终极版 由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能构建

终极版 由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能构建 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功 能的构建 生技05级二班 赵文旭(20051401198) 完稿日期:08/01/10 第1页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 生技05级二班 赵文旭(20051401198) 摘要:人获得性免疫缺陷病毒(HIV)是造成AIDS的主要病原体，HIV感染机体主要是 ++通过侵染CD4T淋巴细胞、巨噬细胞和神经细胞，随着CD4T淋巴细胞的耗竭，导致人体免疫系统功能的紊乱失调，终被各种感染与肿瘤夺去患者的生命。由HIV的致病过程，可以加深我们对于免疫系统功能构建的了解。 关键词:HIV;AIDS;免疫系统;T、B细胞;中和抗体;CTL;T细胞耗竭;免疫逃逸;疫苗 人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus, HIV)于1983年被人们分离出来，并在1984年被研究所证实为导致获得性免疫缺陷综合征(acauried immunodeficiency + + syndrome ,AIDS)的病原体，HIV感染以CD4T淋巴细胞数量减少为主要特征，使得CD4T细胞耗竭，导致免疫系统功能紊乱失调，最终摧毁了免疫系统的功能，患者则死于各种感染与肿瘤。 HIV的侵入、潜伏、增殖与破坏活动均围绕免疫系统自身的功能性应答展开，详细研究这一作用过程，能帮助我们从另一个角度对免疫系统进行认识。对HIV整个致病过程的观察，就能对这一学期免疫学的所学进行一次全程的回顾与理解的深化，也可借此来了解理论在实践中的应用，这就是我选此题目的直接原因。 由HIV的结构谈起: 根据HIV的基因结构特点、免疫反应和地理分布，将HIV分为两大类:HIV-1型号与HIV-2 [1]型，但其基因组结构和蛋白的组成基本相同。 HIV是反转录病毒，成熟的HIV病毒主要由病毒外膜和核心两部分构成，其外膜是病毒以出芽方式脱离体细胞时从宿主细胞膜上获得的。同其他逆转录病毒相同，HIV 进入宿主细胞后也利用逆转录酶将作为其遗传物质的RNA逆转录为cDNA，然后利用整合酶将cDNA插入到宿主细胞的基因组中。HIV 的具体结构见下页图1。 HIV的外膜来自于人体体细胞，也正因此，外膜上嵌合的蛋白也大部分来源于人体细胞，但有72个Env蛋白却是HIV 所特有的，由HIV核心的Env基因编码并表达。Env蛋白型似蘑菇，分帽和杆两部分，帽由3~4个gp120(一种糖蛋白)组成，杆则是由3~4个gp41分子构成。之所以特别强调gp120与 gp41这两个蛋白，原因有两点，一是HIV表面蛋白大多 第2页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 来自人体自身细胞，不能作为免疫系统的特异性识别靶点，所以HIV疫苗的研究便集中到了 +HIV特有的gp120与 gp41上面;二则是因为gp120在HIV感染CD4T淋巴细胞过程中的特殊关键的作用，所以对其予以特别关照。有关这两方面的内容，分别会在“HIV疫苗研制”与“HIV入侵”部分详细谈及。 图 1 HIV的结构 成熟的HIV颗粒内部就是病毒的核心部分，有2000多个病毒蛋白P24围成一个壳体，包被在里面的是作为HIV遗传物质的两条单链RNA，每条RNA都可称一个基因组，编码9个基因。每条RNA链两端都有一个长末端重复序列(LTR)，作用是调节病毒DNA整合入宿主细胞基因组，也是宿主细胞转录因子的结合部位。按基因功能可以将HIV基因组的9个基因分为三类，包括三个结构基因(gag、pol、env)、三个调节基因(tat、rev、nef)、和三个辅助 [2]基因(vif、vpr、vpu(此基因在HIV-2中为vpx))。结构基因编码的蛋白是新病毒的结构蛋白，调节与辅助基因编码的蛋白在控制HIV感染细胞和病毒复制中发挥作用，比如说nef控制病毒的复制效率，vpu影响新合成的病毒颗粒的释放。核心中还存在P7核体蛋白与逆转录酶(RT)、整合酶和蛋白酶。 下页图2所表示的是HIV病毒在宿主细胞内的生活周期，可以分为以下几个阶段: 1、 病毒侵入宿主细胞 病毒颗粒与宿主细胞结合后会发生两者膜的相互融合，而后 病毒核心(也可以说是壳体)就会进入到宿主细胞中。HIV的主要宿主细胞为 +CD4T淋巴细胞，这是因为病毒外膜上的gp120会与CD4分子结合，而CD4分子 +主要表达于CD4T细胞。但HIV也可以攻击其他细胞，这一点会在后续的内容中 谈到。 2、 逆转录 在细胞中HIV逆转录酶将病毒的单链RNA逆转录为双链DNA，在这个过 第3页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 程中，RT与RNase H 共同配合，一起完成其中精细的操作。很多治疗AIDS的 药物就是作用于这一阶段。 3、 整合 新合成的HIV DNA在整合酶的作用下拼接到了宿主细胞的DNA上，这个过 程绝对的依赖于病毒整合酶的活性。这时的HIV DNA又被称作前病毒，对整合 酶的作用进行抑制也是治疗AIDS的新药的研制方向。 4、 转录与翻译 HIV DNA操纵宿主细胞进行自体结构物质的合成，其间很多调控工 作是由HIV表达的调节蛋白完成的。 5、 组装与出芽 将合成的病毒构件组合成一个尚不具备感染能力的病毒颗粒释放 出宿主细胞。病毒中的蛋白酶要将长链的蛋白质分子分割成小的病毒蛋白和酶， 这时病毒才具有了感染能力。所以一些蛋白酶抑制剂可以作为治疗艾滋病的药 物来阻止这些病毒具备浸染能力。 图 2 HIV的胞内生活周期 通过以上内容，我对HIV的结构与基本生理特性有了一定的了解，下面的部分将进入正题，即是HIV与人体免疫系统的相互作用。HIV从感染到最后导致AIDS的一切活动都是围绕着免疫系统的正常反应，初期也会被免疫系统识别并引发免疫应答，在外周血液中病毒的数目在经历初期的增加后，随着免疫系统的抵抗会很快下降至几乎不能被检测的程度。但是随后的一切则是平静之下的暗潮涌动，HIV在潜伏过程中因免疫系统自身的正常活动而完成增殖，并损伤免疫系统的功能，最终导致固有和适应性免疫的损伤与缺陷。 第4页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 警戒:HIV入侵～ +CD4T淋巴细胞和单核细胞是HIV的主要靶细胞，而实际上任何表达有CD4分子和适当的共同受体的细胞都可能成为HIV感染的靶细胞。此外，体外试验证实HIV可感染很多种类 [3]的细胞与细胞系，这些细胞有的并未表达CD4分子及HIV 共同受体，比如滤泡状树突细 +胞(FDC)与神经胶质细胞、CD8T细胞、B细胞与NK细胞等。在这儿需要注意的FDC，因为真正的AIDS病发正是由FDC功能的崩溃所代表的。FDC在HIV的潜伏期中是作为HIV贮存库而存在的，在初期应答之后，HIV在外周血中的载量会降低到一个很低的水平，但在FDC中却大量富集。