113 年 國立成功大學微生物及免疫學研究所甲組《免疫學》

這組題目主要在測試學生對體液免疫反應機制、抗體多樣性生成以及科學研究貢獻的理解。

(1) 抗體介導的體液免疫反應主要透過以下幾種機制對抗微生物：
* 中和作用 (Neutralization): 抗體（特別是 IgG 和 IgA）能結合到病原體表面的關鍵部位（例如病毒的表面蛋白或細菌的毒素），阻止其與宿主細胞結合或發揮毒性，從而預防感染或減輕疾病嚴重程度。
* 調理作用 (Opsonization): 抗體（特別是 IgG）能包覆在病原體表面，其 Fc 片段能被吞噬細胞（如巨噬細胞、嗜中性球）上的 Fc 受體辨識並結合，增強吞噬細胞對病原體的吞噬效率。
* 補體系統活化 (Complement activation): 抗體（特別是 IgM 和 IgG）與病原體結合後，能啟動經典途徑的補體系統。補體系統的活化會產生多種效應，包括產生過濾素（opsonins）增強吞噬作用、釋放趨化因子吸引免疫細胞，以及直接透過膜攻擊複合體 (MAC) 裂解某些病原體（如細菌）。
* 抗體依賴性細胞毒殺作用 (Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC): 抗體（特別是 IgG）結合到被感染的宿主細胞表面，其 Fc 片段能被自然殺手細胞 (NK cells) 或其他免疫細胞上的 Fc 受體辨識。這會觸發免疫細胞釋放細胞毒性分子（如穿孔素和顆粒酶），殺死被感染的細胞，進而清除病原體。
* 黏膜免疫 (Mucosal immunity): 主要由 IgA 抗體介導，分泌型 IgA (sIgA) 能在黏膜表面形成保護層，阻止病原體附著和侵入。
【答案】

(2) 抗體多樣性是免疫系統能夠辨識並應對數以億計不同抗原的關鍵。其主要機制包括：
* 基因重組 (V(D)J recombination): 這是抗體多樣性生成最主要的機制。在 B 細胞的發育過程中，免疫球蛋白基因的 V (variable)、D (diversity，僅限於重鏈) 和 J (joining) 區段會透過隨機的 DNA 重組事件進行組合。每個 B 細胞只會從其基因庫中選擇一個 V、一個 D (重鏈) 和一個 J 區段進行組合，形成獨特的 V(D)J 基因。由於每個區段有許多不同的版本，其組合的可能性極大，產生了初始的抗體變異區。

此題主要在測試學生對發炎體 (inflammasome) 的結構、功能以及活化機制的理解。

發炎體 (Inflammasome) 是一種細胞質內的蛋白質複合物，在先天免疫中扮演關鍵角色。它能感測到細胞內出現的病原體相關分子模式 (PAMPs) 或損傷相關分子模式 (DAMPs)，並啟動下游的發炎反應。

發炎體的主要組成與功能：
發炎體通常由三種類型的組成分子組成：

1. 感測器 (Sensor protein): 這是發炎體的核心，負責辨識 PAMPs 或 DAMPs。常見的感測器蛋白包括：
   • NLRP1 (NOD-like receptor family, pyrin domain containing 1): 這是最早被發現的發炎體，能直接辨識某些細菌毒素。
   • NLRP3 (NOD-like receptor family, pyrin domain containing 3): 這是研究最廣泛、也是最常見的發炎體，能感測多種不同的損傷信號，如 ATP、尿酸結晶、膽固醇結晶、矽塵、病毒 RNA、細菌胜肽等。
   • NLRC4 (NOD-like receptor family, CARD containing 4): 主要辨識細菌鞭毛蛋白 (flagellin) 和細菌 DNA。
   • AIM2 (Absent in melanoma 2): 辨識細胞質內的雙股 DNA (dsDNA)。
2. 接頭蛋白 (Adaptor protein): 通常是 ASC (apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD)，它能與感測器蛋白結合，並透過其 CARD 結構招募下游的效應蛋白。
3. 效應蛋白 (Effector protein): 主要為 pro-caspase-1 (或 caspase-4, -5, -11)。一旦被招募到發炎體複合物，caspase-1 便會被活化，成為一種蛋白酶。

此題要求簡要解釋五個免疫學的基礎術語。

(1) 抗原呈遞細胞 (Antigen-presenting cells, APCs):
APCs 是免疫系統中負責捕捉、處理並將抗原肽片段呈遞給 T 細胞的細胞。牠們是連接先天免疫和適應性免疫的橋樑。主要的 APCs 包括樹突狀細胞 (dendritic cells, DCs)、巨噬細胞 (macrophages) 和 B 細胞 (B cells)。 DCs 被認為是最有效的 APCs，特別是在初次免疫應答中。牠們通過吞噬、胞飲作用或受體介導的內吞作用捕捉抗原，然後在細胞內將抗原分解成小肽片段，並與主要組織相容性複合體 (MHC) 分子結合，最終將 MHC-抗原肽複合物呈遞到細胞表面，供 T 細胞辨識。
【答案】

