第十五章免疫耐受

　第十五章

　免疫耐受 生理条件下，机体免疫系统对外来抗原刺激产生一系列应答以清除抗原物质，但对机体组织细胞表达的自身抗原却表现为“免疫无应答”（unresponsiveness），从而避免自身免疫病。机体免疫系统对特定抗原的这种“免疫无应答”状态称为免疫耐受（immunological tolerance）。免疫耐受可天然形成，如机体对自身组织抗原的免疫耐受；也可为后天获得，如人工注射某种抗原后诱导的获得性耐受。诱导耐受形成的抗原称为耐受原（tolerogen），同一抗原物质既可是耐受原，也可是免疫原，主要取决于抗原的理化性质、剂量、进入途径、机体遗传背景和生理状态等因素。免疫耐受具有高度特异性，即只对特定的抗原不应答，对其他抗原仍能产生良好的免疫应答。因此，免疫耐受不影响适应性免疫应答的整体功能，从而不同于免疫抑制或免疫缺陷所致的非特异性的低反应或无反应状态。免疫耐受和免疫应答相辅相成，二者的平衡对保持免疫系统的自身稳定（homeostasis）至关重要。

　第一节

　免疫 耐受的形成 在胚胎发育期，未成熟的 T、B 淋巴细胞遭遇抗原刺激，无论是自身抗原还是外来抗原，免疫系统不予应答，或不易应答。原则上，这种免疫耐受长期持续，不会轻易被打破。后天生活中，原本具有应答能力的 T、B 细胞克隆，受多种因素影响，也可能丧失反应性，产生免疫耐受，这类耐受能持续一段时间，但可能

　随诱导因素的消失而逐渐解除，重新恢复对相应抗原的免疫应答能力。

　一、胚胎期及新生期接触抗原所致的免疫耐受 Owen 于 1945 年首先报到了在胚胎期接触同种异型抗原所致的免疫耐受现象。他观察到部分异卵双胎小牛的胎盘血管相互融合，血液自由交流，呈自然联体共生。出生后，两头小牛体内均存在两种不同血型抗原的红细胞，构成红细胞嵌合体（chimeras），互不排斥。更有意思的是，将其中一头小牛的皮肤移植给另一头小牛，亦不产生排斥。而将无关小牛的皮肤移植给此小牛，则被排斥。因此，这种耐受具有抗原特异性。

　Medawar 等进一步设想，可能是在胚胎期接触同种异型抗原诱导了免疫耐受。为求证这一假设，他将 CBA 品系小鼠的骨髓输给新生期的 A 品系小鼠。在 A 系小鼠出生 8 周后，移植 CBA 系小鼠的皮肤，此移植的皮肤能长期存活，不被排斥，但移植无品系 Balb/c 小鼠的皮肤，则被排斥。该实验不仅证实了 Owen 的观察，而且揭示：当体内的免疫细胞处于早期发育阶段而尚未成熟时，可人工诱导对“非己”抗原产生免疫耐受。

　Medawar 等的实验为 Burnet 的克隆选择学说提供了重要证据，后者认为，在胚胎发育期，不成熟的自身反应性淋巴细胞接触自身抗原后会发生克隆清除，从而形成对自身抗原的耐受。因为这项开拓性工作，Burnet 和 Medawar 于 1960 年共同获得诺贝尔生理学或医学奖。

　二、后天接触抗原导致的免疫耐受 不仅胚胎期及新生期所接触的抗原会诱导免疫耐受，后天接触到的某些抗原在一定条件下也能诱导耐受形成。后天免疫耐受的形成受到抗原和机体两方面因素的影响。

　（一）抗原因素 1. 抗原 剂量

　抗原剂量影响免疫耐受的形成。

　（1）低带耐受及高带耐受：1964 年 Mitchison 报道：给小鼠注射不同剂量的牛血清白蛋白（BSA），观察抗体产生，发现低剂量（10 -8 mol/L）及高剂量（10 -5 mol/L）BSA 均不能诱导产生特异性抗体，只有注射适宜剂量 BSA（10 -7 mol/L）才致高水平的抗体产生。他将抗原剂量太低及太高引起的免疫耐受分别称为低带（low-zone）及高带（high-zone）耐受。抗原剂量过低，不足以激活 T 及 B 细胞，不能诱导免疫应答。以 T 细胞活化为例，APC表面必须有 10~100 个相同的抗原肽-MHC 分子复合物，与相应数目的 TCR 结合后，才能使 T 细胞活化。抗原剂量太高，则诱导应答细胞凋亡，或可能诱导抑制性 T 细胞活化，抑制免疫应答，从而呈现无应答状态。

