“特异性免疫(免疫应答)”是浙科版高中《生物·必修3·稳态与环境》第3章第3节的内容。
该部分简单介绍了细胞免疫和体液免疫,并以文字加图片的形式,形象生动地阐述了特异性免疫的过程。
该节内容要求学生掌握细胞免疫和体液免疫抗原作用的方式及过程。
在一线教学中,尤其是在复习阶段,笔者发现学生在深入学习了教材内容的基础上,常会提出一些教材中提到但未深入分析的特异性免疫相关问题。笔者对学生的疑问进行了整理和解答。
1、抗原是如何呈递给T淋巴细胞的
疑问1教材中有这两句话:“病原体含有特异性化学物质(蛋白质、大分子多糖、黏多糖等)……引起机体产生特异性免疫应答的物质叫做抗原”“当病原体侵入体内发生感染时,巨噬细胞便会吞噬入侵的病原体,将它们消化。病原体(如细菌)被消化,其上的抗原分子被降解成肽,然后与巨噬细胞的MHC蛋白结合,形成抗原-MHC复合体。这种复合体移动到细胞的表面呈递出来。”从第一句话看,抗原的本质有3种;从第二句话看,抗原是被降解成肽的。那么,多糖、黏多糖也都是被降解成肽的吗?巨噬细胞会吞噬入侵的病原体,那么癌细胞也是通过被巨噬细胞吞噬后形成抗原-MHC复合体的吗?
解答抗原呈递细胞(APC)包括树突状细胞、巨噬细胞、B细胞等专职APC、内皮细胞等非专职APC。此外,体内的靶细胞(包括自身肿瘤细胞)属于广义上的APC。
不同来源的抗原通过不同的途径提呈给T细胞:
(1)提呈内源性抗原的胞质溶胶途径。内源性抗原(指APC及宿主细胞自身合成的抗原,如胞内寄生病原体产生的抗原、肿瘤抗原)通过蛋白酶体降解成短肽,转运至内质网与其中的MHCⅠ类分子结合,形成抗原-MHC复合体,通过高尔基体运送到细胞膜表面。
(2)提呈外源性抗原的溶酶体途径。外源性抗原(APC细胞从胞外摄取的抗原,如病原体及其产物)被APC细胞摄取后,先被降解成短肽,然后与MHCⅡ类结合,形成抗原-MHC复合体,再转运至细胞膜表面。
(3)内外性抗原的交叉提呈途径。
(4)提呈糖脂抗原的CD1分子途径。
综上,疑问1中的第二句话是针对蛋白质类的抗原而言的,大分子多糖、黏多糖等是通过第4条途径进行提呈的。
肿瘤抗原属于内源性抗原,癌细胞、被感染的靶细胞等是通过胞质溶胶途径形成抗原-MHC复合体的。
2、效应细胞毒性T细胞是如何识别移植器官的异体细胞的
疑问2教材中有这两句话:“细胞免疫直接对抗被病原体感染的细胞和癌细胞,此外也对抗移植器官的异体细胞”“活化的细胞毒性T淋巴细胞识别嵌有抗原-MHC复合体的细胞(已被感染的体细胞或癌细胞)并消灭之。”从第一句话可以看出,细胞免疫的对象有3类;而从第二句话看,含抗原-MHC复合体的只有已被感染的体细胞或癌细胞。那么,效应细胞毒性T细胞是如何识别移植器官的异体细胞的?
解答受者T细胞的特异性受体(TCR)可通过直接识别和间接识别两条途径识别移植器官的异体细胞。受者T细胞可直接识别供者APC表面的MHC分子,该过程强烈而迅速。而受者T细胞间接识别受者APC呈递的抗原肽是由于供者的MHC与受者不同,故属于“非己”抗原,该过程与T细胞识别任何外源性抗原的机制相同。因此,效应细胞毒性T细胞主要通过识别异体细胞表面的异型MHC来识别异体细胞的。
3、细胞毒性T细胞受到抗原刺激后便会增殖、分化
疑问3细胞毒性T细胞如何增殖、分化?
