疫苗学
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2023年3月17日发(作者：biqs)疫苗接种的免疫学机制
虽然许多疫苗已十分成功地使用了几十年，但我们对于这些疫苗在哺乳动物的免疫系统
中的作用以及这个系统如何获得各种不同的反应却知之甚少。例如，在一个病毒的减毒
活疫苗的发展过程中，其基本判定标准是疫苗不仅要安全，并且当一个接种者在近期暴
露于一种野病毒后，接种该疫苗能够有效地保护接种者免于发生这种疾病。这种需求是
很大的，例如，暴露于麻疹病毒之后，引起发病率的明显升高和在没有免疫力的人群中
的死亡率升高。
目前所发展的病毒和细菌疫苗有以下两个特征：
1.一种病原体引起一种急性感染（例如，许多病毒和所有的细胞外细菌感染）；或，假
如这种病原体不会迅速导致宿主死亡，则宿主的免疫应答会在大约一周之内清除这一感
染。
2.这种病原体的抗原性是稳定的；或，假如存在着不同的血清类型（例如，麻疹病毒
和脊灰病毒的三个亚型），这些血清型也保持着抗原性的基本稳定。
没有这些特征的病原体主要是流感病毒，一种新流感疫苗的抗原性只能适合于当年流行
的病毒株。具有上述两种特征的病原体，其疫苗主要是能诱导肌体产生高滴度的抗体来
中和所有野毒株所致的感染。能够逃脱这种抗体中和作用的野毒株为数很少，但它极易
引起一种亚临床感染。感染性病原体的这种特征，脊灰疫苗就是一个例证，例如，如果
该疫苗在接种者体内能产生一定滴度的特异性抗体，那么这种疫苗就是成功的。一个亚
单位或半抗原包含了一些抗原性成分，这些抗原成分具有抗原决定簇，在这样的情况下，
如果其免疫原性是充分的，那么这种疫苗也是成功的。
面对由病原体所引起的慢性感染而需要研制一种新疫苗时（例如，疟原虫和一些细菌、
依原体），就需要更好地理解这种传染病的免疫机制，这样的情况见于病原体的抗原发
生了实质性的变化（例如人体免疫缺陷病毒HIV），或是这些抗原的联合作用。这就需
要对哺乳动物免疫系统的功能和背景有更多的了解，因此，在90年代中，在疫苗学领
域中包括了更多的免疫学家。
本章简要概括了目前对获得性免疫系统的认识，该系统不同成分研究的新方法，以及
对一种有效疫苗的预期要求等方面内容。更为详细的介绍请参考其他文献。
----------哺乳动物的自然免疫系统
哺乳动物有两套免疫系统——先天性的（非特异性的，非适应性的）和获得性的（特
异性的，适应性的）。两者都为适应自然生存所必须。前者由一系列特殊的细胞，诸如
巨噬细胞、中性粒细胞和自然杀伤细胞（NK）以及这些细胞的不同产物，诸如细胞分
裂素、α-、β-、γ-干扰素（IFNs）、趋化因子、大分子蛋白质诸如C-反应蛋白和一些补体
所组成。先天性免疫成分在感染发生后的几分钟或几小时内发挥作用。这是先天性免疫
系统的一个必需的过程，因为在获得性免疫产生作用前几天（有时甚至更长）的时间里，
是它在发挥保护作用。过去认为，先天性免疫系统和获得性免疫系统是有根本区别的，
而现在则认为这两个系统是相互作用、相互重叠的。γ-IFNs是一种重要的细胞分裂素，
通常被称为免疫干扰素，因为它过去被认为仅仅是通过T细胞产生，而现在已经知道它
也可以通过NK细胞产生。另一个例子是补体的经典和替代激活途径，虽然两者的效应
器是相同的，但激活途径却不同，前者被认为是由抗原--抗体复合物激活，而后者被认
为是由病原体表面的物质所激活。
-------获得性免疫系统
获得性免疫系统建立在自然免疫进化过程之上，与自然免疫系统不同的两个重要性质
是：高度的特异性和回忆性，两者均为淋巴类细胞所共有的排它性质。疫苗的发展完全
建立在这两个性质之上，本章的其余章节概括了目前我们对有关获得性免疫系统的重要
性质的了解。这个系统有三个主要成分，即两类淋巴细胞和在抗原表达中具有特异性的
树突状细胞和巨噬细胞等。
两类淋巴细胞
体液免疫B淋巴细胞表面的免疫球蛋白（Ig）受体识别并与抗原决定簇作用，复合物
被吞噬并在细胞内被处理。因此要完成的第一个步骤是激活并以不同的方式生成浆细
胞。浆细胞分泌不同亚型的抗体（IgM、IgG、IgA、IgE），并在细胞表面产生与其密切
相关的特异性IgM和IgD受体。当这些抗体被分泌时，这些抗体在体内循环并使浆细
胞产生非依赖性的活性。抗原决定簇是由多肽或糖类或更为常见的一种形态：即由相近
