免疫系统

人体的免疫系统是由免疫器官、免疫细胞、免疫分子共同组成的机体防御系统。如果免疫系统出了毛病，人在疾病面前就完全丧失抵抗力，生命就无保障。例如当前世界流行的艾滋病就是一种免疫缺陷病，这种病人受病菌感染后大多很快死亡，任何抗生素都对它无能为力。

儿童中也有一些免疫缺陷病，这种患儿经常发生感染，抵抗力极差，随时都可危及生命。

免疫器官是指胸腺、骨髓、淋巴结、脾脏和其他淋巴组织。免疫器官是免疫细胞产生、分化、成熟的场所。其包括T淋巴细胞、B淋巴细胞、中性粒细胞、巨噬细胞、浆细胞等，是与病菌作战的部队。免疫分子包括免疫球蛋白、补体等。初生儿童的免疫功能很不完善，随着年龄的增大，这些动能逐渐增强。

免疫器官分两大类：一类叫中枢免疫器官，如胸腺和骨髓。另一类是淋巴结、脾脏等外周免疫器官。小儿出生时胸腺仅10～15克，以后逐步增大，到青春期时已发育到30～40克，以后又逐渐退化萎缩。胸腺的主要作用是分泌胸腺激素，诱导骨髓造血干细胞分化成T淋巴细胞，并使之成熟。儿童的骨髓里布满了许许多多的网状结缔组织，其中含有各种不同发育阶段的血细胞，为免疫细胞的生成和分化提供了基础。如果儿童有骨髓功能障碍，就会使其造血功能和免疫功能都受到损害，后果不堪设想。

淋巴结、脾脏等外周免疫器官是体内各种免疫细胞分布和繁殖的地方。幼儿出生后，淋巴结迅速发育，12岁时达到最高峰，其总量比成人大1倍。所以淋巴结是儿童时期重要的防御力量。它能杀灭致病菌，防止病菌扩散，为淋巴细胞的再循环提供环境。

我们有时见到一种感染性疾病，局部可摸到一个个的硬结，这就是淋巴结参与防卫后形成的肿大，当炎症消退后，淋巴结也随之恢复正常。

此外，儿童体内还有扁桃体、肠集合淋巴结等其他淋巴组织，也在警惕地保卫着机体。如在消化道和呼吸道这些与外界相通的管道中就聚集着大量由免疫细胞组成的淋巴小结，它们在局部的免疫防卫体制中充当着身体的卫士。

T淋巴细胞在胸腺内生成后，主要分布在外周血液里，有的参与肿瘤免疫，有的参与移植排斥反应，它们像身体忠诚的卫士，密切地监视着各个部位，一旦发现正常细胞变成癌细胞，就会毫不留情地将它消灭。

但若少儿的免疫系统有缺陷，T淋巴细胞就会敌我不分，把正常组织也当作敌人攻击，从而形成自身免疫性疾病，如红斑狼疮、类风湿性关节炎等。

由T淋巴细胞引起的免疫反应叫做特异性细胞免疫。由B淋巴细胞引起的免疫反应叫做特异性体液免疫。B淋巴细胞主要在周围淋巴细胞中产生，其作用是产生抗体，B淋巴细胞的寿命不长，一般只有几周或几天。

免疫分子主要是指抗体和免疫球蛋白补体。具有抗体活性的球蛋白称为免疫球蛋白，是B淋细胞的产物，存在于血管内外的体液中和B细胞的膜上，分为IgG、IgA、IgM、IgD、IgE5类。其中IgG含量最高，占总量的80%左右，主要作用是抗病毒、细菌、寄生虫感染；IgM能促进巨噬细胞的吞噬作用，还能凝集和溶解细胞；IgA主要是保护消化道、呼吸道表面，抵抗致病菌的侵袭。

上一节我们了解到免疫系统的第三道防线就是T细胞和B细胞联合作战来对付病原体的入侵，让身体在一段时期或者终身对该病原体免疫。而T细胞和B细胞对抗病原体叫做细胞免疫和体液免疫，这一节我们将详细介绍细胞免疫的内容。

所谓细胞免疫，就是和我们人体细胞相关的一种免疫方式。总的来说，就是当病原体入侵到我们人体某个细胞内部不断分裂，使得该正常的细胞出现不健康的状态，那么T细胞就会来到该细胞释放毒素让该细胞分解死亡。同时内部的病原体也就一并的死亡了，这就是细胞免疫的简单原理。

下面我们就详细的了解一下细胞免疫：

细胞免疫又称细胞介导免疫。狭义的细胞免疫仅指T细胞介导的免疫应答，即T细胞受到抗原刺激后，分化、增殖、转化为致敏T细胞，当相同抗原再次进入机体，致敏T细胞对抗原的直接杀伤作用及致敏T细胞所释放的细胞因子的协同杀伤作用。T细胞介导的免疫应答的特征是出现以单核细胞浸润为主的炎症反应和/或特异性的细胞毒性。广义的细胞免疫还应该包括原始的吞噬作用以及NK细胞介导的细胞毒作用。细胞免疫是清除细胞内寄生微生物的最为有效的防御反应，也是排斥同种移植物或肿瘤抗原的有效手段。

细胞免疫的产生也分为感应、反应和效应三个阶段。其作用机制包括两个方面：一、致敏T细胞的直接杀伤作用。当致敏T细胞与带有相应抗原的靶细胞再次接触时，两者发生特异性结合，产生刺激作用，使靶细胞膜通透性发生改变，引起靶细胞内渗透压改变，靶细胞肿胀、溶解以致死亡。致敏T细胞在杀伤靶细胞过程中，本身未受伤害，可重新攻击其他靶细胞。参与这种作用的T细胞称之为致命T细胞，也称为杀伤T细胞。二、通过淋巴因子相互配合、协同杀伤靶细胞。如皮肤反应因子可使血管通透性增高，使吞噬细胞易于从血管内游出；巨噬细胞趋化因子可招引相应的免疫细胞向抗原所在部位集中，以利于对抗原进行吞噬、杀伤、清除等。由于各种淋巴因子的协同作用，扩大了免疫效果，达到清除抗原异物的目的。