　（2）B 细胞耐受及 T 细胞耐受：一般而言，TI 抗原需要高剂量才能诱导 B 细胞耐受，而 TD 抗原在低剂量与高剂量均可诱导耐受。低剂量 TD 抗原可诱导 T 细胞耐受，即低带耐受；高剂量 TD 抗原同时诱导 T、B 细胞耐受，为高带耐受。T、B 细胞产生耐受所需抗原剂量明显不同：T 细胞耐受所需抗原量较 B 细胞

　小 100~10000 倍，且发生快（24 小时内达高峰）、持续久（数月~数年）；B 细胞形成耐受不但需要抗原量大，且发生缓慢（1~2周）、持续时间短（数周）。

　2. 抗原 类型及剂型

　天然可溶性蛋白中存在有单体（monomer）分子及聚体（aggregate）分子。如直接用 BSA 免疫小鼠，可产生抗体。若先经高速离心去除其中的聚体，再免疫小鼠，则致耐受，不产生抗体。其原因是，蛋白单体不易被 APC摄取和提呈。可溶性抗原若与佐剂联合使用，则易被 APC 摄取，并活化 T 细胞，从而诱导正常免疫应答。

　3. 抗原免疫 途径

　口服易致全身耐受，其次依次为静脉注射、腹腔注射，肌内及皮下注射最难诱导免疫耐受。口服抗原，经胃肠道诱导派尔集合淋巴结及小肠固有层 B 细胞，产生分泌型 IgA，发挥局部黏膜免疫效应，但却致全身免疫耐受。这种“耐受分离”（spilt tolerance）现象有其实用意义。另一方面，抗原经皮内或皮下免疫，易活化 APC，诱导免疫应答。

　4. 抗原 持续存在

　如没有 APC 提供的共刺激信号，单纯被自身抗原反复刺激的 T 细胞，易发生活化后凋亡，导致对自身抗原的特异耐受。

　5. 抗原 表位特点

　以鸡卵溶菌酶（HEL）蛋白免疫 H-2 b 小鼠可能导致免疫耐受。现知 HEL 的 N 端氨基酸构成的表位能诱导Treg细胞活化，而其C端氨基酸构成的表位则诱导Th细胞活化。用天然 HEL 免疫，因 Treg 细胞活化，抑制 Th 细胞功能，致免疫

　耐受，不能产生抗体；如删除 HEL 的 N 端 3 个氨基酸，则去除其活化 Treg 细胞的表位，而使 Th 细胞活化，辅助 B 细胞应答产生抗体。这种能诱导 Treg 细胞活化的抗原表位，称为耐受原表位（tolerogenic epitope）。

　（二）机体因素 个体对特定抗原的免疫应答或免疫耐受还受到机体免疫系统发育成熟状态、免疫功能状态、遗传背景以及所属的环境等多方面的影响。

　1. 年龄 及发育阶段

　免疫耐受的诱导一般在胚胎期最易，新生期次之，而成年动物产生免疫耐受比较困难，产生的免疫耐受也不持久，这主要与免疫系统的发育成熟程度有关。未成熟的免疫细胞与成熟细胞相比更易发生免疫耐受，成熟的免疫细胞耐受所需抗原量较未成熟免疫细胞耐受需要的抗原量高数十倍。在免疫系统尚未发育成熟的时期（胚胎期和新生期）静脉注射外来抗原能够诱导终生耐受。另外，全身淋巴组织照射可破坏胸腺及外周淋巴器官中已成熟的淋巴细胞，造成类似新生期的状态，此时淋巴器官中重新生成、未发育成熟的淋巴细胞能被抗原诱导，建立持久的免疫耐受。

