克隆选择学说

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1、引子:首先，人们发现不管什么抗原（甚至人工合成的抗原），人体（或动 物）总能产生出一个特异性的抗体。 难以置信的是大千世界万物都可 以是抗原，而且每个蛋白还可能有多个抗原决定点， 那机体要预先准 备好那么多的抗体需要多少基因！把整个基因组都用上还不够编码免 疫系统的！这个抗体的多样性产生的基础是什么？机理又是什么？Burnet在提出假说时把一个很头痛的问题搁置起来了：多样化的抗 体的遗传机理。首先，他假设机体有一种神奇的机制可以用少量的基 因给无数多的抗体编码（这后来被另一位诺贝尔奖获得者证实是VDJ重组），然后几乎所有可能的排列组合都有抗体产生，但是绝大多数 的克隆都在免疫发生过程中夭折了。

2、这些克隆之所以被“选择掉”是 因为一旦放他们到外周组织就会产生自身免疫。克隆选择学说（亦无性繁殖选择学说）克隆又称无性繁殖细胞系或无性繁殖系，是一个细胞或个体以无性方 式重复分裂或繁殖所产生的一群细胞或一群个体，在不发生突变的情 况下具有完全相同的遗传结构。是澳大利亚免疫学家F.M.伯内特于1957年提出的抗体形成理论。现 在已知，淋巴细胞不需要抗原的作用，就已分化为多种带有不同抗体 的细胞了。一种抗原侵入人体后，在无数种淋巴细胞中，只有表面本 来就带有和这种抗原互补的受体的少数淋巴细胞能和抗原结合。一经结合，这种淋巴细胞就恢复了分裂的能力， 连续分裂产生大量带有同 样抗体的淋巴细胞群。这一群

3、细胞由于是同一来源的，所以称为克隆 （clone），这就是克隆选择学说。同时该学说强调决定抗体结构的是淋巴细胞的基因， 抗原不能改变或 修饰编码抗体的基因。（便于理解比喻：打一个譬喻，教导说很像是做衣服的“量体裁衣”， 根据体形大小，裁制合适的衣服；克隆选择学说不是量体裁衣，而是 买“成品”，服装店早已备好合乎各种体型的衣服了。自己不能改变）获得诺贝尔奖（因为免疫耐受方面的贡献）克隆选择学说示意图免疫耐受（b细胞：3种方式t :两种选择）与克隆选择1至乌剧由电克則起席a搭員吕卓的吗异嵯星出生启机惮内存在易耳就時貝性诙 下0（束琐WnYfJt熟的甘出當巴坷111,o. d|1空yf f1*71疋

4、/|庐謨胃9tnNf；用虹.廿址.咸传曲威IE临评诵1阶航:帘克陰选择学说示意图OiiiFrank Macfarlane Burnet和Polly Matzingej伯内特与梅达沃在“免疫耐受现象”共同获得诺贝尔生理学或医学奖克隆选择学说的提出在五十年前是件不可思议的事。提出这个学说的目的是为了解释抗体多样性的产生机理。首先，人们发现不管什么抗原（甚至人工合成的抗原），人体（或动 物）总能产生出一个特异性的抗体。 难以置信的是大千世界万物都可 以是抗原，而且每个蛋白还可能有多个抗原决定点，那机体要预先准备好那么多的抗体需要多少基因！把整个基因组都用上还不够编码免 疫系统的！这个抗体的多样性产生

5、的基础是什么？机理又是什么？Burnet在提出假说时把一个很头痛的问题搁置起来了：多样化的抗 体的遗传机理。首先，他假设机体有一种神奇的机制可以用少量的基 因给无数多的抗体编码（这后来被另一位诺贝尔奖获得者证实是VDJ重组），然后几乎所有可能的排列组合都有抗体产生，但是绝大多数 的克隆都在免疫发生过程中夭折了。这些克隆之所以被“选择掉”是 因为一旦放他们到外周组织就会产生自身免疫。Burnet的克隆选择学说至今还具有强大的生命力。人物介绍：1923年获墨尔本大学医学博士学位。1927年在英国李斯特研究所获哲学博士学位。1931年在伦敦国立医学研究所从事病 毒学研究。1934年返回澳大利亚，于墨