在抗感染免疫中，细胞免疫主要参与对胞内寄生的病原微生物的免疫应答及对肿瘤细胞的免疫应答，参与迟发性变态反应和自身免疫性疾病的形成，参与移植排斥反应及对体液免疫的调节。也可以说，在抗感染免疫中，细胞免疫既是抗感染免疫的主要力量，参与免疫防护；又是导致免疫病理的重要因素。

T细胞是细胞免疫的主要细胞。其免疫源一般为：寄生原生动物、真菌、外来的细胞团块（指的是移植器官或被病毒感染的自身细胞）。细胞免疫也有记忆功能。

根据功能不同T细胞可分为三类，其表面均有相应的受体，具有抗原特异性：细胞毒性T细胞、辅助性T细胞以及抑制性T细胞。

细胞毒性T细胞：作用是消灭外来病原。病毒感染细胞后，细胞表面呈现病毒表达的抗原，并结合到细胞表面形成抗原结合物。被细胞毒性T细胞接触、识别后，细胞毒性T细胞分泌穿孔素，使靶细胞溶解而死，病毒进入体液，被抗体消灭。癌变细胞也是细胞毒性T细胞攻击目标，免疫功能弱的人群容易患癌症。

辅助性T细胞：对各种免疫细胞有辅助作用，对于免疫具有重要作用。该T细胞的受体能识别外来抗原巨噬细胞吞噬入侵的细菌等微生物，在细胞内消化、降解，抗原分子呈现在细胞表面，将抗原传递给该T细胞促进该T细胞，形成正反馈，刺激T淋巴细胞分化出细胞毒性T细胞，刺激B细胞分化出浆细胞和记忆细胞。

抑制性T细胞：只有在TH的刺激下才发生作用。在外来的抗原消灭殆尽时，发挥作用而结束“战斗”。

细胞免疫的过程：

抗原与T淋巴细胞表面的有关受体结合就产生第二膜信号，协同刺激信号。在双信号刺激下，T淋巴细胞才能被激活T淋巴细胞被激活后转化为淋巴母细胞，并迅速增殖、分化，其中一部分在中途停下不再分化，成为记忆细胞；另一些细胞则成为致敏的淋巴细胞，其中Tc有杀伤力，使外源细胞破裂而死亡。辅助性T细胞分泌白介素等细胞因子使细胞毒性T细胞、 各种有吞噬能力的白细胞集中于外来细胞周围，将外来细胞彻底消灭。

在这一反应即将结束时，Ts开始发挥作用，抑制其他淋巴细胞的作用，终止免疫反应。

记忆细胞不直接执行效应功能，留待再次遇到相同抗原刺激时，它将更迅速、更强烈地增殖分化为效应细胞，有少数记忆细胞再次分裂为记忆细胞，持久的执行特异性免疫功能。

包括抗体，溶菌酶，淋巴因子等等。

人体的免疫系统，是由免疫器官，免疫细胞和免疫活性物质三部分组成的。免疫器官，是由免疫细胞组成，是免疫细胞生成、成熟的地方，包括骨髓，淋巴结，脾胸腺等等均属于免疫器官。

免疫细胞，是具有免疫功能的细胞，如淋巴细胞，吞噬细胞等。免疫活性物质是由免疫细胞和其他细胞产生的，发挥免疫作用的物质，包括抗体，溶菌酶，淋巴因子等等。

基本功能

免疫系统（immune system）是机体执行免疫应答及免疫功能的重要系统。由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成。免疫系统具有识别和排除抗原性异物、与机体其他系统相互协调，共同维持机体内环境稳定和生理平衡的功能。

免疫系统（immune system）是防卫病原体入侵最有效的武器，它能发现并清除异物、外来病原微生物等引起内环境波动的因素。但其功能的亢进会对自身器官或组织产生伤害。

-免疫系统

Single-cell landscape of immunological responses in patients with COVID-19

影响因子： 20479PMID： 32788748 期刊年卷：Nat Immunol 2020 09;219(9) 医学一区 免疫学 Q1 3/155

DOI： 101038/s41590-020-0762-x

这篇文章和上一篇文章思路、设计、方法基本一致，甚至结论也有相似之处，通讯作者都是院士，但是为什么发的分值相差距大呢？除了文章发表先后顺序外，在样本量和数据分析方面做得更细致一些，亚群分析更细致一些，另外图表也比上一篇美观，这些问题都值得我们反思！

作者实施了单细胞RNA测序（scRNA-seq），观察了中度至重度症状的COVID-19患者外周血单核细胞（PBMC）的免疫反应。作者的研究描绘了COVID-19疾病发展过程中血液免疫细胞的高分辨率转录组图谱，这将有助于更好地了解该疾病的保护性和致病性免疫反应。