这在一定程度上也是由于FDC的功能所决定的。FDC位于免疫系统的生发中心，它们功能是捕捉侵入人体的各种抗原，直到B细胞开始免疫反应时才释放这些抗原(在 +B细胞的周围就是CD4T淋巴细胞，它们帮助B细胞来进行免疫反应)。当HIV在FDC中快速复制，造成FDC细胞的崩溃时，没有了FDC对过往的HIV进行拦截，大量的HIV就会释放到 [4]血液里，所以外周血的病毒载量又会迅速升高，是AIDS病发的重要标志。 HIV-1包膜上的gp120与宿主细胞膜上的CD4分子结合是病毒侵入细胞的必要条件。然而，仅有这种结合尚不能引起病毒包膜与细胞膜的融合。随后被证实，有些辅助受体在其后发生的病毒gp41 介导的与细胞膜的融合和内化过程中起着不可忽视的作用。与HIV 侵入细胞关系最密切的辅助受体属于和G 蛋白偶联的跨膜蛋白—化学趋化因子受体。主要的辅助 [5][6]受体为CXCR4 和CCR5。趋化因子主要是一类由白细胞分泌的小分子蛋白, 它能趋化免疫细胞如MΦ等定向迁移, 对淋巴细胞的活性及其功能的发挥具有重要作用。1996 年首先 [5]发现CXCR4 是T —亲嗜性病毒的辅助受体, 而CCR5是M—亲嗜性病毒的辅助受体。HIV首先通过包膜gp120的一个亚单位与细胞膜表面CD4分子结合，引起自身构型改变进而使gp120第2个亚单位构型改变，从而与趋化性细胞因子受体(CXCR4和CCR5)结合。辅助受体的结合使gp41 发生构型改变, 暴露出称之为融合肽的疏水性氨基酸,后者可插入细胞膜从而使病毒包膜与靶细胞膜融合,导致病毒的感染增殖。此外，在病毒释放前，尚可由在感染细胞膜内表达的病毒gp120和gp41通过未感染细胞表达的CD4和辅助受体与感染细胞融合，导致病毒基因组直接通过融合而进入未感染细胞。 + + 由于HIV的主要感染目标是CD4T细胞，所以有必要对CD4细胞再进行了解。T细胞参与了机体所有免疫应答的不同类型和过程，是机体免疫系统中非常重要的细胞群体。 + CD4T淋巴细胞能促进B细胞、T细胞和其它免疫细胞的增殖与分化，协调免疫细胞间的 + 相互作用。CD4T淋巴细胞可分为Th1和Th2两类，Th1与细胞免疫及迟发型超敏性炎症形成有关，故称为炎症性T细胞;Th2细胞可辅助B细胞分化为抗体分泌细胞，与体液免 第5页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 疫相关。活化的Th1产生细胞因子(IL-2、GM-CSF、TNF、IFN-γ、MCF、MIF、MAF等)可以活化Mφ、增强M φ的吞噬杀伤功能、产生以单核巨噬细胞和淋巴细胞浸润为主的炎 [7]症反应。我们知道细胞与细胞因子间的作用存在网络性关系，细胞因子是由免疫血细胞分泌的一类蛋白质，通过与细胞表面特异性受体的结合，进而引起一系列细胞内信号转导，最终发挥生物学活性。这个作用网络是机体对免疫活动进行调节的主要方式，而Th1、Th2细 + 胞又恰好是这一调节网络的核心。毫无疑问，HIV以CD4T淋巴细胞主要侵染目标，当其 + 活动严重影响CD4T细胞的免调节能力时，必然会导致机体免疫系统的功能紊乱。这些也会在以后的内容里详细谈及。 +图3 HIV吸附于CD4T淋巴细胞表面 上面介绍了一些有HIV宿主以及入侵过程的细节，原想在此结合HIV的主要传播形式——血液传播、性传播、母婴传播——来说一下人的固有免疫屏障，如皮肤、粘膜等物理屏障的免疫功能，但由于固有免疫中的屏障系统与HIV的整体作用并无多少联系，在此也就不作涉及了。 HIV病毒在进入宿主细胞之后会在宿主体内完成自己的复制增殖过程，但是此时的机体还拥有完整的免疫系统，对于HIV的干扰机体正常生理活动的行为当然不会坐视不管。免疫系统的功能是对病原体进行识别并采取免疫应答反应以清除病原体，恢复机体的自身稳定。所以，在HIV侵入机体并导致原发性感染之后，机体针对HIV感染的免疫反应也开始进行。 探路:原发感染与初期免疫应答 HIV原发性感染后会引起一系列的继发事件，包括病毒在全身的快速扩散以及随后诱导 [8]的能部分控制复制的免疫反应，这些强烈的抗HIV反应已被检测到，其作用可能涉及病毒数量的下调，并可显著但不能彻底地清除血循环中的病毒。这些抗病毒效应可以分为HIV特异性的抗体反应、HIV特异性细胞介导的细胞毒性作用和细胞因子反应几类。但是关于在 第6页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 原发性感染期内的体液与细胞免疫在下调病毒复制中的相对作用方面，目前还是很有争议的，但一般来说两者都是同样重要的。 HIV原发性免疫反应的特征是高滴度HIV抗体的出现，但这些最初的抗体中却没有中和抗体。通过补体介导的细胞细胞溶解、抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用(antibody-dependent cellular cytotoxicity, ADCC)以及存在于淋巴组织生发中心的FDC网络中的补体受体依赖的病毒清除机制，HIV感染产生的抗体能够降低HIV复制和病毒 [9]血症。中和抗体特征性出现在从急性期向HIV疾病的慢性临床潜伏期的过渡阶段,但是通过对HIV感染的个体检测发现，中和抗体可与T型病毒株发生强烈反应，而中和抗体与自身同源病毒或M型HIV反应强度则较弱(能在巨噬细胞和外周血单核细胞群而不能在T细胞群中繁殖的HIV病毒可称M型，可在外周血单核细胞群和T细胞群中生长而不能在巨噬细胞群 [10]中增殖则称为T型)。下面将先对此过程中的体液免疫与细胞免疫进行分别叙述。 一、细胞免疫 T淋巴细胞介导的免疫应答是一个连续的过程，可分为三个阶段:(1)T淋巴细胞特异性识别抗原(初始或记忆T细胞膜表面的受体与APC表面的抗原肽-MHC复合物特异性结合的过程);(2)T细胞活化、增殖和分化;(3)效应T细胞发挥效应。 T细胞的活化需要双信号的刺激，第一信号来自抗原，提供方式是APC表面的抗原肽-MHC复合物与受体的相互作用和结合，该信号确保免疫应答的特异性;第二信号是微生物产物或非特异性免疫针对微生物的应答成分，该信号确保免疫应答在需要的条件下才能得以发生。当只有第一信号时，T细胞处于无应答状态。 图4a T细胞活化第一信号 图4b 双信号参与下T细胞活化信号转导途径 第7页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 T细胞活化引起细胞分裂(大量增殖，达到整体功能所需的数量水平)和分化(使T细胞具有分泌细胞因子或细胞杀伤的功能)。淋巴因子的分泌是T细胞活化的主要表现形式。不同的抗原刺激可使初始T细胞分泌不同种类的细胞因子，从而产生不同的效应，而IL-2是初始T细胞产生的最重要的细胞因子。细胞毒性T细胞具有特异性的杀伤功能，主要是细胞浆内形成了许多膜结合的颗粒，这些颗粒包含穿孔素(perforin，成孔蛋白)和颗粒酶等多种介质。穿孔素可对靶细胞打孔，颗粒酶是一组丝氨酸酯酶，它进入靶细胞胞浆，使靶细胞凋亡。靶细胞凋亡后，暴露抗原，从而被抗体消灭。 随着抗原的清除，大多数活化T细胞死于细胞凋亡，以维持自身稳定的基础状态。少数T细胞分化为长寿命的记忆细胞，在再次抗原刺激时发挥快速的免疫应答作用。 在多数病毒性感染中，细胞介导的免疫反应对控制和清除感染因子起巨大作用，HIV感染也是如此。