109 年 國立臺灣大學免疫學研究所《免疫學（A）》

本題考驗 B 細胞的發育成熟過程。B 細胞的發育起始於骨髓 (bone marrow)，在此處，未成熟的 B 細胞 (immature B cells) 進行基因重組，產生表面免疫球蛋白 (surface immunoglobulin) 作為 B 細胞受體 (BCR)。

負向選擇 (negative selection) 是免疫系統中一個關鍵的篩選機制，用於移除對自身抗原 (self-antigen) 有反應的免疫細胞，以避免引發自體免疫疾病。在 B 細胞發育過程中，當 B 細胞的 B 細胞受體 (BCR) 識別到自身成分時，就會啟動負向選擇的機制。

此題主要考驗對免疫細胞分泌的細胞激素 (cytokine) 和趨化因子 (chemokine) 及其功能的了解。
(A) CCL19 是一種趨化因子，主要由淋巴結的樹突細胞 (lymph-node dendritic cells) 和其他抗原呈現細胞分泌，用於吸引淋巴細胞 (T細胞、B細胞) 和未成熟的樹突細胞進入淋巴結。此配對正確。
(B) CXCL13 是一種趨化因子，主要由濾泡樹突細胞 (follicular dendritic cells, FDCs) 和其他細胞分泌，對於 B 細胞的遷移和聚集至關重要，特別是在生發中心 (germinal center) 的形成中。

重組 DNA 技術 (recombinant DNA technology) 在疫苗開發中扮演了重要角色，特別是對於次單元疫苗 (subunit vaccines) 的生產。次單元疫苗是指只包含病原體的一個或幾個關鍵抗原成分的疫苗，而不是整個病原體。重組 DNA 技術可以有效地生產這些抗原成分，例如病毒的蛋白質。

流感病毒需要每年接種疫苗，而麻疹疫苗則不需要，主要原因在於流感病毒的變異性。流感病毒是一種 RNA 病毒，其 RNA 聚合酶缺乏校對功能，因此在複製過程中容易產生突變。這些突變會導致病毒表面的抗原（主要是血球凝集素 Hemagglutinin, HA 和神經胺酸酶 Neuraminidase, NA）發生變化，稱為抗原漂移 (antigenic drift) 和抗原轉移 (antigenic shift)。

胸腺 (thymus) 是 T 細胞發育和成熟的主要場所。在胸腺中，T 細胞前驅細胞 (thymocytes) 會經歷正向選擇 (positive selection) 和負向選擇 (negative selection)。負向選擇的目的是清除那些對自身抗原 (self-antigens) 有強烈反應的 T 細胞，以防止自體免疫疾病的發生。這些對自身抗原產生強烈反應的 T 細胞被稱為自反應性 T 細胞 (autoreactive thymocytes)。

生發中心 (germinal centers) 是次級淋巴器官（如脾臟、淋巴結）中 B 細胞活躍增殖和分化的區域，是適應性免疫應答的關鍵部位。在生發中心，B 細胞會經歷一系列重要的過程，以產生高親和力、高功能的抗體。
(A) 異型轉換 (isotype switching) 是指 B 細胞改變其表面免疫球蛋白的重鏈恆定區，從 IgM/IgD 轉變為 IgG, IgA, 或 IgE。這個過程在生發中心中發生，由 T 輔助細胞 (T helper cells) 誘導，並且是產生不同功能抗體的關鍵。
(B) B 細胞的活化（特別是 T 細胞依賴性抗原的活化）始於濾泡區，但其進一步的增殖、分化和成熟，包括親和力成熟，主要發生在生發中心。T 輔助細胞通過與 B 細胞表面的 MHC-II 分子呈遞的抗原肽結合，並提供共刺激信號，來幫助 B 細胞活化和增殖。