在由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2（SARS-CoV-2）感染引起的冠状病毒疾病2019（COVID-19）中，疾病严重程度与宿主免疫反应之间的关系尚未完全了解。在这里，作者对5位健康供体和13位COVID-19患者（包括中度，重度和恢复期患者）的外周血样本进行了单细胞RNA测序。通过确定免疫细胞的转录谱，并结合组装的T细胞受体和B细胞受体序列，作者分析了免疫细胞的功能特性。COVID-19患者中的大多数细胞类型均表现出强烈的干扰素-α反应和整体急性炎症反应。此外，高度细胞毒性效应T细胞亚群如CD4+ effector-GNLY (granulysin), CD8+ effector-GNLY and NKT CD160与中度患者的康复有关。在重症患者中，免疫系统的特征是干扰素反应紊乱，免疫力衰竭，T细胞受体组成偏向，T细胞广泛扩散。这些发现说明了疾病进展过程中免疫反应的动态性质。

scRNA-seq（10X基因组学）研究了13例患者和5例健康供体（HD）的PBMC的转录组谱（图 1a ）。将13例COVID-19患者分为三种临床情况：中度（ n  = 7），重度（ n  = 4）和恢复期（conv； n  = 6，其中4例与中度病例配对）（图 1a， b ，还对每个受试者进行了单细胞T细胞受体（TCR）和B细胞受体（BCR）测序。经过统一的单细胞分析流程（请参阅 方法 ），从所有样本的PBMC中的122,542个细胞中获得了约6亿个独特的转录本。在这些细胞中，22,711个细胞（占185％）来自HD，37,901个细胞（占309％）来自中度状态，24,640个细胞（占201％）来自严重状态，而37,290个细胞（占304％来自恢复状态）状况。将所有高质量细胞整合到完整且可比较的数据集中，并在校正读取深度和线粒体读取计数后进行主成分分析（补充图 2a，b ）。

图1：HD和COVID-19患者的PBMC的研究设计和单细胞转录谱。

使用基于图的统一流形近似和投影聚类（UMAP），作者根据规范基因标记的表达捕获了14种主要细胞类型或亚型的转录组（图 1c-e 和补充图 2a，b ）。外周血中细胞亚群的组成

(naive-state T (naive T) cells (CD3+CCR7+),

activated-state T (activated T) cells (CD3+PRF1+),

mucosal-associated invariant T (MAIT) cells (SLC4A10+TRAV1-2+),

γδ T cells (TRGV9+TRDV2+),

proliferative T (pro T) cells (CD3+MKI67+),

natural killer (NK) cells (KLRF1+),

B cells (MS4A1+),

plasma B cells (MZB1+),

CD14+ monocytes (CD14+ mono; LYZ+CD14+),

CD16+ monocytes (CD16+ mono; LYZ+FCGR3A+),

monocyte-derived dendritic cells (mono DCs; CD1C+),

plasmacytoid dendritic cells (pDCs; LILRA4+), platelets (PPBP+)

为了揭示三种情况（中度，重度和转化）中细胞组成的差异并与HDs进行比较，作者根据scRNA-seq数据计算了每个人的PBMC中14种主要细胞类型的相对百分比（图 2a–d ）。活化的T细胞簇的相对百分比在中度患者中达到峰值，甚至在恢复期也没有恢复到正常水平。值得注意的是，幼稚T细胞，MAIT细胞和单DC的相对丰度随着疾病的严重程度而降低，后来在conv患者中这些种群得以恢复（图 2d ）。相比之下，在conv患者中，pro T细胞，血浆B细胞，CD14 +mono和血小板的相对百分比随着疾病的严重程度而增加，后来又下降了。 2d ）。重症患者中CD14 + mono的大量增加是根据最近的一项研究表明，病原性T细胞诱导的炎性单核细胞在COVID-19中引发了炎性风暴（参考文献 22 ）。

图2：疾病状况的细胞组成差异。

接下来，为了研究SARS-CoV-2感染期间的抗病毒和病原体免疫反应，作者评估了两种重要途径的表达水平（基因本体论（GO）生物学过程术语：对干扰素（IFN）-α的反应和急性炎症反应）。跨四个条件的主要细胞类型。作者发现，在COVID-19患者的PBMC中，所有主要细胞类型中对IFN-α的反应均一且显著上调，并且在严重患者中，除血浆B细胞外，几乎所有主要细胞类型中对IFN-α的响应值均最高，其中中度患者的IFN-α反应最大（图 2e ）。另外，除pro T细胞外，急性炎症反应在所选细胞类型的各种条件下均表现出一致且显著的差异。几种细胞类型显示出与疾病严重程度大致对应的急性炎症反应趋势，包括活化的T细胞，γδT细胞，NK细胞和CD16 + mono（图 2e ）。此外，在严重患者中，血浆I型IFN，IFN-γ和其他炎性细胞因子水平最高（补充图 2c ）。这些结果表明，在COVID-19患者中有很强的总体促炎反应（图 2e ）。

为了进一步研究SARS-CoV-2感染后先天免疫细胞的转录组变化（图 3a，b ），作者比较了CD14 +和CD16 +单核细胞中度或重度条件与HD条件的表达模式。作者发现COVID-19患者的IFN反应，髓样白细胞活化，细胞因子产生和核因子（NF）-κB信号通路均涉及显著差异表达的基因（DEG）（图3c，d）。作者发现COVID-19患者的IFN反应，髓样白细胞活化，细胞因子产生和核因子（NF）-κB信号通路均涉及显著差异表达的基因（DEG）（图 3c，d ）。 此外，严重条件下单核细胞中更多的DEG富含分子代谢和分解代谢过程以及细胞因子分泌（补充图 3a ）。对于NK细胞，与单核细胞相似，与IFN反应，细胞因子产生，NF-κB信号通路和白细胞细胞毒性相关的DEGs在COVID-19患者中显著丰富（图 3e，f ），表明先天免疫细胞具有一致的反应感染SARS-CoV-2。此外，与中度患者相比，重症NK细胞的DEGs，例如 ITGB2， CCL5 和 CXCR2 ，与迁移相关的过程更为紧密相关（补充图 3b，c ）。

图3：在四个条件下个体的先天免疫细胞的特征。

全尺寸

与DEG富集结果一致，作者发现SARS-CoV-2感染后单核细胞和NK细胞均显示出明显的IFN和急性炎症反应，特别是在严重患者中（图 2e ）。与HD条件相比，单核细胞和NK细胞中细胞凋亡和迁移的水平也被上调（图 3g ）。与单核细胞和NK细胞中相当的凋亡水平不同，重度患者的先天免疫细胞比中度患者更容易迁移（图 3g 和补充图 3c ）。这些结果表明，在患有COVID-19的患者中，大多数先天免疫细胞类型均表现出强烈的IFN反应。

