脊椎动物免疫系统的起源与演化.docx
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脊椎动物免疫系统的起源与演化
与无脊椎动物相比脊椎动物在免疫系统上的进化主要体现在三个方面①包括最原始的无颔类在内所有的脊椎动物都有淋巴细胞和特异性IgM抗体免疫球蛋白的类别随脊椎动物的演进而趋于多样②免疫系统开始出现T细胞和B细胞的分化器官结构上也有相应的体现这种分化在无颌类和软骨鱼类还不清楚自硬骨鱼类起便已明显③移植排斥的二次应答表现出典型的加速反应。
圆口类动物尚末发现胸腺、脾脏、淋巴结但已出现了小淋巴细胞。
盲鳗消化道的固有层组织七鳃鳗咽囊附近有造血组织其周围见有小淋巴细胞集聚。
软骨鱼类（鳐）和硬鳞鱼类（白鲟、鲤等）有分化良好的胸腺和脾脏淋巴细胞也开始有大、中、小型的分化。
用对有丝分裂原（PHA、ConA）的应答和表面特征区分已可看到硬骨鱼淋巴细胞有“T细胞样”和“B细胞样”两个亚群的初步分化以及发生的抗体应答。
这些低等的脊椎动物仅具有一种类型的抗体IgM单体的分子量在1518万之间且分子的形态开始有了变化。
就目前所知鱼类淋巴细胞表面不具有感受组织相容抗原的受体或受体数极少仅为哺乳动物的1%3%。
所以鱼类一般只有慢性移植排斥反应而没有急性排斥反应。
两栖类动物其中的有尾类（如蝾螈）较低等虽有了胸腺和脾脏但分化极为简单尚末发现有淋巴结构也无骨髓其体内抗体和鱼类相似也只有一种IgM而较高等的两栖类动物的无尾类（如蛙、蟾蜍）的胸腺已有中枢免疫器官的功能出自胸腺的淋巴细胞在外周淋巴器官中分布成细胞集落幼体阶段的胸腺已出现皮质和髓质的分化T细胞和B细胞有了明显分化。
实验表明胸腺切除后的爪蟾蜍可以产生抗体但丧失了排斥移植和淋巴细胞对T细胞有丝分裂原应答的能力。
而这些缺陷可通过输入组织相容的淋巴细胞予以恢复。
此外自无尾类两栖动物开始出现了K细胞的ADCC功能并出现了IgG。
爬行类（蛇、鳄、蜥蜴）该类动物的免疫系统除缺法氏囊外器官构成已与鸟类相似 T细胞有调节和辅助功能。
以上各类群的变温脊椎动物免疫应答的速度表现出对于环境温度的依赖性。
如维持在低温下的动物不排斥移植物。
一旦转入温暖环境便迅速出现排斥反应。
这一现象表明免疫应答对温度的依赖不是免疫过程的识别、诱导时期而主要是效应时期。
鸟类具有发达的胸腺和腔上囊并出现较发达的淋巴组织。
鸟类不具有真正的淋巴结但常在某些淋巴管周围有较多的淋巴组织并在肾、肝、胰等器官内有大量的淋巴细胞。
浆细胞开始能产生IgM、IgG和IgA。
鸟类和哺乳类动物经实验证实免疫作用是它们维持正常生活功能所必需的。
而爬行类和两栖类动物体内虽然也发现了较为复杂的免疫器官但它们的存在几乎不是维持其正常生活所绝对必需的如将蟾蜍的脾脏切除并不妨碍其免疫反应的功能。
将蝾螈的胸腺、脾脏切除尚能保持排斥移植物的功能。
哺乳类动物哺乳类动物的淋巴组织更发达并开始具备淋巴结脾也由造血器官变为淋巴器官。
浆细胞能产生IgM、IgG、IgA和IgET细胞与B细胞分工精细免疫应答迅速。
无脊椎动物和原索动物准免疫功能的起源与演化
无脊椎动物没有单独的免疫系统只有非特异性的细胞吞噬和炎症反应能力为原始的准免疫性的防御功能。
吞噬作用是生物体最原始的非特异性抵抗力原始的单细胞生物利用吞噬作用摄取养料在比较高级的一些单细胞生物吞噬作用则同时演化为防御手段。
原始多细胞生物就分化成了专司吞噬作用的吞噬细胞。
原生动物能消化食物销毁入侵的微生物而不损及自身的细胞成分这表明原生动物已能区分自身和非已。
原生动物的吞噬功能在多细胞动物的一部分细胞中得到了保存和发展成为免疫活动的重要环节之一。
多孔动物（海绵）可以观察到移植排斥的雏形把桔红海绵与黄海绵的个体分别制成细胞悬液并加以混合结果仍按原先的物种聚集不会产生“嵌合”的个体。
分散在悬液中的细胞之所以能“物以类聚”与这些细胞表面的糖蛋白有关并需要有、Mg2+离子参与。
夏威夷产的一种紫海绵能特异性地破坏同种异体移植物该种排斥并有一定程度的记忆反应。
腔肠动物（珊瑚、海蜇及海葵）该类动物可以发生慢性移植排斥反应能导致移植物的坏死并具有特异性识别和短时间记忆反应的表现。
珊瑚上还观察到在移植物周围的细胞增殖现象即包囊形成作用。
环节动物（蚯蚓）对于同种异体或异种的皮肤移植物有特异性免疫应答并伴有记忆反应。
有体腔的无脊椎动物包括环节动物、软体动物（蜗牛、蛤）、节肢动物、棘皮动物（海参）
等体腔内都有变形虫样游走性的体腔细胞它们有吞噬功能其中的一个亚群还能因PHA的刺激而增加体腔细胞能吞噬细菌。
对于不能吞入的大颗粒则予以包围形成包囊类似于脊椎动物中的脓肿形成。
对于昆虫幼虫血淋巴细胞的观察除见有吞噬功能外还能与人或绵羊红细胞形成花结但细胞上测不到Fc受体和C3b受体。