漿細胞 (plasma cell) 是成熟的 B 細胞分化而來的效應細胞，其主要功能是大量分泌抗體。
(A) 漿細胞具有高度發達的內質網和高基氏體，用於大量合成和分泌蛋白質（抗體）。研究表明，漿細胞將其總蛋白質合成的很大一部分（通常超過 20%，甚至更高）用於抗體生產。因此，10-20% 的比例是偏低的，但相較於其他細胞，這仍然是相當高的比例。實際上，這個比例通常更高。然而，在選項中，這是最接近正確描述漿細胞蛋白質合成特徵的選項。
(B) 漿細胞表面表達的 MHC 分子水平通常不高，特別是 MHC class II。它們主要專注於分泌抗體。

核心觀念

本題比較兩類淋巴球在發育過程中的共同機制：

• $\alpha:\beta$ T 細胞藉由 T 細胞受體（TCR）辨識抗原。
• B 細胞藉由 B 細胞受體（BCR）辨識抗原。
• 兩者的抗原受體都經由 $V(D)J$ 基因重組產生多樣性。
• 兩者在第一條受體鏈成功形成後，都會先與「替代鏈（surrogate chain）」組成前體受體，進行品質管制。
• T 細胞發育高度依賴 MHC 所介導的選擇；B 細胞在骨髓中的發育則不以 MHC 辨識作為主要關卡。
• 自體反應性細胞的命運不只有凋亡，也包括受體編輯與無反應性，因此不能將所有自體反應性細胞一概視為必然凋亡。

解題方法

題目問的是「同時適用於 $\alpha:\beta$ T 細胞與 B 細胞」的敘述。判斷每一選項時，必須分別檢查：

1. T 細胞是否符合；
2. B 細胞是否符合；
3. 只有兩者皆符合，該選項才可選。

選項分析

(A) Their antigen receptors are derived from gene rearrangement processes.

正確。

TCR 與 BCR 的可變區都由胚系基因片段進行 $V(D)J$ 重組產生。

• $\alpha:\beta$ T 細胞：
  • TCR $\beta$ 鏈進行 $V$、$D$、$J$ 重組；
  • TCR $\alpha$ 鏈進行 $V$、$J$ 重組。
• B 細胞：
  • 免疫球蛋白重鏈進行 $V$、$D$、$J$ 重組；
  • 輕鏈進行 $V$、$J$ 重組。

此過程由 RAG1、RAG2 等重組機制參與，並透過連接端的不精確性增加受體多樣性。因此兩者皆符合。

(B) MHC molecules are required to facilitate progression through the developmental pathway.

錯誤。

對 $\alpha:\beta$ T 細胞而言，胸腺中的正選擇需要 TCR 與胸腺上皮細胞表面的 MHC 分子互動：

• CD8 T 細胞須辨識 MHC I；
• CD4 T 細胞須辨識 MHC II。

無法有效辨識自身 MHC 的胸腺細胞無法通過正選擇，會因「忽略性死亡」而被淘汰。

B 細胞在骨髓中的發育主要依賴 BCR 是否成功形成、是否能傳遞存活訊號，以及是否具有自體反應性；MHC 分子並非 B 細胞完成基本發育所必需的主要選擇分子。因此「兩者皆需要 MHC 促進發育」不成立。

核心觀念

本題考查胸腺內 T 細胞發育與周邊 T 細胞活化時，是否需要 MHC class I 或 MHC class II 分子參與辨識。

判斷原則如下：

• α:β T 細胞的正向選擇：需要 α:β TCR 與胸腺上皮細胞表面的 peptide–MHC 複合體互動。
• 成熟初始 T 細胞的周邊活化：需要 TCR 辨識抗原胜肽–MHC 複合體。
• pre-TCR 訊號傳遞：主要是 β-selection 階段的自發性、配體非依賴性訊號，不需要先與 MHC class I 或 II 結合。
• γ:δ T 細胞的正向選擇：不依賴經典 MHC class I 或 class II 分子；其選擇可由特定組織配體或 MHC-like 分子參與。

