第四节 免疫应答
免疫应答（immune response）是抗原进人正常机体后，免疫系统中抗原递呈细胞、T细胞、B细胞等对其进行一系列反应，产生免疫活性产物，发挥免疫效应，清除同种抗原的过程。
一、免疫应答的基本过程和特征
机体的免疫应答过程十分复杂，随着研究的不断深入，对免疫应答的认识从细胞水平、向分子水平、基因水平不断深化，目前仍有许多问题尚未清楚。就免疫应答的基本过程而言，大致可分为3个阶段：识别阶段、反应阶段、效应阶段，但TD抗原与TI抗原诱导的免疫应答基本过程有差别（图7-22）。
（一）识别阶段（recognition stage）进入机体的外源性TD抗原，被抗原递呈细胞（APC）捕捉（随机或通过Fc受体结合抗体抗原复合物）、内吞、酶解成抗原肽（T细胞决定簇），与MHC-Ⅱ分子结合成复合体，在MHC-Ⅱ限制下与相应辅助性T细胞（TH）的TCR识别结合，完成TH对抗原的识别。
外源性TD抗原表位（B细胞决定簇），可直接与相应B细胞的表面免疫球蛋白（SmIg）特异识别结合，完成B细胞对抗原的识别。
机体内靶细胞产生的内源性抗原肽（T细胞决定簇），与MHC-Ⅰ分子结合成复合体，在MHC-Ⅰ的限制下与未活化的前体细胞毒性T细胞（P-Tc）的TCR识别结合，完成P-Tc对内源性抗原的识别。
（二）反应阶段（reaction stage）识别抗原后的TH, P-Tc和B细胞，在双信号的作用下，基因被激活，进行转化、增殖、分化，产生效应细胞或效应物质。第一信号是识别的抗原信号；TH, P-Tc的第二信号为APC上的配体 ( B7分子等）与T细胞表面受体（CD28分子等）结合，产生的协同刺激信号。在双信号作用下，TH转化，在IL-12诱导下增殖分化为TH1；在IL-4诱导下则增殖分化为TH2,；P-Tc转化增殖为效应Tc。TH2分泌的IL-4、IL-5, IL-10等，与B细胞膜上的相应受体结合，使Bc获得第二信号，增殖分化并进行免疫球蛋白(Ig)基因的类别转换，形成各类浆细胞，分泌IgM, IgG, IgA或IgE等抗体，存在于体液（血液、淋巴液、组织液）中。
识别抗原后的TH、P-Tc和B细胞，若只有抗原的第一信号，缺乏第二信号作用，则将发生凋亡，或成为“无能状态”。
（三）效应阶段（effect stage） TH1再在同种抗原作用下，产生多种细胞因子，活化、招集大量单核巨噬细胞、白细胞，形成炎症反应，消除抗原；同时也造成炎症部位组织损伤。因机体再次接触抗原后，炎症反应一般在24h后发生，48-72h达高峰，故称为迟发型超敏反应（delayed type hypersensitivity， DTH)。因此，TH1，在功能上是迟发型变态反应性T细胞（TDTH），旧称致敏淋巴细胞。
活化的效应Tc分泌穿孔蛋白、粒酶，表达Fast蛋白等，共同特异作用靶细胞使靶细胞溶解或凋亡。
TH1（TDTH）与Tc共同完成细胞免疫效应。
浆细胞产生的各类体液抗体，在补体、吞噬细胞、NK细胞等协同作用下，消除相应抗原，完成体液免疫效应。但在一定条件下，也可引起Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型超敏反应，造成机体功能紊乱或组织损伤。
T和B细胞受抗原作用后，活化增殖过程中，分别将产生一些长寿的记忆细胞，保留于机体内，当同种抗原再次进入机体时，记忆细胞将迅速产生强烈的再次免疫应答。
