第2章猪免疫系统.doc

. 第2章 免疫系统 James A. Roth 和 Eileen L. Thacker免疫系统包含多种成分，这些成分相互协作使机体免受感染。一般可将这些成分划分为非特异性(天然或先天性)免疫防御机制和特异性(适应性或获得性)免疫防御机制。非特异性防御机制可针对任何抗原，不具备抗原特异性，存在于正常动物体内而不需要先与抗原接触，而且能对感染因子做出快速应答。非特异性免疫系统主要包括补体、抗微生物肽（抗菌肽/抗菌蛋白肽）、吞噬细胞(巨噬细胞、嗜中性粒细胞和嗜酸性粒细胞)、自然杀伤细胞及一些类型的干扰素。这些成分在接触抗原的最初几天特异性免疫应答形成之前对感染的控制非常重要，并且对引导免疫系统产生体液和细胞免疫应答也很重要。B淋巴细胞和T淋巴细胞及其产物构成了特异性免疫应答系统。此抗原驱动系统在初次接触抗原后的23周才可达到最适功能状态。由于免疫记忆，一旦第二次接触到同样的抗原，特异性免疫应答系统立即做出反应并迅速发挥作用。B淋巴细胞、T淋巴细胞增强对疾病抵抗力的另一个主要机制是通过激活非特异性防御机制(吞噬细胞、自然杀伤细胞及补体)而使之更加有效。对免疫系统和养殖者来讲，给黏膜表面及新生仔猪提供免疫力尤其困难。我们将对这些特殊问题的性质以及通过免疫接种提高黏膜表面和新生仔猪的免疫力的一般原则做相应的论述。 如果因应激、病毒感染、免疫毒性物质或营养因素而造成免疫抑制，那么先天性免疫应答就不会达到最佳功能状态。此外，也可造成特异性免疫应答形成缓慢或效力不足，从而不能充分控制初次或再次侵染机体的病原，最终导致疾病的发生。而如果免疫系统末受损害，这些感染因素通常会被控制。 免疫系统对于猪免受一些感染性或肿瘤性疾病,具有强大的保护力。如果免疫系统受到过度刺激或调节不当，将会导致超敏反应。感染、免疫接种、环境或日粮中的抗原，甚至机体正常组织都有可能导致超敏反应的发生。免疫系统生理天然防御机制 物理、化学及微生物屏障 机体表面的物理、化学及微生物抗感染屏障是抵抗疾病的一个重要组成部分。这些因素包括鳞状上皮细胞、杀菌脂肪酸、正常菌群、黏膜及粘液，低pH、胆汁及多种酶类。有关抗感染的物理、化学和微生物屏障的详细资料见论述各器官系统的章节。抗微生物肽是形成化学屏障，把感染局限在表皮，与侵染机体的外来细菌作斗争的一类重要分子。在真核生物中已发现750多种，科学家们积极研究试图用这类物质在抗微生物临床治疗中替代抗生素，在猪中已至少报道了14种抗微生物肽（Brogden 等，2003）。抗微生物肽是带正电的短肽，不同的短肽具有不同的结构和抗微生物活性，他们主要分布在黏膜表面和吞噬细胞中，有些位于其他组织中。许多针对革兰氏阴性、阳性细菌以及真菌具有广谱活性，有的是窄谱。一些抗微生物肽的浓度可随炎症反应和感染程度的加剧而增加（Brogden等，2003）。补体 补体系统是一类似于凝血系统的酶联反应系统，至少由20多种血清蛋白组成。在级联系统中，首先被激活的第一种成分又激活下一种成分，如此顺序，直到反应终止，因为级联反应中有酶的参与，因而反应在行进过程中被极大的放大了。哺乳动物补体系统成分可被分成不同的群：经典途径、替代途径、甘露糖结合（MB）途径，攻膜复合物和调节蛋白。补体系统对于介导炎症反应及控制细菌感染很重要。在变态反应及超敏反应中，补体系统也扮演着重要的角色。经典途径主要由抗原抗体复合物(IgG和IgM)启动。替代途径亦可被抗原抗体复合物(IgA和IgE)活化，也可被某些细菌产物如内毒素或组织受损释放的蛋白酶所激活。MB途径识别细菌表面不同于宿主细胞的特异性分子。通过这三种途径，补体第三种成分(C3)裂解，并开始形成膜攻击复合物。补体系统具有多种生物活性。任何途径的活化都可引起血管扩张和通透性增加，从而导致血清成分(包括抗体和补体)进入组织，协助控制感染。活化过程中产生的补体成分具有趋化性，可吸引吞噬细胞到达感染部位，它们还可包被或调理感染因子，使之更易于被吞噬细胞吞噬，补体攻膜途径的一个非常重要的功能是破坏细胞膜，包括一些细菌的细胞膜。补体系统对介导炎症及控制细菌感染非常重要。然而，由于活性太强，如果在激活过程中调控不当，就会引起严重甚至是危及生命的损伤。因此，血清中才出现了众多的补体调控因子，这些因子可协助调控和终止已经启动的补体反应。Toll-蛋白样受体 Toll-蛋白样受体（TLRs）是天然免疫的关键组分（Check 2004；Cullor 1992），是一类细胞表面分子，可与微生物的多种分子结合，例如脂多糖、肽聚糖、CpG丰富的非甲基化寡核苷酸、双链RNA。他们是早期对微生物侵染应答的主要检测方法。Toll-蛋白样受体与微生物组分结合启动炎症反应，从而活化了其他的天然免疫应答并启动了获得性免疫应答反应。细菌疫苗佐剂通过与Toll-蛋白样受体结合增强了对疫苗的免疫应答，在猪中已发现了至少3种TLRs，很可能还有更多的TLRs存在于猪体内。吞噬细胞 吞噬细胞的功能是吞噬、杀死和消化入侵的细菌。此外，它们还在控制病毒和真菌感染，消灭癌变细胞中扮演重要角色。吞噬细胞主要有两种类型：粒细胞(多形核白细胞)，包括嗜中性粒细胞和嗜酸性粒细胞。单核吞噬细胞，包括血液循环中的单核细胞和在组织中定居的巨噬细胞。