HIV的结构与调节蛋白如Env、gag、pol、nef、RT等，都可以引起特异性的细胞免疫反应。HIV感染急性期一般在症状出现几天后机体即可产生较强的CTL应答，此时大约有10%的CD8+ T细胞参与反应。HIV 特异性CTL 主要通过分泌穿孔素和颗粒酶杀伤HIV 感染细胞,而不是通过Fas 或TNF 受体诱导感染细胞的凋亡，尽管HIV 感染的CD4 + T细胞表面表达的Fas是未感染细胞的两倍。实验还证实即使用HIV 感染的CD4 + T 细胞刺激HIV 特异性CD8 + T 细胞,这些细胞表面也没有FasL (FasLigand ,Fas 配体) 的表达。HIV + 特异性CD8T 细胞还可以分泌IFN-γ等细胞因子抑制病毒的复制,并且可以分泌RANTES、MIP —1a 、MIP —lβ等CC型趋化因子来竞争或抑制HIV 的辅助受体CCR5在细胞膜上的表达,还可以分泌CAF 来抑制感染细胞中LTR 介导的转录从而抑制病毒的复制。HIV原发性 [14]感染期强烈的CTL反应的出现与外周血病毒载量的下降相一致，且早于中和抗体的产生。而且研究表明，急性期引起的强烈CTL反应的感染者发展到AIDS期的时间要比产生较弱CTL反应的感染者长得多，这些研究结果都提示特异性CTL免疫反应在HIV感染早期就可以产生， [15]并且在控制急性病毒血症和HIV感染病程进展过程中发挥重要的作用。 二、体液免疫 体液免疫的过程也可分为抗原识别，B细胞活化、增殖与分化，合成分泌抗体并发挥效应三个阶段。B细胞对抗原的识别是通过其表面的抗原识别受体来进行的。B细胞的抗原识别受体能直接识别蛋白质抗原，或识别蛋白质降解而暴露的抗原决定簇，而无需APC对抗原的处理和递呈。B细胞表面的抗原识别受体识别抗原是产生B细胞活化的第一信号，有人将结合了抗原的B细胞称为致敏B细胞，只有这些细胞在接受T细胞的辅助时才能够活化来产生抗体。也就是说，B细胞的活化需要两个信号:抗原信号和活化的T细胞信号(并不是递 第8页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 呈抗原，而是通过其他的分子信号提供的)，并需要T细胞所分泌的细胞因子。在体液免疫中，T细胞通过提供刺激信号、分泌细胞因子等方式辅助B细胞，B细胞作为APC可通过加工、处理、递呈抗原的形式激活T细胞，但B细胞不能激活初始T细胞(由树突状细胞来激活)。B细胞最终分化为浆细胞和记忆性B细胞，浆细胞多在2周内凋亡。需要指出的是，抗原特异性B细胞和T细胞所识别的抗原决定簇是不同的，但二者必须识别同一抗原分子的不同抗原决定簇，才能相互作用。因此，B细胞分化为浆细胞是一个复杂的过程，依赖于树突状细胞、T细胞、B细胞三者之间的复杂相互作用。 图5a B细胞表面受体 图5b BCR结构模式图 HIV原发感染引起的体液免疫过程与一般的病毒感染一样，HIV的外膜蛋白gp120与gp41作为外来异物，当HIV感染细胞后，它们会刺激机体产生抗体。人体有五大类免疫球蛋白，其中的IgM抗体出现的最早，但持续时间短。IgG抗体产生略晚，但持续时间长。中和抗体则出现较晚。作为专业抗原递呈细胞(APC)的巨噬细胞具有很强的吞噬能力，外源性抗原(HIV 病毒颗粒) 随吞噬体进入胞内。溶酶体与吞噬体融合使得溶酶体内的溶酶体酶作用于被捕获的蛋白质抗原,使其降解为小的肽段。随着该吞噬溶酶体与含有MHC-?类分子的运输小体融合，含有一定基序的抗原肽便可能与其中的MHC-?类分子结合并与之一同表达 + + 于细胞表面。CD4Th 淋巴细胞识别被MHC-?类分子所递呈的抗原肽,CD4Th 细胞活化分泌多种细胞因子,进一步诱导B 淋巴细胞活化产生抗体，包括特异性的中和抗体，与相应的病毒结合后，使病毒的感染力降低。中和抗体可以在上述吸附、结合、融合、进入靶细胞的每一个环节发生作用,也可以阻止组装的核衣壳和胞饮病毒的释放。由于这大量抗体的出现，病毒被大量的清除，以及被淋巴结内的FDC等细胞捕获，HIV的原发感染也将转变为慢性感染，即潜伏。 第9页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 图6 抗原与BCR结合可触发第一信号 图7 第一信号的传递途径示意图 与HIV感染关系非常密切的细胞因子有Th1、Th2型细胞因子及趋化因子。通常Th1型细胞因子有助于抗病毒细胞免疫，Th2型细胞因子主要有助于产生抗体。趋化因子是炎症反应中重要组成部分，在HIV感染中的重要作用是，它可以阻断HIV对细胞的感染，保护易感细胞不被HIV感染。 此时还需要提及的是固有免疫在HIV原发性感染中的作用，因为在人体的免疫动员中，固有免疫是最先起作用的，其后才是适应性免疫体液免疫以及细胞免疫反应的发起。 固有免疫在个体出生时就已具备，而且作为预防感染的第一道防线，具备使机体快速抵抗感染的能力，还是特异性免疫产生的基础。因此，天然免疫在感染早期的作用不容忽视。天然免疫组成包括皮肤及粘膜上皮细胞、吞噬细胞、NK细胞、NKT细胞、粒细胞、树突状细胞及γδT细胞等，另外还包括一系列可溶性因子，如细胞因子、趋化因子及小分子如补体 第10页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 和MBL等。这些要素共同构筑了抗感染的快速反应体系，起到阻止感染扩散的作用。树突状细胞及单核细胞作为抗原提呈细胞，在天然免疫和特异性免疫中均发挥一定作用。除了皮肤黏膜的天然屏障作用，以及上述细胞成分外，固有免疫还包括一些可溶性因子。这些因子或直接参与抗击微生物，如IFN一α/β;或通过加强细胞反应如促进NK细胞反应。固有免疫还通过增强MHC在效应细胞的表达，增强淋巴细胞对病原体的免疫效应。另外，固有免疫还参与细胞内信号旁路的激活，这种激活是通过识别抗原呈递细胞表面的受体，即TLRs(Toll—like receptors)实现的，从而使细胞核因子激活，诱导具有不同免疫功能的细胞因子的表达。 固有免疫与特异性免疫的区别还表现在:?固有免疫反应迅速(数分钟至数日)，而特异性免疫是迟发反应(数日至数周);?固有免疫是对感染的直接反应，特异性免疫则针对病原体的特异性抗原肽;?固有免疫没有记忆性，缺乏特异性，可被适宜因素反复激活，而特异 [11]性免疫有记忆性，对二次感染的反应更迅速、更强烈。 固有免疫的两类细胞成分在HIV感染中的作用尤其受到重视。一类是干扰素产生细胞 +-(IPCs)，其中有代表性的是浆液树突状细胞(PDCs)，这类细胞表型为CD4,CD11C，形态类似浆细胞。此类细胞的突出功能是在病毒、内毒素等刺激下可产生大量I型干扰素，水平比 +其他细胞可高出200—1 000倍，直接抗病毒和诱导Till免疫反应。另一类是非细胞毒CD8T淋巴细胞，主要表现为非细胞毒性抗HIV反应(CNAR)。此外，吞噬细胞和NK细胞在HIV感染中的作用也是近年的研究热点。 针对HIV原发性感染，人体固有免疫体系的反应主体是NK细胞。主要存在于血液和淋巴组织，如脾脏和淋巴结中。由于其胞浆中含嗜天青颗粒，故又称大颗粒淋巴细胞(large granular lymphocyte, LGL)。CD56、CD16及CD2分子是NK细胞表面特有的标志。NK细胞杀伤靶细胞不受MHC限制，也无需抗体参加和抗原预先致敏，因此在机体早期抗病毒感染的免疫防御过程中和早期非特异性杀伤突变肿瘤细胞的免疫监视过程中具有重要的作用。