　2. 生理状态

　单独应用抗原不易诱导成年个体耐受，与免疫抑制措施联合则可诱导耐受。常用的免疫抑制药物有抗 CD3、CD4、CD8 抗体等生物制剂，以及环磷酰胺、环孢素、糖皮质激素等。这些药物与抗原联合应用诱导免疫耐受已被许多实验所证明，且

　是同种器官移植术中用于延长移植物存活的有效措施。

　3. 遗传 背景

　某种遗传背景的个体对特定抗原呈先天耐受。例如一些个体对乙型肝炎疫苗不产生抗体，可能与其 MHC 遗传背景有关。

　第二节

　免疫 耐受机制 免疫耐受按其形成时期的不同，分为中枢耐受及外周耐受。中枢耐受（central tolerance）是指在胚胎期及出生后 T、B 细胞在中枢免疫器官发育的过程中，遇自身抗原所形成的耐受。外周耐受（peripheral tolerance）是指成熟的 T、B 细胞，遇内源性或外源性抗原，不产生免疫应答，而显示免疫耐受。两类耐受成因和机制有所不同。

　一、中枢耐受 造血祖细胞分别在胸腺和骨髓发育分化为 T 和 B。在输出到外周前，尚未完全成熟的淋巴细胞经历复杂的阴性选择过程，主要借助克隆清除以建立对自身抗原的耐受。中枢免疫耐受机制对防止自身免疫至关重要。T、B 细胞自身发育缺陷或胸腺及骨髓微环境基质细胞缺陷均可能令阴性选择发生障碍，这样的个体易患自身免疫病。

　（一）T 细胞中枢耐受的建立 T 细胞在胸腺发育过程中，编码 TCR 的 V 区基因片段发生重排，产生能够识别不同抗原的 TCR，其中包含能识别自身抗原的TCR。在 T 细胞发育后期，新产生的单阳性细胞迁入胸腺髓质区，

　如果其表达的TCR能与胸腺上皮细胞（thymic epithelial cell，TEC）或胸腺 DC 表面表达的自身抗原肽-MHC 分子复合物呈高亲和力结合，将导致细胞凋亡程序的启动，致使克隆清除（clonal deletion）。此外，部分自身反应性 T 细胞与对应的自身抗原结合后可能发育成为具有免疫抑制特性的自然调节性 T 细胞（nTreg）。这种不同的命运可能与 TCR 信号强度有关，高强度信号易于诱导细胞凋亡，而稍低强度的信号更倾向于诱导产生 nTreg。

　自身抗原有两类：一类是体内各组织细胞普遍存在的自身抗原（ubiquitous self-antigen），另一类是只在特定组织表达的组织特异抗原（tissue-specific antigen）。发育中淋巴细胞是如何接触到后一类抗原的，这一直是令人费解的问题。有关自身免疫调节因子（autoimmune regulator，AIRE）的研究部分解开了这个谜团。自身免疫性多内分泌病-白色念珠菌病-外胚层营养不良症（ autoimmune polyendocrinopathy-candidiasis-ectodermac dystrophy）是由 AIRE 基因突变导致的一种罕见的常染色体隐性遗传病。作为一种转录调控分子，AIRE 驱使很多原本仅在外周组织表达的自身抗原（如胰岛素、甲状腺球蛋白、腮腺蛋白等）在胸腺髓质上皮细胞（medullary thymic epithelial cells，mTEC）异位表达。这些异位表达的自身抗原可直接由 mTEC 提呈给胸腺 T细胞，或者在 mTEC 凋亡后由胸腺 DC 摄取并交叉提呈给胸腺 T细胞，进而诱导自身反应性 T 细胞的凋亡和克隆清除。AIRE 基因缺陷导致 mTEC 不能异位表达组织特异性抗原，针对这些自身抗

　原的 T 细胞得以逃脱阴性选择，进入外周 T 细胞库，并引起自身免疫病。

　（二）B 细胞中枢耐受的建立 阴性选择同样存在于 B 细胞发育过程中。在未成熟 B 细胞阶段，发育中的 B 细胞表面第一次表达功能性的 BCR 复合物。当它们遭遇自身抗原时，若所表达的 BCR 能与自身抗原呈高亲和力结合，则可能导致细胞凋亡和克隆清除。但另有部分自身反应性 B细胞，在受到自身抗原刺激后还可能重新启动免疫球蛋白基因重排，重排另外一个轻链位点，产生具有新 BCR 的 B 细胞克隆，不再对自身抗原产生应答，该过程被称为“受体编辑（receptor editing）”。