所有这些类型的细胞都有吞噬性，我们将在下面描述嗜中性粒细胞的功能。此外，巨噬细胞还能够加工处理抗原并将其递呈给淋巴细胞以启动或协助细胞免疫应答和体液免疫应答。粒细胞 嗜中性粒细胞产生于骨髓并被释放到血液中，然后进入组织，其在血流中的半衰期约为8h。健康个体的嗜中性粒细胞主要由肠道和肺脏排出。猪大肠杆菌感染时，嗜中性粒细胞可迅速游动，进入肠道(Sellwood等，1986)。循环中的嗜中性粒细胞通过与毛细血管内皮细胞疏松结合而趋于移入毛细血管中。猪嗜中性粒细胞似乎更易移入肺部毛细血管(Ohgami等，1989)。嗜中性粒细胞的主要功能是吞噬和破坏入侵的微生物。嗜中性粒细胞为执行此功能有着十分精细的结构，利用多种机制破坏微生物。为更有效地发挥这些功能，嗜中性粒细胞必须首先接近入侵微生物，这可通过趋化作用吸引嗜中性粒细胞到达作用位点。趋化因子可直接由某些微生物产生，或由某种补体成分裂解产生，或由感染或炎症部位的致敏淋巴细胞产生并释放。趋化因子从释放位点扩散并形成一个浓度梯度，当到达毛细血管时，会导致内皮细胞膜和嗜中性粒细胞膜增加粘附蛋白的表达，然后嗜中性粒细胞就会粘附到内皮细胞上并通过外渗作用离开毛细血管。一旦进入组织即会沿着趋化因子浓度梯度向趋化因子的产生部位移动，这样便到达了感染部位。如果微生物易于被吞噬，它们即开始吞噬活动。但大多病原微生物在被吞噬之前，需经一个调理过程。细菌可通过特异的抗体和/或补体结合在其表面而被调理。调理作用使病原微生物易于被吞噬。当嗜中性粒细胞与经调理的颗粒相接触时，便伸出伪足将其包围，并通过吞噬过程将其摄入。被内化的颗粒位于一个称为吞噬体的有膜包裹的囊泡中。嗜中性粒细胞胞浆中含有两种类型的有膜溶酶体(颗粒)：初级或嗜天青颗粒，次级或特异性颗粒。这些溶酶体中含有大量的水解酶，这在猪嗜中性粒细胞中已被定量(Chibber和Castle，1983)，至少有6种阳离子抗菌肽对嗜中性粒细胞的杀菌活性起重要作用(Kokryakov，1993；Shi等，1994；Storic等，1994；Zanett等，1994)。颗粒被吞噬形成吞噬体后，嗜中性粒细胞即开始裂解（degranulate）活动。一些溶酶体将与吞噬体融合，并释放其内容物到吞噬体中，抗菌肽通过改变细菌细胞膜通透性而发挥作用。嗜中性粒细胞在炎症部位很快死亡，然后水解酶被释放出来，造成炎性反应和组织损伤。 嗜中性粒细胞另一强有力的杀菌机制是借助于氧化代谢反应。当嗜中性粒细胞受到经调理颗粒刺激时，爆发一系列氧化代谢反应，导致一些含氧基团的生成：尤其是过氧化氢(H202)、超氧阴离子(02)、羟自由基 (OH。)，也许还会产生单重态氧(1O2)，所有这些成分都可摧毁微生物。吞噬后形成的H202，也可在初级颗粒释放的髓过氧化物酶的催化下与卤族阴离子发生反应。此反应是嗜中性粒细胞杀菌机制中最有力的反应之一，同时也具有杀真菌和杀病毒作用。嗜中性粒细胞还可通过一种称为抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）的机制来控制某些病毒的感染。抗体在嗜中性粒细胞和被病毒感染细胞之间架起了一座桥梁，便于嗜中性粒细胞摧毁病毒感染细胞。虽然人们尚未了解这种破坏细胞的机制，但推测涉及到膜与膜之间的直接相互作用。猪的嗜中性粒细胞在ADCC中非常活跃，即使胎猪和新生仔猪也是如此(Yang和Schultz，1986；Zarkower等，1982)。嗜酸性细胞与嗜中性粒细胞具有相同的吞噬及代谢功能，但程度有所不同。虽然嗜酸性细胞在杀菌方面不如嗜中性粒细胞有效，但它对于宿主抗寄生虫感染的组织寄生阶段非常重要。嗜酸性细胞的胞吐作用强于胞吞作用。它能有效地吸附并杀死那些太大不易被吞噬的移行的寄生虫，此外，嗜酸性粒细胞还在控制某些类型的过敏反应中发挥重要作用。单核吞噬细胞 单核吞噬系统由血循环中的单核细胞、定居于组织的固定巨噬细胞、游走巨噬细胞以及树突状细胞组成。单核细胞由骨髓产生后释放入血，进入组织后分化成巨噬细胞和树突状细胞。固定巨噬细胞沿毛细血管(尤其在肺)内皮排列，或存在于脾、骨髓、淋巴结等器官的窦腔中。组织巨噬细胞对捕获和清除来源于血流及淋巴中的外源抗原很重要。游走巨噬细胞源于血液中的单核细胞，在全身各组织中均有分布。在某些部位，它们分化成特殊类型的巨噬细胞，如神经系统中的神经胶质细胞、皮肤中的郎格罕氏细胞、肝脏内的枯否氏细胞。 树突状细胞由造血祖细胞分化而成，以成熟前状态停留在全身各处，辅助将抗原递呈给淋巴细胞，尤其是T细胞。树突状细胞一旦吞入外来物，就被激活，向外周淋巴器官迁移，并分化成熟，使T细胞激活并分化。巨噬细胞具有上述嗜中性粒细胞的一切活性，人们称巨噬细胞为机体的第二道防线。它们一般较晚到达炎症部位，在与微生物接触的头几分钟不像嗜中性粒细胞那样作用强，然而巨噬细胞比嗜中性粒细胞作用更持久。也正因为这种持续耐久的活力，它们才能杀死某些嗜中性粒细胞无能为力的细菌。这一点在巨噬细胞受到T淋巴细胞分泌的细胞因子激活时尤其如此。巨噬细胞和树突状细胞的一个非常重要的功能是抗原加工和递呈。这在启动细胞免疫应答和有效的抗体应答是关键性的一步。