力
   a.	浸潤至癌組織的淋巴球(tumor infiltrating lymphocyte, TIL)
   b.	自然殺手細胞
      要殺死癌細胞,必須靠細胞性免疫力,主要是浸潤至癌組織的淋巴球, 自然殺手細胞,活化的巨噬細胞。另外細胞激素在這些細胞的活化也扮演重要的角色。

 6. 癌細胞逃離免疫攻擊的方式(immunological escape of tumor cell)
   a.	癌細胞生長的動力學(tumor kinetics),不知不覺擴大(sneaking through)
   b.	抗原阻斷(antigenic blocking)
   c.	抗原脫落(antigenic shedding)
   d.	誘導宿主的免疫抑制反應(induce host suppression)
   e.	失去主要細織相容抗原(loss of MHC class I molecule)
   f.	失去黏著分子(loss of adhesion molecule LFA-1)
   g.	獲得CD44以幫助癌細胞轉移(acquire CD44 to increase metastasis)

 7. 免疫學的方法在癌症治療上的未來發展(potential practical uses of immunology in cancer)
     利用免疫學的方法來早期診斷或作為治療成效的追蹤是現階段努力的目標,更重要的希望將來能做為治療用,免疫療法可以和其他外科手術或化學療法配合,用來治療已轉移的癌症或預防癌症的復發。
   a.	利用癌細胞疫苗來增強宿主的免疫反應。
   b.	利用生物反應調節劑(biological response modifiers)來增強宿主的免疫反應。
   c.	利用癌細胞抗原特異的單株抗体接上毒素或放射線做成神奇子彈(major bullet)來攜帶毒素或放射線至癌組織以殺死癌細胞。
   d. 利用淋巴激素活化的殺手細胞(lymphokine activated killer cell, LAK cell)或浸潤至癌組織的淋巴球(tumor infiltrating lymphocyte, TIL)做移轉免疫療法(adoptive immunotherapy)
   e.	細胞激素療法(cytokine therapy)
   f.	基因療法(gene therapy),將細胞激素基因放入癌細胞,做成癌細胞疫苗,改變癌細胞的抗原免疫力,以增強宿主的免疫反應。

Critical thinking

1. 對於患有系統性紅斑狼瘡的患者如何照顧?

2. 對於患有幼年型糖尿病的兒童如何照顧?

3. 癌症患者的免疫系統如何運作,是否和正常人一樣?

4. 市面上的健康食品或機能性食品是否有廣告上所吹噓的免疫療效。如何判斷?

5. 基因治療對社會或倫理有那些影響?

6. 癌細胞疫苗的發展性如何,是否有一天打一針可以預防所有的癌症。

國立成功大學醫學院微生物及免疫學研究所 黎煥耀教授 醫學微生物─免疫學講義/8,護理二


移植及排斥 (Transplantation and Rejection) & 補體 (Complement)

參考資料:Roitt, Brostoff & Male Immunology, 5th, Chapter 27, & 4)

課程目標:

1. 器官移植與宿主排斥的作用與機轉

2. 移植在臨床上的應用

3. 補體活化的路徑與方式

4. 補體在生物上的角色

I. 移植(transplantation)

 1. 專有名詞
   a.	自体移植物(autografts):在同一個人身上由一個位置移到另一個位置。
   b.	同種移植物(isograft/ syngenic grafts):在相同品系老鼠上不同隻間的移植或同卵雙胞胎間的移植。
   c.	同種異体移植物(allografts/ homografts):在不同品系老鼠間的移植或不同人間的移植。
   d. 異種異体移植物(xenografts/ heterografts):在不同種動物間的移植。

 2. 免疫特權位置(immunological privilege site)
     在某些特定區域如腦(brain)、眼角膜(cornea)或睪丸(testis),血液循環被屏障隔開如在腦內有腦-血管屏障(blood-brain barrier),因此沒有淋巴循環系統,或者利用其他方式如Fas-FasL作用誘導細胞死亡,阻止發炎細胞的浸潤,如此造成沒有免疫反應形成所謂免疫特權區域,在此區域因為沒有排斥反應,所以移植是會被接受的。