TI抗原诱导的免疫应答过程比较简单。无需APC的递呈、TH的辅助，其表面重复排列的B细胞决定簇，直接与B细胞SmIg识别结合，导致多个SmIg分子交联，直接引起B细胞增殖，分泌少量IgM,无记忆细胞产生。故同种TI抗原再次进入机体时，不发生再次免疫应答。
二、细胞免疫应答
细胞免疫应答是抗原进入机体后刺激T细胞（包括TH、Tc）产生的免疫应答过程，又称T细胞介导的免疫应答（T cell mediated immunity，TMI）。细胞免疫应答的效应机制是Tc对靶细胞的杀伤，和TnTH释放的细胞因子致炎症作用。
（一）Tc对靶细胞的杀伤 Tc对带有内源性抗原的靶细胞起特异杀伤、直接杀伤和重复杀伤作用，在抗病毒感染，抗种瘤免疫中发挥重要作用。
Tc杀伤靶细胞的机制是：TC通过TCR和靶细胞上在MHC-1类分子控制下的内源性抗原特异结合，并在协同刺激分子的作用下分泌穿孔蛋白，使靶细饱膜发生不可逆性溶解，大量水分进入胞内，细胞质向外流失，细胞裂解；同时Tc表达粒酶和称为FasL的蛋白，引起靶细胞内的DNA酶活化，使 DNA裂解，导致靶细胞凋亡。几完成对靶细胞的杀伤后保持完整，又可特异杀伤其他靶细胞，一个几细胞在数小时内可杀伤几十个靶细胞。
（二）TDTH释放细胞因子致炎症作用 TDTH受同种TD抗原作用后，释放许多具有生物学活性的可溶性蛋白质，旧称淋巴因子（lymphokine, LK），现统称细胞因子。LK是细胞免疫的重要介质，己发现50多种（表7-7仅列出其中一部分），以其生物学作用命名。多数LK非特异性地招集、活化单核巨噬细胞、白细胞，造成炎症反应，共同发挥消灭抗原的作用。
（三）细胞免疫的作用 细胞免疫在对胞内寄生病原体的抗感染方面具有重要作用。例如，胞内寄生菌（结核杆菌、布氏杆菌、马鼻疽杆菌等），各种病毒或血液原虫等，这些病原体在细胞内期间，体液免疫的抗体难以发挥作用，主要靠细胞免疫应答产生的Tc细胞和各种淋巴因子的共同作用，把胞内细菌、病毒或原虫消灭。此外细胞免疫在抗肿瘤免疫方面也具有重要作用。
机体对某些胞内菌的细胞免疫应答，也同时可引起迟发型变态反应导致组织损伤（见第五节）。
机体的细胞免疫应答也可引起同种异体组织移植排斥反应。这是因为同种动物不同个体组织细胞的组织相容性抗原（MHC-Ⅰ），除同卵双生的两个体之间相同以外，其他个体之间都不同。不同的个体间进行组织移植后，受体的淋巴细胞识别非自身的供体组织细胞上的MHC-Ⅰ分子，进行细胞免疫应答，通过激活的Tc细胞直接杀伤，淋巴因子引起的炎症反应将移植组织排斥。
三、体液免疫应答
抗原进入机体后，引起B细胞的免疫应答，产生抗体，大量集中于血液，也存在于淋巴液、组织液中，通过中和作用或补体、吞噬细胞等协助，特异性地消除抗原的过程，称为体液免疫应答，又称B细胞介导的免疫应答（B cell mediated immunity BMI）。体液免疫可通过免疫血清从已免疫的个体转移给未免疫的个体。体液免疫应答的效应机制是各类抗体的作用。
（一）抗体 抗体是浆细胞合成分泌的各类免疫球蛋白（Ig）的总称，是体液免疫中发挥免疫效应的免疫活性物质。
1．抗体产生的一般规律
⑴初次应答（primary response) 一种TD抗原第一次进入动物机体，引起的抗体产生过程，称为初次应答（图7-23）。抗原第一次进入机体，经一定时间后才能在血清中测出抗体，此段时间称为阴性期或诱导期，细菌、病毒、异种动物红细胞等颗粒性抗原一般为3-7d，类毒素、异种血清蛋白等可溶性抗原2-3周。阴性期实际是抗原由APC摄取处理，递呈给TH细胞，TH转化、分化为TH1，辅助已识别抗原的B细胞，B细胞分化、增殖为浆细胞，分泌抗体，并产生部分记忆细胞的过程。
