崭新的系统血液固有免疫学研究

郭峰

系统免疫学是最新的免疫学研究领域，指在系统生物学更广阔的范围，从复杂系统工程的角度，对免疫系统的不同子系统与组成之间，研究在对免疫原的系统免疫反应中各自如何发挥免疫功能以及相关的网络调控机制的一门学科，可用多种相应的数学公式与相关软件进行深入探讨[1-3]。以往采用分离免疫系统各组成的方法，分别对 NK 细胞、T 细胞等细胞免疫功能的研究已达到分子与基因水平，但用分离方法研究这些免疫细胞与免疫分子的免疫功能所获得的成果，并不完全能说明它们在系统免疫反应中真正的作用与角色。例如，从分离角度研究表明 DC 的免疫功能多样而复杂，但它们在血液中数量极少，并且用分离方法也很难确定它们在系统免疫反应中的作用与地位究竟如何，必须用系统免疫学的研究方法才能真正阐明清楚。为此，我们构建了体外系统血液快速固有免疫反应仿真实验研究体系，用于现代系统免疫学中一个最重要的研究领域——系统血液固有免疫学的研究，这也是系统免疫学中最重要的研究窗口。血循环系统中存在一个血液固有免疫系统，对此系统进行深入研究将会给系统免疫学带来新的突破。

1 现代系统免疫学的新概念

2001 年国际生物学研究领域首次提出系统生物学新概念[1]，此后国际上才有系统免疫学的新理论与实验研究报道，但国际学术界提出的系统免疫学的新概念，仍然还只是指白细胞免疫系统中各白细胞子系统与组分之间复杂工程的研究[2]。事实上，血循环系统中发生的对外来致病原（抗原）的系统免疫学反应不仅仅只有白细胞固有免疫和适应免疫系统的连锁免疫反应，而是所有血细胞与体液因子都参与其中。系统血液免疫学就是从系统生物学的角度探讨各种血细胞与体液因子在系统免疫反应中的作用、地位与网络联系。从国内外有关免疫学研究资料分析[3-5]，系统血液免疫学应该是研究血浆补体固有免疫子系统、红细胞固有免疫子系统、血小板固有免疫子系统、白细胞固有免疫子系统以及淋巴细胞适应免疫子系统等各自在系统血液免疫反应中的作用与有关机制。现代系统免疫学的新概念应该是从系统生物学的更广阔范围，从复杂系统工程的角度研究血浆补体固有免疫子系统、红细胞固有免疫子系统、血小板固有免疫子系统、白细胞固有免疫子系统与淋巴细胞适应免疫子系统各自以及相互之间究竟在系统免疫反应中如何发挥免疫功能和相关的网络调节机制[5]，并可设立多种相应的数学公式进行深入分析与探讨，这是一门新的免疫学科。我们已建立了有关系统血液固有免疫反应的体外仿真实验研究方法，此方法系列可称为“免疫原快速激活血细胞固有免疫活性测定法”，我们还设立了“现代系统免疫学自然与分离研究体系”课题，2007 年获得国家自然科学基金资助，近年来已获得很重要的研究进展[6]，这都表明新近现代系统血液固有免疫学研究方法又取得了崭新的设计与广泛应用研究进展。

2 我国系统血液固有免疫学研究新进展

近来，我们对相关主要研究成果进行汇总后首次提出了系统血液固有免疫学（systems blood innate immunology）以及血液固有免疫系统（the blood innate immune system）的新概念[5]，指出致病原进入血循环后，首先可直接通过甘露聚糖结合凝集素MBL 或旁路途径激活补体系统，由于血循环中总数 85%～90% 的 CR1（CD35）存在于红细胞膜上，因此被补体系统调理后，85%～90% 带有 C3b补体分子的致病原将被红细胞表面 C3b 受体（CD35）免疫黏附，CD35 分子能将致病原上的C3b 分子降解为 C3d 和C3dg，同时在红细胞膜表面其他免疫分子 CD58、CD59、CD44 以及广谱趋化因子受体（ECKR）的协助下，将致病原递呈给 B 细胞、T 细胞、粒细胞和吞噬细胞，红细胞在此过程中还可调控 T 细胞的活性。此外，我们还发现在体外（试管中）免疫原可快速激活系统血液固有免疫反应，这在固有免疫学和系统免疫学研究领域都具有巨大的理论与实用价值[5-6]。

国外利用还原法已证明 HIV 分子进入血循环后首先被补体系统调理，然后 85%～90% 被调理的 HIV 分子被红细胞表面 CD35 免疫黏附，经过C3b 降解为 C3d 和C3dg 后递呈给 B 细胞，再经过相关机制递呈给 CD4+ T 细胞[3]。我们用体外系统血液固有免疫黏附反应实验也证明了红细胞的重要作用：以 35 例志愿献血者为研究对象，将一定量的灭活癌细胞悬液（小鼠艾氏腹水癌 S180细胞株）加入至一定量的新鲜全血（枸橼酸抗凝）中混匀，37 ℃ 静置 30 min，常规涂片，计数 100 个癌细胞，黏附 3 个以上血细胞计为一朵花环，计算花环率（黏附率），结果发现红细胞免疫黏附肿瘤细胞的花环率达（26.5 ± 18.9）%，而其他血细胞（包括吞噬细胞、淋巴细胞和血小板）免疫黏附肿瘤细胞的花环率仅为（0.9 ± 2.7）%，差异非常显著（t = 7.933、P < 0.01），表明补体固有免疫子系统和红细胞固有免疫子系统在系统血液快速固有免疫反应中具有非常重要的作用。2004 年后，在系统血液固有免疫黏附反应研究的基础上，我们构建了分子水平的体外系统血液快速固有免疫反应仿真实验体系：将一定量的灭活免疫原（如小鼠艾氏腹水癌 S180 细胞株）加入至一定量的新鲜全血（枸橼酸抗凝）中混匀，同时设立生理盐水代替免疫原的对照组，37 ℃ 静置 60 min，离心后取上清液，于 –20 ℃ 保存，统一采用相关体液免疫测定技术（如免疫酶联法）测定细胞因子如 IL-8、IL-10、IL-12 和血脂等生化指标的变化[7]，利用免疫荧光流式细胞仪测定红细胞和其他血细胞表面 CD35、CD55、CD59 等免疫分子以及淋巴细胞表面CXCR4、CD25、CD4、CD8 等免疫分子的表达变化，结果发现实验组与对照组之间的差异具有统计学意义[5]，表明免疫原可在体外快速激活系统血液免疫反应，并参与系统血液快速固有免疫反应调控。我们建立的这种体外系统研究模式，方法简单，同时配有各种实验所用的商品化试剂盒，可设立公式计算出免疫原激活率和红细胞调控率，进行数字化研究，获取海量资料，适用于探讨免疫原与系统血液固有免疫反应之间的各种网络关系，是一种现代系统免疫学崭新的研究方法，具有我国的原创特色[5]。