解題方法

逐一判斷每個過程是否必須使用「TCR 與 peptide–MHC class I／II 的互動」。

若某過程需要：

則屬於 MHC 依賴；若其訊號可以在沒有 MHC class I／II 參與下發生，則屬於非 MHC 依賴。

因此，必須找出不需要經典 MHC class I 或 class II 互動的選項。

選項分析

(A) positive selection of α:β T cells

錯誤。α:β T 細胞在胸腺皮質進行正向選擇時，必須以 α:β TCR 辨識胸腺皮質上皮細胞所呈現的自身胜肽–MHC 複合體。

• CD8⁺ T 細胞主要辨識 peptide–MHC class I。
• CD4⁺ T 細胞主要辨識 peptide–MHC class II。

若 α:β TCR 完全無法與 MHC 結合，該細胞通常無法通過正向選擇，會因「忽略」而死亡。因此此過程依賴 MHC class I 或 class II。

(B) intracellular signaling by pre-T-cell receptors

正確。pre-TCR 出現在未成熟 T 細胞的 β-selection 階段，由下列成分構成：

此時 TCRβ 基因已成功重組，但完整的 α:β TCR 尚未形成。pre-TCR 可透過受體本身的自發性聚集與 CD3 複合體傳遞訊號，啟動：

本題考查胸腺上皮細胞與外周抗原呈現細胞 (APC) 在自身抗原處理和呈現上的差異。
(A) 和 (C)：胸腺上皮細胞同時表達 MHC class I 和 MHC class II 分子，以呈現各種自身抗原。外周 APC（如樹突狀細胞、巨噬細胞、B細胞）也表達 MHC class I 和 MHC class II 分子，但表達水平和模式可能不同。選項 (A) 和 (C) 都聲稱胸腺上皮細胞只表達其中一種 MHC 分子，這是錯誤的。
(B) 蛋白水解降解是抗原處理的步驟之一，外周 APC 和胸腺上皮細胞都會進行。Cathepsin L 是一種蛋白酶，參與蛋白質的降解。

本題考查對記憶 B 細胞 (memory B cells) 特徵的理解。
(A) 記憶 B 細胞是在初次免疫應答過程中，由生發中心 (germinal center) 內的 B 細胞分化而來。當免疫應答消退時，一部分活化的 B 細胞會分化成記憶 B 細胞，並長期存在於體內。此敘述為真 (T)。
(B) 記憶 B 細胞的一個重要特徵是其長壽命。它們能夠在體內存活數月、數年甚至終生，以便在再次接觸相同抗原時能快速有效地啟動免疫應答。此敘述為真 (T)。
(C) 記憶 B 細胞在遇到再次感染的抗原（recall antigen）時，會被活化並迅速增殖分化成漿細胞，大量產生抗體，而不是死亡。此敘述為偽 (F)。
(D) 記憶 B 細胞通常來自生發中心，而生發中心是親和力成熟 (affinity maturation) 的場所。

本題考查對感染、免疫與病原體之間相互作用的理解。

(A) 真 (T)。宿主與病原體的相互作用是決定感染結果的關鍵。這包括病原體的毒力、宿主的免疫狀態、遺傳背景、營養狀況等多方面因素。一個強大的免疫系統可以有效清除病原體，而免疫缺陷的宿主則容易感染。

(B) 偽 (F)。保護性免疫的持續時間因病原體種類而異。例如，麻疹病毒感染後通常能提供終身免疫，而某些細菌或病毒感染（如流感）產生的免疫保護則可能較短暫，需要加強或重複接種疫苗。免疫記憶的強度和持久性受到病原體特性（如變異性、抗原複雜性）和免疫應答類型（如 T 細胞依賴性 vs. T 細胞獨立性）的影響。

(C) 偽 (F)。題目描述的是「抗原漂移」(antigenic drift)，這是流感病毒基因點突變累積導致的緩慢變化，會改變 HA 和 NA 的抗原表位，使得先前產生的抗體識別能力下降。

免疫療法 (Immunotherapy) 是一種利用或調節人體自身免疫系統來治療疾病（尤其是癌症和某些自體免疫疾病）的治療方法。其核心思想是增強免疫系統對癌細胞的識別和攻擊能力，或抑制過度的免疫反應。常見的免疫療法包括：

1. 免疫檢查點抑制劑 (Immune checkpoint inhibitors)：阻斷癌細胞用來逃避免疫系統的抑制信號，如 PD-1/PD-L1 和 CTLA-4 抑制劑。