　二、外周耐受 淋巴细胞发育过程中的阴性选择并非是完美无缺的。实际上，仍有相当数量的自身反应性 T、B 细胞克隆不能被有效清除，并输出至外周。可能的原因之一是，有些自身抗原（如神经髓鞘蛋白）在骨髓或胸腺中没有表达，故不能诱导未成熟淋巴细胞的克隆清除。针对这些溢出外周的自身反应性淋巴细胞，机体有多种机制抑制其反应性，从而维持自身免疫耐受。

　（一）克隆清除 克隆清除也可能在外周发生。自身反应性淋巴细胞在外周遭遇自身抗原后，如果自身抗原高水平表达，且与 TCR 具有高亲和力，经 APC 提呈后将为 T 细胞活化提供有效的第一信号，如果

　APC 因某种原因不能提供足够强度的第二信号，T 细胞不仅不能被活化，反而会被诱导凋亡。同样的，如果高水平的自身抗原导致 B 细胞受体广泛交联，同时却缺失 T 细胞提供的辅助信号，B细胞也将被诱导发生凋亡。

　（二）免疫忽视 免疫系统对低水平抗原或低亲和力抗原不发生免疫应答的现象称为免疫忽视（immunological ignorance）。如果自身抗原表达水平很低，不能有效活化相应的T或B细胞，即发生免疫忽视。需要指出的是，如果自身抗原水平或者是共刺激信号强度发生显著改变，这类潜伏的自身反应性细胞有可能从免疫忽视状态转变为应答状态。

　（三）克隆失能 在外周，自身反应性 T、B 细胞常以克隆失能（clonal anergy）状态存在。T 细胞克隆失能可能由多种原因所致，最常见者是由不成熟 DC（iDC）提呈自身抗原引起的。在此情况下，虽有 TCR识别抗原肽-MHC 复合物产生的第一信号，但 iDC 低表达共刺激分子 ，且不能产生 IL-12，不能为 T 细胞活化提供第二信号。因此，T 细胞不能充分活化，呈克隆失能状态。失能细胞易发生凋亡，而被克隆清除。但有些细胞能长期存活，在有外源 IL-2 时，可进行克隆扩增而发生免疫应答，导致自身免疫病。

　B 细胞针对胸腺依赖抗原的应答需要 T 细胞辅助。如果自身抗原特异性 T 细胞处于失能状态，对应的 B 细胞即使受到适宜的

　抗原刺激也不能被有效活化，从而呈现免疫无反应状态。失能 B细胞寿命较短，因高表达 Fas 而易于凋亡。此外，B 细胞长期暴露于可溶性抗原时，也会成为失能的 B 细胞，原因在于，可溶性抗原常以单体形式存在，虽能与 B 细胞表面 BCR 结合，但不能使BCR 交联，因而导致 B 细胞失能。

　（四）免疫调节细胞的作用 多种免疫调节细胞也在外周耐受形成的过程中发挥作用。一般认为，与 TCR 具有中等亲和力的自身抗原能诱导发育中的 T 细胞向 Treg 分化，Treg 在外周发挥的抗原特异性或非特异性抑制作用对防止自身反应性 T 细胞不适当活化至关重要。nTreg 细胞一般通过细胞-细胞间的直接接触发挥免疫抑制作用。Treg 细胞还可以由初始T细胞诱导产生（iTreg），主要通过分泌IL-10及TGF-β等细胞因子发挥免疫抑制功能。

　除 Treg 外，近年来还有人报道其他类型的调节性免疫细胞，如调节性 B 细胞、调节性 DC、髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）等，它们也可能在外周免疫耐受维持中起到一定作用。

　（五）免疫豁免部位的抗原在生理条件下不引起免疫应答 从免疫学角度看，机体某些部位非常特殊，如脑及眼前房。将同种异体组织移植到这些部位，通常不会诱导排斥反应，移植物 能 长 久 存 活 。

