《Cell》免疫专刊——探索免疫学新视角

文摘   2024-09-07 03:08   德国  
由Yale大学Ruslan Medzhitov与Akiko Iwasaki撰写的文章讨论了现代免疫学的几个关键概念和框架,并提出了一些当前免疫学无法解释的现象。文章重点讨论了免疫系统的复杂性,包括固有免疫与适应性免疫之间的关系、抗原识别的多样性以及免疫记忆的局限性。研究者认为,在当前免疫学框架下,某些现象还没有得到充分解释,因此需要探索新的视角和理论。

  • 现有免疫学框架的局限性

  • 主要内容:文章指出,尽管免疫学的关键理论(如克隆选择理论、抗原受体多样性、免疫记忆、先天免疫对适应性免疫的调控等)奠定了学科的基础,但在解释某些免疫现象时仍显不足。

    问题:例如,我们还无法解释为什么一些疫苗不能提供持久的免疫力,或者为什么某些自身免疫疾病只攻击特定的抗原。此外,感染后的免疫反应有时比感染本身造成更大的伤害,表明现有的免疫学框架在某些情况下无法完全解释免疫系统的工作机制。

    重要性:这表明,在这些关键问题上,免疫学的假设和理论可能需要重新审视,新的研究视角将有助于我们更好地理解免疫系统的复杂性。

    图1. 各种淋巴细胞刺激所需的完整信息包的分布建议

    每种淋巴细胞类型的正确刺激都需要由不同来源组合而成的信息包——包括抗原和病原体引发的非抗原信息,二者在不同程度上各有贡献。例如,表达恒定TCR的先天样淋巴细胞(如NKT细胞、MAIT细胞)识别应激诱导的恒定抗原,这些淋巴细胞所需的刺激信息完全来自抗原。而在另一个极端,分泌广泛中和抗体的B-2细胞则需要多轮刺激和在生发中心的选择,并伴随着强大的T滤泡辅助细胞(TFH)支持,累积了大量的B细胞受体(BCR)的体细胞高频突变(SHM)。在这种情况下,信息包主要来自PRR(模式识别受体)激活的抗原呈递细胞(APC),导致了TFH的诱导,抗原通过补体涂层显示在滤泡树突状细胞上,而来自抗原本身的信息则相对较少。
  • 免疫系统的复杂性

  • 抗原识别的多样性:适应性免疫系统中的T细胞和B细胞通过抗原受体识别抗原,这些抗原受体不是由基因直接编码,而是通过随机的VDJ基因重组等过程生成。这种随机性带来了巨大的抗原受体多样性,但同时也限制了这些受体在抗原识别中的信息量。

    问题与解决机制:由于抗原受体无法区分抗原的来源(自体或外界),免疫系统依赖先天免疫系统提供的额外信息来帮助判断。这种复杂的协作机制使免疫系统能够更有效地应对各种病原体。
  • 免疫记忆的拓展

  • 传统观点:免疫记忆通常被定义为抗原特异性的免疫细胞在感染后存储的信息,这些细胞经过克隆选择并形成长期存活的记忆细胞。

    新思路:文章提出,免疫记忆可能不仅存储抗原识别信息,还包括与感染途径、感染类型相关的更多信息。通过关联学习(类似于神经系统的学习机制),免疫系统可能在应对感染时学会如何根据感染成功与否来调整未来的免疫反应。

    实例:研究发现,短暂的急性感染比慢性持续感染更容易生成高效的免疫记忆,因为慢性感染可能意味着免疫反应的某些方面失败了。这样的机制暗示免疫系统可能通过某种形式的反馈机制,调整未来的反应强度和效率。
  • 疫苗的挑战与未来方向

  • 成功与不足:尽管疫苗是免疫学的重大成就之一,但目前仍有许多病原体(尤其是快速变异的呼吸道病毒,如冠状病毒和流感病毒)无法通过传统疫苗提供持久的免疫力。现有的疫苗如麻疹、腮腺炎和风疹(MMR)疫苗通过引发长期抗体反应取得了成功,但面对变异频繁且传播迅速的病毒,传统策略效果有限。

    未来方向:文章提出,未来的疫苗研发应着重于诱导黏膜免疫,尤其是在病毒初始进入点(如鼻腔和呼吸道)建立长期有效的IgA抗体反应。通过在黏膜表面产生持续的局部抗体,能够更快地阻止病原体传播,从而提高疫苗的保护效果。

    图2. 感染循环及干预目标

    病原体通过粘膜表面或皮肤破损(如通过媒介传播)进入宿主(进入阶段)。病原体在进入部位附近定殖并进行复制(复制阶段)。某些病原体会扩散到其他器官并在那里建立复制(储存阶段),而另一些病原体则留在进入部位内。病原体从复制或储存的部位脱落,从而传播到下一个宿主(传播阶段)。传统疫苗(如MMR疫苗、小痘疫苗)诱导的免疫反应会干扰病原体的扩散过程。黏膜疫苗有望在复制部位干预,可能减少病原体负荷、脱落和传播。星号表示需要超出当前免疫学框架理解的过程。
  • 免疫系统的非经典功能

  • 多功能性:免疫系统不仅仅负责抵御外来病原体,它在体内还参与了组织修复、代谢调控等关键的生理过程。例如,巨噬细胞不仅负责消灭病原体,还参与清除凋亡细胞、组织重塑以及维持组织稳态。

    进化角度:文章通过讨论“外适应”现象,提出免疫系统的一些功能可能是其进化过程中逐步获取的,这些功能最初并不是为了应对感染而演化出来的。例如,巨噬细胞最初的功能可能是组织维护,而不是对抗病原体。
  • 自身免疫机制的假设

  • 新假设:文章提出了一个新概念,称之为“Tx细胞”,这些细胞具有特意保留的自我反应性,用于执行体内的稳态调节功能。正常情况下,Tx细胞可能通过分泌细胞因子等机制调节组织功能,但当这一过程失调时,可能会引发自身免疫疾病。

    病理机制:作者指出,一些自身免疫病可能源于Tx细胞的失控反应,例如在类风湿性关节炎或多发性硬化症中,自身反应性的T细胞在正常组织修复和免疫调节过程中失调,导致疾病发生。

    图3. 提出的具有内感受功能的Tx细胞及其在胸腺中的选择机制

    假设的Tx细胞是有意保留的自我反应性细胞。这些细胞识别特定的自我抗原,这些抗原可能是细胞类型特异性的(如髓鞘碱性蛋白,MBP)或与细胞状态相关的(如功能性抗原,例:胰岛素、酪氨酸酶)。Tx细胞通过识别这些自我抗原来监控组织状态,并通过其效应功能诱导适当的变化。根据上下文,它们也可能参与癌症监视或自身免疫反应。

    图4. Tx细胞和Treg细胞在组织功能中的对立作用的假设模型

    (A) Tx细胞促进组织的可诱导功能,而Treg细胞将组织恢复到稳态。提供了两个示例,Tx细胞诱导干细胞分化,而Treg细胞促进干细胞自我更新和维持。

    (B) 示意图表示稳态变量(HVs)如何通过传感器感知,传感器作用于介体以引发效应反应,进而抑制HVs。Tx细胞诱导偏离稳态设定点,而Treg细胞将变量恢复至设定点。


Medzhitov R, Iwasaki A. Exploring new perspectives in immunology. Cell. 2024;187(9):2079-2094. doi:10.1016/j.cell.2024.03.038

Dr Leo
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