师：各位同学，大家好。今天我们一起来学习高中生物学选择性必修一第四章的第二节——特异性免疫。2019 年 12 月，新冠肺炎开始爆发。在这场殊死较量中，中国人民和中华民族以敢于斗争、敢于胜利的大无畏气概，铸就了生命至上、举国同心、尊重科学、构建人类命运共同体的伟大抗疫精神。

　　大量临床研究和实践证明，新冠肺炎康复者血浆中的特异性抗体能够有效杀死新冠病毒。许多康复者积极献出自己的血浆，给重症和危重症患者带来了康复的希望。那么机体是如何产生对付新冠病毒的抗体的呢？要回答这个问题，我们不妨先来回顾抗体的历史故事，也可以说是诺贝尔生理学或医学奖的发展故事。

　　针对抗体的研究始于 1890 年，德国细菌学家和免疫学家贝林发现，白喉和破伤风都是由各自病原体分泌的毒素引起的。如果在实验动物体内注射这类毒素，动物血清中就会产生一种可以中和毒素的物质，他将这一类物质命名为抗毒素。据此，他成功研制了白喉和破伤风的免疫血清。将这种血清注射到动物和人体中之后，可以使其获得免疫力。他创造的血清疗法成功挽救了无数人的生命，被誉为血清疗法的创始人，因此获得 1901 年诺贝尔生理学或医学奖。

　　而抗体这个词首次出现在德国免疫学家埃利希 1891 年 10 月公布的研究报告中。他提出原始的体液免疫学说，认为抗体在抗感染免疫中起着决定性的作用。1897 年，他还提出了抗体和抗原互动的侧链理论假说，因此荣获 1908 年诺贝尔生理学或医学奖。此后，研究工作的重点转向识别抗体蛋白质结构中各部分的作用。

　　1972 年，波特和埃德尔曼由于发现抗体化学结构而分享诺贝尔生理学或医学奖。波特的贡献在于发现抗体中的抗原识别区；埃德尔曼的贡献在于鉴定出抗体是由轻链和重链构成，以及阐明两者之间是通过二硫键连接在一起的。随着研究的不断深入，抗体的各区域结构和功能逐渐被破译出来。

　　值得注意的是，通常情况下，一个 B 淋巴细胞只针对一种特异的病原体活化增殖，只产生一种特异性的抗体。在人体中，B 细胞的种类数可以达到 10 的 9 次方个以上，至少可以产生 10 的 9 次方种独特的抗体，从而识别自然界中存在的种类繁多的病原体。那么在人体中如此种类繁多的 B 淋巴细胞是怎么来的呢？是天生的还是后天由于抗原的刺激而分化出来的呢？澳大利亚免疫学家伯内特对这个问题进行了相关的研究，于 1957 年提出了抗体形成理论——克隆选择学说。

　　这个学说的主要内容包括：动物体内存在着许多免疫活性细胞克隆，不同克隆的细胞具有不同的表面受体，能够与相对应的抗原发生互补结合。一旦某种抗原进入机体，与相应克隆的受体发生结合，便选择性地激活了这一克隆，使之扩增并且产生大量抗体。也就是说，淋巴细胞识别抗原的多样性在机体接触抗原之前就已经存在了，抗原的作用只是选择并且激活相应的克隆。因此，同一克隆细胞及其后代所分泌的抗体具有相同的特异性。一个细胞克隆产生一种特异性抗体的预见，被后来的杂交瘤细胞技术以及该技术所产生的单克隆抗体所证实。

　　同学们，从这张图中你们能分析到什么信息呢？我们发现多种不同的抗体和同一个病原体结合。通过上一节课的学习，我们了解到病原体在进入机体之后，其表面一些特定的蛋白质等物质能够与免疫细胞表面的受体结合，从而引发免疫反应，这些能引发免疫反应的物质称为抗原。由此可见，一个病原体可能有多种和多个抗原。除了抗体和抗原发生特异性结合外，免疫细胞也能和抗原发生特异性结合。

　　那么免疫细胞是如何识别己方和敌方的呢？研究表明，人体所有的细胞膜的表面都有各种不同的蛋白质，其中就包括作为分子标签来起作用的一组蛋白质。这类蛋白质称为组织相容性抗原，简称为 MHC，也叫人类白细胞抗原，简称为 HLA。它们是表明细胞身份的标签物质，能够被自身的免疫细胞所识别。病毒和细菌等表面也具有各自的身份标签，当它们侵入人体之后，能被免疫细胞识别出来。

