適応免疫システム

適応免疫系は、獲得免疫系、または特異的免疫系とも呼ばれ、病原体を特異的に排除する特殊な細胞、器官、プロセスで構成される免疫系のサブシステムです。獲得免疫系は、脊椎動物に見られる 2 つの主要な免疫戦略の 1 つです(もう 1 つは自然免疫系です)。

自然免疫系と同様に、適応免疫系には体液性免疫成分と細胞性免疫成分の両方が含まれており、侵入した病原体を破壊します。一般的な広範な病原体に反応するように事前にプログラムされている自然免疫系とは異なり、適応免疫系は体が遭遇した特定の病原体に非常に特化しています。^[1]

適応免疫は、特定の病原体に対する最初の反応の後に免疫記憶を作成し、その病原体との将来の遭遇に対する反応の強化につながります。抗体は適応免疫システムの重要な部分です。適応免疫は長期にわたる保護を提供でき、場合によってはその人の生涯にわたって保護を提供します。たとえば、麻疹から回復した人は、一生麻疹に対して保護されますが、水痘のように生涯保護されない場合もあります。この適応免疫のプロセスは、ワクチン接種の基礎です。

適応免疫反応を行う細胞は、リンパ球と呼ばれる白血球です。リンパ球の2つの異なるタイプであるB細胞とT細胞は、抗体反応と細胞性免疫反応という主要な活動を行います。抗体反応では、B細胞が活性化されて抗体（免疫グロブリンとも呼ばれるタンパク質）を分泌します。抗体は血流を介して移動し、外来抗原に結合して不活性化し、抗原が宿主に結合しないようにします。^[2] 抗原とは、適応免疫反応を引き起こす物質です。適応システムは、有害な外来分子と無害な外来分子を区別できない場合があります。この影響として、花粉症、喘息、その他のアレルギーが考えられます。

適応免疫では、病原体特異的受容体は生物の生涯の間に「獲得」されます（一方、自然免疫では、病原体特異的受容体はゲノムにすでにコード化されています）。この獲得された反応は、将来の課題に対して体の免疫システムを準備するため、「適応」と呼ばれます（ただし、アレルギーや自己免疫を引き起こす場合は、実際には不適応になることもあります）。

このシステムは、2 つの要因により、適応性が非常に高い。第 1 に、体細胞超変異は、抗体コード遺伝子のランダムな遺伝子変異を加速するプロセスであり、これにより、新しい特異性を持つ抗体が作成されます。第 2 に、V(D)J 組み換えは、遺伝子組み換えのために 1 つの変数 (V)、1 つの多様性 (D)、および 1 つの結合 (J) 領域をランダムに選択し、残りを破棄します。これにより、各リンパ球で非常にユニークな抗原受容体遺伝子セグメントの組み合わせが生成されます。このメカニズムにより、少数の遺伝子セグメントから膨大な数の異なる抗原受容体が生成され、個々のリンパ球で独自に発現します。遺伝子の再編成により、各細胞のDNAに不可逆的な変化が生じるため、その細胞のすべての子孫(子供) は、長期にわたる特異的免疫の鍵となる メモリー B 細胞とメモリー T 細胞を含め、同じ受容体特異性をコードする遺伝子を受け継ぎます。

「適応」という用語は、 1964 年にロバート グッドがカエルの抗体反応に関して「獲得免疫反応」の同義語として初めて使用しました。グッドは、これらの用語を同義語として使用したことを認めましたが、「適応」という用語を使用することを好んだとのみ説明しました。彼は、抗体が可塑性があり、抗原の分子形状に適応できるという、当時はあり得ない抗体形成理論、および/またはモノが細菌で説明した「適応酵素」の概念、つまり基質によって発現が誘導される酵素について考えていた可能性があります。このフレーズは、グッドと彼の学生、および限界生物を研究している他の数人の免疫学者によってほぼ独占的に使用されていましたが、1990 年代に「自然免疫」という用語と並行して広く使用されるようになりました。この用語は、以前は免疫学の研究にとって限界生物であったショウジョウバエの Toll 受容体システムの発見後に人気の高い主題になりました。免疫学で使われる「適応的」という用語は、獲得免疫反応が生理学的意味では適応的かつ不適応的である可能性があるため、問題があります。実際、獲得免疫反応と生得免疫反応はどちらも進化論的意味では適応的かつ不適応的である可能性があります。今日のほとんどの教科書は、ジェインウェイによる初期の使用に続いて、ほぼ独占的に「適応的」を使用し、用語集ではこの用語が「獲得的」と同義であると説明しています。^{[引用が必要]}

