免疫学-病毒感染与免疫机制

现代免疫学1.病毒感染之后如何诱发机体产生免疫应答并产生免疫保护作用？2.同一种病毒再次感染机体，发生的免疫应答有何变化？病毒是除了类病毒外最简单的生命有机体，由核酸和包裹核酸的蛋白质衣壳组成。病毒完全依靠宿主细胞的生物合成系统来复制病毒蛋白及其遗传物质并进行病毒体组装。他们利用细胞表面受体感染细胞，其中许多与免疫系统有关。病毒成功感染宿主细胞后，其遗传物质暴露于胞质内，并开始指导病毒大分子的合成以及病毒体的组装。少数病毒如CMV能与宿主细胞和平共处，长期寄生，称之为非细胞毒性病毒。多数病毒是细胞毒性病毒，其在胞内的繁殖和寄生很快导致宿主细胞的死亡。机体针对病毒的防御在3个层次上展开，1）抑制病毒在宿主细胞内的复制与繁殖——IFN和TNF等细胞因子；2）杀伤被病毒感染的宿主细胞——NK细胞和CTL；3）阻断病毒感染细胞的能力——中和抗体。1.针对病毒感染的固有免疫应答：在针对病毒入侵的强有力的特有免疫建立之前，固有免疫应答是机体抵御病毒入侵的第一道防线。主要是通过I型干扰素对病毒的抑制和自然杀伤细胞对感染细胞的杀伤来实现的。病毒通过皮肤或黏膜表面进入机体后遇到NK细胞，后者通过细胞裂解作用而将被病毒感染的细胞清除。这是在特异性免疫应答尚未建立的病毒感染早期机体抗病毒感染的主要方式。病毒双链RNA可以刺激受感染组织细胞、巨噬细胞以及单核细胞等分泌产生IFN-α和β等I型干扰素，以诱导临近细胞进入抗病毒状态。【图：干扰素的抗感染作用：细胞被病毒感染后表达并分泌干扰素-左，干扰素作用与临近细胞，使其进入抗病毒状态-右】干扰素通过与核细胞表面的I型干扰素受体结合，促使细胞产生可抑制病毒复制的酶以达到对病毒的抑制，从而抗病毒感染。I型干扰素还能激活NK细胞，使其更有效地杀伤被感染的宿主细胞，清除病毒赖以藏身和复制的“工厂”。NK细胞大量分泌IFN-γ，发挥免疫调节作用。巨噬细胞受到病毒和IFN-γ的刺激后被活化，分泌IL-1IL-6IL-8IFN-γ和IL-12等细胞因子和趋化因子，促进毛细血管内皮细胞上调粘附分子，以便于中性粒细胞和单核细胞浸润感染局部。固有免疫对于防控病毒的入侵和感染有着重要的作用，然而病毒一旦已经完成入侵并造成感染，特异性免疫应答，特别是T细胞介导的特异性免疫将发挥消除病毒感染的决定性作用。2.针对病毒感染的适应性免疫应答：病毒可借助其表面的受体分子和宿主细胞表面相应分子结合从而感染细胞，机体针对入侵病毒表面分子产生的特异性抗体在防治病毒感染的体液免疫中发挥重要的作用，这些抗体可作用于感染早期体液中的病毒和感染细胞溶解后释放的病毒。抗体的抗病毒效应体现在以下几个方面：1）中和病毒感染力：抗体与病毒表面蛋白质的结合可以阻断其与细胞表面受体的接触或者干扰病毒向细胞内的侵入，黏膜表面的IgA分子在这方面的作用尤为重要；2）致敏病毒颗粒：抗体结合病毒之后通过激活补体导致病毒颗粒直接被裂解，在此过程中产生的C3a和C5a等补体片段趋化白细胞；3）介导抗体依赖的细胞毒作用——ADCC：有些病毒膜蛋白能够表达于被感染宿主细胞的表面。病毒特异性抗体通过对这些病毒蛋白的识别标记被感染细胞，诱发NK细胞和巨噬细胞对这些细胞的杀伤。病毒感染后或接受疫苗后产生的特异性抗体可有效防止机体被同种病毒被再度感染，在病毒感染初期对机体发挥一定的保护作用，然而体液免疫产生的抗体不可能完全消除病毒的入侵，特别是病毒感染细胞后进入潜伏期状态，病毒DNA整合到宿主细胞DNA中，体液免疫无能为力。