随后我们将具体描述这两种细胞与抗原及T、B淋巴细胞之间的相互作用。肺泡巨噬细胞吞噬吸入的颗粒，包括可能遇到的少量细菌（Chitko-mckown等,1991）。吞噬颗粒后，它们或通过黏膜纤毛的向上摆动经由呼吸道排出，或者通过肺泡上皮细胞间隙移出肺泡，并经淋巴转至附近的淋巴结。在那里它们将捕获的抗原递呈给淋巴细胞启动免疫应答。肺血管内巨噬细胞粘附于肺血管内皮细胞上(Chitko-Mcknown和Blecha，1992；Winkler，1988；Winker和Cheville，1987)。它们在猪和其它一些动物中非常重要，且被认为在将感染因子清除出血液中起着重要作用。肺血管内巨噬细胞的首要机能是防御败血症，而非防止呼吸道疾病的发生。他们能够有效地清除血液中的细菌(尤其是革兰氏阴性菌或游离内毒素)，肺血管内巨噬细胞可以释放细胞因子和花生四烯酸，从而有助于肺部炎症反应的发生(Bertram,1986；Crocker等，1981a，b)。 自然杀伤细胞 自然杀伤(NK)细胞是天然免疫系统的淋巴样细胞，它们无需抗原刺激就可杀死众多有核细胞。由于胞质中存在的颗粒，NK细胞在许多生物中也被称为大颗粒淋巴细胞，自然杀伤细胞在大多数动物属于无表面标志细胞类群，因为它们与B细胞、T细胞和巨噬细胞有着明显的区别。大多数动物的NK细胞表面具有IgG的Fc受体，可借抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用(ADCC)摧毁大多数抗体包被的哺乳动物细胞。当介导ADCC时，这些细胞被称为杀伤(K)细胞。猪的NK细胞与其它动物的NK细胞有着显著的差异。猪NK细胞的激活是由小颗粒淋巴细胞介导的，这种小颗粒淋巴细胞具有CD2 T细胞标志(Ducan等，1989；Ferguson等，1986)，因此并非无表面标志细胞。与其它动物具有NK活性的细胞相比，当溶解典型靶细胞(YAC-1淋巴瘤和K-562骨髓白血病细胞)时，启动的速度较慢 (Ferguson等，1986)。有证据表明，猪NK细胞和K细胞的活性来源于两种截然不同的淋巴细胞（Kim和Ichimura,1986；Yang和Schultz，1986）。猪的NK细胞可溶解被传染性胃肠炎病毒和伪狂犬病毒感染的细胞(Eans和JasoFriedmann，1993)。许多种动物的NK细胞在有-干扰素和白介素-2(IL-2)存在时，活性会增强。实验表明，猪NK细胞可对干扰素的诱导物(Po1y I：C) IL-2、人-干扰素和人白介素-1做出反应并且活性增强(Evans和Jaso-Friedmann，1993；Knoblock和Canning,1992；Lesnick和Derbyshire，1988)，因此，NK细胞是天然防御体系的重要组成部分，它也可通过细胞因子活化增强其活性参与细胞免疫应答。体液免疫和细胞免疫应答克隆选择和增殖 克隆选择是理解免疫应答的一个重要基本概念。体内每一成熟的T或B细胞在其表面都有识别抗原的受体。一个淋巴细胞上所有的抗原受体识别相同的抗原(或一小群抗原)。所有识别相同抗原的淋巴细胞组成一个“克隆”，他们来源于同一个祖先细胞。体内有数百万个T、 B淋巴细胞克隆，每一克隆内有几百到几百万个细胞。血液循环中的淋巴细胞处于静息状态，通过后微静脉进入淋巴结，经淋巴结过滤后重新入血。在淋巴结内(或其他二级淋巴组织)，淋巴细胞与那里的抗原接触，这些抗原经输入淋巴管进入并被巨噬细胞或树突状细胞捕获。每一个淋巴细胞仅对一种其抗原受体识别的特异性抗原反应，因此，在淋巴结内大量的淋巴细胞虽然与某种抗原接触，但仍处于休眠状态，不做出应答。T淋巴细胞和B淋巴细胞受到刺激后即开始一系列的分裂，以便在几天内克隆增殖，产生介导有效体液或细胞免疫应答所需的足够的淋巴细胞。如果某种动物曾经接触过相同的抗原，该克隆内的淋巴细胞已被增殖，所以仅需几轮分裂便可达到免疫反应所需的足够的淋巴细胞，这会导致对疫苗注射或接触病原体情况下某种程度的保护作用，即使体内已没有剩余的可测到的抗体存在。如果先前接触抗原的时间距今较近，那么仍会有循环抗体和效应T细胞存在，它们能迅速做出反应，控制感染。诱导免疫应答中的细胞间相互作用 克隆增殖和免疫应答的诱导都需要一个复杂的巨噬细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞间相互作用的过程。巨噬细胞吞噬和破坏感染因子。部分感染因子被巨噬细胞降解后，其抗原片段与巨噬细胞表面的MHC类分子结合并与T细胞接触。巨噬细胞(或其它专门的抗原递呈细胞)表面具有高密度的MHC类分子。辅助T细胞(TH)用来辅助启动免疫应答。他们只能识别那些细胞表面与MHC类分子结合的异体抗原。细胞毒性T细胞(Tc)主要杀死胞内感染细胞和肿瘤细胞，它们仅能识别那些加工后并被运送到细胞表面和MHC I类分子相结合的外来抗原。TH 和Tc都不能对游离的可溶性抗原或整个细菌和病毒发生反应。因为MHC I类分子和MHC类分子在把抗原递呈给T淋巴细胞中很关键，所以他们显然影响免疫反应的性质。各种动物的MHC分子具有高度多态性，并且个体之间存在遗传差异。猪的MHC分子被称为猪白细胞抗原(SLA)复合物分子。