單株抗體 (Monoclonal antibody, mAb) 是由單一 B 細胞克隆 (clone) 所產生的、針對同一抗原表位 (epitope) 的高度特異性抗體。

siRNA (small interfering RNA) 是長度約 21-25 個核苷酸的雙鏈 RNA 分子，在分子生物學中扮演重要的角色，特別是在基因沉默 (gene silencing) 方面。

先天性免疫 (Innate immunity) 是生物體天生就具備的、非特異性的防禦機制，是抵禦病原體的第一道防線。它不需要先前暴露於病原體，反應迅速，但識別範圍較廣，不能產生長期的免疫記憶。先天性免疫系統的組成部分包括：

1. 物理和化學屏障：如皮膚、黏膜、胃酸、唾液等。

BALB/c 是一種常見的小鼠品系，廣泛應用於生物醫學研究。它是一種近交系 (inbred strain) 小鼠，意味著其個體間的遺傳背景高度均一。

抗原 (Antigen) 是指能夠被免疫系統識別，並能誘導免疫應答（包括產生抗體或細胞免疫）的物質。抗原可以是外來的分子（如細菌、病毒的成分），也可以是體內的物質（如腫瘤細胞表面的分子）。

病原體 (Pathogen) 是指能夠引起疾病的微生物或生物體，例如細菌、病毒、真菌、寄生蟲等。

免疫原 (Immunogen) 是一個更廣泛的概念，指的是任何能夠誘導免疫應答的物質。所有免疫原都是抗原，但並非所有抗原都是免疫原。一個物質要成為免疫原，通常需要具備以下特性：

1. 外源性 (Foreignness)：對宿主來說是外來的。
2. 分子量 (Molecular weight)：通常分子量越大越容易誘導免疫應答。

這題考驗對免疫檢查點阻斷療法 (immune checkpoint blockade therapy) 的理解，特別是 CTLA-4 和 PD-1 抑制劑的作用機制。

為什麼稱為免疫檢查點阻斷療法？ (4分)

免疫檢查點 (immune checkpoints) 是免疫細胞（特別是 T 細胞）表面的一系列受體，它們在正常情況下發揮刹車功能，防止免疫系統過度活化而攻擊自身組織，從而維持免疫耐受 (immune tolerance)。然而，許多癌細胞會利用這些免疫檢查點通路來逃避免疫系統的監控和攻擊。免疫檢查點阻斷療法就是通過使用抗體來阻斷這些檢查點分子與其配體的結合，解除 T 細胞的抑制狀態，重新啟動 T 細胞對癌細胞的免疫攻擊。因此，這類療法被稱為「免疫檢查點阻斷療法」。

CTLA-4 和 PD-1 抑制劑的作用機制 (6分)

• CTLA-4 抑制劑 (Anti-CTLA-4 antibody)：
  • 作用對象：CTLA-4 (Cytotoxic T-Lymphocyte-Associated protein 4) 是一種在活化 T 細胞（特別是 T 輔助細胞）表面表達的抑制性受體。它與 APC 表面的 B7 分子（如 CD80, CD86）結合，競爭性地抑制 T 細胞的早期活化信號。
  • 作用機制：CTLA-4 抑制劑（如 Ipilimumab）能夠結合 CTLA-4，阻止其與 B7 分子結合。這解除了對 T 細胞早期活化的抑制，允許 T 細胞更有效地被啟動，增強 T 細胞的增殖和效應功能。CTLA-4 的阻斷主要發生在 T 細胞活化的早期階段，尤其是在淋巴結中。
  • 為什麼有效：通過解除 CTLA-4 的抑制，可以增加 T 細胞對腫瘤抗原的反應，從而增強免疫系統對癌細胞的殺傷能力。

本題考查如何設計實驗來證明一種由樹突狀細胞 (dendritic cells, DCs) 分泌的可溶性因子是一種新型細胞激素 (cytokine)。需要設計一個細胞學 (cellular) 和一個分子學 (molecular) 的實驗。

