师:今天我们一起来学习人教版高二生物学选择性必修一、第四章第二节特异性免疫第一课时。我们的学习目标是通过本节课了解三个问题:一、免疫细胞如何识别病原体?二、特异性免疫包括哪两种方式?三、体液免疫的基本过程是怎样的?
大家都知道,新型冠状病毒已经困扰我们日常生活一段时间了,国家也一直在疫情防控和新冠病毒肺炎诊疗上不懈努力。从新闻中我们不难发现,同样是感染新冠病毒,为何会出现重症患者、轻症患者和无症状感染者等差别呢?原来人与人之间的免疫调节能力是有差异的。那么同学们再思考一下,在必要的药物辅助的前提下,新冠病毒感染者是否有办法依靠自身的免疫系统战胜入侵者呢?答案是肯定的,通常情况下,只要免疫系统健全,免疫防御功能就能实现。那本节课就让我们以新冠病毒为例,具体分析机体是怎样战胜病原体的。
我们先来复习上一节课的内容,人体的三道防线将如何抵御新冠病毒的入侵呢?首先,皮肤和黏膜作为第一道防线,阻挡了大部分新冠病毒的入侵,建立起牢固的屏障。如果有新冠病毒突破了第一道防线进入内环境,体液中的吞噬细胞会主动吞噬新冠病毒。同学们还记得吗?这里所说的吞噬细胞包括树突状细胞和巨噬细胞等,它们分布在机体的多种组织中。除了具有吞噬功能,还具有处理和呈递抗原的功能,这个我们在后面还要涉及到。
这里先解决一个关键问题,包括吞噬细胞在内的多种免疫细胞是如何识别自己人和敌人的呢?要知道,如果没有办法识别,将会在免疫防御时造成误伤。而事实上,这种情况却很少发生。原来,在人体所有的细胞膜表面,有一组充当分子标签的蛋白质,它们就像身份标志,能与免疫细胞表面的受体特异性结合并识别出来。病毒、细菌等病原体的表面也有各自不同的身份标签,也能被免疫细胞识别出来,只不过是作为敌人被识别出来。但同学们还需要注意的是,第二道防线中免疫细胞对病原体的识别仍然是非特异性的。也就是说,免疫细胞只能识别出己方和敌方,分不清哪些敌人是当前首要解决的。如果要有针对性地针对特定的病原体如新冠病毒进行消灭,那就要依靠第三道防线,也就是特异性免疫了。新冠病毒之所以造成较大危害,其中一个原因就是在于它比较容易突破机体的前两道防线,在体内大量复制,此时要消灭它只能靠第三道防线了。
第三道防线的作战部队主要是众多的淋巴细胞,我们在上节课了解过淋巴细胞包括 B 淋巴细胞和 T 淋巴细胞两大类。B 淋巴细胞简称 B 细胞,T 淋巴细胞简称 T 细胞,而 T 细胞又分为辅助性 T 细胞和细胞毒性 T 细胞。回顾一下这些淋巴细胞,对于我们接下来的学习是有帮助的。为了研究方便,根据参与的淋巴细胞种类的差异以及作战方式和场所的不同,我们把特异性免疫分成两种方式,其中一种叫体液免疫,另一种叫细胞免疫。我们这节课先学习体液免疫,接下来就让我们具体来看一下体液免疫究竟是如何发挥作用的。
体液免疫的作战方式主要是依靠抗体,由于抗体存在于体液中,所以叫体液免疫。值得注意的是,这里的体液指的是细胞外液,并不包括细胞内液,这和体液调节中体液的含义是比较相似的。为什么抗体能成为作战武器呢?我们知道抗体是一种免疫活性物质,是机体产生的专门应对抗原的蛋白质。由于蛋白质空间结构具有多样性,使得不同空间结构的抗体能够与不同的抗原特异性结合。病原体表面具有抗原,当抗体随体液在全身循环,遇到抗原时就会和这种病原体结合,从而抑制病原体的增殖或病原体对人体细胞的粘附,并进一步发生变化,形成沉淀,使病原体束手就擒,进而被其他免疫细胞吞噬、消化。
师:这里插一个小问题考考同学们,新冠肺炎康复者的血清中的有效成分有助于病人康复,请问原理是什么呢?
生:康复者体内发生了对抗新冠病毒的体液免疫,产生了相应的抗体,这些抗体主要在血清中提取出来后,若输送给临床病人,可使病人体内的新冠病毒束手就擒,从而加快康复的进程。
师:既然抗体的威力如此强大,那抗体又是由什么细胞产生的呢?
生:抗体是由浆细胞分泌而来的,而浆细胞则是由 B 细胞分裂分化而来。
师:那这里又有一个新的问题,B 细胞在什么条件下才会分裂分化呢?这就需要我们从头说起了。当病原体如新冠病毒入侵到内环境时,一方面病原体和 B 细胞直接接触,这就为激活 B 细胞提供了第一个信号。与此同时,还有一部分病原体被抗原呈递细胞如树突状细胞所摄取,经过处理后将抗原呈递在细胞表面,然后传递给辅助性 T 细胞。辅助性 T 细胞表面的分子发生变化并与 B 细胞结合,这是激活 B 细胞的第二个信号。B 细胞受到两个信号的刺激开始分裂分化,大部分分化为浆细胞,进而产生抗体,小部分分化为记忆 B 细胞。值得一提的是,辅助性 T 细胞在接受抗原传递后也发生分裂分化并分泌细胞因子,具有促进 B 细胞分裂分化的作用。
师:分析到这里,同学们可能有点乱了,我们来梳理一下最关键的问题之一,B 细胞活化所需要的条件是什么呢?同学们要学会看图分析。B 细胞活化需要两个信号的刺激,第一个信号是病原体和 B 细胞的接触,第二个信号是辅助性 T 细胞与 B 细胞的结合,此外还需要细胞因子的促进作用。打个比方,如果把 B 细胞比作执法人员,执法人员要怎样才会开始执法行动呢?一是执法人员要见过违法分子,二是执法人员从上级接受任务。最好上级还能在执法行动时给予支持,那么违法分子也就插翅难飞了。细心的同学可能又要问了,浆细胞负责产生抗体,那记忆 B 细胞又是什么作用呢?
生:记忆 B 细胞可以在抗原消失后在体内存活几年甚至几十年。当机体再次接触同种抗原的时候,记忆 B 细胞能识别出自己的老对手,迅速增殖分化成浆细胞。浆细胞快速产生大量抗体,阻止同种病原体在体内肆虐,将其扼杀在摇篮之中,避免人体再次患病或避免重症出现。我们可以将其称为二次免疫。
师:至此,我们已经初步了解了体液免疫的基本过程,包括初次免疫和二次免疫的过程。我们来看一下课本 74 页思考与讨论的第一题,体液免疫是如何体现针对某种病原体的特异性的?结合体液免疫的流程图,我们可以发现体液免疫针对某种病原体的特异性体现在体液免疫中。B 细胞的活化是需要两个特定信号的。我们再复习一遍,第一信号是病原体直接接触 B 细胞,第二信号是辅助性 T 细胞结合 B 细胞与 B 细胞接触的抗原是特定的、唯一的。而需要注意的是,与 B 细胞结合的辅助性 T 细胞也是具有特异性的,原因是辅助性 T 细胞是在接受到同一种抗原的传递表面的特定分子变化后才和 B 细胞相结合的,因而也具有特异性。除此之外,浆细胞分泌的抗体只与特定的病原体结合,记忆 B 细胞也只有在接触同种抗原的时候才会发生增殖分化,这两个也算是体液免疫针对病原体具有特异性的表现。
