导 读
在感染的早期反应中，先天免疫和适应性免疫可同时发生作用。先天免疫系统通过产生危险信号作出反应，而适应性免疫系统通过激活淋巴细胞作出反应。抗原与受体结合可启动保护性反应。本章讨论了B淋巴细胞和T淋巴细胞激活从而产生宿主防御反应的机制。如上图所示，在抗原结合之后，信号被转导、放大、并在几分钟内通过细胞传递到细胞核。在各种生化变化之后，细胞就会产生反应。本章描述了从刺激到反应的一些细节。
首先，抗原必须被识别，然后必须将这种识别的信号传递到细胞内部并产生反应。将抗原识别的分子事件转化为细胞反应的过程被称为信号转导。细胞内分子在信号转导中起着非常重要的作用。它们诱导“第二信使”致生化途径被激活，将信号放大至整个细胞。在生化途径的末端是转录因子，一旦激活，就会启动新的基因转录，从而导致细胞功能的变化，包括增殖、分裂和分化。
这章关于B和T淋巴细胞激活的综述解释了一些免疫抑制药物的作用，并阐明了淋巴细胞激活机制，可为进一步了解如何设计新的免疫调节剂提供帮助。
抗原受体
B细胞和T细胞抗原受体是细胞表面多分子蛋白质复合物的一部分(T细胞抗原受体在第7章描述过，B细胞抗原受体在第4章和第5章描述过)。尽管膜结合免疫球蛋白(Ig)和αβ(或γδ)T细胞受体(TCR)都有跨越细胞膜并延伸到细胞质的蛋白质链，但它们的细胞质序列都很短。这些短小的细胞质“尾巴”在与激活淋巴细胞的细胞内分子相互作用时是无效的。因此，其他蛋白质必须与“受体”蛋白质相互作用才能发挥有效的信号转导。在功能上，B细胞受体(BCR)和TCR都是多分子蛋白质复合体，其中其他几种蛋白质与细胞表膜上的抗原受体蛋白非共价连接在一起。BCR和TCR复合体的主要蛋白质成分如Fig11.1和Fig11.2所示。
B细胞受体
从功能上，BCR是由膜结合免疫球蛋白(mlg)和两种不变蛋白Igα和Igβ组成的复合体。如Fig11.1所示，Igα和Igβ以二硫键连接的异二聚体的形式与mIg结合。Igα-Igβ异源二聚体是mIg在细胞表面表达和信号转导所必需的。Igα和Igβ的胞内区足够大，可以与细胞信号蛋白相互作用。Igα和Igβ都含有在几个受体分子中发现的序列，包括被称为免疫受体酪氨酸激活基序(ITAM)的TCR复合体的蛋白质。ITAM在B细胞和T细胞的信号转导中都是必不可少的。ITAM序列含有酪氨酸，在细胞激活过程中被酪氨酸激酶(PTKs)磷酸化。然后，磷酸化的ITAM与细胞质信号蛋白相互作用。通过这种方式，ITAM将激活信号从细胞表面传递到细胞质中。
T细胞受体
功能上，TCR复合物由TCRαβ(或γδ)链和其他六种参与信号转导的蛋白质链组成。TCRαβ(或γδ)链与APC上的MHC-抗原复合体结合，但它不能单独有效地向T细胞发出结合抗原的信号。这需要通过与辅助蛋白链CD3和ζ(zeta)合作实现。CD3由4条链组成，γ链和δ链各1条，ε链2条。TCR复合体中有2个ζ链(见Fig11.2)。CD3和ζ链都有大量含有ITAM的胞内区。
B细胞和T细胞激活的启动
B细胞和T细胞的激活有几个条件。对于第一信号，受体复合体必须聚集在一起。对于B细胞，这可以通过多聚抗原使受体分子交联而发生。但这种情况在可溶性蛋白抗原中很少发生，一般还需要其他表面分子参与来增强信号传递(见后文)。B和T细胞都需要第二个信号才能激活。这些被称为共刺激信号(costimulatory signals)的第二种信号的性质将在第16章中介绍，同时还将介绍B细胞和T细胞相互作用的更多细节。其他被称为共受体分子(coreceptor molecules)的细胞表面分子也参与了主要信号的传递。共受体分子在B细胞和T细胞激活中的作用将在后面解释。