　因 此 ， 这 些 部 位 被 称 为 免 疫 豁 免 部 位（immunologically privileged site）。产生免疫豁免效应的原因主要

　有：①生理屏障（如血脑屏障）令隔离部位的细胞不能进入淋巴循环及血液循环，而免疫效应细胞亦不能进入这些隔离部位；②局部微环境易于诱导免疫偏离，促进 Th2 型反应，而抑制 Th1型反应；③通过表达 Fas 配体，诱导表达 Fas 的淋巴细胞发生凋亡；④产生 TGF-β为主的抑制性细胞因子，或通过表达 PD-1 配体抑制 T 细胞应答。

　由于针对免疫豁免部位自身抗原的淋巴细胞依然存在，一旦因外伤、感染等原因释放出这类抗原，仍能诱导特异性免疫应答，使之成为自身攻击的靶点。交感性眼炎是一个最典型的例子。

　胎盘是一种更为特殊的免疫豁免部位，其中的血胎屏障将胎儿与母体隔开，使遗传有父亲 MHC 分子的胎儿不被母体的免疫系统所排斥。除物理隔离外，还有其他多种因素参与母胎耐受的建立和维持，如绒毛膜滋养细胞高表达 HLA-G 分子，与 NK 细胞或杀伤性 T 细胞表面杀伤抑制性受体结合，抑制杀伤性免疫细胞的杀伤能力；母胎界面高表达吲哚胺双氧合酶，从而抑制 T 细胞反应等。

　第三节

　免疫耐受 与临床医学 免疫耐受与多种临床疾病的发生、发展及转归密切相关。一方面，丧失对自身抗原的生理性耐受是自身免疫病发生的根本原因；另一方面，对病原体抗原和肿瘤抗原的病理性耐受则可能阻碍正常免疫防御和免疫监视功能的有效发挥，导致慢性持续性感染和肿瘤的发生和发展。临床实践中，对于自身免疫病，人们希

　望能够重建对自身抗原的生理性耐受；而对于慢性感染和肿瘤，人们则希望能够打破病理性耐受，恢复正常免疫应答，最终清除病原体和杀伤肿瘤细胞。同种异体或异种器官移植是另一种更特别的情形。为防止移植物被排斥，常用手段是大量使用免疫抑制剂，但这会造成机体免疫功能普遍和非特异性降低。更好的策略应该是设法诱导抗原特异性免疫耐受，使受者的 T、B 细胞对供者的器官组织特异抗原不产生应答，但仍维持对其他外来抗原的反应能力。为打破或建立免疫耐受，人们进行了艰苦的努力，一些策略和方法在动物模型研究中显示出良好的效果，但离最终用于人体还有相当长的路。

　一、诱导免疫耐受 由于对生理状态下免疫耐受，尤其是外周耐受建立和病理情况下免疫耐受丧失的机制缺乏透彻的理解，人工诱导免疫耐受很大程度上仍是实验性尝试。

　1. 口服 或静脉注射抗原

　口服抗原，可在肠道黏膜局部诱导特异性免疫应答，同时却可能抑制全身性应答。例如，注射髓鞘碱性蛋白（MBP）可诱导小鼠发生实验性变态反应性脑脊髓炎（EAE），如先给小鼠喂饲 MBP，小鼠肠道局部 CD4+T 细胞产生TGF-β及 IL-4，能诱导抗原特异性 B 细胞产生 IgA，同时抑制 T细胞应答；此时再给小鼠注射 MBP 就很难诱导 EAE。口服热休克蛋白 HSP65，能够诱导 Treg 细胞，并对类风湿关节炎有一定治疗效果。在器官移植前，静脉注射供者来源的血细胞，能在一定

　程度上抑制受者随后对同种异型抗原的免疫应答，延长移植器官的存活。

　2. 使用 可溶性抗原或自身抗原肽的拮抗肽

　可溶性蛋白抗原不易为 APC 摄取，而且不能有效诱导抗原受体交联，故不仅不导致淋巴细胞活化，反而常引起耐受。此外，某些肽段能模拟表位肽与 MHC 分子形成复合物，并被 TCR 识别，但却不能有效启动 TCR 下游的信号转导和激活特异性 T 细胞。因此，在确定能诱导自身免疫病的自身抗原肽后，可从人工肽库中，筛选其拮抗肽，用于治疗相应的自身免疫病。该策略曾在小鼠类风湿关节炎模型上取得了良好的效果。