「獲得免疫」の古典的な意味は、利根川の発見以来、「クローンを定義する抗原受容体を作り出す体細胞遺伝子の再配置によって媒介される抗原特異的免疫」を意味するようになった。過去 10 年間、「適応免疫」という用語は、これまで体細胞遺伝子の再配置とは関連付けられていなかった別の種類の免疫応答にますます適用されるようになった。これには、これまで説明されていない抗原に対する特異性を持つナチュラル キラー(NK) 細胞の増殖、生殖細胞系列でコード化された受容体を発現する NK 細胞の増殖、および短期的な「免疫記憶」を与える活性化状態への他の自然免疫細胞の活性化が含まれる。この意味で、「適応免疫」は「活性化状態」または「異質性」の概念に近く、環境の変化に対する「適応」という生理学的意味に戻る。^{[引用が必要]}

脊椎動物では、病原体が自然免疫系を回避し、（1）抗原の閾値レベルを生成し、（2）樹状細胞を活性化する「異物」または「危険」信号を生成すると、獲得免疫が誘発されます。^[3]

獲得免疫システムの主な機能は以下の通りである。^[要出典]

• 抗原提示のプロセス中に、「自己」の存在下で特定の「非自己」抗原を認識すること。
• 特定の病原体または病原体に感染した細胞を最大限に排除するように調整された応答の生成。
• 病原体がメモリーB細胞とメモリーT細胞を通じて「記憶」される免疫記憶の発達。

人間の場合、適応免疫システムが顕著な反応を示すまでに4～7日かかります。^[4]

Tリンパ球とBリンパ球は適応免疫系の細胞です。人体には約2兆個のリンパ球があり、白血球の20～40%を占めています。その総質量は脳や肝臓とほぼ同じです。末梢血流には循環リンパ球全体のわずか2%しか含まれておらず、残りの98%は組織内やリンパ節や脾臓を含むリンパ系内を移動しています。^[2]ヒトでは、リンパ球プールの約1～2%が1時間ごとに循環し、細胞が反応する特定の病原体や抗原に遭遇する機会を増やしています。^[5]

B細胞とT細胞は同じ多能性造血幹細胞に由来し、活性化されるまでは互いに同一に見えます。B細胞は体液性免疫応答に大きな役割を果たしますが、T細胞は細胞性免疫応答に深く関わっています。無脊椎動物を除くすべての脊椎動物では、B細胞とT細胞は骨髄の幹細胞によって生成されます。^[6] T細胞前駆細胞はその後、骨髄から胸腺に移動し、そこでさらに発達します。

成体動物では、末梢リンパ器官には少なくとも3段階の分化段階にあるB細胞とT細胞の混合物が含まれています。^[要出典]

• ナイーブB細胞とナイーブT細胞は骨髄や胸腺からリンパ系に入りましたが、まだ一致する抗原に遭遇していません。
• 一致する抗原によって活性化され、病原体の排除に積極的に関与するエフェクター細胞
• 過去の感染から生き残った記憶細胞

獲得免疫は、免疫細胞が自分の細胞と望ましくない侵入者を区別する能力に依存しています。宿主の細胞は「自己」抗原を発現します。これらの抗原は、細菌の表面やウイルスに感染した宿主細胞の表面にある抗原（「非自己」または「外来」抗原）とは異なります。獲得免疫応答は、活性化された樹状細胞の細胞コンテキストで外来抗原を認識することによって誘発されます。^{[引用が必要]}

核を持たない細胞（赤血球を含む）を除いて、すべての細胞は主要組織適合性複合体（MHC）分子の機能を通じて抗原を提示することができます。^[6]一部の細胞は抗原を提示し、ナイーブT細胞を刺激するために特別に装備されています。樹状細胞、B細胞、マクロファージは、T細胞上の共刺激受容体によって認識される特別な「共刺激」リガンドを備えており、プロフェッショナル抗原提示細胞（APC）と呼ばれています。^[要出典]

いくつかのT細胞サブグループは専門的なAPCによって活性化され、それぞれのタイプのT細胞はそれぞれの固有の毒素や微生物病原体に対処するために特別に装備されています。活性化されるT細胞のタイプと生成される反応のタイプは、APCが最初に抗原に遭遇した状況に部分的に依存します。^[3]