TCR的聚集涉及TCR与APC上的MHC-抗原复合物结合。似乎只占用几百个TCRs就足以启动一个主激活信号。同样，T细胞激活需要APC提供的第二个共刺激信号。与B细胞一样，共受体分子有助于T细胞的激活。CD4和CD8在T细胞上起共受体分子的作用。他们的作用也将在后面进一步讨论。最后，所谓的辅助分子(accessory molecules)促进T细胞-APC的接触和TCR-MHC-肽的结合。这些辅助分子主要是一些黏附分子，如T细胞表面的CD11a或白细胞功能相关抗原1(LFA-1)，它们可以与APC上的CD54或细胞间黏附分子1(ICAM-1)结合。这些黏附分子将在第13章进一步讨论。T细胞受体-MHC、共受体分子和黏附分子一起在APC和T细胞之间形成免疫突触(见Fig7.8)。
共受体分子在B细胞激活中的作用
如前所述，如果没有Igα/Igβ和CD3等蛋白的帮助，B细胞和T细胞上的抗原特异性受体就无法传递信号。然而，最佳的信号传递需要更多的细胞表面分子成为共受体分子。B细胞共受体分子(Fig11.3)可以与BCR聚集到一起，使得信号传递效率提高数千倍。如Fig11.3所示，B细胞共受体由三种蛋白质组成:CD21，也称为补体受体2(CR2), CD19和CD81。与补体成分C3d结合的蛋白质抗原(见第20章)可以同时与CD21和BCR结合。CD21-CD19-CD81共受体复合物能够与BCR聚集和交联，并诱导CD19细胞内尾部的磷酸化反应。这种磷酸化使属于类似酶家族(Src家族)的PTKs能够与CD19的细胞质尾部结合，增加BCR周围信号分子的浓度，从而提高信号传导的效率(见Fig11.3)。
共受体分子在T细胞激活中的作用
只有当共受体分子参与时，才能通过TCR发出最佳的激活信号。TCR共受体分子为CD4和CD8(Fig11.4)。正如第7章和第10章所讨论的，CD4与MHC II类分子结合，CD8与MHC I类分子结合。例如，当TCR与APC上的MHC II类多肽复合物结合时，T细胞上的CD4与MHC II类分子结合(Fig11.6)。酪氨酸激酶Lck是一种Src激酶，与CD4(和CD8)的胞浆结构域相关。因此，当CD4与MHC II-多肽复合物结合或CD8与MHC I-多肽复合物结合时，Lck也会定位于TCR复合体。
Lck在T细胞的信号级联反应中是不可或缺的，而且共受体分子的参与增加了这些信号分子在TCR附近的集中。据估计，CD4或CD8共受体的存在可以将触发T细胞反应所需的MHC-肽复合物的数量减少约百倍。
信号传导机制
细胞内分子，主要是 PTKs和蛋白酪氨酸磷酸酶(PTPs)，形成受体激活和生化通路激活间的联系，放大和传递信号。在与BCR交联的几秒钟内，Src家族的PTK酶(Box11.1）使受体蛋白胞质尾部的ITAM磷酸化(Fig11.5)。受体尾部的磷酸化将其他信号分子吸引到受体的细胞质一侧。在B细胞中，关键分子是另一种被称为Syk的PTKs，它与Igα和Igβ中磷酸化的ITAM序列结合，然后自身被磷酸化激活。Syk可能被与BCR相关的Src家族激酶磷酸化，如Fig11.5所示，也可能被与相邻BCR链结合的另一个Syk分子磷酸化。
一系列相关步骤发生在T细胞中。TCR、CD3和CD4/CD8蛋白对APC上MHC-多肽的识别作用将Lck带入受体复合体(见Fig11.6)。Lck使CD3和ζ链胞质序列中的ITAM磷酸化。这吸引了PTK ZAP-70，PTK ZAP-70是T细胞和自然杀伤(NK)细胞所独有的。ZAP-70与Syk属于同一个PTK家族，并与ξ链上的ITAM结合。每个ζ链有多个ITAM，因此可能有不止一个ZAP-70分子与ζ链结合(见Fig11.6)。然后ZAP-70被Lck磷酸化，磷酸化激活了ZAP-70的PTK活性。