解答细胞毒性T细胞不接受抗原的直接刺激,接受呈递在APC表面的抗原-MHC复合体的作用。
对于该问题可以从教材来解答,由教材可以看出,细胞毒性T细胞要进行增殖、分化需要两个条件:呈递的抗原-MHC复合体的刺激和辅助性T细胞分泌的多种蛋白质的共同刺激。教材P.53提到:“细胞毒性T细胞遇到与其受体相适应的抗原-MHC复合体时,这个T细胞便会受到刺激。但其开始增殖、分化还需要辅助性T细胞的协助。当辅助性T细胞也被同样呈递在抗原-MHC复合体上的抗原激活,这个辅助性T细胞分泌多种蛋白质作用于这个细胞毒性T细胞,这个细胞便开始分裂,形成一个克隆群。”
也可做出适当延伸:诱导T细胞的增殖、分化实际上是3个信号:APC呈递的抗原-MHC复合体的刺激,此为第一信号,该细胞是细胞毒性T细胞活化所必需的,但不能诱导该细胞增殖、分化;APC表面的B7和T细胞表面的CD28结合,此为第二信号,即共刺激信号;活化的APC分泌的细胞因子的作用,此为第三信号。
4、效应细胞毒性T细胞是如何清除靶细胞的?
疑问4教材中提到:“活化的细胞毒性T淋巴细胞识别嵌有抗原-MHC复合体的细胞(已被感染的体细胞或癌细胞)并消灭之。”活化的细胞毒性T细胞是如何具体消灭靶细胞的?靶细胞的清除属于细胞凋亡吗?
解答根据教材中P.52页插图可以看出,效应细胞毒性T细胞会与靶细胞结合,并释放出物质,这便是效应细胞毒性T细胞杀伤靶细胞的两条途径。
(1)颗粒途径:效应细胞毒性T细胞表面受体(TCR)与靶细胞表面的特异性抗原-MHC复合体结合,并释放穿孔素、颗粒酶等内容物,在Ca2+的作用下,穿孔素与靶细胞膜上物质结合,使靶细胞膜出现大量的小孔,水、钠进入靶细胞内,导致渗透压发生改变,细胞因渗透性溶解而死亡。同时将颗粒酶转运至胞质,启动靶细胞凋亡过程。
(2)死亡受体途径:效应细胞毒性T细胞表达Fas L并分泌TNF-a和TNF-β,分别与靶细胞表面相应死亡受体(Fas、TNFR1)结合,启动凋亡相关的信号转导,介导靶细胞凋亡。
从以上两条杀伤靶细胞的途径看,效应细胞毒性T细胞释放的内容物(效应分子)定向分泌和作用于所接触的靶细胞,不影响邻近的正常细胞,而两条途径都会启动凋亡过程。翟中和等人在《细胞生物学》中指出,细胞凋亡是一种生理性保护机制,能够清除体内多余、受损或危险的细胞而不对周围的细胞或组织产生损伤。因此,靶细胞的清除可以看作细胞凋亡。
5、T细胞表面的抗原受体在未受抗原刺激时便已经存在,注射疫苗还能预防某种疾病吗?
疑问5巨噬细胞细胞膜上的抗原-MHC复合体,一旦与人体中已经存在的淋巴细胞上的相应受体结合……启动免疫应答”,从教材上这句话看,每个淋巴细胞表面的抗原受体是已经存在的,那么为什么注射疫苗能预防某种疾病?所有的疾病都能预防吗?
解答疫苗是将病原微生物(如细菌、立克次氏体、病毒等)及其代谢产物,经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成的用于预防传染病的自动免疫制剂。疫苗保留了病原菌刺激动物体免疫系统的特性。当动物体接触到这种不具伤害力的病原菌后,免疫系统便会产生一定的保护物质,如免疫激素、活性生理物质、特殊抗体等;当动物再次接触到这种病原菌时,动物体的免疫系统便会依循其原有的记忆制造更多的保护物质来阻止病原菌的伤害。由于机体初次接触到某一抗原时,刺激特异性初始T、B淋巴细胞从开始活化、增殖、分化,到产生效应需要较长的潜伏期,而且应答强度较低,持续时间也较短。但是在初次应答之后,机体内形成和维持了特异性的记忆T、B淋巴细胞,只需少量抗原刺激就能迅速激活发挥效应。当机体再次接触到相同抗原刺激时,应答所需的潜伏期大大缩短,应答强度大,持续时间长,能有效抵御病原体入侵。因为形成的特异性记忆淋巴细胞的寿命不一样长,因此不同的疫苗有不同的接种方式,有的要多次接种,有的只需一次。
但注射疫苗并不能预防所有疾病,因为有些抗原对应的T细胞表面的特异性受体是原本不存在的,那么只能在感染过程中产生。因此,对于一些致病力非常强的病原体而言,还未等到初次应答完成和免疫记忆建立,就已经导致机体死亡。
以上的部分问题虽不是高中生物学细胞免疫的学习范围,但学生提出这样的问题,说明学生进行了深入学习与思考。若教师能对学生提出的问题进行简单的分析和说明,并做适当的拓展,不但能激发学生的学习兴趣,而且有利于学生对该部分知识的理解和掌握,有效促进其学习。 |