樹状細胞は、組織内の細菌、寄生虫、毒素などの外因性病原体を貪食し、走化性シグナルを介してT細胞が豊富なリンパ節に移動する。移動中、樹状細胞は成熟の過程を経て、他の病原体を貪食する能力のほとんどを失い、T細胞と通信する能力を発達させる。樹状細胞は酵素を使用して病原体を抗原と呼ばれる小さな断片に切り刻む。リンパ節では、樹状細胞はこれらの非自己抗原を主要組織適合性複合体、またはMHC（ヒトではヒト白血球抗原（HLA）としても知られる）と呼ばれる受容体に結合させることにより、その表面に表示する。このMHC抗原複合体は、リンパ節を通過するT細胞によって認識される。外因性抗原は通常、CD4 + Tヘルパー細胞を活性化するMHCクラスII分子上に表示する。^[3]

内因性抗原は、宿主細胞内で複製する細胞内細菌やウイルスによって生成される。宿主細胞は酵素を使用してウイルス関連タンパク質を消化し、これらの断片をMHCに結合させてT細胞に表面表示する。内因性抗原は通常、MHCクラスI分子上に表示され、CD8 +細胞傷害性T細胞を活性化する。非核細胞（赤血球を含む）を除いて、MHCクラスIはすべての宿主細胞によって発現される。^[3]

細胞傷害性T細胞（TC、キラーT細胞、細胞傷害性Tリンパ球（CTL）とも呼ばれる）は、ウイルス（およびその他の病原体）に感染した細胞、またはその他の理由で損傷を受けた細胞、または機能不全に陥った細胞の死を誘導するT細胞のサブグループです。^[3]

ナイーブ細胞傷害性T細胞は、そのT細胞受容体（TCR）がペプチド結合MHCクラスI分子と強く相互作用すると活性化されます。この親和性は抗原/MHC複合体の種類と方向に依存し、CTLと感染細胞を結合させ続けます。^{[3]活性化されると、CTLは}クローン選択と呼ばれるプロセスを受け、機能を獲得して急速に分裂し、「武装した」エフェクター細胞の軍隊を生成します。活性化されたCTLは、その後、そのユニークなMHCクラスI +ペプチドを持つ細胞を探して体中を移動します。^{[引用が必要]}

これらの感染した体細胞や機能不全の体細胞にさらされると、エフェクター CTL はパーフォリンとグラニュライシンを放出します。これらは標的細胞の細胞膜に孔を形成する細胞毒素で、イオンと水が感染細胞に流入して、細胞を破裂または溶解させます。CTL は、顆粒に封入されたセリンプロテアーゼであるグランザイムを放出し、これが孔から細胞に入り、アポトーシス(細胞死)を誘導します。感染中の広範な組織損傷を制限するために、CTL の活性化は厳密に制御されており、一般に非常に強力な MHC/抗原活性化シグナル、または「ヘルパー」T 細胞によって提供される追加の活性化シグナルが必要です (以下を参照)。^[3]

感染が治まると、ほとんどのエフェクター細胞は死滅し、食細胞によって除去されますが、これらの細胞のうちいくつかはメモリー細胞として残ります。^[6]同じ抗原に遭遇すると、これらのメモリー細胞はすぐにエフェクター細胞に分化し、効果的な反応を起こすのに必要な時間を大幅に短縮します。^[要出典]

CD4+リンパ球は「ヘルパー」T細胞とも呼ばれ、免疫応答のメディエーターであり、獲得免疫応答の能力を確立し最大化する上で重要な役割を果たします。^[3]これらの細胞は細胞傷害性または貪食作用を持たず、感染細胞を殺したり病原体を除去したりすることはできませんが、本質的には他の細胞にこれらのタスクを実行するように指示することで免疫応答を「管理」します。^{[引用が必要]}

ヘルパーT細胞は、クラスII MHC分子に結合した抗原を認識するT細胞受容体（TCR）を発現する。ナイーブヘルパーT細胞が活性化されると、サイトカインが放出され、活性化したAPC（抗原提示細胞）を含む多くの細胞タイプの活動に影響を与える。ヘルパーT細胞は、細胞傷害性T細胞よりもはるかに穏やかな活性化刺激を必要とする。ヘルパーT細胞は、細胞傷害性細胞の活性化を「助ける」追加のシグナルを提供することができる。^[6]

