克隆清除

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克隆清除(Clonal Deletion)是免疫系统建立中枢耐受的最主要机制,指在淋巴细胞(T 细胞和 B 细胞)的发育早期,识别并物理清除那些对自身抗原具有高亲和力的细胞克隆的过程。该概念最早由诺贝尔奖得主 Frank Macfarlane Burnet 在其著名的“克隆选择学说”中提出,用以解释免疫系统如何避免攻击宿主自身(Self-Tolerance)。在分子水平上,克隆清除主要通过诱导内源性细胞凋亡(Apoptosis)来实现,其中促凋亡蛋白 Bim 扮演了关键的“处刑者”角色。若此机制失效,自身反应性细胞将逃逸至外周,导致系统性红斑狼疮(SLE)等自身免疫病。

克隆清除
Clonal Deletion / Central Tolerance (点击展开)
               [Image:Clonal_deletion_process_diagram_apoptosis]
机制:识别自我即被清除
基础定义
提出者 Frank Macfarlane Burnet (1957)
所属范畴 中枢耐受 (Central Tolerance)
执行方式 细胞凋亡 (Apoptosis)
关键分子 Bim, Puma, Nur77
细胞类型差异
T 细胞 发生于胸腺髓质
直接凋亡 (无编辑机会)
B 细胞 发生于骨髓
可先进行 受体编辑
逃逸后的替代机制
克隆失能 Anergy (功能性沉默)
克隆无知 Ignorance (物理隔离)
调节抑制 Treg 细胞抑制

T 细胞:胸腺里的残酷淘汰

在胸腺中,T 细胞的克隆清除即通常所说的“阴性选择”。这是一个基于亲和力的二元生死判决:

   [Image:Thymocyte_clonal_deletion_mechanism]
  • AIER 的全息投影:
    胸腺髓质上皮细胞(mTECs)利用 AIRE 基因表达成千上万种身体各处的组织特异性抗原(如胰岛素)。这是克隆清除的物质基础。
  • Bim 的执行:
    当发育中的双阳性(CD4+CD8+)或单阳性胸腺细胞的 TCR 高亲和力结合这些自身抗原时,TCR 信号下游会强力诱导 Bim(而不诱导抗凋亡蛋白)。Bim 压倒 Bcl-2/Mcl-1,直接激活 Bax/Bak,导致线粒体膜电位丧失,细胞在数小时内死亡并被巨噬细胞吞噬。

B 细胞:第二次机会

受体编辑 (Receptor Editing)

与 T 细胞的一票否决不同,骨髓中的未成熟 B 细胞如果识别了自身抗原,并不会立即死亡。它们会暂时停滞发育,重新激活 RAG1/RAG2 重组酶,尝试改变轻链基因(通常从 $\kappa$ 链换到 $\lambda$ 链)。
这种“改过自新”的过程称为受体编辑。 只有当编辑后的新 BCR 仍然识别自身抗原,或者编辑机会用尽时,B 细胞才会最终发生克隆清除(凋亡)。据估计,约 25-50% 的成熟 B 细胞都经历过受体编辑。

理论基石:克隆选择学说

1957年,澳大利亚免疫学家 Frank Macfarlane Burnet 提出了革命性的克隆选择学说,彻底改变了免疫学。其中关于耐受性的核心假设就是“克隆清除”:

  • 假设: 在胎儿期或发育早期,任何遇到相应抗原的淋巴细胞都会被“禁止”(Forbidden)或破坏,而不是被激活。
  • 验证: 这一假设在 20 世纪 80 年代末由 Philippa Marrack 和 John Kappler 通过转基因小鼠实验(使用超抗原)得到了完美的证实,他们观察到特定 TCR 的 T 细胞在胸腺中确实消失了。
       学术参考文献 [Academic Review]
       

[1] Burnet FM. (1957). A modification of Jerne's theory of antibody production using the concept of clonal selection. Australian Journal of Science.
[点评]:划时代的理论文章,首次提出了自身反应性克隆必须被清除的概念,奠定了现代免疫学的基础。

[2] Kappler JW, et al. (1987). T cell tolerance by clonal elimination in the thymus. Cell.
[点评]:提供了克隆清除真实存在的直接生物学证据,结束了关于免疫耐受机制长达 30 年的争论。

[3] Nemazee D, Bürki K. (1989). Clonal deletion of B lymphocytes in a transgenic mouse bearing anti-MHC class I antibody genes. Nature.
[点评]:证实了 B 细胞在骨髓中同样遵循克隆清除机制,并为后续发现受体编辑铺平了道路。

           克隆清除 · 知识图谱
核心理论 克隆选择学说中枢耐受自身免疫
分子机制 Bim (凋亡) • AIRE (抗原) • RAG (编辑)
细胞特异 阴性选择 (T细胞) • 受体编辑 (B细胞)
逃逸后果 SLE重症肌无力外周耐受 (补救)