IL,2和IFN,γ等细胞因子可增强NK细胞的活性。活化的NK细胞也能合成、分泌多种细胞因子，如IL,2、IFN,γ和TNF等，并可通过上述细胞因子对机体免疫功能进行调节。因此NK细胞也是一种重要的免疫调节细胞。 NK细胞可表达低亲和性IgG Fc受体，能定向杀伤与IgG抗体结合的靶细胞，这种杀伤作用称为抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用(antibody dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC)，通常NK细胞表面的FcγR不能与游离的IgG结合，只有当特异性IgG通过其抗原结合部位(VH/VL)与靶细胞表面相应抗原决定簇结合，使其Fc段变构活化时，才能与NK细胞表面相应FcγR结合，从而触发NK细胞对靶细胞的杀伤或破坏作用。 第11页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 NK细胞的杀伤作用是非特异性的，凡与IgG抗体结合的靶细胞，无论其表面抗原成分有多大差异，均可被NK细胞杀伤。除NK细胞外，单核吞噬细胞和中性粒细胞表面也可高效表达IgG的Fc受体，从而具有ADCC作用。 图8 NK细胞的活化 我们知道NK细胞针对感染细胞的杀伤作用要以NK细胞对受感染细胞的识别开始，而其识别机制有两个，即“丢失自我”和“压力诱导”模式。NK细胞自身的反应调节是受其活化受体与抑制受体来调控的，而对NK识别本质的认识，首先来自于对抑制性受体的认识，抑制性受体识别的特征是细胞表面自身的分子特征，并将任何缺乏这种分子特征的细胞作为外源或突变物质处理，这种分子特征是MHC I类分子，被病毒感染的细胞和肿瘤细胞可以通过MHC I +类分子表达的缺失而逃逸CD8CTL细胞的监测和杀伤，但同时也使被除数病毒感染的细胞和肿瘤细胞成为NK细胞监测和杀伤的目标。因为每种NK细胞都至少包含有一种MHC I类分子抑制性受体，这些抑制受体与MHC I类分子的结合可以抑制NK细胞的功能，一旦MHC分子缺失，抑制NK细胞杀伤功能的因素就此消失，NK由此被激活而发挥杀伤功能。该理论被称为“丢失 [12]自我”模式。 在HIV原发性感染中，NK细胞正是借由“丢失自我”，即被HIV感染的细胞表面的MHC-1类分子缺失，来识别受感染的细胞，并通过ADCC杀伤结合了抗体的感染细胞或通过补体受体杀伤带有补体的感染细胞。IL-12有助于NK 细胞抗HIV活性，活化后的NK细胞产生IFN-γ， +[13]可增强CD8T细胞的抗病毒活性。NK细胞在发挥效应功能时自身可能因凋亡而死。 HIV原发性感染的临床症状多发生于头一次感染HIV后3~6周，经过一定时间的病理反应后，患者的症状会自行缓解，在原发性感染发生后的几星期到几个月内，淋巴组织内细胞受感染的频率会急剧下降，淋巴滤泡内生发中心明显形成，并且 在FDC处理病毒的网络中可检测到与胞外病毒颗粒相结合的病毒RNA和抗体、补体结合生成复合物。如上所述，经过这一 第12页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 复杂的免疫反应过程，免疫系统能有效地消除淋巴器官内的感染细胞，有效下调血浆中的病毒数量。然而，大量的病毒颗粒被生发中心FDC网络所捕获并处于潜伏期，避免了免疫攻击， [9]从而引起滞留的或从淋巴器官游离出去的CD4+T细胞不断的重复感染。在接下来的一段时期里，HIV在潜伏过程中“勤修内功”，并将最终完全逃避免疫系统的攻击。 潜伏:目标——免疫逃逸 其实HIV的逃逸旅程早在它入侵“犯案”之前就开始了。HIV外膜来自于宿主细胞，其上的蛋白也大多来自宿主，不能作为特异性识别的靶点。同时，前面介绍过HIV侵入宿主细胞的过程，详细推究其侵入细节，会注意到这样一点:与宿主细胞表面发生直接结合的是gp120分子，而直接介导病毒外膜与宿主细胞膜融合的却是gp41分子，而且前面曾提到过，gp120 是帽子，而gp41是杆。其实在这个过程中有这样一个分子机制:gp120的V5-V4区(gp120可划分为五个高变区——V1-V5，与五个恒定区——C1-C5)处抗原表位与靶细胞结合，此时V3区与gp41暴露出HIV粒子表面，然后gp41可插入细胞膜致使膜融合而介导病 [2]毒进入靶细胞。而且V3区有一个引人关注的特点，其具有一个位于丙半胱氨酸之间由二硫键形成的发夹结构，正是这个结构具有高度的变异性，很容易逃避免疫系统的识别，也给HIV的药物治疗和疫苗研制带来了巨大的障碍。 另外，研究发现CD4 分子是与一个隐藏在gp120 内部的口袋型的结构域契合，而正因为这个结构域位于gp120内部的深处，使gp120 与CD4 的这个结合位点不易被抗体所识别，而且gp120与CD4的结合仅仅是表面的部分接触，从而在两分子之间形成了两个大的窝，其中一个窝充满水分子。由于正对着这个窝的gp120区域不能与CD4紧密结合，这就使gp120 的这一段氨基酸序列可以非常自由地突变，从而进一步逃避抗体的识别。研究发现HIV 正是通过其 [16][17]自身一些特有分子结构上氨基酸序列的高频率突变来阻止免疫系统对它的识别和破坏。 对简单的逆转录病毒进行实验中也证实，改变了序列的多肽具有逃逸CTL识别的能力，在淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒(LCMV) 感染小鼠的实验中也得到验证。很难从HIV21感染个体得到强有力的免疫逃逸证据,但已有几例报道认为，病人表位改变后表现出了强烈的选择性,生化条件改变多肽后其被识别率也大大降低。将克隆的CTL 转递给HIV-1 感染的病人后，人们观 [18]察到了最早的CTL逃逸的例证。 但HIV为实现免疫逃避所做的努力中最倚重的还不是它，而是其基因序列的高可变性。我们知道HIV是一种逆转录病毒，在进入宿主细胞后要通过RT的使自身的RNA基因序列转为cDNA，然后再整合进宿主细胞的基因组后才能使其编码的基因得到表达。HIV感染之所以难以控制，最大的原因是毒株的高度变异，造成这一原因的部分原因就在于这一逆转录过程 第13页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 中。逆转录过程的关键酶——RT的忠实性较差，缺乏3’-5’外切核酸的校读功能。估计每一轮HIV-1的复制都会引入10个错误的碱基，是真核细胞DNA多聚酶平均每一个位点的错误率的100万倍，突变的类型则包括碱基的替换、移码与缺失。另外，有时逆转录可以导致包含多个G到A碱基替换的高突变前病毒的产生。这种高度变异的特点，是HIV在免疫和药物选择压力下赖以生存的基础，也是HIV病毒难以清除的主要原因和疫苗研制的主要障碍。有关疫苗的问题最后一部分会有详述。 在HIV感染的个体HIV变异株出现的频率是HIV复制周期的函数。现在已经知道在HIV感染的所有阶段都有持续高水平的HIV复制，有时相对较低水平的血浆HIV RNA是通过高水平的HIV复制和破坏所保持的。研究也显示更高水平的HIV 复制发生在外周组织中，特别是淋巴器官。感染过程中每天发生的大量复制周期提供了产生大量变异毒株的机会。每天HIV基因的每一个位置都可能引入突变。