阴性期之后，分化成熟的浆细胞大量增加，分泌于血清中的抗体呈直线上升，称为对数上升期。此后浆细胞的数量趋于稳定，抗体产生与代谢相平衡，称为稳定期。最后抗体含量不断减少，为下降期。
若初次进入机体的TD抗原量较少，产生的抗体只是少量IgM；若抗原量较多，当IgM水平达到高峰后，也产生一些IgG。TD抗原引起初次应答的特征是，阴性期较长，产生的抗体水平不高，维持时间不长，但机体内产生了记忆细胞。
⑵再次应答（secondary response） 在初次应答后几周，当血液中的抗体水平降低，甚至消失后，同种TD抗原再次进入机体，引起的抗体产生过程称为再次应答（图7-23）。再次应答的特征是，开始血清中的原有抗体水平出现暂时性下降，或已消失抗体的机体出现短暂的阴性期，抗体迅速上升到高峰。维持较长时间，且主要是IgG。这是由于记忆细胞对再次进入的抗原迅速应答，大量增殖成分泌IgG的浆细胞。
TI抗原只能诱导初次免疫应答。初次免疫应答仅产生少量IgM，不产生记忆细胞，所以，再次进入同种TI抗原，不发生再次应答，还是重复初次应答过程。
2.抗体产生理论 动物机体受抗原刺激产生抗体具有明显的3大特征：自身免疫禁忌、特异性和免疫记忆性。为了解释机体产生抗体的这些特征，免疫学家们先后提出过各种抗体产生的学说，例如，侧锁学说、诱导学说、自然选择学说和克隆选择学说等，其中克隆选择学说较合理地解释了抗体产生的特征，目前被较普遍接受。图7-24为克隆选择学说示意图。
克隆选择学说（clone selection theory）认为，胚胎早期的淋巴细胞与抗原结合后不产生抗体，该细胞克隆被消除或“禁固”。能与自身各种组织蛋白结合的各淋巴细胞克隆，均在胚胎期与自身组织蛋白结合过，被消除或“禁固”，机体出生后只留下能与非自身组织的抗原起反应的淋巴细胞克隆，故对自身组织成分无免疫应答，称为天然免疫耐受。同样，如果在胚胎早期，人工注射非自身组织抗原，也可使相应的淋巴细胞破坏清除，机体出生后对该抗原也无反应，称为人工免疫耐受。
动物出生后，机体内存在约109-12个B淋巴细胞克隆，每一克隆表面都具有特异的SmIg。出现于体内的TD抗原，它们的B细胞决定簇，都会特异性地结合并激活带相应SmIg的B细胞克隆，分化、增殖、产生相应抗体。同时产生记忆细胞，保存于体内，当同种抗原再次进入机体时，作用于记忆细胞，迅速增殖、分化成浆细胞，大量产生IgG抗体。
克隆选择学说不但能较合理地解释抗体产生的特征，而且得到实践的验证，例如，单克隆抗体的研制技术就根据该理论获得了成功。
3．抗体的分类
⑴抗体依分子结构中重链恒定区的氨基酸组成和结构不同，表现的抗原性的差异分为IgM, IgG, IgA, IgE和IgD 5类。
⑵单体的抗体根据其两个Fab是否都能与抗原结合分为完全抗体与不完全抗体。
①完全抗体（complete antibody）两个Fab都能与抗原决定簇结合的抗体称为完全抗体，又称双价抗体。它们在生理盐水中与比例适合的相应抗原反应，结果可出现沉淀现象或凝集现象。
②不完全抗体（incomplete antibody）此类抗体仅有一个Fab与抗原结合，又称单价抗体。其只能与相应抗原结合，不能出现沉淀反应或凝集反应。免疫血清中若单价抗体含量多，也将与完全抗体竞争封闭抗原表面的决定簇，遮断抗原与完全抗体的沉淀反应或凝集反应。