为了表征个体在四种情况下个体T细胞亚群的变化，作者从PBMC中亚群化T细胞，并根据典型T细胞标志物的表达和分布获得12个亚群（图 4a，b ）：

CD4 + T细胞的6种亚型（CD3E + CD4+），

CD8 + T细胞的3种亚型（CD3E + CD8A +）

NKT细胞的3种亚型（CD3E + CD4 – CD8A –TYROBP +）

图4：T细胞亚群的免疫学特征

源数据

全尺寸

CD4 + T细胞簇的六个亚型

naive CD4+ (CD4+ naive) T cell (CCR7+SELL+),

memory CD4+ (CD4+ memory) T cell (S100A4+GPR183+),

effector memory CD4+ T cell (S100A4+GPR183+GZMA+)

regulatory T (Treg) cell (FOXP3+IL2RA+) 亚型，

两种effector CD4 + T亚型：

CD4+ effector-GZMK and CD4+ effector-GNLY。CD4+ effector-GNLY簇的特点是与细胞毒性，包括相关联的基因的高表达NKG7，GZMA，GZMB，GZMH和GNLY，而CD4+ effector-GZMK 簇显示出的高表达GZMK基因（图4b和补充图4a，b）。此外，CD4+ effector-GNLY细胞表现出高表达的TBX21，表明它们是1型辅助性T（T H1）样细胞（补充图4c）。相反，CD4+ effector-GZMK和effector memory CD4+ T cell具有高表达GATA3的2型辅助T（T H 2）细胞样特征（补充图4c）。

CD8 + T细胞簇的三个亚型

CD8+ (CD8+ naive) T cell subset (CCR7+SELL+)

and two effector CD8+ T cell subsets (CD8+ effector-GZMK and CD8+ effector-GNLY)，它们都具有高表达的GZMA和NKG7。

CD8+ effector-GZMK独特表达GZMK，而CD8+ effector-GNLY显示出相对高的表达水平GZMB / H和GNLY（图4B和补充图4A，B）。

NKT细胞簇的三个亚型被定义为

NKT (NKT naive) cells (CCR7+SELL+), CD56+ NKT (NKT CD56)，CD160+ NKT (NKT CD160)

（图 4a，b ）。

为了深入了解T细胞亚群中的特征，作者评估了每个簇在四个条件下的分布（图 4c 和补充图 4d，e ）。值得注意的是，与HD相比，COVID-19患者的effector T cells （CD4+ naive, CD4+ memory, CD4+ effector memory, Treg, CD8+naive and NKT naive subsets）的比例下降（图 图4c 和补充图 4D ）。即使在转化条件下，CD4+ naive, CD8+ naive and Treg 的比例簇没有恢复到HD的水平（图 4c 和补充图 4d ）。相反，COVID-19患者的CD4+ effector-GNLY, CD8+ effector-GNLY, NKT CD56 and NKT CD160子集的活跃状态T细胞子集的比例增加，这些细胞毒性子集甚至以高比例存在在conv患者中（图 4c ）。特别要注意的是，HDs中几乎不存在CD4+ effector-GNLY 亚群，但在中度，重度和转化性患者中高度丰富。此外，与中度患者相比，重度患者的NKT CD160亚群的丰度显著降低。

然后，作者评估了在四种情况下不同效应子状态T细胞亚群的细胞毒性和衰竭评分（图 4d 和补充图 4f ）。CD4+ effector-GNLY, CD8+ effector-GNLY, NKT CD56 and NKT CD160子集显示出比其他子集更高的细胞毒性评分。在这些高度细胞毒性的簇中，HDs的细胞毒性评分最低，而中度状态则显示最高的细胞毒性状态，但CD4+ effector-GNLY亚群除外（图 4d，e 和补充图 4f ）。同时，CD4+ effector-GZMK, CD8+ effector-GZMK and NKT CD160 亚群显示出比其他亚组更高的疲劳评分。在这些精疲力竭的亚组中，HDs的精疲力竭评分最低，而重症患者表现为最精疲力竭状态（图 4d，e 和补充图 4f ），这与先前检查重症患者CD8 + T细胞的功能研究一致并发现疲惫不堪的状态和功能受损 23 。

为了进一步研究SARS-CoV-2感染后T细胞中差异转录组的变化，作者比较了中度或重度之间的效应T细胞（排除CD4+ naive, CD4+ memory, CD8+ naive and NKT naive）的表达谱。HD条件。作者观察到，在COVID-19患者中上调的DEG参与了以下过程，包括IFN反应，细胞因子产生，细胞杀伤，白细胞-细胞粘附和细胞骨架组织（图 4f，g 和补充图 4i ）。此外，使用凋亡和迁移评分系统，作者观察到严重患者的T细胞可能经历了迁移和凋亡（图 4h，i 和补充图 4g，h ）。在重症患者的PBMC中的细胞死亡和迁移途径的活化显著表明，细胞死亡和淋巴细胞迁移可以与淋巴细胞减少，在患者中观察到严重COVID-19的常见现象（参考文献相关联 18 ， 19 ， 24 ）。

接下来，为了深入了解各个T细胞之间的克隆关系以及在四个条件下V（D）J基因的使用，作者从TCR测序中重建了TCR序列（补充表 2 ）。简而言之，除了三个NKT子集外，所有子集中具有匹配的TCR信息的细胞超过70％（图 5a，b ）。首先，与HDs相比，COVID-19患者和恢复期患者的克隆扩增明显（图[5c–e]( https://wwwnaturecom/articles/s41590-020-0762-x#Fig5 ）。在中度和慢性条件下的克隆扩增程度高于严重条件下的克隆扩增程度。同时，在严重的情况下，没有大的克隆扩增（克隆大小> 100）（图 5e ），表明严重的患者可能缺乏效应T细胞的有效克隆扩增。作者观察到T细胞亚群之间不同程度的克隆扩增（图 5c，d ）。效应T细胞亚群CD4 +效应子GNLY，CD8 +效应子GZMK和CD8 +效应子GNLY表明克隆细胞（图的高比例 5a中，d 和补充图 5A ）和包含簇间克隆细胞的高比例（图 5f ），提示效应子T细胞经历了动态状态转变（图 5a，f ）。