由遗传决定的SLA分子类型影响着猪对其对病原物质的免疫应答和对疾病的抵抗能力(Lofstedt 等，1983；Lunney，1994)。为使TH细胞充分活化，除了要求抗原与MHC类分子结合之外，TH细胞也需要由抗原递呈细胞或其它T细胞释放的细胞因子的参与，并和位于抗原递呈细胞表面的共刺激分子相互接触。白介素-1(IL-1)是抗原加工过程中由巨噬细胞释放的一种蛋白分子，可引起发热和吸引嗜中性粒细胞，因而是诱导宿主对感染应答的一种重要的物质。巨噬细胞产生的IL-1的一个非常重要的功能就是作用于TH细胞并导致其分泌IL2， IL2诱导T细胞进行有丝分裂和克隆增殖。B细胞也能处理抗原，并通过MHC类分子将其递呈给TH细胞。在再次免疫应答过程中，一般认为B细胞是递呈抗原的主要细胞。TH细胞在启动B细胞应答并使之产生抗体中具有重要作用。B细胞通过其表面的作为受体的免疫球蛋白与抗原接触。B细胞识别的抗原无需巨噬细胞MHC类分子递呈。B细胞对抗原的最佳应答需要TH细胞释放的可溶性因子的帮助并与TH细胞表面的共刺激分子相接触。B细胞的有丝分裂、克隆增殖和IgM到IgG、IgA或IgE抗体的转型均有赖于TH细胞的辅助。淋巴细胞亚群 淋巴细胞亚群是依据其表面存在的某种特定分子而区分的，这些分子通过标准命名法用各种动物相似分子CD的编号来定义。CD代表“分化群”。猪白细胞表面至少已鉴别出29种CD分子(Haverson等，2001)。在人和小鼠白细胞表面已至少鉴别出247种CD分子，猪白细胞大概至少也有那么多。猪外周循环血液中的淋巴细胞亚群与其它动物显著不同。与其它哺乳动物相比，青年猪有较高的血液淋巴细胞数（接近107个/ml）。这些淋巴细胞大约有一半为裸细胞，缺乏B细胞、T细胞主要的特征性表面标志(Duncan等，1989；Hirt等，1990；Saalmuller和Bryant，1994)。这些裸细胞不在血液和淋巴组织间进行再循环，并且它们与其它动物的裸细胞也不同，因为它们不具有NK细胞活性。这些裸细胞大部为细胞。人类和小鼠血液中占优势的T细胞被称为细胞，识别MHC分子递呈的抗原肽。其抗原受体由链和链组成，CD4分子或CD8分子协助它们与MHC分子间相互作用。细胞上的抗原受体由和链组成，没有 CD4或CD8分子与其相连，因为它们能够识别未经处理的完整抗原，类似于抗体识别抗原的方式。不像细胞，它们不需要抗原的加工并递呈于MHC分子上(Chien等，1996)。与研究范围内的其它哺乳动物相比，猪和其它有蹄动物血清内的细胞要多的多。细胞主要分布于黏膜表面，尤其是肠上皮内淋巴细胞，被认为对保护黏膜表面免遭感染很重要，或许也是导致口服耐受的主要原因。在肠道增殖，经淋巴管进入血流，再返回肠道（Thielke 等，2003）。胸腺和肠上皮细胞在细胞形成过程中的作用尚不清楚。某些血液循环中的细胞可作为抗原递呈细胞，将抗原递呈到Th表面的MHCII类分子上（Takamatsu 等，2002）。猪细胞具有产生干扰素和应回忆抗原刺激在体外增殖的能力，并具有细胞毒性（Lee 等，2004；Tajanatsu 等，2002）。和其它动物相比，猪T淋巴细胞具有三种不同寻常的特性(Lunney和Pescovitz，1987)。大约25的猪外周血T细胞在其表面同时表达CD4和CD8抗原。实验表明，许多这种双重表达的T细胞为记忆细胞。但一种细胞同时表达CD4和CD8在功能上的重要性还不清楚(Pescovitz等，1994；Zuckermann和Husmann，1996)。由于花生凝集素能选择性地与猪CD4+CD8+细胞结合，故可用来分离这种记忆细胞。猪正常CD4+ 和CD8+细胞比约为0.6，刚好与其他动物相反。人的CD4+/CD8+细胞比为1.52.0。处于静息状态的CD8细胞优先表达MHC类抗原。猪T淋巴细胞和其它种动物T淋巴细胞之间这些差异的重要性还未被充分揭示。淋巴细胞循环 与人类和其它家畜相比，猪的淋巴结结构和淋巴细胞的循环方式显著不同(Binns，1982)。淋巴细胞从血液到淋巴组织的再循环对淋巴细胞接触并识别抗原有重要意义。 B淋巴细胞、T淋巴细胞、巨噬细胞和树突状细胞再循环流经淋巴结对细胞间的相互作用也很重要，这种细胞间的相互作用是诱导上述免疫应答所必需的。猪淋巴细胞产生于骨髓、在胸腺（细胞）和二级淋巴组织（B细胞）成熟。T、B淋巴细胞在进入组织之前平均在血液中滞留30min。与其它家畜相比，猪的淋巴结结构是倒置的。淋巴管在门部进入淋巴结，淋巴液流过淋巴结，然后经外周离开。其淋巴结由于缺乏窦和索，髓质致密，生发中心位于淋巴结内部，其它淋巴器官如肠淋巴结（Peyer氏结）、扁桃体和脾脏与其它动物大致相似（Binns等，1986；Pabst和Binns，1986）。猪和其它种动物的淋巴细胞通过两条路线进入淋巴结。离开血流进入皮下组织的淋巴细胞通过输入淋巴管进入淋巴结。此外，淋巴细胞还可通过附着在淋巴结静脉高内皮细胞上直接移行进入淋巴结。在其它动物，淋巴细胞经输出淋巴管离开淋巴结，并通过胸导管返回淋巴循环系统。而在猪体内，输出淋巴液中仅含有少量的淋巴细胞。淋巴结内的淋巴细胞直接重新进入血流(Binns等，1986)。