HIV 的快速复制速率加上高突变率使HIV从原发感染时的状态进化为一群遗传差异很大的病毒。而且其中的每一个成员都保存了生存所必需的基因，但是在不妨碍复制的基因位点上有细小的差异，结果导致出现高度分化的群体。由于这样的快速复制-突变-选择，HIV突变可以在几天之内就出现。由于病毒群有较大的基因多样性，经常是在抗病毒治疗开始之前携带耐药性突变的病毒就已经存在了。一旦开始治疗，已经存在 +的耐药性病毒就开始快速繁殖，很快占据主导位置。快速复制和进化的后果是CD4 T细胞的破坏和出现针对不同宿主细胞的毒力更强的毒株逃脱免疫系统的控制，以及对抗病毒药物的 [19] 抑制。所有这些都促进了病程的发展。 此地我联想到了Burnet的克隆选择学说，HIV这种表现与克隆选择学说所描述的特异免疫细胞受体库的形成颇有些异曲同工之处。Burnet认为，个体在胚胎期时，由于特异性免疫细胞的高度突变而随机产生了大量具有不同抗原特异性的细胞克隆。每一克隆细胞表达同一特异性受体， 当机体受到某抗原刺激时， 具有该抗原特异性的细胞通过其表面受体识别并结合抗原， 使该克隆细胞活化， 进行克隆扩增， 从而启动针对该抗原的特异性免疫应答(见下页图)。这就是最初关于特异性免疫应答启动机制的理论，它揭示了特异性免疫应答是从特异性免疫细胞识别其特异性抗原开始的。这种机制称为克隆选择，而在HIV的变异过程中，我们可以看到，HIV凭借其高变异率，可以在宿主细胞体内积累大量的病毒库，其种类之多，最终将超出人体的特异性受体库的识别能力，是HIV逃避免疫识别的关键。 第14页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 图9 克隆选择学说图解 + HIV感染的个体在外周血有HIV特异的CTL活性，通过体外直接检测CD8T淋巴细胞即可发现。这现象在其他的疾病状态或病毒感染中还未发现。在HIV急性感染期，HIV特有的的CTL和CTL前体细胞在外周血中被分开，这里有很少量有活性的病毒进行复制，相反，在淋巴组织则没有分开，这里是病毒复制和扩散的主要部位。这种将CTL反应的解剖位置与病 [9]毒复制的部位分隔开来是HIV逃避宿主免疫反应的另一机制。 暗下杀手:从各级淋巴组织、免疫细胞到免疫调控网络的功能性紊乱失调 HIV在原发感染时播散到全身的淋巴组织，一方面形成抗原刺激引起受累淋巴组织的免疫反应，早期淋巴结内淋巴滤泡和网状结构丰富。DC捕获HIV的抗原\淋巴细胞活化增生， + 产生大量的记忆细胞。另一方面，由于活化CD4作为HIV的最适增殖场所，HIV得以不断大量复制。胸腺作为免疫的中枢器官同样可能受到HIV的感染，因此，T淋巴细胞新生受到影响。尽管如此，体内的HIV可能以10亿/天的速度不断产生，免疫系统的强大代偿潜能活化， ++产生CD4 T细胞加快，以补充每天约2亿左右被破坏掉的CD4 T细胞，仍然维持体内的淋巴细胞在相对正常范围多年。但这种竞争和消耗在持续多年后，淋巴结内被破坏， [13]免疫终于失败。 但在HIV感染的过程中，免疫系统各个成员实际上都存在功能障碍。 树突状细胞(DC)的功能在成熟和移居过程中发生变化。不成熟的DC表达低水平的协同刺激分子和粘附分子，具有特别强的抗原摄取能力,但呈递抗原的能力很弱;成熟的DC表达高水平的MHC ?类分子和?类分子，协同刺激分子、粘附分子等，具有特别强的抗原提呈能 第15页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 力，但吞噬能力较弱。从DC 参与免疫应答功能来看，成熟DC 诱导免疫激活，不成熟DC 诱导免疫耐受。不成熟DC可以诱导抗原特异性调节性T细胞(Tr) 及无反应性T细胞，从而引起免疫耐受，期间IL-10 是诱导DC介导免疫耐受的重要因子。在发生HIV感染后，DC可能是病毒感染早期逃避免疫和复制的场所。在DC与T细胞体外共育时加入HIV-1，病毒可以大量复制，病毒的转录、蛋白质合成都发生在DC-T结合的合胞体中。已经在AIDS患者体内黏膜相关的淋 [21]巴组织中发现HIV-1感染合胞体，这些淋巴上皮组织含有大量的记忆性B细胞和成熟DC。但这些成熟DC不仅不能清除HIV感染，反而能将携带的HIV-1传染给T细胞，并且发现HIV感染者的DC激活异源T细胞的能力下降。 滤泡状树突细胞(FDC)存在于二级淋巴组织(淋巴结、脾脏、扁桃体、派尔集合淋巴结和肠道淋巴样组织)生发中心。它是一种独特的细胞群体，无吞噬功能，缺乏溶酶体等物质，具有许多长而纤细的树突状突起，能够捕捉极微量的抗原并作为贮藏所长期保持微量抗原活性，维持长达数年的记忆性免疫反应引。FDC是形成正常生发中心必不可少的条件，其表面的许多受体和其分泌的一些细胞因子与T、B淋巴相互作用，调节着淋巴结生发中心的抗原识别、抗体产生及免疫记忆。机体感染HIV后，二级淋巴组织中的FDC表面布满病毒颗粒，但FDC本身不被HIV感染;即使在高浓度中和抗体存在下，FDC结合的HIV病毒-HIV抗体贸易商复合物依旧具有很高的病毒感染性。高效抗逆转录病毒疗法可迅速降低外周血中病毒水平，使 +CD4 T淋巴细胞数量增高，但却不能彻底清除HIV病毒，FDC树突上和其他周围T淋巴细胞内 [22]始终分布着大量HIV病毒是艾滋病不能治愈的原因之一。 -+ – 正常情况下，机体中的大部分NK细胞表型为CD3 CD56，可以将NK细胞分为CD56和 + CD56 两个不同的亚类。在HIV 感染的病人中，发现与疾病发生相关的NK细胞渐进性缺失， +-对两类细胞的分析发现，CD56 NK 无论在数目、表型上都没有明显的改变，而CD56 细胞的数目减少。由于NK在宿主抗击病毒中的作用，它的缺失进一步促进了病毒诱导的免疫缺陷。研究发现，HIV 诱导的NK缺失部分是由穿孔素和颗粒酶的缺失介导的。进一步的研究发现NK细胞缺陷是由于HIV-1 Tat通过封阻功能性苯基烷基胺类敏感性L型钙离子通道，从而抑制NK细胞的细胞毒功能，这种功能对负责细胞毒功能的丝氨酸酯酶的释放十分重要。另一些试验显示，HIV感染细胞比未感染细胞实际上对NK细胞介导的裂解更敏感。但HIV感染细胞的MHC-?类分子的选择性下调可保护感染细胞免遭NK细胞的裂解。同时HIV 感染NK细胞也是病毒潜 [23]伏的重要原因之一。 + CD4T细胞功能障碍可能是由于HIV直接感染造成的，也可以间接地因非感染性细胞接 + 触了病毒蛋白所引起。因为CD4T细胞是人体正常免疫反应的一个重要成员，所以在HIV疾病 第16页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 + 中，CD4T细胞的数目和功能进行性下降是主要的，许多其他免疫缺陷都位于其次。 +CD4 T细胞功能障碍是HIV疾病的主要特征，病程中逐步发展的机会性感染主要是因为 +HIV直接或间接地造成T细胞数目下降及功能降低。HIV感染的间接作用则使CD4 T细胞功能的直接作用包括感染和随着细胞绝对数目减少而产生的细胞毒作用。HIV感染的间接作用使 +CD4 T细胞增生、分化、调节功能降低，IL-2受体表达下降，缺陷的克隆群体形成和其他前 [9]+++体细胞缺陷。由于CD4 T细胞的耗竭，CD4 和CD8 T细胞比例倒置是HIV疾病的一个特征。 +++直到疾病的晚期阶段，通过CD3 T细胞与CD8 T细胞总数目增加，来抗衡CD4 T细胞的减少。 [24]这个现象称作T细胞稳态。这一点会在下一环节谈到。在疾病的更晚期阶段，淋巴细胞生 +++成障碍导致T细胞稳态的失衡，CD4 、CD8 T细胞将进一步减少。随着HIV病程，CD4 T细胞功能逐步丧失，最初功能异常表现为对异型抗原T细胞增生缺陷，之后对正常记忆抗原如破伤风类毒素失去反应、IL-2生成减少。同时在多种疾病都发现Th1/Th2的异常转化，同样在HIV-1感染者体内也有人发现了Th1/Th2的一些异常转化。目前多数研究结果表明，HIV-1感染会造成Th2的极化。HIV-1感染者可出现Th1型向Th2型细胞因子的进行性漂移，特征表现为 [20]IL-2、IL-12和IFN-γ产生下降，而IL-4、IL-6和IL-10产生增加。基于这种细胞因子的漂移，人们推测感染HIV后疾病进展导致Th1向Th2的转变。这种转换导致IL-2 及IFN-γ产生减 +少和伴随IL-4及IL-10分泌的增加，结果造成了CD4 T 功能的缺失。 ++在HIV致病的全过程中，CD8 T细胞水平是可变的。急性初期感染之后，CD8 T细胞数目通常要反弹超过正常水平，而且可能持续升高较长时间。但在疾病的进一步进程中，包括 +CTL活性在内的CD8 T细胞的其他功能在HIV疾病进程中也受损，包括非溶细胞的非MHC限制 +的CD8 T细胞性抑制HIV作用的丧失。 +HIV感染还可造成B淋巴细胞数量减少，但通常这一现象持续的时间较短。由于CD4 T细胞的缺失，B细胞对初级或次级损害的包括蛋白或多糖抗原反应能力也开始减弱，而B细胞激活的失调和对抗原反应能力的下降，则是HIV感染者易出现细菌感染的原因之一。在HIV-1感染的病人中B细胞的数目明显减少，原B细胞和记忆B细胞被高度激活，Fas和LAIR-1的表达情况也发生了变化，同时还出现了大量自发的细胞凋亡。HIV患者的B细胞分泌TNF-α和IL-6 +增多，这些细胞因子可加强HIV的复制，结合在细胞表面的TNF-α可诱导HIV在感染的CD4 T细胞中的增殖。同时，HIV gp120蛋白可直接结合免疫球蛋白链，以超抗原的特性激活B细胞，这种非抗原依赖性多元活化作用是导致HIV感染高丙种球症和淋巴细胞过度激活的原因之一。HIV的其他部分，如gp41等，通过非抗原介导的方式活化B细胞，诸如此类HIV感染者B细胞功能失调可导致体外EB病毒的自发转变，这可能与EB病毒诱导的淋巴瘤发生率增加有关 第17页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 [25]。另外还有HIV感染者体内的IgE水平全面升高，这是IgE调节功能失调的反应。IgE升高又 [9]是B淋巴细胞的过度激活和细胞因子的功能失调的结果。 HIV对细胞因子的产生影响体内外均有多种作用，包括由于感染细胞或病毒与细胞表面结合的直接作用，以及通过应答病毒感染介导的间接作用，可溶性病毒蛋白也能直接诱导某些细胞因子。HIV导致细胞因子网络失调的作用是多因素的，细胞因子产物的改变产生的作用是不定向的，如炎症细胞因子增加有利于HIV复制。IL-2产生失调被认为是HIV感染的特征， ++HIV感染的CD4 T细胞在体外产生IL-2的能力下降，而从HIV感染个体分离出来的CD4 T细胞能产生低水平的IL-2来应答促有丝分裂或抗原性的刺激。IL-2的合成减少和抗原特异性T细 [9]胞的丢失是HIV感染者出现免疫缺陷症状时的特点。关于各种细胞因子在HIV复制中作用，很多的体外研究为我们提供了理解HIV致病机制的模型;但是体内细胞因子网络的复杂性，使理解各个细胞因子在HIV致病机理中的作用相当困难。当相关细胞因子应用于临床上对HIV患者的治疗时，因具体情况的不同常会出现相反的治疗效果。 图10 细胞因子作用下的免疫细胞分化 上面将主要免疫细胞，以及一些重要细胞因子的调控网络在HIV慢性感染阶段的功能紊乱失调情况进行了描述，这里再做一个小结。在前一段学习过程中，感受最大的就是免疫系统的复杂与有序，其中包含有组织、细胞与细胞因子间极其复杂相互作用。老师经常提及免疫系统功能的网络性，在这里更能感受到什么叫牵一发而动全身。在HIV的慢性感染过程中，其对一种细胞的正常生理作用的影响，经过复杂的调控网络作用后，使免疫系统整体上的有序结构濒于崩溃。细胞因子(cytokine)是由细胞分泌的具有生物活性的小分子蛋白质物质的 第18页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 统称，在很多情况下，多种免疫细胞间的相互作用是通过细胞因子介导的。一种细胞可产生多种细胞因子，不同类型的细胞也可产生一种或几种相同的细胞因子。一种细胞因子可对多种靶细胞发生作用，产生多种不同的生物学效应，这种性质称多效性;几种不同的细胞因子也可对同一种靶细胞发生作用，产生相同或相似的生物学效应，这种性质称为重叠性;一种细胞因子可以抑制另外一种细胞因子的某种生物学作用,表现为拮抗效应;可以增强另一种细胞因子的某种生物学作用，表现为协同效应。众多细胞因子在机体内存在，作用相互促进或相互抑制，形成十分复杂的细胞因子与免疫细胞间的作用网络。在上面免疫细胞功能的失调中可以看到，FDC将HIV颗粒吸附，DC将HIV转染给T细胞，CD4+ T细胞作为免疫调节的关键角色之一，由于HIV对CD4+ T细胞的损伤，其对B细胞的调节失衡，进一步造成体液免疫的紊乱。CD4+ T细胞数目减少使CD8+ T细胞代偿性增生，最后CD8+ T细胞功能也发生损伤„„其实其中每一种细胞都意味着一个以其为核心的免疫细胞与细胞因子关联网络的存在，细胞功能的失调，自然就意味着以其为核心的功能网络的失衡。 终成邪果:AIDS病发与免疫系统功能耗竭 HIV长期感染过程中损伤宿主的免疫系统，而免疫系统则不能将感染的病毒清除，导致固有的和适应性免疫系统功能的损伤和缺陷，最终引起免疫系统功能的耗竭。免疫系统各个成员的功能异常在前文已有描述，在疾病晚期，由于HIV病毒的高水平复制，HIV特异性抗体和T淋巴细胞的效应逐渐减弱，外周血淋巴细胞的增殖效应的相继减弱，导致细胞对抗原、异型抗原及促细胞分裂素的记忆障碍，预示着AIDS病期间免疫系统已经不能对外来刺激做出 + 有效的免疫应答。其主要的标志就是CD4T细胞的耗竭。 + + CD4T细胞是HIV感染的靶细胞，并且CD4T细胞消耗是AIDS发展的免疫学特点，因此 + + 检测CD4T细胞应是HIV感染的主要指标。而HIV感染引起CD4T细胞功能损失及耗竭，而未感染细胞也可能因感染HIV以及机体的免疫应答而产生的细胞因子而被慢性活化，最终发生 [26]凋亡，而这种凋亡造成的T细胞减少远远超过了HIV感染的细胞数;HIV 特异性细胞毒性T细胞(CTLs)可以直接杀死HIV感染的细胞;此外，针对HIV包膜蛋白的抗体与感染的细胞结合导致抗体依赖性细胞介导的细胞毒效应(ADCC);gp120与细胞内新合成的CD4结合干扰正常蛋 +白的阻止CD4在细胞表面的表达，导致细胞不能对抗原刺激做出应答等, 均可造成CD4 T细 +胞的耗竭及功能丧失。由于CD4 T细胞在免疫功能中的重要作用，它的耗竭对免疫系统功能的正常运转产生的重大障碍。 胸腺和骨髓是淋巴细胞生成的主要器官，同时也可能是HIV复制位点。造血干细胞(hemopoietic stem cell)又称多能干细胞。