全尺寸

为了研究COVID-19和HD患者中TCR的动力学和基因偏好，作者比较了四种情况下V（D）J基因的使用情况（图 5g–i 和补充图 5b ）。在四个条件下，前10个互补决定区3（CDR3）序列不同（图 5h ）。中度和转化条件共享一些CDR3序列，因为来自这些条件的四个样本已配对。与其他三个条件相比，HD条件下前10个CDR3序列的使用百分比更低且更均衡。值得注意的是，作者发现在COVID-19患者中V（D）J基因的不同用法具有降低的多样性，这在 TRA 基因中更为明显（图 5i ）。作者还确定了 重度患者与中度和 慢性患者相比 TRAJ39 和 TRAJ43的 过度表达 （图 5g ）。 重症患者首选的TRBJ基因是TRBJ1-1，而中度和转化性患者首选TRBJ2-1（图 5i ）。 V（D）J基因的选择性使用表明不同的免疫优势表位可能驱动T细胞反应的分子组成，并且可能与SARS-CoV-2特异性感染相关。

为了追踪不同B细胞亚型的动态变化，作者根据规范B细胞标志物的表达和分布将B细胞分为六个子集（图 6a，b 和补充图 6a ）。

naive B subset (MS4A1+IGHD+),

memory B subset (MS4A1+CD27+),

intermediate transition memory B subset (intermediate memory B; IGHD+CD27+),

germinal center B subset (MS4A1+NEIL1+) and two plasma subsets, plasma B (MZB1+CD38+) and dividing plasma B (MZB1+CD38+MKI67+)

图6：B细胞亚群的免疫学特征。

全尺寸

值得注意的是，与HD相比，COVID-19患者的活动状态B子集（germinal center B, plasma B and dividing plasma B subsets）的比例增加。相反，与HD患者相比，COVID-19患者的memory B cells比例下降（图 6c-e ）。

为了进一步研究SARS-CoV-2感染后B细胞的差异转录组变化，作者比较了中度或重度条件下HD的B/plasma cells的表达谱。在COVID-19患者中最丰富的DEG参与了与IFN反应相关的基因（图 6f，g 和补充图 6c ）。此外，重症患者中的DEG与蛋白质合成，成熟和运输相关的生物学过程有关（补充图 6b ）。这些结果揭示了COVID-19患者B细胞亚群的转录组特征。

作者还从BCR测序中重建了BCR序列（补充表 3 ），并分析了BCR克隆扩增的状态。简而言之，每个簇中BCR的检出率均超过75％（图 7a，b ）。作者发现来自重症患者的B细胞显示出比其他三种情况明显的克隆扩增（图 7c 和补充图 6d ），这表明重症患者的B细胞活性和体液免疫反应被强烈激活，这让人想起先前的观察较高的抗体滴度与更差的临床结果相关联 25 ， 26 ， 27 。这引起了这样一种担忧，即病原体导向的抗体可以促进疾病病理，导致抗体依赖性增强，类似于SARS 28 中观察到的增强。

图7：扩展的BCR克隆和V（D）J基因的选择性使用

全尺寸

接下来，作者分别评估了中度，重度和转化条件下每位患者中IgA，IgD，IgG和IgM的分布（未检测到IgE）。在大多数患者中，IgM是主要的免疫球蛋白（图 7d，e ）。与HD相比，COVID-19患者的IgG含量增加，而IgM降低。在恢复期患者中，IgG和IgM的水平恢复到与HDs相似的水平。

为了研究BCR的偏向V（D）J重排，作者比较了四种条件下V（D）J基因的使用情况（图 7f，g 和补充图 6e ）。与其他三种情况相比，作者发现在重症患者中使用了更多的特定V（D）J，这表明重症患者的B细胞可能经历了独特而特定的V（D）J重排（图 7g ）。 作者还发现IHDJ4在所有HD和患者中得到了综合利用（图 7f ），但与其他三种情况下的患者相比，重症患者中IGHJ4的IGHV配对IGHV基因却有所不同（图 7g ） 。 作者观察到IGHV3-7的过度表达在严重患者中（图 7f ）。此外，重症患者中前两个配对的VJ频率为IGHV3-7 / IGHJ4和IGKV3-15 / IGKJ3（图 7g ）。 总体而言 ，严重患者的B细胞克隆性增加以及 IGHV 和 IGKJ 基因的偏斜使用表明SARS-CoV-2感染与宿主B细胞中的V（D）J重排有关。值得注意的是， 在重症患者中选择性使用显性IGV基因，尤其是IGHV3-7和IGKV3-15，可能有助于疫苗的设计。

1、组成：免疫系统由免疫器官（骨髓、脾脏、淋巴结、胸腺等）、免疫细胞（淋巴细胞、单核吞噬细胞、中性粒细胞等）以及免疫分子（免疫球蛋白、干扰素、白介素等）组成

2、功能：

（1）发现并清除异物、外来病原微生物等引起内环境波动的因素。

（2）识别和清除体内发生突变的肿瘤细胞、衰老细胞、死亡细胞或其他有害的成分。这种随时发现和清除体内出现的“非己”成分的功能被称之为免疫监视。

（3）清除新陈代谢后的废物及免疫细胞与病毒打仗时遗留下来的病毒死伤尸体，都必须藉由免疫细胞加以清除。

扩展资料

免疫器官根据分化的早晚和功能不同，可分为中枢免疫器官和外周免疫器官。前者是免疫细胞发生、分化、成熟的场所；后者是T、B淋巴细胞定居、增殖的场所及发生免疫应答的主要部位。