的分子结构序列或由相近的分子所形成（约为25×25A）。这种相近的分子结构序列或分
子结构也被称为不连续的抗原决定簇。这两种类型的抗原决定簇有严格的三维空间结
构。
细胞介导的免疫反应由T淋巴细胞（来自胸腺）介导的反应称为细胞免疫，尽管其中
许多反应实际上是由促细胞分裂素分泌的因子所介导的（也称为白细胞介素[ILs]并归类
于IL系列）。与体液免疫相反，促细胞分裂素的作用是短暂的。尽管许多细胞，包括B
细胞，都有表达促细胞分裂素和化学激活作用的受体，但T细胞是主要产生者，同时也
是这些因子的应答者。T细胞比B细胞具有更多的分类变化并有三种不同的受体表达：
（1）T细胞的特异性受体（TCR），它能够识别和处理由抗原呈递细胞（APC，由α和
β两条链组成）呈递的抗原；（2）由APC表达的复合刺激物（costimulator）分子的特异
性受体；（3）识别一系列促细胞分裂素的受体。
根据抗原的不同类型，两类T细胞主要分为表达CD4或CD8，它们都是由TCR的辅
助分子的功能所决定。CD4+T细胞和CD8+T细胞分别由I类或II类主要组织相容性复
合物（MHC）限制细胞所制约，因为它们能够识别存在于APC表面的II类MHC或I
类MHC分子的抗原多肽。CD4+T细胞的一个主要作用是帮助B细胞产生抗体；因此
它们也被称为辅助T细胞（Th）。在人和小鼠体内，有两种Th细胞的亚群—Th1和Th2
细胞：根据产生不同的细胞分裂素和不同的效应功能所区分（见表3-1）。相对于CD4+T
细胞，CD8+T细胞的主要功能是识别和溶解被感染的靶细胞；因此它们也被称为细胞
毒T淋巴细胞（CTLS）。CTLS的这个功能首先在被病毒感染的细胞中得以证实，并且
在被细菌和寄生虫感染的细胞中也见到了同样的情况。CTLS与Th1细胞所分泌的促细
胞分裂素很类似，因此把CTLS和Th1细胞归类于1型细胞，而Th2细胞归类于2型细
胞。最新的证据表明，CD8+T细胞在暴露于由Th2细胞所分泌的细胞分裂素IL-4以后，
CD8+T细胞也可以转化成与Th2细胞相类似的形式。按照CD4+T细胞亚群的命名方法，
现在也有两种CD8+T细胞的亚群被称为细胞毒T细胞类型1和类型2（Tc1和Tc2）。
表3-1列出了一些具有αβ-链受体的CD4+和CD8+T细胞的性质，具有γδ-链受体的第
二组T细胞的描述见以后章节。
在免疫反应中，T细胞起着主要作用。因为它们是在感染发生后产生有效的获得性免
疫系统的首要成分，它们必须能在淋巴系统中自由循环。
抗原呈递细胞
尽管B细胞受体可以直接识别一种外来抗原（这些抗原常常是从一种蛋白质到聚合蛋
白质），但TCR所识别的是经过APC处理过的抗原。来自外部抗原的多肽与自身抗原
即MHC相结合，形成一个在细胞表面表达的复合物。一般说来，除了不稳定的物质外，
非感染性物质（例如，蛋白质）都是通过细胞浆中的溶酶体途径进入细胞。这些物质在
溶酶体内降解后，其肽链以适当的形式与MHCII分子形成复合物。相反，如果一种感
染性病原体进入APC的细胞浆内并进行复制，一些新合成的蛋白质（也包括自身蛋白
质）被降解成能与MHCI分子相结合的肽链，形成复合物在细胞表面被表达。这两种
途径的划分不是绝对的。A蛋白可与细胞膜融合，一些蛋白质也可逃避溶酶体的作用，
蛋白质无论以何种途径进入细胞浆内，都会发生CD8+T细胞的反应。另外，现在所使
用的一系列的佐剂也能促进CD8+T细胞对那些原本不能引起该反应的抗原发生反应，
这个问题在以后的章节中还要叙述。APC的另一个重要性质是表达存在于自然T细胞
表面受体的复合刺激物分子。没有这种刺激信号，自然T细胞就不能被激活。
能高度表达MHC和复合刺激物分子的细胞常常被称为专职的APCs。这些细胞的大
部分是各种树突状细胞，通常也称为遮盖细胞，因为它们广泛的被折叠在细胞的浆膜中。
这些细胞是活动的，特别是在淋巴液中可观察到。它们的主要任务是把感染性抗原的成
分运送到淋巴结，在淋巴结中，它们与自然（或记忆）T细胞接触的机会最大。巨噬
细胞也有APCs的作用，特别是对特殊的物质（例如，细菌），另外对B细胞抗原特别
是对激活或产生T细胞的免疫记忆也起着重要作用。
图3-1表明了T细胞介导的以细胞反应为主的途径和B细胞的激活和分化为效应细胞
的过程。在图3-1A中没有表明Tc2细胞的反应方式，因为其途径现在尚未肯定。