　　我们再来看这张图，可见 B 细胞表面有 B 细胞受体（BCR），T 细胞表面有 T 细胞受体（TCR）。BCR 和 TCR 是特异性免疫过程中最重要的抗原识别分子。由此可见，免疫细胞是靠细胞表面的受体通过识别分子标签来辨认是己方还是敌方的。这是新冠病毒的结构模式图，我们发现其表面也有多种抗原物质，由此我们推测对应多种免疫细胞表面的特定受体。当新冠病毒突破了机体的前两道防线，进入机体之后，人体的防御部队是如何应战从而产生特异性抗体的呢？我们知道第三道防线的作战部队主要是众多的淋巴细胞，B 细胞激活之后可以产生抗体，由于抗体存在于体液中，所以这种主要靠抗体作战的特异性免疫方式称为体液免疫。

　　体液免疫是如何发生的？这个问题困扰了人们很多年，最终在多位科学家不懈努力之下，逐渐阐明了它的过程。接下来就让我们来了解一下他们的研究历程。经过了将近一个世纪的研究，体液免疫的过程被逐渐揭示出来。请同学们分析以上科学史材料，尝试阐明抗体的产生过程涉及哪些细胞，这些细胞是如何相互作用的。

　　分析资料我们可以看出，抗体的产生过程涉及到浆细胞、T 细胞、B 细胞、吞噬细胞、辅助性 T 细胞，还有抗原呈递细胞。在上节课中我们已经了解到，树突状细胞和吞噬细胞都能够摄取和加工处理抗原，这些细胞统称为抗原呈递细胞，简称为 APC。我们以外源性抗原为例进行分析。抗原呈递细胞把外源性抗原降解加工处理，形成抗原多肽片段，最终以抗原肽 - MHC 复合物的形式将抗原信息表达在细胞的表面。抗原肽 - MHC 复合物会被哪种免疫细胞识别呢？辅助性 T 细胞通过受体就能对它进行识别。

　　根据科学史材料和我们刚才的分析，你能尝试着构建出体液免疫过程的模型吗？我们可以推测出抗原呈递细胞加工抗原，然后呈递给辅助性 T 细胞，再由辅助性 T 细胞协助 B 细胞转化成浆细胞，由浆细胞产生特异性抗体。但是这个模型还有很多不完善的地方，比如辅助性 T 细胞是如何协助 B 细胞转化成浆细胞的？体液免疫是如何体现针对某种病原体的特异性的？科学家对这些问题进行了更为深入的研究，最终将体液免疫的过程研究得更为清晰、完整。

　　体液免疫的过程究竟是怎样的呢？请同学们看到教材 72 页上体液免疫基本过程示意图，思考这两个问题，并尝试着完善体液免疫过程的模型。

　　第一个问题，辅助性 T 细胞是如何协助 B 细胞转化为浆细胞的？我们来看，抗原呈递细胞将抗原肽 - MHC 传递在细胞表面，然后传递给辅助性 T 细胞，辅助性 T 细胞表面的特定分子会发生变化，并且与 B 细胞结合。这就为激活 B 细胞提供了信号，同时辅助性 T 细胞开始分裂分化，并且分泌出细胞因子。细胞因子能够促进 B 细胞的分裂和分化过程。

　　第二个问题，体液免疫是如何实现针对某种病原体的特异性的？在体液免疫过程中，需要依靠两个信号来实现。B 细胞表面受体能够直接识别蛋白质抗原，无需抗原呈递细胞的处理和呈递。所以 B 细胞与抗原接触形成了第一信号，辅助性 T 细胞和 B 细胞接触则传递了第二信号。具体来说是辅助性 T 细胞表面发生变化的分子提供的信号。因此，B 细胞分化成浆细胞是一个非常复杂的过程，依赖于抗原呈递细胞、辅助性 T 细胞、B 细胞三者之间复杂的相互作用。