従来、専門的なAPCは、Th1とTh2と呼ばれる2種類のエフェクターCD4 ⁺ Tヘルパー細胞応答を誘導することができ、それぞれ異なる種類の病原体を排除するように設計されています。感染がTh1型応答を引き起こすかTh2型応答を引き起こすかを決定する要因は完全には理解されていませんが、生成された応答はさまざまな病原体の排除に重要な役割を果たします。^[3]

Th1応答は、マクロファージの殺菌活性を活性化するインターフェロン-γの産生を特徴とし、B細胞にオプソ​​ニン抗体（貪食の標識）と補体固定抗体の産生を誘導し、細胞性免疫につながります。^{[3]一般的に、Th1応答は}細胞内病原体（宿主細胞内に存在するウイルスや細菌） に対してより効果的です。

Th2応答はインターロイキン5の放出を特徴とし、寄生虫の排除において好酸球を誘導する。 ^[8] Th2はまた、B細胞アイソタイプスイッチを促進するインターロイキン4も産生する。^[3]一般的に、Th2応答は細胞外細菌、蠕虫を含む寄生虫、毒素に対してより効果的である。^[3]細胞傷害性T細胞と同様に、CD4 ⁺ヘルパー細胞のほとんどは感染が治まると死滅し、少数がCD4 ⁺メモリー細胞として残る。

^{マウスおよびヒトを対象とした科学的研究から、CD4 +}エフェクター T ヘルパー細胞サブセットの多様性が高まっていることを示す強力な証拠が増えています。 ^{[9] [10]} 制御性 T (Treg) 細胞は、免疫系を制限および抑制して自己抗原に対する異常な免疫応答を制御するため、適応免疫の重要な負の調節因子として特定されています。これは、自己免疫疾患の発症を制御する重要なメカニズムです。^[6] 濾胞性ヘルパー T (Tfh) 細胞は、抗原活性化後にナイーブ T 細胞から発生する、エフェクター CD4 ⁺ T 細胞の別の独特な集団です。Tfh 細胞は、二次リンパ器官の濾胞性 B 細胞に移行して、高品質の親和性成熟抗体の生成と再産生を可能にする正の傍分泌シグナルを濾胞性 B 細胞に提供するという独自の能力を備えているため、B 細胞の体液性免疫を助けることに特化しています。 Tregと同様に、Tfh細胞も免疫寛容において役割を果たしており、Tfh細胞数の異常な増加は無制限の自己反応性抗体産生につながり、重篤な全身性自己免疫疾患を引き起こす可能性がある。^[11]

^{CD4 +} Tヘルパー細胞の重要性は、 HIV感染時に強調されます。HIVは、ウイルスの排除を促進する細胞であるCD4 ⁺ T細胞だけでなく、生物の生涯で遭遇する他のすべての病原体に対する免疫を促進する細胞を特異的に攻撃することで、免疫系を破壊することができます。^[6]

ガンマデルタT細胞 （γδT細胞）は、CD4+およびCD8+ αβT細胞とは対照的に、代替T細胞受容体（TCR）を持ち、ヘルパーT細胞、細胞傷害性T細胞、およびナチュラルキラー細胞の特徴を共有しています。CD1d拘束性ナチュラルキラーT細胞などの不変TCRを持つ他の「非従来型」T細胞サブセットと同様に、γδT細胞は、自然免疫と獲得免疫の境界に位置する特徴を示します。一方では、γδT細胞は、V（D）J組換えを介してTCR遺伝子を再編成し、接合部の多様性も生成し、記憶表現型を開発するという点で、適応免疫の構成要素と見なすことができます。しかし、他方では、さまざまなサブセットは、制限されたTCRまたはNK受容体がパターン認識受容体として使用される可能性がある自然免疫システムの一部と見なすこともできます。例えば、このパラダイムによれば、多数の Vγ9/Vδ2 T 細胞が微生物によって生成される一般的な分子に数時間以内に反応し、非常に限定された上皮内 Vδ1 T 細胞がストレスを受けた上皮細胞に反応します。^{[引用が必要]}

B細胞は、血漿やリンパ液中を循環する抗体の生成に関与する主要な細胞であり、体液性免疫として知られています。抗体（免疫グロブリン、Igとも呼ばれる）は、免疫系が異物を識別して中和するために使用する大きなY字型のタンパク質です。哺乳類には、生物学的特性が異なるIgA、IgD、IgE、IgG、IgMの5種類の抗体があり、それぞれが異なる種類の抗原に対処できるように進化してきました。活性化されると、B細胞は抗体を生成し、それぞれが独自の抗原を認識し、特定の病原体を中和します。^[3]