是存在于造血组织中的一群原始造血细胞。 第19页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 也可以说它是一切血细胞(其中大多数是免疫细胞)的原始细胞。由造血干细胞定向分化、增殖为不同的血细胞系，并进一步生成血细胞造血干细胞进一步分化发育成不同血细胞系的定向干细胞。定向干细胞多数处于增殖周期之中，并进一步分化为各系统的血细胞系，如红细胞系、粒细胞系、单核-吞噬细胞系、巨核细胞系以及淋巴细胞系。由造血干细胞分化出来的淋巴细胞有两个发育途径，一个受胸腺的作用，在胸腺素的催化下分化成熟为胸腺依赖性淋巴细胞，即T细胞;另一个不受胸腺，而受腔上囊(鸟类)或类囊器官(哺乳动物)的影响，分化成熟为囊依赖性淋巴细胞或骨髓依赖性淋巴细胞，即B细胞。并分别由T、B细胞引起细胞免疫及体液免疫。如机体内造血干细胞缺陷，则可引起严重的免疫缺陷病。。成人及儿童HIV感染均可造成胸腺退化、胸腺细胞消除。骨髓造血祖细胞不受病毒感染，但基质辅助细胞却能持久感染并失去功能。骨髓及胸腺是否作为病毒贮库仍不清楚。这是相当可怕的致病效应，因为它将从根本上影响免疫细胞的产生源头，免疫系统功能的修复终会跟不上HIV的破坏。 图11 骨髓内免疫细胞的分化过程 免疫系统的主要功能是识别异体抗原，发动对致病原的反应并清除它们，然后回到一种休眠状态，对其他抗原能产生有效的免疫应答和对相同抗原的再次侵入有更强的效应。对于HIV感染，免疫系统对于持续HIV复制的应答是逐渐被激活的。HIV通过诱导免疫活化并利用 [27]这种有利于自身复制的优势环境来破坏免疫系统。研究已经证实体内HIV复制依赖于抗原 + 诱导的CD4T细胞的活化，间接感染或各种疫苗免疫的HIV感染个体都有血浆病毒血症的暂时增加，并且与诱导产生的免疫活性程度相关。AIDS病晚期的个体体内病毒复制轻度增加，而疾病早期个体血浆病毒大大升高，由此认为免疫系统对抗原应答能力与病毒的数量有关。研究说明AIDS早期个体比晚期个体表现出对各种抗原更强的增生反应，并且其病毒复制也明 第20页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 [9]显增加，这说明病毒复制的水平与免疫系统对一种抗原的应答程度相关。同时前面也说过，人的应答过程作为一种选择压力，会极大的促进HIV的变异，使其在AIDS期能避开杀伤破坏免疫系统。 这种缓慢的免疫活化其潜在的有害效应是巨大的，从免疫学角度来说，免疫系统对抗原刺激的活化是维持正常的免疫功能所必须的，但是，免疫系统长期、缓慢、持续的暴露于一种特殊抗原也可能导致对抗原免疫应答能力的下降，免疫系统对广谱抗原的应答能力也会受 + 损。而且有一点要注意，从病毒复制的角度看，虽然静止期CD4T细胞能被HIV感染，但HIV [28] + 的反转录、整合和传播在活化的T细胞中更有效,并且细胞活化可诱导HIV在静息期的CD4T细胞中表达，这又表明HIV诱导免疫活化能有效促进HIV的复制。 出路:HIV疫苗与免疫记忆 终于到了本文的最后一部分。我们都知道免疫学的由来，免疫学是研究免疫系统的发生 [29]与演化、结构与功能及其与抗原相互作用机制，并用于防病治病的一个学科体系。研究HIV并不是为了感叹它的可恶，而是为了能最终战胜这一致命的疾病。作为一种危害极大的传染性疾病，要想从根本上解决这一问题，自然要依赖HIV疫苗的出现。疫苗是医学史上最有效的大众健康手段，它的原理正是机体受到病原体感染后会产生以保护性抗体和效应性T细胞为主的记忆性免疫反应。 图12 天花疫苗的巨大贡献 免疫记忆是获得性免疫系统的特点之一，而记忆细胞是免疫记忆的主要载体。记忆细胞有两个主要的功能:在外周组织介导保护性记忆和在二级淋巴器官中激发针对特异性抗原的反应性记忆。在B细胞系统中，这些功能由不同的细胞负责执行。保护性记忆由分泌抗体的 [31]浆细胞负责执行，反应性记忆由记忆性B细胞负责执行。在T细胞系统中，保护性记忆由 第21页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 效应记忆T细胞(Effector Memory T Cell , T)介导，而反应性记忆由中心记忆T细胞EM (Central Memory T Cell,T) 介导。T通过迁移到外周炎症部位，并表现即时的效应功能CMEM 来发挥作用;T则通过归巢到二级淋巴器官的T细胞区发挥作用，T没有或只有很少的效应CMCM [32]功能，但它们在抗原刺激时有非常强大的扩增和分化成效应细胞的能力。体液和细胞免疫反应在抑制HIV的复制方面，都有十分重要的作用，所以成功的HIV疫苗应该能同时诱导抗HIV的体液和细胞免疫。通过疫苗接种，可以使机体在被致病物感染前就提前拥有对其的反应能力，当致病物入侵时，机体迅速将其识别并开始特异性体液与细胞免疫反应，从而在致病物感染初期清除致病因子。 图13 初次免疫应答与二次免疫应答反应强度 从1986年起，全球开始研制HIV疫苗，但是由于HIV本身具有的特点，研制HIV 疫苗有很大的难度。目前处于研究阶段的艾滋病疫苗主要有:HIV灭活病毒粒子疫苗( inactivated viruses)、减毒活病毒疫苗(attenuated vaccines)、合成肽疫苗、活载体疫苗(livevectorbased vaccines)、核酸疫苗、亚单位巨分子颗粒化疫苗和抗独特型抗体疫苗等， [30]此外，还有可溶性CD4分子疫苗、治疗性疫苗等。但到目前为止，还没有一种艾滋病疫苗成功应用于临床。但可以认识到，虽然目前不能找到一种办法彻底清除HIV感染者体内的病毒，但如果能使血液中的HIV保持在低水平，也可能使一个HIV感染者永远不会发展成艾滋病。因此，只要所制备的疫苗通过增强免疫效应，能控制患者体内HIV的数量也是很有价值的。 在很多传染病的预防工作中，都采用了针对病原体的灭活疫苗或减毒活疫苗来实现预防疾病感染的目的，因为此类疫苗能够模仿具有生物活性的病毒，将整个病毒颗粒呈递给免疫 第22页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 系统，能引起广泛的免疫影响。一些试验结果亦证明:这种疫苗注入体内，可使病人血清HIV 抗原转阴，减慢疾病进展速度。但有人对这种疫苗的安全性表示怀疑，担心这种疫苗引起感染，造成不良后果;而且至今难以证实HIV灭活疫苗能否有效的诱导机体产生细胞免疫应答。许多研究人员希望通过删除对HIV的复制必不可少的基因来制备其变异缺陷株，使其在引起 [33]强烈免疫反应的同时又不会使人患上艾滋病。但目前还没有取得有效的研究成果。 亚单位疫苗即重组的病毒膜蛋白单体或多肽。由一种或一种以上HIV蛋白的非传染性颗粒构成，有包装的逆转录病毒核酸序列，故安全性良好。一项试验表明，给猩猩接种纯化的CHO 细胞表达的gp120而非gp160(裂解位点受到修饰)，可以保护机体免受由低剂量的同类 [34]HIV 毒株攻击而导致的感染。另有研究证实,由于HIV病毒样颗粒(Virus like particle，VLP)具有很强的免疫原性及很好的安全性，作为HIV的侯选疫苗倍受学者们的重视。采用此类的重组颗粒性抗原能够激发免疫系统快速产生中和抗体，即介导体液免疫应答，同时又能介导细胞免疫应答，加速清除细胞结合的病毒。 