核心觀念：細胞激素是細胞間傳遞信號的蛋白質，能影響其他細胞的功能。證明一種新因子是細胞激素，需要證明其來源、作用對象、作用機制，以及其蛋白質性質。

實驗設計：

1. 細胞學方法 (Cellular Approach) (4分)

• 實驗目的：證明該因子能影響其他免疫細胞的功能，即其具有細胞激素的信號傳遞特性。
• 實驗設計：
  1. 製備因子：首先，利用 TLR 配體刺激 DCs，收集其培養上清液，並純化出該可溶性因子。或者，如果能克隆該因子編碼基因，可以進行重組表達，以獲得足夠純度的因子。
  2. 建立目標細胞模型：選擇一種對細胞激素敏感的免疫細胞作為測試對象，例如 T 細胞、B 細胞或巨噬細胞。
  3. 處理目標細胞：將目標細胞暴露於不同濃度的該因子（或含有該因子的 DC 上清液），並設立對照組（如只用培養基處理）。
  4. 檢測細胞反應：
     • 增殖檢測：通過 MTT 或 BrdU 標記等方法，檢測目標細胞的增殖情況。如果因子能顯著促進或抑制目標細胞的增殖，則表明其具有調節細胞生長的功能。
     • 分化或活化檢測：
       • 對於 T 細胞，可以檢測其細胞因子分泌（如 IL-2, IFN-γ, IL-4）、表面標記物（如 CD25, CD69）或細胞毒性。
       • 對於 B 細胞，可以檢測其抗體產生、表面標記物（如 CD80, CD86）或增殖。
       • 對於巨噬細胞，可以檢測其吞噬能力、細胞因子分泌（如 TNF-α, IL-6）或表面標記物（如 MHC-II）。
  5. 結果判讀：如果目標細胞在暴露於該因子後表現出統計學上顯著的功能改變（如增殖、分化、分泌特定細胞因子等），則支持該因子是一種具有生物活性的細胞激素。

2. 分子學方法 (Molecular Approach) (4分)

補體系統 (complement system) 是體液免疫的重要組成部分，不僅能直接殺死病原體，還能產生多種活性片段，這些片段在調節免疫應答中扮演著關鍵角色。以下為兩個例子：

1. 補體片段作為趨化因子 (Chemoattractants)

• 機制：補體系統活化途徑（經典途徑、替代途徑、凝集素途徑）中的某些中間產物，特別是 C3 裂解產生的 C3a 和 C5 裂解產生的 C5a，是強效的過敏毒素 (anaphylatoxins) 和趨化因子。
• 調節免疫應答：
  • C3a 和 C5a 會結合到肥大細胞 (mast cells) 和嗜鹼性粒細胞 (basophils) 表面的受體上，引起這些細胞釋放組織胺 (histamine) 和其他炎症介質，促進血管通透性增加，加劇炎症反應。
  • 更重要的是，C5a 是一種強效的趨化因子，能夠吸引中性粒細胞 (neutrophils)、巨噬細胞 (macrophages) 和其他吞噬細胞向感染部位遷移。這有助於快速增強局部對病原體的清除能力，是先天性免疫的重要環節。同時，這些吞噬細胞也能將抗原呈現給 T 細胞，進一步啟動適應性免疫。

2. 補體片段作為調理素 (Opsonins) 和補體受體介導的信號傳導

這是一個關於皮膚損傷後局部免疫應答清除細菌的問答題。需要分步驟描述免疫系統如何應對此情況。

步驟一：立即的物理和化學屏障破壞與初期炎症反應

1. 皮膚屏障破壞：摔倒導致皮膚擦傷（abrasion），破壞了皮膚完整的物理屏障（表皮層）。
2. 出血與異物入侵：傷口出血，同時地面上的污垢（可能含有細菌）進入傷口。
3. 組織損傷與信號釋放：受損的皮膚細胞和組織釋放出損傷相關分子模式 (DAMPs)，如 ATP、DNA 片段，以及病原體相關分子模式 (PAMPs)，如細菌的脂多醣 (LPS)、肽聚醣等。
4. 肥大細胞活化：組織中的肥大細胞 (mast cells) 被觸發，釋放組織胺 (histamine) 和其他炎症介質。