一旦在B或T细胞中分别激活了关键数量的Syk或ZAP-70激酶，信号就会从细胞膜向前传递，并通过几条途径的激活而被放大。当存在影响PTK功能的突变时，将会发生免疫缺陷，这也表明了PTKs在淋巴细胞功能中的重要作用(Box 11.2)。
激活信号的放大
信号从细胞膜传播到细胞核，在那里它可以对细胞反应产生重大影响，这涉及到几种生化途径，这些途径在B和T细胞中类似，在传播信号的同时可以放大信号。
在B细胞和T细胞中，有三条主要的信号通路。第一个涉及磷脂酶Cγ(PLC-γ)的磷酸化和激活。这是由Syk或ZAP-70触发的(Fig11.7和Fig11.8)。激活的PLC-γ随后激活两条通路，包括二酰基甘油(DAG)和蛋白激酶C，以及1，4，5-三磷酸肌醇(IP3)和丝氨酸-苏氨酸特异性的蛋白磷酸酶-钙调神经磷酸酶(Calcineurin)。第三条主要途径涉及Syk或ZAP-70激活适配蛋白，然后激活单链鸟苷三磷酸(GTP)结合蛋白(如Ras)。然后，Ras蛋白家族激活信号通路，直接通过丝裂原激活蛋白(MAP)激酶激活转录因子(参见Fig11.7和Fig11.8)。
在B细胞中，Syk使PLC-γ磷酸化(见Fig11.7)，在T细胞中，ZAP-70使PLC-γ磷酸化(见Fig11.8)。导致PLC-γ迁移到细胞膜上，在细胞膜上催化磷脂酰肌醇4，5-二磷酸(PIP2)的裂解生成DAG和IP3。后者导致胞浆钙离子水平升高，从而激活几种钙依赖性酶，包括Calcineurin，它负责去磷酸化NF-AT家族转录因子。尽管名为NF-AT，但它是T和B细胞表达细胞因子基因都所必需的。丝氨酸-苏氨酸激酶C通过与脱氧核糖核酸相互作用而被激活，并磷酸化几种细胞蛋白，最终导致包括核因子κB(NF-κB)在内的转录因子的激活。第三个信号通路涉及Ras家族的小GTP结合蛋白的激活。这些信号分子通过激活MAP激酶家族发挥作用，这些酶激活几种转录因子，包括一种名为激活蛋白1(activation protein 1, AP-1)的转录因子。
应答
不同的转录因子-包括NF-AT、NF-κB和AP-1-作用于几个淋巴细胞基因来增强它们的转录。这为T和B细胞的增殖和分化做好了准备。细胞增殖需要快速合成核苷酸，才能产生新的DNA。这也是一种免疫抑制药物的作用途径。在B细胞中，免疫球蛋白的分泌可能是细胞激活的结果。在T细胞中，激活导致细胞因子的表达增强，如白细胞介素2(IL-2)，它是有效的T细胞反应的重要组成部分，是T细胞的生长因子。免疫抑制药物可以调节这种反应(Box11.3)。
为了保持内稳态，必须调节并终止T细胞的反应，尽管这是如何实现的还不完全了解。当然，随着抗原(病原体)被成功清除，刺激源也被移除，T细胞的反应也会减弱。细胞凋亡或程序性细胞死亡(见第17章)，是一种在某些情况下可能有助于终止T细胞反应的机制。此外，如果T细胞不能接收到共刺激信号(例如CD28和CD80；见第16章)，它们就会进入一种无功能性无反应的状态。
BOX 11.1 细胞内信号转导：蛋白酪氨酸激酶和蛋白酪氨酸磷酸酶的作用
磷酸化是细胞调节蛋白质活性的常见生化机制。蛋白激酶通过在蛋白质中添加磷酸基团来影响蛋白质的功能。这些磷酸基团通过酪氨酸激酶(如ZAP-70)加到酪氨酸残基上，通过丝氨酸-苏氨酸激酶(如蛋白激酶C)加到丝氨酸或苏氨酸残基上。磷酸基团可被蛋白磷酸酶去除。一般来说，磷酸化激活酶的活性，而去磷酸化失活酶。