 3. 移植法則(the law of transplantation)
     移植法則簡單地說就是〞接受自己,排斥他人〞,接受者和捐贈者間的組織抗原若相符合,就會和平共存,如果不符合就會引發免疫反應加以排斥。組織相容抗原有主要和次要,它們的免疫抗原力都很高,因此差異越大越多,則排斥愈大,愈快。

 4. 排斥的速度
     排斥的快慢,和免疫反應的種類或作用方式有關
   a.	超急性排斥(hperacute rejection),受贈者已先含有的對抗捐贈者組織抗原的抗体,造成血管的阻塞,形成白色移植物(white graft)
   b.	加速排斥(accelerated rejection),是第二次免疫反應,因為已有記憶(memory) T-細胞,所以排斥反應更快。
   c.	急性排斥(acute rejection),第一次的免疫作用造成的排斥反應,T-細胞被活化引起的排斥
   d.	慢性排斥(chronic rejection),因免疫反應被壓制或太弱,可以有不同的原因造成慢性排斥反應。

 5. 臨床上的移植
   a.	腎臟移植,腎功能喪失的患者。
   b.	心臟移植,心臟功能喪失的患者。
   c.	肺或心肺移植,肺動脈高血壓(pulmonary hypertension)或纖維囊泡症(cystic fibrosis) 的患者。
   d.	肝臟移植,肝硬化、肝癌或膽管閉鎖(biliary atresis)的患者。
   e.	眼角膜移植,角膜退化(dystrophy)或角膜炎(keratitis)的患者。
   f.	胰腺或胰島移植,糖尿病的患者(diabetes)。
   g.	骨髓移植,免疫缺乏症或白血病的患者。
   h.	小腸移植,癌症的患者。
   i.	皮膚移植,燒傷的患者。

 6. 影響腎臟移植的因子
   a.	ABO血型相容
   b.	交叉配對陰性
   c.	事先輸捐贈者的血液
   d.	人類白血球抗原相配對
   e.	其他血球抗原相配對
   f.	年齡或其他疾病。

 7. 組織配對(tissue typing)
     移植時,為了避免減少因為組織抗原的不同,引發的免疫反應造成的排斥,希望能盡量能將捐贈者與接受者的組織抗原配對,尤其是人類白血球抗原(HLA),這種組織配對在親屬有血源關係時,因為遺傳關係有較大機會能配對好,比如兄弟姊妹至少有1/4的機會,但如果是不相干的第三者,配對的機會就很小。做組織配對利用血清學的方法可以決定HLA class I,用混合淋巴球反應(mixed lymphocyte reaction) 測試可以決定classⅡ,每個人都有HLA-A,B,C及DR或DP, DQ 各二個決定位,它們分別來自父親及母親,組織愈配合,排斥的概率越小,若因為組織抗原不同,會引發T-細胞活化,造成急性排斥。另一個更重要的交叉配對試驗是看接受者是否有已產生的對抗捐贈者組織抗原的抗体,如果是陽性的,就不能做移植,因為一移植就會引發第二型過敏反應,造成 超急性排斥反應。

 8. 移植上的免疫抑制作用
     臨床上的移植,如果不是屬於同卵雙生兄弟或姊妹之間的移植,常因為組織抗原的不相容,會有免疫反應的排斥,因此移植的人須服用抗排斥葯物,且須長期終生服用,以預防隨時會發生的排斥反應,這些抗排斥的免疫抑制劑有下列數種:

   a.	類固醇(steroids),抗發炎的反應,抑制活化的巨噬細胞。
   b.	環孢黴素(cyclosporin),干擾細胞激素的產生。
   c.	甲基硝基咪唑基硫代嘌呤(azathioprine),抗細胞分裂的藥物。
      它們的作用方式不同,單獨使用常須要高劑量,因此副作用大,但可以合併使用,在不同的階段阻止細胞的發炎反應。移植病人因為長期使用免疫抑制劑,常造成免疫功能不全,易降低對病原菌感染的抵抗力,因此在減少排斥反應和保持對病原菌的抵抗力常是兩難中的平衡。引起排斥的免疫是捐贈者特異性,如果只抑制捐贈者 抗原特異的反應,而不影響對其他抗原的反應,將是免疫學家努力的課題。