棘皮动物已有白细胞的分化。
海星、海参有实验证明能排斥异种移植物并有短时间的记忆和排斥的二次应答现象。
原索动物或被囊类动物（海鞘、海樽及文昌鱼等）在进化上处于由无脊椎动物向脊椎动物演进的过渡地位。
此类动物也已分化出各种白细胞在血淋巴内进行循环并有淋巴小结。
它们的淋巴细胞能在体外与人或绵羊红细胞形成花结也能对PHA发生应答。
种间移植的资料初步表明可能存在由遗传决定的抗原系统对于移植排斥起着主要作用。
所有有体腔的无脊椎动物在体腔的血淋巴中都有一些非特异的体液物质可凝集红细胞抑制纤毛运动和杀死某些细菌。
软体动物的体液内还有能增强吞噬的调理素样物质。
无脊椎动物没有发现在结构和功能上可以类比于脊椎动物免疫球蛋白的特异性体液成分。
由主宰或执行机体免疫功能的器官、组织、细胞和分子所组成的一个系统称为免疫系统（immune system）。
免疫系统是机体同体内外各种不同因素长期斗争过程中逐渐建立和发展起来的随着生物种系的发生进化而日益完善。
无脊椎动物只有非特异性的细胞吞噬和炎症反应能力为原始的准免疫性的防御功能。
与无脊椎动物相比脊椎动物在免疫学性状上的进化主要体现在如下三个方面①包括最原始的无颌类在内所有的脊椎动物都有淋巴细胞和特异性IgM抗体Ig类别随脊椎动物的演进而趋于多样②免疫系统开始出现T细胞和B细胞的分化器官结构上也有相应的体现这种分化在无颌类和软骨鱼类还不清楚自硬骨鱼类起便已明显③移植排斥的二次应答表现出加速反应是典型的免疫应答。
软骨鱼只有胸腺和淋巴组织禽类就有了法氏囊开始产生特异性抗体哺乳类动物的淋巴组织更发达并开始具备淋巴结脾也由造血器官变为淋巴器官浆细胞产生IgM、IgA和IgET细胞和B细胞分工精细免疫应答迅速。
在生物进化过程中最早出现的免疫功能并未被新出现的免疫功能所代替仍保留原有作用且与新的更高的免疫功能一起协同发挥作用。
脊椎动物免疫分子的起源与演化
免疫系统是生物进化史上最晚出现的一个生理系统也是最神秘的功能系统之一生物也只是发展到哺乳类动物才真正演化成独立完整的免疫系统对其起源与演化的研究一直是当前免疫生物学的核心特别是对免疫分子方面的研究更是如此。
研究发现具有复杂免疫功能的哺乳动物的免疫分子大概有三类第一类为与各种各样抗原进行特异性结合的免疫分子如T细胞抗原受体（TCR）及免疫球蛋白（Ig）第二类为在免疫识别中有不可缺少的作用和明确的自我识别效应并具有与Ig功能区类同的亚结构如MHC、CD4、CD8等第三类是所谓的协同刺激信号（costimulators）系统已知涉及多类成对的免疫分子如承担抗原递呈的巨噬细胞上的B7分子和T细胞上的CD28分子等。
据研究这些免疫分子都是生物发展史上由机体阶段发育调控系统的某些成分改造演化而成.
TCR与Ig的演化TCR与Ig可特异地识别抗原分子此类受体有高度的多样性虽然表面上具有抗感染潜能但由于病原微生物的古老性是免疫系统演化所无法对应的很明显原始抗原受体有关基因多样化演化的最初选择压力不可能是病原微生物造成的。
据分析如果抗原受体有关基因多样化是机体生存必需的则很可能是适应个体阶段或变态发育形成的最初只是对应系统演化中种群群体细胞分化多样性以便发挥选择性调控作用。
脊椎动物的庞大种数及其细胞分化类型的多样性不仅极其丰富而且它也是与免疫系统同步演化的一种生物多样性从而能提供充分的选择压力它可迫使调控阶段性发育的细胞（原始淋巴细胞）抗原识别受体的有关基因产生多样化并积累下来否则个体无法顺利进行阶段或变态发育种系也无法维系。
目前了解到软骨鱼肯定具有了B细胞和其产生的IgM但此Ig似乎只是有关遗传基因的直接表答硬骨鱼则肯定有了由体细胞中基因重组和突变编码的IgIg的种类也有所增加这可反映软骨鱼无明显变态发育而硬骨鱼则有明显变态发育的现实。
由于这种识别基因多样化的系统积累对个体发育而言无疑有大量冗余就可演化出免疫有关功能。
在高等脊椎动物变态发育退化后免疫功能高度发达就反映了有关情况在高级脊椎动物个体内的无抗原诱导就存在天然抗体（如血型抗体）无疑是系统发育中有关基因积累下来的这也为抗移植物排斥反应的形成提供了基础。
在免疫有关现象中静态T、B淋巴细胞的激活一般需要额外协同刺激信号或活化的免疫细胞相互作用这也反映其最初仅对幼体组织细胞起作用并由此也可解释复杂的免疫网络现象的起源。
总之Ig与TCR的出现最初可能作为自身细胞表面标志（抗原）的特异性识别受体因阶段发育或变态发育选择性的需要分别演化出高度多样性在个体内冗余而形成了对异己成分的识别功能并进一步演化为免疫功能。
当然免疫功能出现之后病原微生物等的选择压力无疑在抗原受体分子的多样化继续演化中起着重要作用。
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