猪血液中的淋巴细胞除了转移到淋巴组织外，同时也向多数组织转运(Binns等，1986)。猪淋巴细胞亚群明显偏好流向肠道相关淋巴组织或体表淋巴结(Binns等，1986)。例如，肠系膜淋巴结细胞(T淋巴细胞B淋巴细胞)嗜定居于肠道(Salmon，1986)。发现啮齿类动物乳腺中大部分淋巴细胞均来源于肠道相关淋巴组织，而在猪乳腺中的淋巴细胞半数来源于肠道相关淋巴细胞组织，半数源于外周淋巴结。猪乳腺中淋巴细胞的这种双重来源表明乳腺局部的免疫应答并不主要依赖于经口免疫(Salmonl986，1987)。获得性免疫防御机制 宿主防御反应中，淋巴细胞活性的一个重要方面是由活化的淋巴细胞释放的可溶性物质介导的。T细胞是分泌细胞因子，裂解异常细胞的主力军。B细胞分泌抗体，抗体对于诱导其生成的抗原具有特异性，而细胞因子则不然。免疫应答期间产生的细胞因子，在机体防御病原方面发挥重要作用，一方面通过其直接活性，另一方面通过Th细胞加强天然免疫系统(即补体、吞噬细胞和自然杀伤细胞)和获得性免疫系统的功能。 细胞毒性T细胞(Tc细胞)是对病毒感染和肿瘤细胞免疫应答的重要组成部分。大多Tc细胞在其表面含有CD8标志，它们仅能识别在细胞表面与MHCI类分子相结合的抗原。MHCI类分子可与细胞内部合成的抗原肽结合，如病毒蛋白。Tc细胞可直接攻击表面有被MHCI类分子递呈的外来抗原(如病毒抗原)的宿主细胞，不攻击游离的细菌或病毒。Tc细胞活性对猪瘟病毒和非洲猪瘟病毒具有特异性，这一点已在恢复感染的猪中得到了证实(Martins等，1993；Pauly等，1995；Zuckermann 等，1990)。Tc细胞通过直接接触、释放颗粒酶到细胞表面和诱导细胞凋亡(程序性细胞死亡)来杀死靶细胞。TH1细胞产生的细胞因子，包括IL-12和IFN-是Tc细胞活化所必需的，同时也是清除胞内寄生病原（特别是病毒）感染细胞所必需的。免疫球蛋白免疫球蛋白的产生 克隆中从来未被抗原刺激的B细胞，以其表面的IgM单体分子作为受体。一个B细胞上所有的IgM分子针对的仅是同一种抗原。当B细胞受到抗原和TH细胞产生的细胞因子刺激时，开始有丝分裂，这会导致产生更多的，具有IgM受体识别相同抗原的B细胞。一些新生的B细胞分化成能分泌IgM的浆细胞。随着血液中针对特异性抗原的IgM浓度的升高，TH细胞发出信号使一些B细胞不再合成IgM，转而合成IgG、IgA或IgE（Crawley和Wilkie，2003；Crawley等，2003）。然后这些B细胞进行遗传物质的重排，生产具有相同抗原特异性的抗体分子(即相同的轻链结构和重链可变区)，但为不同类型的抗体(即抗体分子重链恒定区改变)。抗体类型的改变赋予了抗体分子不同的特性。TH细胞使B细胞转型合成何种抗体在很大程度上取决于抗原的性质以及抗原在体内被捕获的位置。位于淋巴结和脾脏的TH细胞趋向于诱导B细胞转而生产IgG。位于派伊尔氏结或在其它黏膜下部的TH细胞趋向于诱导B细胞转型生产IgA或IgE，这取决于抗原性质及个体基因的遗传倾向性。在宿主防御反应中，抗体分子具有多种活性，尽管它们单独不能杀死感染因子。抗体分子可包被感染因子，阻止其粘附及穿透宿主细胞；它们可使感染因子发生凝集，使其感染性降低；并且可直接结合并中和毒素。抗体的一个很重要的功能是它可标记感染因子以便补体、吞噬细胞或细胞毒性细胞对其进行破坏。免疫球蛋白种类 猪不同种类免疫球蛋白的特性，我们在本书上一版(Porter，1986)最近的综述（Crawley和 Wilkie，2003）做了详尽描述。在猪和其它动物的血清中，IgG是占主导地位的Ig种类。在血清和初乳中占Ig总量的60%以上(见表2.1)。IgG的二个主要亚类为IgGl和IgG2(Metzger和Fougereau，1968)，其中IgGl在血清和初乳中占主导地位。IgG3和IgG4浓度较低。有人发现一18S Ig与IgG 2具有相似的抗原性，低浓度存在于正常血清和初乳中(Kim等，1966)。新生仔猪拥有一个也许不含轻链的非功能性的5SIgG(Franek和Riha，1964； Stertzl等，1960)。IgM约占血清和初乳总Ig的510(见表2.1)。IgM为一五聚体，单体之间以二硫键结合，沉降系数为17.8S(Proter，1969)。猪免疫系统产生的IgA远远超过其它类型的抗体。然而，大多IgA存在于黏膜表面而非血清。猪血清中的IgA以6.4S单体存在或93S靠J链连接在一起的二聚体形式存在(Halpern和Koshland，1970；Mestecky等，1971；Porter和Allen，1972)。黏膜表面IgA主要为含有一J链和分泌组分的二聚体 (详见下面的黏膜免疫部分)。实验表明，猪的IgE与其他动物的具有相同的物化特性，包括加热到56会丧失生物活性(Roe等，1993)。猪IgE特异性多克隆抗血清可以抑制被动性皮肤过敏反应。在寄生虫感染的猪肠道固有层和肠系膜淋巴结发现了数量稀少的浆细胞，可在免疫印迹中与人类IgE发生反应。目前尚无制备出猪IgE特异性单克隆抗体的报道。实验显示，抗人类IgE抗体可与猪血清中嗜同种细胞免疫球蛋白发生反应(Barratt，1972；Nielsen，1977)。