体液性免疫

体液性免疫は、細胞外液中に存在する高分子（分泌抗体、補体タンパク質、特定の抗菌ペプチドなど）によって媒介される免疫の一側面です。体液性免疫は、体液（体液）に含まれる物質が関与することからその名が付けられました。細胞性免疫とは対照的です。体液性免疫は抗体媒介免疫とも呼ばれます。

免疫系を構成する分子および細胞構成要素、特にそれらの機能と相互作用を研究することは、免疫学の中心的な科学です。免疫系は、より原始的な自然免疫系と、脊椎動物の獲得免疫系（適応免疫系）に分けられ、それぞれに体液性免疫要素と細胞性免疫要素の両方が含まれています。

体液性免疫とは、抗体産生とそれに伴う一連のプロセスを指し、Th2細胞の活性化とサイトカイン産生、胚中心形成とアイソタイプスイッチ、親和性成熟とメモリー細胞の生成などが含まれます。また、抗体のエフェクター機能、すなわち病原体および毒素の中和、古典的補体活性化、オプソニンによる貪食作用と病原体排除の促進なども指します。[ 1 ]

歴史

体液性免疫の概念は、血清成分の抗菌活性の分析に基づいて発展しました。ハンス・ブフナーは、体液性免疫理論の提唱者として知られています。[ 2 ] 1890年、ブフナーはアレキシンを血清やその他の体液中に存在し、微生物を殺傷する能力を持つ「保護物質」として説明しました。後にパウル・エールリッヒによって「補体」と再定義されたアレキシンは、細胞性免疫と体液性免疫の組み合わせにつながる自然免疫応答の可溶性成分であることが示されました。この発見は、自然免疫と獲得免疫の特徴を橋渡しするのに役立ちました。[ 2 ]

1888年にジフテリアと破傷風の原因菌が発見された後、エミール・フォン・ベーリングと北里柴三郎は、病気は必ずしも微生物自体によって引き起こされるわけではないことを示した。彼らは、細胞を含まない濾液で病気を引き起こすのに十分であることを発見した。1890年には、後にジフテリア毒素と名付けられたジフテリア濾液が動物のワクチン接種に使用され、免疫血清には毒素の活性を中和し、免疫のない動物に免疫を移すことができる抗毒素が含まれることが実証された。 [ 3 ] 1897年、パウル・エールリッヒは植物毒素のリシンとアブリンに対する抗体が形成されることを示し、これらの抗体が免疫の原因であると提唱した。[ 2 ]エールリッヒは同僚のフォン・ベーリングとともにジフテリア抗毒素の開発に進み、これが近代免疫療法の最初の大きな成功となった。[ 3 ]特定の適合抗体の発見は、免疫の標準化と長引く感染症の特定において主要なツールとなった。[ 3 ]

体液性免疫研究における主要な発見[ 3 ]
物質活動発見
アレクシン(s)/補体(s)血清中の微生物を殺すことができる可溶性成分ブヒナー (1890)、エールリッヒ (1892)
抗毒素毒素の活性を中和し、受動免疫を可能にする血清中の物質フォン・ベーリングと柴三郎（1890）
バクテリオリシン補体タンパク質と連携して細菌の溶解を誘導する血清物質リチャード・ファイファー（1895）
細菌凝集素 と沈降素細菌を凝集させ、細菌毒素を沈殿させる血清物質フォン・グルーバーとダーラム(1896)、クラウス(1897)
溶血素補体と連携して赤血球を溶解する血清物質ジュール・ボルデ（1899）
オプソニン異物の外膜を覆い、マクロファージによる貪食速度を高める血清物質ライトとダグラス（1903）[ 4 ]
抗体最初の発見（1900年）、抗原抗体結合仮説（1938年）、B細胞による産生（1948年）、構造（1972年）、免疫グロブリン遺伝子（1976年）エールリッヒ[ 2 ]

抗体

抗体または免疫グロブリンは、血液やリンパ液中に存在する糖タンパク質です。構造的には、抗体はY字型の大きな球状タンパク質です。哺乳類には、免疫グロブリンA、免疫グロブリンD、免疫グロブリンE、免疫グロブリンG、免疫グロブリンMの5種類の抗体が存在します。それぞれの免疫グロブリンクラスは生物学的特性が異なり、異なる抗原に対処できるように進化してきました。[ 5 ]抗体は、免疫系のB細胞から派生した形質細胞によって合成・分泌されます。