步驟二：先天性免疫的快速響應

1. 血管反應：組織胺導致局部血管舒張（紅腫）和通透性增加。血液流速減慢，白細胞更容易從血管壁遷移到受損組織。
2. 趨化因子釋放：受損組織和活化的免疫細胞（如巨噬細胞、樹突狀細胞）釋放趨化因子（如 IL-8/CXCL8, C5a）。
3. 中性粒細胞募集與行為：趨化因子吸引血液中的中性粒細胞 (neutrophils) 快速遷移到感染部位。
   • 趨化：中性粒細胞沿著趨化因子梯度移動。
   • 黏附與遷出：中性粒細胞與血管內皮細胞上的黏附分子（如 P-selectin, ICAM-1）結合，然後穿過血管壁（extravasation）進入組織。
   • 吞噬作用：中性粒細胞是主要的吞噬細胞，它們識別並吞噬入侵的細菌。
   • 殺滅細菌：吞噬的細菌在吞噬體內被殺滅，過程包括：
     • 氧化爆發 (Oxidative burst)：產生活性氧 (ROS)，如超氧化物陰離子和過氧化氫。
     • 溶酶體酶：釋放顆粒中的抗菌酶（如溶菌酶、蛋白酶）。
     • 釋放抗菌物質：中性粒細胞也可能釋放其顆粒內容物到細胞外，以殺滅細菌（但這也可能損傷組織）。
4. 巨噬細胞參與：組織中的駐留巨噬細胞 (resident macrophages) 被激活，開始吞噬細菌和細胞碎片。它們也釋放細胞因子（如 TNF-α, IL-1, IL-6, IL-12）和趨化因子，進一步加劇炎症反應，招募更多免疫細胞，並啟動適應性免疫。
5. 補體系統活化：細菌表面的 PAMPs 可以直接或間接（通過抗體）活化補體系統。補體成分（如 C3b）作為調理素，增強吞噬細胞對細菌的吞噬；補體片段（如 C5a）作為趨化因子，進一步募集白細胞。

抗體多樣性 (antibody diversity) 的產生是免疫系統中最令人驚嘆的機制之一，確保了免疫系統能夠識別並應對數量龐大的抗原。抗體多樣性的產生主要有兩個階段：B 細胞發育過程中基因的重排，以及 B 細胞活化後基因的突變。

1. B 細胞發育過程中的基因重排 (B cell development)

• 機制：這是產生抗體 V 區（變異區）多樣性的主要來源。B 細胞在骨髓發育過程中，其免疫球蛋白重鏈 (heavy chain) 和輕鏈 (light chain) 的基因會經歷 V(D)J 重排。
  • 重鏈 (Heavy chain)：首先進行重鏈基因的 V(D)J 重排。在基因組上，有許多不同的 V (Variable)、D (Diversity) 和 J (Joining) 基因片段。通過隨機選擇一個 V 基因片段、一個 D 基因片段（如果存在）和一個 J 基因片段，並將它們連接起來，形成一個獨特的 V 區基因。在這個過程中，連接點的隨機性 (junctional flexibility) 和 D 區片段的隨機插入 (N-nucleotide addition) 增加了極大的多樣性。
  • 輕鏈 (Light chain)：接著進行 κ (kappa) 或 λ (lambda) 輕鏈基因的 VJ 重排。同樣是隨機選擇一個 V 基因片段和一個 J 基因片段進行連接。
• 多樣性來源：
  • V gene segments 數量：存在大量的 V, D, J 基因片段，它們的組合本身就產生了巨大的多樣性。
  • Junctional flexibility：V, D, J 片段連接時，切口和連接點的隨機性，導致插入或刪除少量核苷酸。
  • N-nucleotide addition：在 V-D 和 D-J 連接點，末端脫氧核苷酸轉移酶 (TdT) 可以隨機添加核苷酸，進一步增加序列的多樣性。
  • 基因組合：重鏈 V 區與輕鏈 V 區的隨機組合，產生了最終抗體的 V 區。
• 結果：通過 V(D)J 重排，每個 B 細胞產生一個獨特的、能夠識別特定抗原的 BCR。