多克隆抗体和单克隆抗体 感染或注射疫苗后动物产生的抗体为多克隆抗体。感染因子是复合抗原，在其表面具有多种不同特异性的抗原，因此它们可刺激许多种B淋巴细胞、T淋巴细胞克隆做出反应，这必然导致生成可识别该种微生物多种表面分子的抗体混合物；这种血清中的广谱性抗体非常有助于猪战胜感染。然而，有时如果希望用血清研制诊断试剂，这种广谱性就是不利的一面。针对某一感染因子生成的多克隆抗体可与另外一种感染因子发生交叉反应，这样就干扰了分析的特异性。单克隆抗体通常在许多研究性实验室中生产，它的使用克服了多克隆抗体用做诊断试剂和治疗中的很多缺陷。所有的单克隆抗体是由单个B淋巴细胞及其克隆生成，因此完全相同。单克隆抗体制剂中所有的抗体分子都是针对同一个抗原决定簇的，这大大克服了诊断试验中不同微生物之间的交叉反应问题。如果能制备出抗微生物表面保护性抗原的单抗，那么可把其用于这种疾病的治疗或预防。因可制备高浓度高纯度单抗，在被动免疫中，与多克隆抗体相比，大大减小了注射剂量，因而也减少了应用多抗时，其中的无关蛋白所带来的严重反应。 表2.1 猪体液中免疫球蛋白种类（mg/ml）IgGIgG2IgMIgA成年猪血清24.30.9414.10.492.90.22.10.2初乳61.82.540.31.63.20.29.60.6乳(24h)11.84.88.03.21.80.33.81.0乳(48h)8.23.25. 01.81.80.42.70.6乳(37天)1.90.61.30.31.20.23.41.0乳(835天)1.40.61.000.450.900.253.050.74小肠液仔猪0.0020.0650.033母猪0.0010.0010.091尿道4.70.77卵泡间情期18.10.7动情期25.10.7子宫分泌物间情期0.320.2动情期0.340.12子宫颈粘液间情期6.70.601.1动情期2.00.060.6注：此表格批准摘自R.E.W.Halliwell和N.T.Gorman编写的兽医临床免疫学（费拉德尔菲亚：W.B.桑德斯公司1989）细胞因子 细胞因子是细胞分泌的，作为胞间信号分子的小蛋白质分子或糖蛋白分子。免疫系统的所有细胞都能分泌某种细胞因子并被某种细胞因子所影响。细胞因子的分泌多是暂时性的，并且是在受到特定刺激时才产生。如果所分泌的细胞因子浓度低，那么它们会作用于局部，浓度很高，则会产生全身效应。细胞因子仅作用于表面有其受体的细胞，细胞因子受体的表达调控是调节细胞因子应答的一个重要机制。近年来，有关细胞因子生物学的资料迅速增多，其中大多新信息皆源于对人类或小鼠的研究。然而由于猪在经济和生物治疗研究中的重要性，有关猪细胞因子的研究资料近年来大量涌现 (Murtaugh，1994；Murtaugh和Foss，1997，2002)。所研究的猪细胞因子与人类和小鼠的细胞因子大体相似，已有30多种猪的细胞因子被描述，部分已被定性(Murtaugh，1994；Murtaugh和Foss，1997)。当前研究最多的是疾病状态下产生的细胞因子（Darwich等，2003；Suradhat 和thanawongnuwech，2003）。从这些研究中获得的信息有助于我们理解疾病的发生机理以及免疫系统是如何控制疾病的。根据其功能，一般可将细胞因子划分为4类(Abbas等，1994)。一类细胞因子对介导自然免疫很重要，包括I型干扰素(和)，促炎症细胞因子IL-1，IL-6和肿瘤坏死因子(TNF)。在病毒感染时，多种细胞均可产生I型干扰素，病毒感染数小时后即可被检测到，使细胞抵抗病毒感染，这类细胞因子还可增强自然杀伤细胞的活性，还可通过增加细胞表面MHC分子的表达来提高把抗原递呈给T细胞的效率。促炎症细胞因子(IL-1，IL-6和TNF)在细菌感染中主要由巨噬细胞产生，产生时也无需与抗原有先前的接触，也可在病毒、原虫或真菌感染或组织损伤时产生。促炎症细胞因子刺激肝脏产生急性期蛋白，刺激肌肉组织释放氨基酸，诱导慢性感染中的恶病质或消耗。如果达到足够浓度它们可诱导发热、疲劳和食欲减退。低浓度时促进淋巴细胞粘附于血管内皮细胞，使白细胞渗入组织，使巨噬细胞和树突状细胞移行进入二级淋巴器官，激活适应性免疫应答。有效的免疫应答需要少量的促炎症细胞因子，如果量过大，会引起低血容量性休克和死亡。第二群细胞因子调节淋巴细胞的活化，生长和分化，主要由TH细胞在识别抗原过程中产生。该群中四个重要的细胞因子为IL-2、IL-4、IL-12和转化生长因子(TGF-)。IL-2可刺激致敏T、B淋巴细胞增殖，也可活化NK细胞，增强其细胞毒性。IL-4对控制寄生虫感染所需的有效的IgE肥大细胞嗜酸性细胞炎症反应很重要，但如果针对非寄生虫抗原发生反应，则可导致过敏反应症状。IL-12活化NK淋巴细胞，诱导CD4+细胞分化成TH1细胞，辅助CD8+细胞成熟为Tc细胞。TGF-主要是免疫应答的负调节因子，它可抑制淋巴细胞多种活性，可能为免疫应答反应的一个中止信号。第三群细胞因子调节免疫介导的炎症反应。它们主要由TH和Tc细胞产生。主要功能是激活或钝化天然免疫系统的细胞。-干扰素导致细胞抵抗病毒性感染(类似于和干扰素)，并且也是巨噬细胞、嗜中性粒细胞和NK细胞强有力的激活因子，TNF-经常与-干扰素协同作用激活吞噬细胞。