抗体は、獲得免疫系によって細菌やウイルスなどの異物を識別し、中和するために使用されます。それぞれの抗体は、標的に固有の特定の抗原を認識します。抗体は特定の抗原に結合することで、抗体抗原産物の凝集・沈殿を引き起こし、マクロファージなどの細胞による貪食を促し、ウイルス受容体を阻害し、補体経路などの他の免疫応答を刺激します。

不適合輸血は、体液性免疫応答を介した輸血反応を引き起こします。急性溶血反応と呼ばれるこのタイプの反応は、宿主の抗体によるドナー赤血球の急速な破壊（溶血）をもたらします。原因は通常、誤った患者に誤った単位の血液を投与するなどの事務ミスです。症状は発熱と悪寒で、時には背部痛やピンク色または赤色の尿（ヘモグロビン尿）を伴うこともあります。主な合併症は、赤血球の破壊によって放出されたヘモグロビンが急性腎不全を引き起こす可能性があることです。

抗体産生

体液性免疫応答では、ナイーブB細胞が骨髄で成熟プロセスを開始し、細胞表面にB細胞受容体（BCR）を獲得します。 [ 6 ]これらのBCRは、特定の抗原に対して高い結合親和性を持つ膜結合タンパク質複合体です。この特異性は、 BCRの可変領域を構成する重鎖および軽鎖のポリペプチドのアミノ酸配列に由来します。 [ 7 ] BCRが抗原と相互作用すると、その抗原にのみ結合する固有の抗体を生成するようにB細胞を指示する結合​​シグナルが生成されます。その後、成熟B細胞は骨髄からリンパ節またはその他のリンパ器官に移動し、そこで病原体と遭遇し始めます。

ステップ1：マクロファージが病原体を貪食します。ステップ2：マクロファージは細菌を消化し、病原体の抗原を提示します。ステップ3：ATヘルパー細胞がマクロファージに結合し、活性化Tヘルパー細胞になります。ステップ4：活性化Tヘルパー細胞はB細胞に結合し、B細胞を活性化します。ステップ5：B細胞が活性化されると、一部のB細胞は形質細胞に変化して血液中に放出され、他のB細胞はBメモリー細胞となり、二次感染への反応を速めます。ステップ6：形質細胞は抗体を分泌し、抗体は抗原に結合して侵入した病原体と戦います。

B細胞の活性化

B細胞が抗原に遭遇すると、シグナルが活性化され、抗原は受容体に結合し、エンドサイトーシスによってB細胞内に取り込まれます。抗原はMHC-IIタンパク質によって処理され、B細胞表面に再び提示されます。MHC-IIタンパク質はヘルパーT細胞によって認識され、タンパク質の産生を刺激します。これによりB細胞は増殖し、その子孫は抗体を分泌する細胞へと分化して血液中に循環します。[ 8 ] B細胞は、 T細胞の助けを借りずに特定の微生物因子によって活性化され、抗原に直接作用して存在する病原体への反応を示す能力を持っています。[ 8 ]

B細胞の増殖

B細胞は、ヘルパーT細胞（T H）が複合体に結合するのを待ちます。この結合によりT H細胞が活性化され、サイトカインが放出されます。サイトカインはB細胞の急速な分裂を促し、B細胞の同一のクローンを数千個も作り出します。これらの娘細胞は、形質細胞またはメモリー細胞のいずれかになります。メモリーB細胞はここでは不活性状態のままですが、後に再感染により同じ抗原に遭遇すると、分裂して形質細胞を形成します。一方、形質細胞は大量の抗体を産生し、それらは循環系に自由に放出されます。

抗体抗原反応

これらの抗体は抗原と遭遇し、結合します。これにより、宿主細胞と外来細胞間の化学反応が阻害されるか、抗原部位間に橋渡しを形成して正常な機能を阻害する可能性があります。また、抗体の存在はマクロファージやキラー細胞を惹きつけ、攻撃や貪食を引き起こす可能性があります。

補体系

補体系は、自然免疫系の生化学的カスケードであり、生体から病原体を排除するのに役立ちます。これは、標的細胞の細胞膜を破壊し、細胞溶解を引き起こすために協働する多数の小さな血漿タンパク質から構成されています。補体系は35種類以上の可溶性タンパク質と細胞結合タンパク質で構成されており、そのうち12種類が補体経路に直接関与しています。[ 1 ]補体系は、自然免疫と獲得免疫の両方の活動に関与しています。