B淋巴细胞由哺乳动物骨髓或鸟类法氏囊中的淋巴样干细胞分化发育而来。成熟的B细胞主要定居在外周淋巴器官的淋巴小结内。

T淋巴细胞来源于骨髓中的淋巴样干细胞，在胸腺中发育成熟。主要定居在外周淋巴器官的胸腺依赖区。

-免疫系统

1、免疫器官。可分为中枢免疫器官和外周免疫器官。前者是免疫细胞发生、分化、成熟的场所；后者是T、B淋巴细胞定居、增殖的场所及发生免疫应答的主要部位。

2、免疫细胞。其主要功能是介导细胞免疫。在病理情况下，可参与迟发型超敏反应和器官特异性自身免疫性疾病。活化的NKT细胞具有细胞毒作用和免疫调节作用。

3、免疫分子。识别和清除体内发生突变的肿瘤细胞、衰老细胞、死亡细胞或其他有害的成分。

4、免疫组织。识别和清除外来入侵的抗原，如病原微生物等。

扩展资料

运行机制：正常人体的血液、组织液、分泌液等体液中含有多种具有杀伤或抑制病原体的物质。主要有补体、溶菌酶、防御素、乙型溶素、吞噬细胞杀菌素、组蛋白、正常调理素等。这些物质的直接杀伤病原体的作用不如吞噬细胞强大，往往只是配合其它抗菌因素发挥作用。

例如补体对霍乱弧菌只有弱的抑菌效应，但在霍乱弧菌与其特异抗体结合的复合物中若再加入补体，则很快发生溶解霍乱弧菌的溶菌反应。

——免疫系统

18 世纪至 20 世纪中叶为经典免疫学时期。这一时期，人们对免疫功能的认识由人体现象的观察进入了科学实验时期。在此期间取得的重要成果包括：

牛痘苗的发明

牛痘苗的发明是继人痘苗之后免疫学的一个重要发展，是由英国医生 Jenner 在观察到患过牛痘的挤奶女工，不再患天花的事实后，通过长期研究的科学成果。该疫苗给人体接种后，只引起局部反应，并不造成严重损害，但能有效地预防天花。它不仅弥补了人痘苗的不足，而且可在实验室大量生产。因此很快地代替了人痘苗，被医学界所接受。

减毒活疫苗的发明

19 世纪末，随着微生物学的发展，法国免疫学家巴斯德（Pasteur）和德国细菌学家郭霍（Koch）在创立了细菌分离培养技术的基础上，通过系统地科学研究，利用物理、化学，以及生物学方法获得了减毒菌苗，并用于疾病的预防和治疗。Pasteur 以高温培养法制备了炭疽疫苗，用狂犬病毒在兔体内经连续传代制备了狂犬病疫苗。这些减毒疫苗的发明不但为实验免疫学打下了基础，也为疫苗的发展开辟了新局面。

抗体的发现

1890 年德国学者 Behring （贝苓）和日本学者北里用白喉外毒素免疫动物时发现，在被免疫的动物血清中有一种能中和外毒素的物质，称为抗毒素。将此免疫血清被动转移给正常动物，使后者获得了中和外毒素的能力。同年 Behring 又与 Kitasato 将白喉抗毒素正式用于白喉的治疗，开创了人工被动免疫疗法之先河。为此， Behring 于 1901 年获得诺贝尔医学和生理学奖。后来，人们相继发现了凝集素、沉淀素等能与细菌或细胞特异性反应的物质，统称为抗体；而将能引起抗体产生的物质称为抗原，从而确立了抗原和抗体的概念。

补体的发现

1894 年， Pfeiffer 发现了免疫溶菌现象。他将霍乱弧菌注射到已被该菌免疫的豚鼠腹腔内，发现新注入的霍乱弧菌迅速溶解。此外，取细菌免疫血清与相应细菌注入正常豚鼠腹腔也可得到同样结果。Bordet 将新鲜免疫血清加热 30 分钟后，再加入相应细菌，发现只出现凝集，丧失了溶菌能力。据此认为，免疫血清中可能存在两种与溶菌有关的物质，一种是对热稳定的物质即抗体，其能与相应细菌或细胞特异性结合，引起凝集；另一种是对热不稳定的物质，称之为补体，它是正常血清中的成分，无特异性，但具有协助抗体溶解细菌或细胞的作用。

血清学方法的建立

根据抗原和抗体特异性结合的特点，在抗毒素发现以后的 10 年中，建立了许多体外检测抗原、抗体的血清学方法如凝集反应、沉淀反应、补体结合反应等，为传染病的诊断和流行病学调查提供了新的重要手段。

免疫化学的研究

在抗原和抗体概念确立后，人们对其理化性质、抗原与抗体特异性结合的化学基础等问题产生了兴趣。20 世纪初， Landsteiner 等应用偶氮蛋白的人工结合抗原，即以芳香族有机化学分子偶联到蛋白质分子上形成的抗原，研究抗原抗体反应特异性的物质基础，从中认识到，抗原特异性实际上是由一些小分子的结构及构象决定的，进而提出了关于抗原抗体反应的格子学说，从理论上解释了血清学反应现象。20 世纪 30 年代， Tiselies 和 Kabot 建立了血清电泳技术，证明抗体是丙种球蛋白，并利用分离、纯化抗体的方法对抗体分子的结构与功能进行研究。Grubar 等人建立了免疫电泳技术，发现了抗体分子的不均一性的本质，从而使抗体分子与结构研究取得了重大进展。