彻底清除病毒感染有赖于细胞免疫应答的作用。从已被感染的细胞内彻底消除病毒起决定因素是细胞毒T细胞（CTL），绝大多数是CD8+T细胞，它们在体内最主要的功能就是发挥对病毒感染的免疫监视作用。在TFN-α的诱导下，组织中的树突细胞DC进入成熟状态并携带病毒抗原向引流淋巴结迁移。DC在迁移的过程中将病毒抗原加工处理并开始表达高水平MHC分子和共刺激分子。由于病毒蛋白是在细胞质内复制的，病毒抗原肽可以经I类呈递途径被MHC-I类分子呈递于细胞表面。CTL在接受被加工过的病毒抗原肽后，在CD4+T细胞分泌的细胞因子辅助下活化扩增。扩增后的CTL可作为效应细胞直接杀死病毒而发挥抗病毒作用；同时被感染细胞内的核酸酶活性增加，有助于降解病毒DNA/RNA。【图：病毒抗原的呈递途径】宿主初次感染3-4天之后外周血中开始出现病毒特异性CTL，7-10天时达到高峰，然后特异性CTL的数目逐步下降【图：针对病毒感染的免疫应答：在病毒感染初期，组织细胞分泌的干扰素等细胞因子发挥重要抗病毒作用，NK细胞能够杀伤被感染的宿主细胞】，病毒特异性CTL随血液循环进入被病毒侵袭的组织部位，杀伤被病毒感染的靶细胞；相对应的病毒数量呈现先高后低直至被清除的走向。病毒感染除了诱导较强的CTL应答，还诱导较强的CD4+T细胞和体液免疫应答，因为病毒抗原也可以经II类抗原呈递途径被抗原呈递细胞（APC）呈递给辅助性T细胞（CD4+T）细胞。淋巴结中滤泡树突细胞（FDC）捕获随引流淋巴液而来的病毒颗粒或病毒蛋白，并将其展示于细胞表面。在病毒特异性CD4+T细胞的帮助下，能够识别病毒抗原的B细胞被活化并产生病毒特异性抗体。患者血清中针对病毒的IgG类抗体大约在感染一周后出现，可保持几个月甚至更长时间。针对病原的免疫记忆：人和动物经历了某种病原感染后会获得针对该病原体的特异性免疫力，并在随后较长一段时间甚至终生保持针对该病原的免疫力。原理是病毒诱导处产生抗原特异性的记忆T细胞和记忆B细胞，发生急性感染后，外周血中的特异性CTL和Th细胞数量骤增，随着病原体被清除，此类T细胞大量消失，只有少数记忆性T细胞在体内长期存在，他们能在遇到同一种病毒时介导“回忆反应”，迅速而有效地控制感染。急性感染后宿主血清中的特异性IgG抗体长时间内（数月甚至数年）维持较高水平，其原因是体内不断有少数记忆B细胞自发分化为浆细胞并分泌抗体。也有假说认为迁入骨髓的浆细胞变为长寿细胞，能长期不断分泌特异性抗体。黏膜急性感染后也会出现黏膜表面IgA型特异性抗体浓度增加的现象，但维持时间通常为几个月~1年。图：急性病毒感染后，血清中的抗病毒IgG抗体迅速升高。脾脏中产生病毒特异性抗体的浆细胞含量在急性感染被清除后迅速减少，少数浆细胞迁入骨髓并维持病毒特异性抗体的长期产生。当机体再次遇到病毒感染时，记忆B细胞迅速分化为浆细胞和新的记忆细胞，在2-3天内产生大量高亲和力抗体。病毒感染的转归：病毒穿过皮肤或黏膜进入机体后，固有免疫应答有可能造成病毒感染的“流产”。否则病毒在组织中开始繁殖、蔓延，形成局部感染灶并开始诱导适应性免疫应答。一般情况下，急性病毒感染约2周后被彻底清除。若进入机体的病毒不断成功地逃逸免疫系统的控制，则可能在体内长期寄生，病毒感染转为慢性，甚至传染他人。