3 展望

现代系统免疫学的研究重点应放在系统建模。根据研究目的不同，可在细胞水平、器官水平和机体整体水平构建系统仿真模式，如有学者着力于建立哺乳动物细胞培养形式的适应性免疫系统的动态仿真系统模式，以研究适应性免疫系统中各种细胞免疫分子、基因组、信息传导的动态网络计算模式；还有学者利用系统生物学理论和活体多光子显微镜构建动物系统免疫学传染病模式，通过生物学高通量技术从系统生物学体系研究整个机体的运作机制，以阐明感染或接种疫苗后系统免疫反应的生理和病理反应的动态过程等[2]。我们已在系统血液固有免疫反应研究中构建了体外实验免疫仿真系统模式，这是研究整个机体系统免疫反应动态网络机制的一个重要窗口，可获得各种血细胞和血浆中免疫分子横向联系网络动态的海量数据，并可根据研究目的的不同需要，对有关免疫分子进行量化，利用数学公式计算免疫原对系统血液固有免疫反应中各种血细胞免疫分子和细胞因子的激活指数，以及红细胞在系统血液免疫反应中对白细胞固有免疫反应的调节率。而今后要解决的技术难题将是如何将全血体外培养时间延至 1 周以上，以便于同时研究系统血液固有免疫反应与血液适应性免疫反应之间的动态网络关系，并采用高通量跟踪技术研究血浆补体固有免疫子系统、红细胞固有免疫子系统、血小板固有免疫子系统、白细胞固有免疫与适应性免疫子系统之间的动态网络关系，进一步向计算免疫学方向发展[3]。此外，还可以利用体外血液免疫反应的系统仿真模式，探讨免疫性疾病、过敏性疾病、肿瘤、器官移植排斥反应的机理与干预途径，以及为疫苗设计提供最重要的分子信息系统研究思路。国外有研究机构已专门成立了“系统免疫学研究组”，这是由计算生物学、生物信息学、蛋白质学、细胞生物学、免疫学和传染病学等各方面专家组成的系统研究团队[3]。许多顶级杂志也在跟踪系统免疫学研究最先进国家的研究动向，并及时报道与引导国际系统免疫学的发展与创新以及统一标准等。对此，我国也应设立专项基金，以鼓励和支持我国这方面领域的研究，并积极推动和展示我国在该领域的研究特色和贡献，相信我国一定能在国际现代系统免疫学研究领域做出特有的贡献[5,8-9]。

[1]Lin H, Xiong HY.Systems biology and it’s research progress.Chongqing Med J, 2005, 34(9):1416-1418.(in Chinese)林辉, 熊鸿燕.系统生物学及其研究进展.重庆医学, 2005, 34(9):1416-1418.

[2]Benoist C, Germain RN, Mathis D.A plaidoyer for 'systems immunology'.Immunol Rev, 2006, 210(1): 229-234.

[3]Horakova E, Gasser O, Sadallahs S, et al.Complement mediates the binding of HIV to erythrocytes.J Immunol, 2004, 173(6):4236-4241.

[4]Arosa FA, Pereiva CF, Fonseca AM.Red blood cells as modulators of T cell growth and Survival.Curr pharn Des, 2004, 10(2):191-120.

[5]Guo F.A new recognition: systems blood rapid innate immune response//Schmidt RD: Proceedings of 2nd European congress of Immunology, Berlin, Germany, 2009.Bologna Italy: Medimond International Proceeding Division, 2009:369-372.

[6]Wang DB.Immunohematology.Beijing: Peking University MedicalPress, 2009:70-85.(in Chinese)王德炳.血液免疫学.北京: 北京大学医学出版社, 2009:70-85.

[7]Guo F, Li WJ, Hua MX, et al.Changes of hemofat in activation of red blood cell innate immune reaction main road by antigen.Shenzhen J Integrated Traditional Chin West Med, 2005, 15(1):11-14.(in Chinese)郭峰, 李闻捷, 花美仙, 等.抗原激活红细胞天然免疫反应主干道血脂含量变化实验研究.深圳中西医结合杂志, 2005, 15(1):11-14.

[8]Guo F.Systemic hematogenic quick innate immunoreaction.Int J Immunol, 2008, 31(5):394-397.(in Chinese)郭峰.系统血液快速固有免疫反应.国际免疫学杂志, 2008, 31(5):394-397.

[9]Guo F.Thoughts of golden pen award for first place.Natl Med J China, 2005, 85(47):3382-3383.(in Chinese)郭峰.金笔奖榜首有感.中华医学杂志, 2005, 85(47):3382-3383.