⑶根据抗原的来源分为异种抗体、同种抗体、自身抗体和异嗜抗体。
①异种抗体（heteroantibody）异种抗原免疫动物所产生的抗体。例如，抗菌抗体、抗病毒抗体、抗异种动物红细胞抗体、抗异种动物血清蛋白抗体等。
②同种抗体（alloantibody或Homoantibody）同种、属动物不同个体间的天然存在的抗体。例如，A血型的人，其血清中天然存在的抗B血型的抗体。或同种属不同个体之间的抗原相互免疫所产生的抗体。
③自身抗体（autoantihody）动物机体对自身隐蔽抗原或变性蛋白免疫反应所产生的抗体。
④异嗜抗体（heterophile antibody）由异嗜性抗原引起的抗体，称为异嗜性抗体。
⑷根据抗体与抗原反应的类型分为沉淀抗体、凝集抗体、补体结合抗体、中和抗体、溶血素、调理素和溶菌素等（见第六节、二）。
⑸根据抗体的均一性，分为多克隆抗体和单克隆抗体。
①多克隆抗体各种抗原免疫动物获得的免疫血清中含多克隆抗体。因为抗原都含有多种B细胞决定簇，每种决定簇可各自诱导机体内相应的B细胞克隆，产生特异抗体，所以动物免疫血清是结构很不均一的多克隆抗体的混合物。
②单克隆抗体意指一个B细胞，受一种B细胞决定簇作用后，分化、增殖的浆细胞分泌的，结构均一的抗体。但目前只有应用淋巴细胞杂交瘤技术才能制得单克隆抗体。其制备过程如图7-25所示：把受抗原刺激过的B细胞，与能无限生长的骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞，经克隆化的一个杂交瘤细胞，大量繁殖后产生的抗体，即单克隆抗体。单克隆抗体是高度均一、特异的抗体，在生命科学中，尤其在疾病的免疫学诊断、预防和治疗中正广泛开展研制和运用。
（二）抗体的生物学作用 体液免疫在抗感染方面的作用主要是抗体发挥消灭存在于细胞外病原微生物的作用。不同类别的抗体发挥不同的作用。
1.中和作用 病毒的中和抗体与病毒表面的抗原决定簇结合后，可阻止病毒吸附于易感细胞的受体，使病毒失去感染力。毒素的中和抗体与毒素分子表面的抗原决定簇结合后，使毒素失去毒性。
2.激活补体作用 抗红细胞抗体、抗菌抗体中的IgG， IgM与相应的红细胞或细菌结合后，引起补体系统的传统激活，导致红细胞或细菌的溶解。
3.免疫调理作用和ADCC作用 单核/吞噬细胞、白细胞及NK细胞表面均有抗体IgG的Fc受体，细菌或靶细胞与相应抗体IgG结合后，Fc段与吞噬细胞的Fc受体结合，加强吞噬细胞对细菌的吞噬和消化，称为免疫调理作用。抗体Fc段与NK细胞的Fc受体结合，则发挥ADCC作用。
此外，抗体IgE常引起工型过敏反应，IgG、IgM和IgA在一定条件下也参与Ⅱ、Ⅲ型变态反应，引起免疫病理性损伤。
四、免疫应答的影响因素
机体免疫应答的类型、强弱及结果，受机体和抗原两大方面，各种因素的影响。
（一）机体方面 动物不同种类、品系、个体，同一个体不同发育阶段（年龄），营养、健康状况等对免疫应答都有影响。
1.遗传因素 实验证明，兔和豚鼠比大鼠、小鼠容易引起细胞免疫应答。同为豚鼠，近交品系2对人工抗原二硝基苯与L赖氨酸的多聚物（DNP-PLL )与免疫应答，品系13对DNP-PLL则无免疫应答。两个品系杂交的第一代（F1）所有个体对DNP-PLL都有免疫应答，杂交的第二代（F2）中有的个体与应答，有的没有，两者比例为3∶1。有免疫应答的F1与无应答的品系13回交的后代，有应答和无应答的个体比例为1∶1，符合孟德尔的遗传规律。机体免疫应答受MHC- Ⅱ和MHC-Ⅰ基因控制。