　3. 阻断 共刺激信号

　除抗原受体介导的信号，T、B 细胞活化均需要共刺激信号。实验条件下，通过阻断共刺激信号成功诱导出对多种抗原的耐受，包括以 CTLA-4/Ig 融合蛋白阻断 CD28 与CD80/CD86 间的相互作用；以抗 CD40L 抗体阻断 CD40-CD40L 分子间的相互作用；以抗 LFA-1 抗体阻断 LFA-1-ICAM-1 间的相互作用等。

　4. 诱导 免疫偏离

　已有的实验证据显示，很多情况下，自身免疫性组织损伤是由 Th1 或 Th17 细胞介导的，而 Th2 型应答具有保护作用。因此，人们尝试使用一些细胞因子诱导免疫应答向Th2 型偏离，并抑制 Th1 和 Th17 细胞分化和功能。

　5. 骨髓 和胸腺移植

　小鼠实验中，在同种异体器官移植前，通过供体骨髓细胞输注等方法建立供受者微嵌合体，可以诱导出

　稳定持久的免疫耐受状态，既可预防移植物抗宿主反应（GVHR），又可延长移植物存活时间。在系统性红斑狼疮等自身免疫病患者中，伴随多种自身抗原特异性 T 细胞及 B 细胞的活化，造血微环境和造血干细胞受到损害，如果给患者移植骨髓及胚胎胸腺，可部分建立正常免疫系统的网络调节功能，减轻或缓解自身免疫病。

　6. 过继 输入抑制性免疫细胞

　在体外扩增 Treg，然后再输入到受者体内，有助于自身免疫病的控制。此外，还有临床前研究或临床试验结果显示，输入耐受性树突状细胞、巨噬细胞或间充质干细胞等同样有利于免疫耐受的建立。

　二、打破免疫耐受 在慢性感染和肿瘤患者中，常因缺乏活化型辅助刺激分子或Treg 水平的异常升高导致病理性免疫耐受。针对这类分子或细胞的措施有可能打破免疫耐受，恢复免疫应答。

　1. 阻断 免疫抑制分子

　利用针对 CTLA-4、PD-1 等分子的封闭抗体阻断这些负向调节分子对免疫应答的抑制作用。在大规模肿瘤免疫治疗的临床试验中，该策略显示出令人鼓舞的疗效。

　2. 激活 共刺激信号

　采用共刺激分子（CD40、4-1BB、GITR、OX-40 等）的激动性抗体可以增强抗原特异性的 T 细胞应答。

　3. 减少 Treg 的 数量或抑制 Treg 的 功能

　利用抗 CD25 抗体，可以部分去除体内的 Treg，增强免疫应答。此外，有研究发现，小鼠 Treg 表达 TLR9，用其相应配体（CpG）可逆转 Treg 的抑制功能，增强抗肿瘤免疫。这对人类的肿瘤免疫有参考价值。

　4. 增强 DC 的 功能

　未成熟 DC 具有诱导免疫耐受的功能，应用免疫佐剂和刺激 TLR 的分子可促进 DC 的成熟。上调细胞表面MHCⅡ类分子和共刺激分子的表达，使得耐受信号转变为激活信号。此外，据报道在 DC 表达共刺激分子 CD27 的配体 CD70，可有效打破 CD8+T 细胞耐受，使机体产生具有保护作用的抗病毒免疫应答。

　5. 细胞 因子及其抗体的合理使用

　IFN-γ能上调 Mφ及 APC表达 MHCⅡ类分子，增强 Mφ及 APC 加工及提呈抗原的能力。IFN-γ 自身及其诱导 Mφ产生的 IL-12 可促进 Th1 细胞分化和功能，增强迟发型超敏反应及效应 CTL 产生。GM-CSF 与其他细胞因子联合应用，既可以支持粒/单核细胞生成，又可诱导 DC 成熟，用于增强抗肿瘤免疫应答的免疫治疗。肿瘤细胞常产生 TGF-β，抑制免疫应答，抗 TGF-β抗体可能具有治疗作用。

　思考题 1.试述免疫耐受的特点及其生物学作用。

　2.试述免疫耐受形成的主要机制。

　3.建立和打破免疫耐受常用策略有哪些？