抗体生成理论的提出

1897 年， Ehrlich 提出关于抗体产生的学说，即侧链学说。他认为抗毒素分子存在于细胞表面，当外毒素进入机体与其结合后，可刺激细胞产生更多的抗毒素分子，由细胞表面脱落入血。该学说当时未被免疫学界接受。20 世纪 30 年代 Haurowitz 和 Pauling 等先后提出抗体生成的直接模板学说和间接模板学说，他们均认为抗原决定了抗体的特异结构，否认抗体产生细胞的膜上具有识别抗原受体。这种只片面强调抗原对机体免疫反应的作用，忽视机体免疫系统对抗原识别的本质的理论，违背了免疫反应的基本规律，阻碍了抗体生成研究的过程。直到细胞系选择学说提出后，才使免疫学有了新的进展。

对机体保护性免疫机制的探讨

19 世纪末，对机体保护性免疫机制的探讨引起人们的关注，在此期间形成两大学派。一为以 Metchnikoff 为代表的细胞免疫学派，该学派认为抗感染免疫是由体内的吞噬细胞所决定；一为以 Ehrlich 为代表的体液免疫学派，该学派认为血清中的抗体是抗感染免疫的主要因素。它们各持己见，争论不休，但每一学派都仅仅反应了复杂免疫机制的不同侧面，存在一定的片面性。直至 1903 年， Wright 和 Douglas 在研究吞噬现象时，发现血清和其它体液中存在一种物质（调理素），能大大增强吞噬作用，从而初步将两大学派统一起来，使人们开始认识到机体的免疫机制包括两个方面：体液免疫和细胞免疫。 20 世纪中叶至该世纪 60 年代期间，为近代免疫学时期。这一时期人们冲破了抗感染免疫模板学说的束缚，对生物体的免疫反应性有了比较全面的认识，使免疫学开始研究生物问题，出现了全新的免疫学理论。因此，这一期实际上是免疫生物学时期。在此期间获得的主要成就包括：

一、迟发型超敏反应的发现

Koch 在用结核杆菌给患者皮下注射，试图进行免疫治疗时发现，在注射局部出现组织坏死现象，称为 Koch 现象。该现象具有特异性。Chase 等对 Koch 现象进一步深入研究，他们以致敏豚鼠血清转移给正常动物，未能引起结核菌素反应；而用其淋巴细胞转移则引起了阳性反应。从而证明了结核菌素反应不是由抗体，而是由致敏淋巴细胞引起，机体的免疫性不仅仅只有体液免疫，也可形成细胞免疫。

二、免疫耐受的发现

1945 年， Owen 发现异卵双生的两头小牛体内有两种血型红细胞共存，称其为血型细胞相嵌现象。由于不同血型细胞天然存在于同一机体内不引起免疫应答故又称为天然耐受。此后， Medawar 等在新生期小鼠体内成功地进行了人工诱导异己抗原耐受实验，揭示了体内处于发育阶段的免疫细胞无论接触自身抗原还是异己抗原，均可导致对相应抗原的耐受。

三、细胞系选择学说的提出

1958 年，澳大利亚免疫学家 Burnet 在 Ehrlich 侧链学说影响下，提出细胞系选择学说。该学说阐明了抗体产生的机制，并对诸如抗原识别、免疫记忆及自身耐受与自身免疫等许多重要免疫生物学现象作了解释，大大促进了现代免疫学的发展。该学说基本观点为① 认为机体内存在识别不同抗原的多种细胞系，每一细胞系的细胞表面表达识别相应抗原的同一受体；② 抗原进入机体后，选择性地与具有相应受体细胞系的细胞作用，使之活化、增殖、分化成效应细胞或记忆细胞；③ 胚胎期针对自身抗原的免疫细胞与自身抗原接触后可被破坏、排除或处于抑制状态；④　免疫细胞可突变形成与自身抗原反应的细胞系，导致自身免疫病。

四、免疫学技术的发展

在此期间，免疫学技术也得到快速发展，建立了间接凝集反应和免疫标记技术，进一步促进了免疫学基础理论的研究和应用。 现代免疫学时期指 20 世纪 60 年代至今的时期。在这一时期，确认了淋巴细胞系在免疫反应中的地位，阐明了免疫球蛋白的分子结构与功能，对免疫系统特别是细胞因子、粘附分子等进行了大量研究，并从分子水平对免疫球蛋白的多样性、类别转化等进行了有益的探讨，在许多方面取得了突破性成就。

一、免疫系统的研究

1957 年 Click 发现摘除鸡法氏囊，可引起抗体产生缺陷。认为法氏囊是抗体产生细胞存在的主要场所，并将产生抗体的细胞称为 B 细胞。Miller 和 Good 通过在哺乳类动物体内进行早期胸腺摘除，导致细胞免疫缺陷和抗体产生严重下降，证明了存在于胸腺的免疫细胞主要执行细胞免疫，称之为 T 细胞。1969 年 Claman 和 Mitchell 等提出了 T 细胞亚群的概念。此后，人们进一步证实了经胸腺和法氏囊分化、成熟的 T 、 B 淋巴细胞在外周淋巴组织的分布，以及 T 、 B 细胞在抗体产生中的协同作用，从而建立了免疫系统的组织学和细胞学基础。

二、抗体结构与功能的研究

20 世纪 60 年代， Porter 用木瓜蛋白酶水解抗体，获得了抗体活性片段（Fab）和可结晶片段（Fc）。用化学还原法证明抗体是由多肽链组成，并以抗原分析法证明了抗体分子的不均一性。此后，人们统一了抗体球蛋白名称，并建立了免疫球蛋白的分类。

三、免疫网络学说的提出

1972 年， Jerne 提出免疫网络学说。该学说认为：抗体和淋巴细胞表面的抗原受体存在独特性，在抗原进入前，抗体处于相对稳定状态，当抗原进入机体后，使这种平衡被打破，导致特异性抗体产生，当后者达到一定量时，可引起抗独特型抗体产生。由此可见，在同一机体内一组抗体的独特型决定基可被另一组抗独特型抗体分子识别；而一组淋巴细胞表面的抗原受体可被另一组淋巴细胞表面抗独特型表面受体所识别，这样在淋巴细胞和抗体之间就形成了独特型 - 抗独特型免疫网络。