TNF-也可激活内皮细胞，从而导致白细胞渗出到达炎症部位。IL-5由TH细胞分泌，可使嗜酸性细胞增多并活化，因而增强了杀伤寄生虫的能力。IL-10由T细胞和巨噬细胞产生，对抑制巨噬细胞功能和维持呼吸道的内环境稳定很重要。第四群细胞因子刺激骨髓祖细胞增殖分化从而促进造血，被称之为集落刺激因子(CSFs)。IL-3是一种可刺激所有类型白细胞增殖的集落刺激因子。粒细胞巨噬细胞CSF(GM-CSF)可刺激巨噬细胞和颗粒细胞的增殖，而粒细胞CSF(G-CSF)只可刺激颗粒细胞的产生。CSFs也可增强成熟嗜中性粒细胞和巨噬细胞抵抗微生物的活性。黏膜免疫黏膜表面不停地与感染因子接触，故而在黏膜表面提供免疫力是一个难题。免疫系统的各组成部分在黏膜表面这个微环境下，有可能不能高效地发挥作用，并且在不同的黏膜表面免疫系统提供的免疫保护力也有所不同，例如，IgG、补体和吞噬细胞可在下段呼吸道、子宫发挥良好功能，但在肠腔中效果就差了。黏膜表面免疫力的一个主要成分是分泌型IgA，在对抗原的应答反应中穿过黏膜表面进入体内。在肠道及支气管相关淋巴组织，一种特化了的称为圆顶细胞或M细胞的上皮细胞大量聚集，这些圆顶细胞可吞噬抗原并运输其穿过上皮细胞层，然后抗原递呈细胞加工处理抗原并将其递呈给T、B淋巴细胞。血流中的淋巴细胞趋向于分化成2个群：一群在血液和全身淋巴组织之间循环；另一群在血流与黏膜表面相关淋巴组织间循环。由于以黏膜表面为最终目的地的TH细胞的性质，穿过黏膜表面的抗原趋向于诱导IgA或IgE类抗体生成。在某些情况下，进入小肠肠道的抗原可诱导口服耐受，从而导致IgG类抗体应答抑制。在黏膜淋巴组织中，致敏B细胞受TH细胞诱导可转型产生IgA类抗体，然后离开黏膜下淋巴组织并重新回到血流，而后从黏膜表面下离开血流并停留在固有层，在那里，它们分化成浆细胞，分泌二聚体IgA。多数细胞将重新返回到黏膜表面最初产生它们的地方，其余的遍布机体其它的黏膜表面，因此经口免疫可使IgA前体细胞移至支气管并分泌IgA到支气管黏膜。实验显示，用胸膜肺炎放线杆菌活苗和灭活苗口服接种可导致T细胞和IgG分泌细胞游移入支气管肺泡间隙并在那里产生IgA(Delrenthal等，1992；Hensel等，1994；Pabst等，1995)。母猪肠道中致敏淋巴细胞特别易于移行至乳腺，在那里成熟为浆细胞并产生分泌IgA到乳汁中。固有层浆细胞分泌的二聚体IgA与位于黏膜上皮细胞基底层的免疫球蛋白多聚体受体结合。然后，二聚体IgA和受体形成的复合物被运输到上皮细胞的黏膜表面，受体裂解，裂解后形成分泌片段仍然与二聚体IgA结合在一起。该分泌片段对于保护IgA分子免受蛋白酶的分解很重要，并且还把IgA锚定在黏膜层，在黏膜表面形成保护层。分泌型IgA在黏膜免疫中很重要，它们凝集感染因子，阻止其粘附于上皮细胞上以及中和毒素。免疫应答的其它组分可能在黏膜表面抵抗各型感染中也很重要。例如，受抗原抗体复合物刺激，猪嗜中性粒细胞大量进入小肠腔，嗜中性粒细胞这种向小肠腔集中依赖于抗体的出现，这种抗体可能是循环的IgG抗体(Bellamy和Nielsen，1974)，或初乳抗体(Sellwood等，1986)，或是局部诱导生成的IgA抗体(Bhogal等，1987)。实验显示，嗜中性粒细胞向肠腔中的移行以及它们随后的降解可导致乳铁蛋白、溶菌酶和阳离子蛋白浓度的升高，这些物质有助于提高肠道对病菌感染的免疫力。T细胞是黏膜免疫重要的介导因子(Dunkley等，1995)。在胞内病原菌引起的呼吸道感染时，尤为如此。T细胞对肠道免疫也发挥重要作用。Salmon等报道，猪体中存在大量的小肠上皮内淋巴细胞，以细胞和Tc细胞占主导（Salmon，1987；Thielke等，2003）。与小肠上皮细胞接触的Tc细胞可能对破坏病毒感染的内皮细胞具有重要作用。在小肠中增殖的细胞经淋巴和血液循环后回到小肠，它们能够产生干扰素，具有细胞毒性，并可通过MHCII型分子递呈抗原（Lee等，2004；Takamatsu 等，2002）。关于黏膜免疫各方面的知识详见本书有关特异性器官系统或特异性病原的章节。淋巴细胞在猪呼吸道免疫系统中的作用已被综述（Pabst和Binns，1994）。胚胎和新生儿免疫天然或获得性免疫系统的所有组分均在子宫内发育，一出生后便可行使功能，只不过整体上没有成年猪那样高效（Hammerberg等，1989）。因为正常新生仔猪从未接触过病原，所以它还未对任何感染因子产生过体液或细胞免疫。接触病原后，产生初次抗体或细胞免疫应答需要710天的时间。此期间，抗感染依赖于天然防御体系和被动由母猪传给仔猪的抗体。在猪，抗体实际上不会经胎盘传递，母猪胎盘与胎儿血液循环之间隔有数层组织，阻断了抗体的运输。猪同其它大家畜一样，后代是通过初乳被动获得母体抗体的。在妊娠最后几天，初乳中抗体浓缩。抗体尽可能地保持原样经过胃肠上皮细胞进入新生仔猪的血液循环中，初乳和常乳中这种抗体由母猪到仔猪的被动传递对新生仔猪的存活非常重要，我们将在下面做更加详细的探讨。天然防御机制 刚出生时，新生仔猪溶血性补体活力很低。