このシステムの活性化は、細胞溶解、走化性、オプソニン作用、免疫クリアランス、炎症、そして病原体の貪食のための標識化につながる。これらのタンパク質は血清グロブリン分画の5%を占める。これらのタンパク質の大部分は、タンパク質分解によって切断されるまで不活性な酵素原として循環している。[ 1 ]

補体系を活性化する生化学的経路には、古典的補体経路、代替補体経路、マンノース結合レクチン経路の3つがある。[ 9 ]これらのプロセスは、補体活性化の最初のステップであるC3コンバターゼを活性化するプロセス[ 10 ]のみが異なり、その後のプロセスは最終的には同じである。

古典経路は、抗原に結合した遊離抗体への曝露によって開始されます。これにより、補体小サブユニットが酵素的に切断され、C3転換酵素が合成されます。

B 細胞の活性化は、体液性免疫応答の大部分を占めます。

これは、細菌表面に存在するマンノースなどの細菌性炭水化物モチーフによって開始されるマンノース結合レクチン経路とは異なります。結合プロセスの後、古典的経路と同様にサブユニットの切断と合成が起こります。代替補体経路は、加水分解されたC3の存在下で自発的に開始され、その後、切断されてC3コンバターゼを形成できる他のサブユニットをリクルートするため、以前の経路とは完全に異なります。3つの経路すべてにおいて、C3コンバターゼが合成されると、補体はサブユニットに切断され、細菌細胞壁上で膜攻撃複合体（MAC）と呼ばれる構造を形成して細菌を破壊するか[ 11 ]、サイトカインやケモカインとして作用して免疫応答を増幅します。

参照

参考文献

  1. ^ a b c Janeway Jr CA (2001).免疫生物学（第5版）. Garland Publishing. ISBN 0-8153-3642-X。
  2. ^ a b c d Metchnikoff E (1905).感染症における免疫. ケンブリッジ大学出版局.
  3. ^ a b c d Gherardi E. 「免疫学の実験的基礎」免疫学講座 医学部. パヴィア大学. 2011年5月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  4. ^ Hektoen L (1909年2月). 「オプソニンとその他の抗体」 . Science . 29 (737): 241– 248. Bibcode : 1909Sci....29..241H . doi : 10.1126/science.29.737.241 . JSTOR 1634893. PMID 17788933 .  
  5. ^ Pier GB, Lyczak JB, Wetzler LM (2004).免疫学、感染、免疫. ASM Press. ISBN 9781683672111。
  6. ^ Boundless (2016年5月26日). 「体液性免疫応答」 . Boundless . 2016年10月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年4月15日閲覧。
  7. ^ Eisen HN (2014-05-01). 「抗体の親和性増強：免疫応答初期に産生された低親和性抗体が、その後およびメモリーB細胞応答において高親和性抗体に引き継がれる仕組み」 . Cancer Immunology Research . 2 (5): 381– 392. doi : 10.1158/2326-6066.CIR-14-0029 . ISSN 2326-6066 . PMID 24795350 .  
  8. ^ a b Janeway Jr CA, Travers P, Walport M, Shlomchik MJ (2001). 「武装ヘルパーT細胞によるB細胞の活性化」 .免疫生物学：健康と疾患における免疫システム（第5版）.
  9. ^ Carroll MC (2008年12月) . 「補体と体液性免疫」 .ワクチン. 26 (8): I28– I33. doi : 10.1016/j.vaccine.2008.11.022 . PMC 4018718. PMID 19388161 .  
  10. ^ Janeway Jr CA, Travers P, Walport M, Shlomchik MJ (2001年11月21日). 「補体系と自然免疫」 .免疫生物学：健康と疾患における免疫システム（第5版）. ニューヨーク：ガーランドサイエンス – www.ncbi.nlm.nih.govより。
  11. ^ Mathern DR, Heeger PS (2015年9月). 「大小さまざまな分子：補体系」 .米国腎臓学会臨床誌. 10 (9 ) : 1636– 1650. doi : 10.2215/CJN.06230614 . ISSN 1555-9041 . PMC 4559511. PMID 25568220 .   

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