　　现在我们对原有模型进行修正和完善，在明确了辅助性 T 细胞功能的基础上，我们还需要补充病原体与 B 细胞接触，形成第一信号。B 细胞在接受到抗原和辅助性 T 细胞两种信号的刺激后开始分裂增殖，形成了大量相同的 B 细胞。同时这些 B 细胞开始分化，大部分分化形成浆细胞，少部分分化形成记忆 B 细胞。浆细胞分泌抗体与相应的抗原发生特异性结合，这就是体液免疫的基本过程。

　　那么抗体与病原体结合之后会进一步发生什么变化呢？抗体能直接杀死病原体吗？我们一起来分析这张图，其实抗体并不能直接杀死病原体，而是通过抗体的介导作用，病原体会被吞噬细胞吞噬消灭。在大多数情况下，抗体和病原体结合之后会发生进一步变化，比如形成沉淀，进而被吞噬细胞吞噬消化。因此，抗体与病原体结合之后可以抑制病原体的增殖以及对人体细胞的粘附。那新冠病毒进入人体之后，机体也是通过这样的体液免疫流程产生了与新冠病毒特异性结合的抗体。

　　那么体液免疫能够消灭所有侵入人体的新冠病毒吗？同学们，回忆一下抗体在机体中的分布，我们可以推测体液免疫通过抗体的作用主要消灭了体液中游离的新冠病毒等病原体。除了病毒以外，还有一些致病细菌，比如结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌，它们也是寄生在宿主细胞内的。一旦这些病原体进入细胞，抗体就对它们无能为力了。这时免疫系统如何对付它们呢？在我们机体内则存在着另外一种特异性免疫机制，可以消灭细胞内部的病原体，这种免疫机制就被称为细胞免疫。

　　细胞免疫最早于 19 世纪末提出，那么它是如何发生的呢？同学们在自学科学史材料时要关注细胞免疫概念的演变以及细胞免疫过程中涉及哪些细胞。通过逐步深入的研究，细胞免疫的机理被揭示出来。细胞免疫的定义从原始的细胞免疫学说中通过吞噬细胞实现，演变成为现代细胞免疫概念中通过淋巴细胞实现，最终被确定下来。也就是当病原体进入细胞内部，依靠 T 细胞直接接触靶细胞来作战的免疫方式，就称为细胞免疫。

　　上述研究结果表明，细胞免疫过程中主要涉及到抗原呈递细胞、辅助性 T 细胞、细胞毒性 T 细胞。细胞毒性 T 细胞是 T 细胞的一个重要的亚群，它们究竟具备什么样的功能呢？具有效应功能的细胞毒性 T 细胞，它们的主要功能是识别并且裂解被相同病原体感染的靶细胞。如果机体中由于变异而产生的癌细胞等细胞也可以被它们识别并且消灭掉。

　　仔细观察图片，我们可以发现细胞表面有很多穿孔。这是由于具有效应的细胞毒性 T 细胞能够释放出穿孔素、颗粒酶等物质。穿孔素可以在靶细胞上打孔，使得颗粒酶迅速地进入靶细胞，通过激活凋亡相关酶体系而使靶细胞凋亡。这张图片是基于计算机断层扫描的 3D 模型，清晰地显示了新冠病毒侵染之后对患者肺部的损伤。黄色区域的众多肺部细胞就是在免疫过程中死亡的。那么细胞免疫是如何发生的呢？让我们通过一个动画来学习。

　　细胞免疫起始于抗原呈递细胞吞噬侵入体内的病原体，吞噬的病原体被细胞内溶酶体的水解酶部分水解，进行抗原的加工，然后抗原会被呈递到细胞膜表面。此外，另一些病原体会侵染正常细胞，进入被侵染的宿主细胞内进行增殖。这些被侵染的细胞也会将病原体的抗原呈递到细胞表面，以供其他细胞识别。

　　辅助性 T 细胞可以通过受体特异性识别并结合到被呈递的抗原上。辅助性 T 细胞被激活后可以释放细胞因子，这些细胞因子可以刺激细胞毒性 T 细胞，促进其分裂增殖。细胞毒性 T 细胞可以特异性识别并结合被侵染细胞的细胞膜上呈递的抗原分子，然后活化细胞毒性 T 细胞通过分泌一些物质使靶细胞发生死亡，消灭靶细胞内的病原体。此外，增殖分化形成的记忆 T 细胞可以长期保存，再次接触相同病原体时快速发生特异性免疫反应。以上就是细胞免疫的过程。