将编码病毒蛋白的基因插入其他活病毒或细胞基因组中并用之感染动物或人体，使外源基因在宿主细胞表达，可产生对基因产物及载体的免疫应答。活病毒载体包括痘苗病毒，杆状病毒和腺病毒等。现在研究较多的是痘病毒疫苗。痘病毒疫苗在感染宿主细胞胞浆中复制，无致癌性，此类疫苗可诱导机体产生细胞免疫和体液免疫且疫苗易于生产和保存。但对其安全性问题仍应加以关注，HIV感染会导致机体免疫功能受到抑制，若载体在体内变异，既威胁患者本身的生命，又对其他AIDS患者造成威胁。 DNA疫苗被称为继完整病原体疫苗和基因工程重组蛋白疫苗之后的第3代疫苗，即将插入并表达目的抗原基因之质粒DNA经各种转移途径转入机体细胞，借用宿主细胞的表达加工合成抗原分子。1992年，Tang等首先经鼠皮肤直接接种编码外源蛋白的质粒DNA，发现这种免 [35]疫方式也能使机体产生抗体应答，证实“裸”DNA可以通过抗原表达作为免疫原。通过这种直接体内注射的方法，免疫用蛋白质的抗原表位以一种能被宿主受体自然识别的方式产生出来，抗原肽的呈递与自然感染相似，这一特性对于构象型抗原表位引起的保护性免疫尤为重要。这种疫苗兼有减毒活疫苗的有效性及亚单位疫苗的安全性，既象接种了活的病毒体一样可以不断表达抗原蛋白，又可方便的精选所需基因片段，激发理想的免疫应答。但DNA疫苗这种单一核酸疫苗往往诱导应答不强，而且维持时间短，要增强DNA疫苗免疫原性，可采用免疫佐剂联合使用，一些细胞因子、趋化因子可明显增强DNA疫苗的免疫原性。但DNA疫苗也存在潜在的问题或者副作用。首先虽然与宿主DNA同源重组的可能性很小，但随机插入的可能性还是有的;其次，机体免疫调节和效应机制有可能导致对抗原表达细胞的破坏，导致 第23页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 胞内抗原的释放，激活自身免疫;而且持续长时间的小剂量抗原的刺激可能导致免疫耐受， [12]从而导致受者对抗原的无反应性。 通过疫苗诱导对HIV的免疫是可行的，但在今天要开发一种安全、有效而廉价的疫苗仍 然面临很多挑战，我们不仅要考虑到技术，还要想到，将其大规模应用到实践中，从根本上 解决AIDS的威胁才是研究的根本目的，有关HIV疫苗的研究还会不断加大力度。 引用文献: [1]Clavel , F, et al., 1986 Science,233:343-346 [2]王洪军，王继群，胡玲美 2002，细胞生物学杂志，6:277-284 [3]Levy J,Shimabukuro J,McHugh T,Casavant C,Stites D,Oshiro L.AIDS-associated retroviruses (ARV)can productively infect other cells besides human T helper cells. 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Genetic immunization is a simple met hod for eliciting an immune response [J].Nature,1992,356(6365):152 另外文中的图片除图11来自于白老师的课件外，其余均来来自google与百度搜索引擎。 写在结尾的话 终于将这一篇文章完工了～此时心中有点释然～却也不只是完成任务的那般轻松。选取这个题目～以HIV感染为切入点做一个有关这一学期学习的总结～这一个想法也只是偶然出现在我的脑海中～从开始着手搜集资料到现在真将这一想法转变成眼前的字～写的好坏不说～这个颇有些浩大的工程都是我本学期的第一大成就。 很喜欢免疫学这门学科～也很庆幸自己当初的选择～在这一学期的学习过程中我经常感受到这一点～也在平时在免疫专业方面投入了很多精力。但免疫学是一个很庞大的学科体系～以至于想要对整个学科有一个完整的认识都显得有些困难。十月末的时候买到了《基础免疫学》这本数百万字的巨著～精力所限～到现在才看了总篇幅的不到五分之一～还很难说到底掌握了多少。当要做有关一学期所学的总结时～对于这一庞大的网络系统～真有些不知道要从什么地方谈起。有一天偶然有了一个想法～免疫学是研究人体免疫系统的结构与功能以及对外来病原体的反应的～那么能否由一个疾病的发病历程来将我们一学期的所学串成一个链条呢,当时感觉这个想法还是很不错的～随后的问题主要是以哪种疾病作为切入点。那节有关AIDS病的课堂专题让我有了方向感～课堂讨论时老师就围绕AIDS的侵入、传播、对免疫系统的破坏以及疫苗等谈到了很多～课本上有关NK细胞、T细胞功能的章节也多次涉及到了HIV。我觉得从HIV的致病机理以及它与免疫系统功能的关联程度来看～以HIV感染为出发点～应该可以完成这一任务。 正式着手时～是从《基础免疫学》的“人免疫缺陷病毒感染免疫发病机制”章节的阅读开始的～主要是获取有关写作的结构思路的信息。然后就是从CNKI等数据库中～按照HIV病原体、HIV致病机制以及对免疫细胞、免疫分子、免疫组织的作用等不同角度～查找了一些综述文章～再结合与之相关联的本学期的学习内容～列了一个写作提纲。进行到这一步时大 第26页 赵文旭:由HIV瓦解人体免疫系统历程看免疫系统功能的构建 体上还是很顺利的～由HIV感染过程找到相关的免疫学内容～寻找将它们联系到一起的切入点～基本上定下了主要的内容和叙述结构。看完《基础免疫学》上的内容耗去了两天的时间～因为它其中涉及的范围很广～从病毒基因组到复制动力学～从初期感染到AIDS病发～从逃逸机理到临床治疗都包含在内～其中有些东西还是不容易融会贯通的。而后又将初期搜到的十余篇文章打印了出来～以此来丰富对HIV的所知～并思考它与免疫系统功能的关联点。 提纲定的很快～但正式动手写时就不是那么简单了～眼前有免疫课本、遗传课本、分子课本,其中都有免疫基因组的相关内容～但最后未能涉及到～很是遗憾,～以及两本《基础免疫学》、一摞打印资料和两页提纲～眼都有些不管用了～不知该看哪本。按提纲填东西时也常会突然卡壳不知该怎样继续～因为自己的知识积攒还是不够～有些难以驾驭手中的材料和心中的想法。其实基础知识方面平时还是很重视的～但要把它们在写作过程中体现出来却很难～可用的文献都是从HIV致病的各个方面说起～光把它们整合到一起就要花去很多精力～缺少的资料随时从数据库中下载～不明白的地方也要下文章查询～到最后手头居然有五十多篇各类文献～有一半是在文中得到了体现～更多只是解了自己的惑。要在这些内容中再加入所学的基础知识～就要时刻留意其中所述及的内容～还要合理编排～避免把它们做成一个生硬的罗列。克服各种困难～最终报告成形了～原定的目标还是实现了一部分的～其中的有关固有免疫系统以及免疫细胞的联系是很详细的。不过也有很多的东西却未能从更广的方面联系～尤其是有关免疫识别模式、免疫应答的调节和免疫基因组的东西～实在是水平所限～不知如何表述了。 其实这会儿看来～字数还是有些超标了～有很多东西是冗余的～本来可以用更少的字完成以上的内容～从而再涉及更多的其他内容的～尤其是本文并没有从总体上来进行免疫调节的表述以及有关免疫基因组方面的内容。但是已经在上面花了很多时间和精力了～要把费心费力攒起来的东西删去～真有些不忍心～所以老师见谅一下吧。 谢谢老师一学期认真的教导～提前给老师拜个早年～并祝老师工作顺利～08年万事如意: 第27页