 9. 在骨髓移植時發生的移植物抗宿主疾病(graft versus host disease, GVHD)
     在排斥反應是宿主產生免疫反應對抗捐贈者的抗原,這是因為移植的器官不是免疫細胞,但如果移植的是骨髓細胞,這些骨髓細胞會分化成熟成免疫細胞,它們反而認為接受者的抗原為外來者,產生免疫反應與之對抗(此時接受者的免疫系統因為治療的關係被摧毀或壓制),此種反應稱之為移植物抗宿主反應,它常發生在作骨髓移植時,是骨髓移植最大的副作用,捐贈者的T-細胞被接受者的抗原活化造成皮膚、腸胃道的上皮細胞或肝臟的破壞,產生移植物抗宿主疾病。

II. 補體(complement)
  補體原先是用來描述血清內的物質能補助抗體來殺死細菌,後來發現是一群很複雜的血清蛋白質,有些蛋白質對熱不穩定,56℃,30分鐘即被破壞,補體是屬於先天性免疫系統的一部份,它也有能力區分自我/非自我,主要是透過C3b和非自我抗原如細菌或免疫複合物結合,造成補體的活化,而自我抗原如自己的細胞會限制 C3b的結合,不會活化補體。補體由C1∼C9的蛋白質組成,很多是酵素原(zymogen, pro-enzyme),受到活化後,具酵素的能力,可以再活化切斷下一個分子,形成一連串的階梯反應,其中最重要的是C3,血清中的濃度達1∼2 mg/ml。

 1. 補體的活化
   補體的活化有二種途徑:
  a.	傳統途徑(classical pathway)
      IgM或IgG和抗原結合形成的免疫複合物,再和和C1中的C1q結合,接下來一連串的活化,最後的C5至C9形成細胞膜攻擊複合物(membrane attack complex)可以插入細胞膜,形成空洞,造成細胞死亡,這個途徑透過抗体將先天性免疫力的補體連接上適應性免疫力。
  b.	其他途徑(alternative pathway)
      在正常情況下有少量的C3會被活化形成C3i,再和因子B形成C3iB (又稱C3轉化酷) 可以分解C3成C3b,這種反應稱作tick-over 活化作用,細菌的細胞膜和C3b及因子B結合後,會保護C3bB不受分解,因此C3bBb (C3 轉化酷)可以繼續擴大C3的分解,再透過C5∼C9的細胞膜攻擊複合物,完成補體的活化,但在自己細胞的膜上,C3b和因子H結合,會不活化C3b,因此整個路徑被阻止,不會擴大C3的分解,透過此方式,只有非自我的細菌會被結合,而能和自我區分。其他途徑是先天性免疫力 的一部分,它和傳統途徑的不同是前面的活化物不一樣,但後面的途徑則透過C3而結合在一起,因此二者活化後造成的生物性作用是一樣的。

 2. 補體的生物性作用
   補體的生物性作用有下列五種:
   a.	幫助吞噬細胞對細菌的調理作用如C3b。
   b.	直接造成細菌的解体如C5-C9。
   c.	在發炎位置吸引並活化白血球如C3a, C5a
   d.	處理免疫複合物。
   e. 誘導或增強抗体的產生。

    但補體的過度活化有時對宿主有害,如革蘭氏陰性菌(Gram-negative)的菌血症 (septicaemia)造成補體全身性的活化,形成大量的過敏毒素C3a及C5a,少量的C3a 及C5a可以引發發炎反應,但大量則和敗血菌引起的心血管的虛脫(cardiovascular collapse)及支氣管痙孿(bronchospasm)等休克反應有關。在一些區域性的組織傷害比如心肌梗塞引起的缺血壞死(ischaemic necrosis),補體的活化是造成傷害擴大的原因,另外在自體免疫疾病時,有自體抗体和組織抗原形成免疫複合物,因此而活化補體,也是造成組織傷害的原因。

Critical thinking

1. 將豬的心臟移植至人,會有何影響?

2. 台灣的器官捐贈運動面臨什麼樣的難題?

3. 補體在免疫系統中的角色如何?

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