(2) 佐劑 (Adjuvant):
佐劑是一種添加到疫苗中的物質，其本身沒有抗原性，但能夠增強疫苗誘導的免疫反應強度、持久性和特異性。佐劑的作用機制多樣，包括：

• 形成抗原儲庫 (Depot effect): 緩慢釋放抗原，延長抗原暴露時間。
• 刺激先天免疫: 激活 APCs，促進其成熟和抗原呈遞，並誘導細胞因子產生。
• 誘導局部炎症反應: 增加免疫細胞向注射部位的募集。
• 改變抗原的免疫原性: 例如，將抗原改變為顆粒狀結構，更容易被 APCs 吞噬。
  常見的佐劑包括鋁鹽 (alum)、MF59、AS03、CpG寡核苷酸等。
  【答案】

(3) 交叉呈遞 (Cross-presentation):
交叉呈遞是一種特殊的抗原呈遞機制，主要由樹突狀細胞 (DCs) 執行。通常情況下，外源性抗原（如細菌、病毒、疫苗抗原）主要與 MHC class II 分子結合，呈遞給 CD4+ T 輔助細胞；

此題要求描述四種類型過敏反應 (hypersensitivity reactions) 的主要特點。過敏反應是指免疫系統對外來抗原產生過度或不恰當的免疫反應，導致組織損傷。Gell and Coombs 將其分為四種類型。

第一型過敏反應 (Type I Hypersensitivity): 過敏反應 (Allergy) 或 立即型過敏反應 (Immediate Hypersensitivity)

• 機制: 主要由 IgE 抗體介導。當個體暴露於過敏原（如花粉、塵螨、食物）時，免疫系統會產生 IgE 抗體。IgE 抗體會結合到肥大細胞 (mast cells) 和嗜鹼性球 (basophils) 表面的高親和力 IgE 受體 (FcεRI)。再次接觸相同過敏原時，過敏原會交聯細胞表面的 IgE 抗體，觸發肥大細胞和嗜鹼性球釋放出大量預存的致炎介質，如組織胺 (histamine)、細胞因子、白三烯 (leukotrienes) 等。
• 表現: 反應迅速，通常在接觸過敏原後幾分鐘內出現。症狀包括蕁麻疹、血管性水腫、鼻炎、氣喘、過敏性休克 (anaphylaxis) 等。

第二型過敏反應 (Type II Hypersensitivity): 細胞毒性過敏反應 (Cytotoxic Hypersensitivity)

• 機制: 主要由 IgG 或 IgM 抗體介導，結合到細胞表面或細胞外基質的抗原上。這些抗體-抗原複合物會通過以下幾種方式引起細胞損傷：
  • 補體系統活化: 引起細胞裂解 (lysis)。
  • 抗體依賴性細胞毒殺作用 (ADCC): 如 NK 細胞或巨噬細胞通過 Fc 受體識別抗體，殺死結合抗體的細胞。
  • 干擾細胞功能: 抗體結合到細胞受體，阻斷或過度刺激細胞功能（如格雷夫氏症中的甲狀腺刺激抗體）。
• 表現: 症狀取決於抗原所在的組織或細胞。

此題要求解釋 CD8+ T 細胞如何誘導被感染細胞死亡，這主要涉及細胞毒殺 T 淋巴球 (CTL) 的作用機制。

CD8+ T 細胞，也稱為細胞毒殺 T 淋巴球 (Cytotoxic T Lymphocytes, CTLs)，是適應性免疫系統中清除病毒感染細胞、腫瘤細胞及其他細胞內病原體的重要效應細胞。CTLs 通過兩種主要途徑誘導目標細胞（如被病毒感染的細胞）死亡：

1. 穿孔素/顆粒酶途徑 (Perforin/Granzyme Pathway):
   • 辨識與結合: 當 CTLs 遇到帶有與其 TCR 相匹配的抗原肽（由 MHC class I 分子呈遞）的目標細胞時，CTLs 會緊密結合到目標細胞上。
   • 顆粒釋放: 結合後，CTLs 會將其細胞質內的細胞毒性顆粒 (cytotoxic granules) 釋放到 CTLs 與目標細胞之間的突觸 (immunological synapse) 處。
   • 穿孔素的作用: 這些顆粒包含兩種主要成分：穿孔素 (perforin) 和顆粒酶 (granzymes)。穿孔素會插入目標細胞的細胞膜，形成孔洞。
   • 顆粒酶的進入: 穿孔素形成的孔洞使得顆粒酶能夠進入目標細胞的細胞質。
   • 誘導細胞凋亡: 進入細胞質的顆粒酶會激活細胞內的死亡受體途徑或線粒體途徑，最終誘導目標細胞發生程序性細胞死亡（凋亡, apoptosis）。