6、尔本皇家医院沃尔特 -伊莱 扎霍尔医学研究所工作，1938年任该所副所长，1944年任所长至 1965年退休。于1942年被选为英国皇家学会会员，1965年被选为澳大利亚科学院院长。对免疫学的第一个重要贡献是关于获得性免疫耐 受的理论。第二个重要贡献是关于抗体生成的克隆选择学说理论。克隆选择学说的提出促进了免疫学从血流抗体的研究转向细胞生成抗 体的研究。I960年他因发现了免疫耐受现象与梅达沃共同获得诺贝 尔生理学或医学奖。核心论点：带有各种受体的免疫活性细胞克隆早已存在，抗原的作 用只是选择并激活相应的克隆；细胞受体和该细胞后代所分泌的产 物（抗体）具有相同的特异性。特点：抗体结构的多样性由

7、体细胞突变（于生发中心母细胞轻重链v基因发生高频突变）产生；已分化的免疫活性细胞只限于表达 一种特异性，这一特异性以克隆扩增的形式在体内得以保存；新分化的免疫活性细胞凡能够与自身的抗原发生反应者都受到抑制，这些克隆作为禁忌克隆而被清除；在抗原激发下，成熟的免疫活性细胞 增殖并转化为浆细胞而大量产生某一种抗体； 早期未被自身的抗原 所清除的禁忌克隆是日后发生自身免疫病的原因。错误观点：1. （盛行于20世纪40年代）教导说（亦称指令学说）：有人认为淋 巴细胞最初并不是分别带有不同抗体的，只有在它们与抗原分子 接触之后，在抗原分子的影响下才分化出与抗原分子的抗原决定 子互补的抗体2. 1940年美

8、国化学家L.C.波林所提出的模板假设属于一种指令学 说，他认为浆细胞所合成的免疫球蛋白肽链按照进入细胞的抗原 分子的指令而折叠成为具有特定三级结构的抗体分子。这一假设 似乎可以解释抗体多样性的来源，但是不能完满地解释终身免疫 现象，就是说不能解释为什么一个人感染某种传染性疾病几十年 以后仍然能产生这一抗体。随后又发现核糖核酸酶等变性以后又 可以恢复活性，说明蛋白质分子的三级结构为它的一级结构所决 定，这一发现进一步否定了模板假设。正确观点支持1.（难说服）德国医学家和细菌学家 P.埃尔利希于1900年提出的侧 链理论便属于一种选择学说。他认为动物体本来就能产生各种抗体， 进入体内的某一种抗原只

9、是选择性地促使相应抗体大量地产生。但是后来发现将结合对氨基苯磺酸或二硝基苯的蛋白质注射动物后 可以使它产生针对这些蛋白质的特异性抗体。 人们很难想象自然状态 下的动物体内原先便存在这些抗体，因此这一种选择学说显然难以成 立。2.1955年N.K.耶讷提出一种选择学说，认为动物在胚胎时期就可能 合成上百万种免疫球蛋白，抗原进入体内和特定的免疫球蛋白分子相 结合而选择了相应的结构，这些球蛋白便作为模板而使体内出现能合 成这一特定球蛋白的免疫活性细胞。在这里，抗原所选择的是抗体。3. 同位素标记实验：给动物以高剂量的同位素标记的抗原， 结果动物 不但不发生免疫反应，而且以后对同样的、但不同同位素标记

10、的抗原也不再发生免疫反应。此时如给其他抗原，动物仍能发生正常免疫反 应。这一实验表明，同位素标记的抗原与带有互补抗体的淋巴细胞结 合，这种淋巴细胞全被射线杀死，因此不发生免疫反应。第二次给正 常的同样抗原时，由于带有互补抗体的淋巴细胞已全被杀死， 其他种 淋巴细胞虽对其他抗原能正常反应， 但不能对此种抗原发生反应，即 不能转变为与此种抗原互补的淋巴细胞。因此，动物就失去对此种抗原的免疫能力。由此可见，淋巴细胞的特异性是先天存在的，而不是 由抗原的“教导”而产生的。这一学说的建立是免疫学的一个重大成 就。（补充知识：具有相同质子数，不同中子数（或不同质量数）同一元 素的不同核素互为同位素。例如氢