溶血性补体浓度与初生体重相关，初生较重的猪血清补体浓度很高(Rice和LEcuyer，1963)。如果不给仔猪吃初乳，其溶血补体的活性在出生后最初36天内逐渐增强。在出生头3周内，允许吃初乳的仔猪有比不给初乳的仔猪具有较高的补体效价，这表明少量存在的补体成分是由初乳传给仔猪的(Rice和LEcuyer，1963)。有证据显示，由猪血液单核细胞产生的-干扰素的水平在诞生时较低，以后逐渐上升直至成年，其中在青春期显著增高(Nowacki等，1993)。与成年猪相比，新生仔猪吞噬细胞的吞噬活性较低(Osburn等，1982)。与成年猪肺泡巨噬细胞相比，1日龄仔猪的肺泡巨噬细胞的氧化杀菌能力较低。到第7天的时候，其各项功能可达到成年水平(Zeidler和Kim，1985)。新生猪的肺血管内巨噬细胞数量很少，到30日龄时可达到14倍之多(Winkle和Cheville，1987)。因为吞噬细胞的吞噬活动依靠抗体和补体或补体对多种感染因子的调理作用，所以吞噬总体效率可由于抗体或补体水平的不足而降低。有证据显示，胎猪嗜中性粒细胞具有与成年猪水平相当的ADCC作用。此外，在有大肠杆菌和初乳抗体存在的情况下，新生仔猪的嗜中性粒细胞迅速转移至胃肠腔中(Sellwood等，1986；Yang和Schllltz，1986)。获得性免疫机制 SPF猪在出生后前几周内，其CD2、CD4和CD8T淋巴细胞的百分含量随年龄增长而增高(Bianchi等，1992；Joling等，1994)。刚出生时淋巴细胞的母细胞对丝裂原的反应性较低，4周龄开始增加(Becker和Misfeldt，1993)。黏膜淋巴系统在刚出生时也末发育完善，几周后开始发育成熟(Jericho，1970；Ramos等，1992)。有证据显示，胎猪外周血液中的NK细胞没有活性，并且在生后2周内活性一直较低(Yang和Schultz，1986)。新生仔猪被动免疫 猪刚出生时其血清中几乎无抗体，从初乳中吸收IgG、IgG2和IgA。与血清相比，母猪初乳中富含这些抗体。而初乳中的IgM浓度与血清中的相似(见表2.1)。随后初乳被常乳所代替，常乳中的免疫球蛋白浓度就很低了。从3日龄起直至泌乳后期，IgA始终是乳汁中的主导抗体。乳腺中来源于血清的Ig与乳腺局部产生的Ig的百分比在初乳和常乳中不同，并且Ig种类也有所改变(见表2.2)。表56.2 猪初乳和常乳中免疫球蛋白的来源来源于血浆（%）局部合成（%）初乳IgM8515IgG1000IgA4060乳IgM1090IgG3070IgA1090注：此表摘自：Stokes和Bourne 1989新生猪血液循环中三类主要的Ig(1gG、IgA和IgM)都来源于初乳(Curtis和Bourne，1971；Porter，1969)。然而IgA与其它抗体相比，吸收率较低(Porter，1973)，这显然是由于初乳中的IgA为缺乏分泌片段的二聚体IgA (Porter，1973)。不吃初乳的新生仔猪可在肠道中表达分泌成分，并且这种分泌成分趋于局限分布在肠道隐窝的粘液中(A11en和Porter，1973)。因为IgM和IgA与分泌片段具有亲和力，研究表明IgA和IgM与分泌片段结合在一起并被滞留于隐窝中的粘液里，因而从初乳中的吸收效率较低(Butler等，1981)。整个哺乳期猪常乳中的IgA也可与隐窝中分泌成分相结合，因此提供了针对肠道病原持久的保护力。一般出生后2436小时，仔猪小肠就停止吸收初乳中的免疫球蛋白。假如猪能正常吮乳，吸收效率降低的半衰期约为3h(Speer等，1959)。Lecce等(1961)发现，通过控制母猪食物中的营养成分使仔猪处于饥饿状态，小肠吸收抗体的时间可延长至5天，因此，仔猪在出生后2436h，不予饲喂，仍可从摄入初乳受益。研究表明，新生仔猪可从肠道吸收初乳中的淋巴细胞进入其血液循环(Tuboly等，1988；Williams，1993)。24h时，来源于初乳的细胞即出现在肝、肺、淋巴结、脾和胃肠组织中。与对照组相比，从初乳中吸收淋巴细胞的猪具有较高的针对丝裂原的淋巴细胞转化反应。至于这种被动吸收的淋巴细胞是否能够从母猪传递具有临床意义的细胞介导或抗原特异性免疫力，仍不清楚。超敏反应超敏反应是动物对第二次接触的相同抗原产生过度反应的一种情况。临床症状的出现是由于针对抗原的免疫反应引起，而非抗原或病原的直接作用。基于作用机制的不同，可将超敏反应分为4型。两种或两种以上类型的超敏反应同时发生在临床上并不少见。I型(速发型超敏反应) 涉及特异性IgE(反应素性或亲细胞性)抗体的合成。IgE易与组织肥大细胞表面的Fc受体结合，这样当以后接触到同样的抗原时，抗原就会通过IgE结合到肥大细胞表面(假如有足够浓度的针对这种抗原的特异性IgE存在)，从而导致肥大细胞释放多种具有药理活性的物质(例如组胺、五羟色胺、激肽、前列腺素和其它物质)，导致临床症状的出现。I型超敏反应既可发生于局部特定区域或器官，又可以是全身性的(Eyre，1980)。尽管可以通过实验复制病例（Helm等，2003；Roe等，1993），目前尚没有猪自然发生的局部I型超敏反应的相关资料。急性全身性超敏反应主要由于全身或肺部血压过高，导致呼吸困难和死亡，个别猪可出现肠道症状（Tiza