网络学说探讨了免疫调节机制，提出由抗原刺激引起的免疫应答不是无休止地进行，而是受独特型抗体的制约，籍以维持机体的生理稳定和平衡。

四、抗体多样性研究

早在 20 世纪 60 年代 Dreyer 和 Benner 等曾提出一种假设，认为编码免疫球蛋白（Ig）肽链的基因是由两种基因组成。在胚胎期，它们彼此分隔存在，在 B 细胞分化、发育过程中重排和拼接在一起。日本学者利根川进等应用分子杂交技术克隆出编码 Ig 分子 V 区和 C 区基因，并应用 cDNA 克隆探针证明了 B 细胞在分化发育过程中编码 Ig 的基因结构，进而阐明了抗原结合部位多样性的遗传控制。

五、细胞因子与免疫细胞膜分子研究

细胞因子和免疫细胞膜分子研究是近 20 年来免疫学研究的热点。

最初人们从细胞培养液中提取细胞因子进行功能和结构的研究，相继发现了白细胞介素(IL) 、干扰素(IFN) 、肿瘤坏死因子(TNF) 、集落刺激因子(CSF) 等细胞因子，对其生物学功能、作用特点有了进一步的了解。在此基础上，通过基因工程技术，可大批量生产细胞因子，促进了细胞因子在临床治疗和实验研究中的应用。

免疫细胞膜分子种类很多，主要包括 T 、 B 细胞抗原识别受体（TCR / BCR）、主要组织相容性抗原、白细胞分化抗原(CD) 、促分裂素受体、细胞因子受体、免疫球蛋白受体，以及其它受体和分子。20 世纪初，人们发现在不同种属或同种不同个体间进行正常组织或肿瘤移植时出现的排斥反应是由细胞表面主要组织相容性分子（MHC Ⅰ/Ⅱ类分子）决定的。此后，人们又注意到 T 细胞识别抗原时，存在 MHC 的限制性即 T 细胞抗原受体 (TCR) 在识别异己抗原时，同时识别自身 MHC 分子。

人们对白细胞分化抗原 (CD) 的大量研究，揭示了 T 细胞亚群的功能、细胞激活途经和膜信号的转导及细胞分化过程中的调控等机制。此外，在研究细胞毒性T 细胞（CTL）杀伤作用时，发现 CTL 表达的 FasL 可与靶细胞表达的 Fas 结合，引起靶细胞内半胱天冬蛋白酶（caspsase）级联活化，裂解 DNA ，导致靶细胞死亡称为细胞程序性死亡（PCD）或细胞凋亡（apoptosis）。

六、应用免疫学的发展

1975 年 Kohler 和 Milstein 首创杂交瘤技术。他们将小鼠骨髓瘤细胞和经绵羊红细胞（SRBC）致敏的 B 细胞在体外进行融合形成杂交瘤（hybridoma）。这种杂交瘤细胞既保持了骨髓瘤细胞大量无限制生长繁殖的特性，又具有合成和分泌抗体的能力。应用该技术可产生均一的、只针对单一抗原决定基的抗体，称为单克隆抗体（McAb）。McAb 具有纯度高、特异性强、可大量生产等优点，已被广泛应用于血清学诊断、免疫细胞及其它组织细胞表面分子的检测，并通过与核素、各种毒素或药物化学偶联进行肿瘤导向治疗研究。

将分子生物学技术应用于免疫学研究也是一项突破性成就。利用分子杂交技术和分子遗传学理论制备的基因工程抗体如完全人源化抗体、单链抗体及双特异性抗体等较 McAb 更具优越性。20 世纪 80 年代，分子杂交技术就被用于研究免疫球蛋白分子、 T 细胞受体分子、补体、细胞因子，以及 MHC 分子等的基因结构、功能及其表达机制。20 世纪 80 年代出现的聚合酶链反应（PCR）是一种体外核酸扩增技术。应用该技术制备重组疫苗、 DNA 疫苗及转基因植物疫苗，为免疫预防开辟了崭新的前景。而利用基因工程制备重组细胞因子的广泛开展，已取得了较大的经济效益和社会效益。

细胞免疫的过程,可分为三个阶段：

（1）T淋巴细胞特异性识别抗原（初始或记忆T细胞膜表面的受体与APC表面的抗原肽-MHC复合物特异性结合的过程）；

（2）T细胞活化、增殖和分化；

（3）效应T细胞发挥效应。

(1)Tc细胞:作用是消灭外来病原。病毒感染细胞后，细胞表面呈现病毒表达的抗原，并结合到细胞表面的MHC-I类分子的沟中，形成MHC-抗原结合物。被Tc细胞接触、识别后，Tc分泌穿孔素(perforin)，使靶细胞溶解而死，病毒进入体液，被抗体消灭。癌变细胞也是Tc攻击目标，免疫功能低下的人群容易患癌症。

(2)TH细胞,又称辅助性T细胞，对各种免疫细胞，Tc、Ts、B都有辅助作用，对于免疫具有重要作用。TH的受体能识别与MHC-Ⅱ结合的外来抗原。MHC-Ⅱ类分子存在于巨噬细胞和B细胞表面。巨噬细胞吞噬入侵的细菌等微生物，在细胞内消化、降解，抗原分子与MHC-Ⅱ类结合呈现在细胞表面，将抗原传递给具有相同MHC-Ⅱ类分子的TH，同时，Mφ分泌白介素-1，刺激TH，促使其分泌白介素-2，它促进TH，形成正反馈，刺激T淋巴细胞分化出Tc，刺激B细胞分化出浆细胞和记忆细胞。

（3）Ts细胞：抑制性T细胞，只有在TH的刺激下才发生作用。在外来的抗原消灭殆尽时，发挥作用而结束"战斗"。