11、有三种同位素，H氕、D氘（又叫重氢）、T氚（又叫超重 氢）；碳有多种同位素，例如12C（ 12为上标，下同）、14C等。放射性核素在医学上的应用，使多种类型恶性癌的疗效得到显著改 善。另外，可把放射性药物直接引入体内进行治疗，如198Au, 90Y,177Lu等可治疗白血病，支气管癌等。用”1 治疗甲状腺癌和甲状 腺功能亢进。用于治疗真性红细胞增多症。同位素是有放射性的，对正常细胞也是有影响的，但是如果治疗得当,在量不大的情况下，损伤是可以恢复的）4. 直接的证据一单克隆抗体研究。1975年阿根廷学者C.米尔斯坦使 致敏淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，将融合细胞作单克隆培养，获得只 产生一种抗体的单

12、克隆抗体细胞株。5. 把鞭毛抗原不同的两种沙门氏菌注射大鼠的足掌，从大鼠分离浆细胞,把每一个浆细胞培养在一小滴含血清的缓冲液中，经培养以后 把缓冲液一分为二，分别加入这一种或那一种沙门氏菌。 实验结果说 明每一单细胞培养液只能使一种细菌失去活动能力，没有出现过同时使两种细菌失活的情况。可见每一个浆细胞只产生一种抗体。此外， 模板学说要求抗原分子必须进入浆细胞中才能促使它产生相应的抗体，但是克隆选择学说认为抗原和产生某种抗体的免疫活性细胞表面 的少量特异性的抗体结合以后，就能促使它增殖并产生大量抗体。 这 一点也经荧光抗原方法证实。克隆选择学说-不足之处虽然克隆选择学说的主要内容已经实验证实，

13、可是并不是全部内容都 是正确的。关于抗体的多样性问题，伯内特认为多样性来自体细胞突 变。但是近年来发现免疫球蛋白分子的轻链和重链的可变区和恒定区 由不同的基因片段编码，用分子杂交方法可以证明可变区基因片段和 恒定区基因片段在胚胎细胞中并不邻接，可是在浆细胞中则是邻接 的，这说明在免疫活性细胞的分化成熟过程中发生了染色体DNA的重排。由于这些基因片断为数众多，而且重排方式也是多样的，所以 染色体重排足以造成大量的抗体种类， 这些事实说明基因突变不是抗 体分子的多样性的主要原因（见免疫遗传学）。此外，免疫耐受性除了 由于禁忌克隆的清除以外，还可能是由于具有免疫抑制功能的 T淋 巴细胞与其他淋巴细胞

14、发生相互作用的结果。 这些都是目前活跃的研 究领域。好处：克隆选择学说对几个问题的解释（一）对抗体产生多样性的解释 动物出生以后，机体便 已具有产生各种各样抗体的免疫活性细胞， 体内有众多细胞克隆可足 够抗原选择。不管何种抗原进入体内，均有相应的克隆即被选出，进 而分化增殖，产生抗体。因此，克隆选择学说从细胞水平上解释了抗 体的多样性。（二）抗原的作用 抗原的作用只是一种启动，与枪支上 的板机相似。相应的细胞克隆一旦被选出，即使无抗原存在，机体也 能继续产生抗体。抗原对决定抗体的基因无影响。（三）对免疫记忆现象的解释 细胞克隆在分化的过程中， 一部分淋巴细胞停留在中间阶段，再次与相应抗原接触时

15、，立刻可增 殖而产生抗体，呈现免疫记忆现象。（四）对免疫耐受性的解释 认为在胚胎后期，自身抗原 已完全备齐，于是凡能与自身抗原特异性结合的相应细胞克隆便可受 到阻抑，最后被清除，构成自身免疫禁忌，即对自身的抗原物质不产 生免疫反应，形成天然免疫耐受。在胚胎时期，人为地引进异体抗原， 也能消除与该抗原相对应的淋巴细胞克隆， 动物出生后，对此种抗原 即不产生免疫反应，形成人工免疫耐受。克隆选择学说对以上问题都进行了比较满意的解释， 因此该学说为广 大免疫学者所接受，对现代免疫学的发展起到了无比巨大的推动作 用。后来的很多研究都从不同的角度证实了该学说的合理性，特别是20世纪70年代单克隆抗体的问世，对这一学说是一个极大的证实。 独特型-抗独特型免疫网络学说、抗体多样性的基因控制理论是对克 隆选择学说的进一步发展和深化。（学习的目的是增长知识，提高能力，相信一分耕耘一分收获，努力就一定可以获得应有的回报）