有几种蛋白激酶在淋巴细胞的信号转导中是必不可少的，认识其中一些重要的激酶是非常必要的。例如，Src(“Sark”)家族的受体相关酪氨酸激酶的激活会通知B和T淋巴细胞内部抗原受体已被占用。淋巴细胞中主要的两种Src家族激酶分别命名为Lyn和Lck。另一个在淋巴细胞中特别重要的酪氨酸激酶家族是Syk家族。这个家族有两个成员，Syk和ZAP-70。
酪氨酸激酶，如Lyn和Lck，往往在信号通路的早期被激活，而丝氨酸-苏氨酸激酶，如蛋白激酶C和钙调神经磷酸酶，往往在信号通路的后期阶段起重要作用。
BOX 11.2 免疫缺陷疾病与蛋白酪氨酸激酶
一名10个月大的男婴出现反复感染。自6个月大以来，他已经两次患上肺炎，最近还患上了脑膜炎，哥哥和叔叔死于感染。检查结果提示他没有免疫球蛋白也没有B细胞。基因检测显示他的布鲁顿酪氨酸激酶(BTK)基因发生了突变。这种类型的突变会导致X连锁抗体缺乏症。携带这种突变的男孩大约在6个月大的时候出现症状，这也是胎儿期穿过胎盘的来自于母体的免疫球蛋白G(IgG)耗尽的时间段。用免疫球蛋白治疗可以预防这些感染。Fig11.9显示一例BTK酶缺乏症患者接受免疫球蛋白替代治疗，每3周静脉注射。这样的治疗有助于确保健康的生活。
蛋白酪氨酸激酶(PTK)在淋巴细胞功能中的重要作用被编码这些酶(BTK)的基因突变。
BTK缺陷导致一种被称为X连锁无丙种球蛋白血症的疾病，在这种疾病中，所有类别的免疫球蛋白都严重衰竭，并且无循环B细胞存在。BTK在前B细胞的BCR信号转导过程中参与肌醇磷脂的水解，BTK的缺陷导致B细胞发育受损，从而阻碍正常抗体的产生。
BOX 11.3 免疫抑制剂的作用机制
一名29岁的女性在7年前被诊断为心肌病。目前还没有针对她的特效药，其心力衰竭正在恶化。在过去的三个月里，她一直在等待心脏移植。一旦从捐赠者那里获得了心脏，她就会接受移植手术。人类白细胞抗原(HLA)配型(第34章)在这种情况下通常是不现实的，因为心脏移植接受者不能等待一个好的HLA配型，必须接受可用配型。她在移植后立即接受了三种免疫抑制药物的联合治疗，并在她的余生中一直服用这些药物。
几种免疫抑制药物用于预防同种异体移植排斥反应(第34章)。这些药物给移植手术领域带来了革命性的变化。它们的使用拯救了成千上万的生命，使器官移植变得“可行”，即使在没有完美的HLA配型的情况下。在美国，超过10万人将终身服用这些药物。所有这些药物都可以防止移植物排斥反应，但缺点是患者容易感染传染病，因为免疫反应被抑制了。
环孢素和他克莫司均通过抑制活化T细胞核因子(NF-AT)介导的T细胞因子基因转录发挥作用。它们通过与细胞质蛋白形成一种叫做免疫亲和素的复合体来实现这一点。药物-免疫亲和素复合体抑制钙调神经磷酸酶(Calcineurin)的作用(见Fig11.8)。如果没有钙调神经磷酸酶介导的去磷酸化反应，NF-AT就无法进入细胞核促进基因转录，如白细胞介素2(IL-2)基因的转录。在缺乏这种细胞因子的情况下，淋巴细胞增殖受到抑制，免疫反应也受到抑制。
另外两种药物可抑制IL-2对T细胞的作用。这意味着，即使产生了IL-2，对移植物有应答的T细胞(在这种情况下是供者心脏)的数量也不能增长。西罗莫司(雷帕霉素)是一种口服药物，可以阻断IL-2的作用。相比之下，巴利昔单抗(basiliximab)是一种可以阻止IL-2受体发挥作用的单克隆抗体。
抑制核苷酸合成的药物也可以阻止T细胞的增殖。硫唑嘌呤(Azathioprine)抑制嘌呤的合成。因为它在多种细胞类型中都很活跃，所以可能会有副作用。霉酚酸酯(Mycophenolate mofetil)是鸟嘌呤合成的抑制剂。它主要活跃在淋巴细胞中，因此副作用比硫唑嘌呤小。