2.年龄因素 胚胎期的免疫系统逐渐发育，尚未成熟，胎儿肝脏产生的甲胎球蛋白具有抑制免疫应答的作用，所以胚胎早期的免疫应答功能很低，淋巴细胞与抗原接触主要引起免疫耐受。胎儿的免疫防护主要靠胎盘屏障，人、灵长类和兔的胎儿尚可经胎盘获得母体的IgG抗体起特异性保护。
幼龄期免疫系统发育仍未完全成熟，特异性免疫主要靠从母畜乳汁，尤其初乳中获得的“母源抗体”。当幼畜体内母源抗体水平还很高时接种相应疫苗，将发生母源抗体与疫苗的特异性反应，既消耗了抗体，又抑制了疫苗的作用，造成更易感染的危险。所以给幼畜第一次接种疫苗，通常安排在母源抗体水平下降到适当的时期。
成年健康动物，免疫系统发育健全，免疫应答功能最好。但若接种过某种疫苗，体内产生的抗体水平还很高时，再接种同种疫苗，抗体和疫苗也将互相作用而消耗，反而降低免疫效果。因此同种疫苗给动物接种间隔时间也要安排适当。
老年期，因T细胞功能衰退，细胞免疫应答功能、免疫监视功能趋于低下，容易发生肿瘤。另一方面可能由于调节体液免疫的因素减弱，B细胞易对自身组织进行免疫应答，故较容易发生自身免疫病。
3.营养、应激、健康等因素 严重营养不良，尤其缺蛋白质，维生素A, C，微量元素硒、锌、铁等，将严重影响免疫器官和细胞的成熟，或迅速退化，明显降低机体的免疫应答功能。处于冷、热、噪音、惊恐、搬迁、运输、饥渴等应激状态的动物，因肾上腺素等内分泌失调，影响免疫系统功能，将明显抑制机体的免疫应答。患病机体，如患传染性法氏囊病的鸡体，B细胞成熟受影响，疫苗免疫将无效。
（二）抗原方面 抗原的性质、物理状态、免疫途径、剂量、间隔时间等对免疫应答效果也有明显影响。
1.抗原的性质 研究显示，与免疫动物亲缘关系远的抗原、灭活的抗原，易激活B细胞，主要引起体液免疫应答。亲缘关系近的抗原，例如，同种异体移植组织抗原、内源性的肿瘤抗原，则易引起T细胞的细胞免疫应答。细胞内寄生的细菌、原虫、持续感染的病毒等以细胞免疫应答为主。
2.抗原的物理状态 类毒素、异种蛋白血清等可溶性抗原引起的免疫应答过程较慢，产生抗体的阴性期较长，通常要2-3周。病毒、细菌等颗粒性抗原引起的免疫应答较快，接种后3-5d即可在血清中出现抗体。抗原加入佐剂后将大大提高其免疫原性和免疫效果。
3.抗原接种途径 经皮下、肌肉注射的抗原，主要沿淋巴进入淋巴结进行免疫应答。静脉接种的抗原主要到达脾脏进行免疫应答。气雾免疫的抗原主要在呼吸道粘膜局部进行免疫应答。加弗氏佐剂的抗原则主要在淋巴结和肉芽肿组织内进行免疫应答。某些弱毒疫苗可经口服免疫进入消化道，主要在肠道粘膜局部进行免疫应答。但大多数疫苗，尤其灭活疫苗不宜经口服接种，因疫苗在消化道将被消化降解失去免疫原性。
4.免疫剂量和间隔时间 适当的抗原剂量引起良好的免疫应答，应按疫苗的说明使用。大多数抗原在太高剂量时将诱导T, B细胞产生免疫耐受，抗原剂量越大，引起的耐受性越巩固持久。免疫耐受形成后，继续注入小量同种抗原将延长耐受性。有些抗原，例如，牛血清蛋白，高剂量或低剂量均可引起免疫耐受。
抗原接种的间隔时间。动物接种疫苗与试验动物制备高免血清时接种抗原的间隔时间有所不同。给动物接种疫苗应按动物体内前次免疫产生的抗体维持情况而定出适当的时间。制备高免血清时，通常颗粒性抗原和加佐剂后的抗原，隔2周接种一次，而且每次接种的抗原量应比前一次增多，这样才能保证接种进机体后，经抗原抗体反应，仍剩有足够的抗原引起再次免疫应答。