抗原と抗体の結合により、5 つの異なる保護メカニズムが引き起こされます。

• 凝集：対処すべき感染ユニットの数を減らす
• 補体の活性化：炎症と細胞溶解を引き起こす
• オプソニン化：抗体で抗原をコーティングすると貪食作用が促進される
• 抗体依存性細胞傷害：標的細胞に付着した抗体がマクロファージ、好酸球、NK細胞による破壊を引き起こす
• 中和：細菌やウイルスの粘膜への付着をブロックします

T 細胞と同様に、B 細胞は独自の B 細胞受容体 (BCR) を発現します。この場合、膜結合抗体分子です。B 細胞のどのクローンの BCR も、特定の抗原を 1 つだけ認識して結合します。B 細胞と T 細胞の決定的な違いは、各細胞が抗原を「認識」する方法です。T 細胞は、MHC 分子のコンテキスト内のペプチドとして、処理された形式で同族抗原を認識しますが、^[3] B 細胞は、抗原をネイティブの形式で認識します。^[3] B 細胞が同族 (または特定の) 抗原に遭遇すると (ヘルパー T 細胞(主に Th2 タイプ) から追加のシグナルを受信すると)、さらにエフェクター細胞 (プラズマ細胞と呼ばれる) に分化します。 ^[3]

形質細胞は短命（2～3日）の細胞で、抗体を分泌します。これらの抗体は抗原に結合し、貪食細胞の標的になりやすくなり、補体カスケードを引き起こします。^[3]形質細胞の約10％が生き残り、長寿命の抗原特異的メモリーB細胞になります。^[3]すでに特異的抗体を産生する準備ができているこれらの細胞は、同じ病原体が宿主に再感染した場合、宿主が症状をほとんど（あるいはまったく）経験しないうちに、迅速に反応するよう呼び出されます。

ヤツメウナギやヌタウナギなどの原始的な顎のない脊椎動物は、3つの異なる細胞系統を示す適応免疫システムを持ち、それぞれがB細胞、αβT細胞、および自然免疫様γΔT細胞という共通の起源を共有しています。^{[12] [13]}これらの動物は、古典的な抗体とT細胞受容体の代わりに、可変リンパ球受容体（略してVLR）と呼ばれる分子の大きな配列を持っています。これは、顎のある脊椎動物の抗原受容体と同様に、少数（1つまたは2つ）の遺伝子から生成されます。これらの分子は、抗体と同様の方法で、同程度の特異性で病原性抗原に結合すると考えられています。^[14]

長い間、昆虫やその他の無脊椎動物は自然免疫システムしか持たないと考えられてきました。しかし、近年、昆虫において獲得免疫の基本的な特徴のいくつかが発見されました。それらの特性とは、免疫記憶と特異性です。特徴は存在しますが、そのメカニズムは脊椎動物とは異なります。

昆虫の免疫記憶はプライミング現象を通じて発見された。昆虫は非致死量または加熱殺菌した細菌にさらされると、その感染の記憶を発達させ、以前にさらされた同じ細菌の致死量に耐えることができる。^{[15] [16]脊椎動物とは異なり、昆虫は適応免疫に特有の細胞を持たない。代わりに、それらのメカニズムは}血球によって媒介される。血球は食細胞と同様に機能し、プライミング後、病原体をより効果的に認識して取り込むことができる。^[17]また、記憶を子孫に伝えることも可能であることが示された。例えば、ミツバチでは女王蜂が細菌に感染すると、新しく生まれた働き蜂は同じ細菌と戦う能力が強化される。^[18]赤いコクゾウをベースにした他の実験モデルでも、病原体特有のプライミング記憶が母親と父親の両方から子孫に伝えられることが示された。^[19]

最も一般的に受け入れられている特異性の理論は、 Dscam遺伝子に基づいています。ダウン症候群細胞接着分子としても知られるDscam遺伝子は、3つの可変Igドメインを含む遺伝子です。これらのドメインは選択的にスプライシングされ、多数の変異に達する可能性があります。^[20]異なる病原体にさらされると、異なるスプライスフォームのdscamが生成されることが示されました。異なるスプライスフォームを持つ動物が同じ病原体にさらされると、その病原体に特異的なスプライスフォームを持つ個体だけが生き残ります。^[20]

昆虫免疫の特異性を支える他のメカニズムはRNA干渉（RNAi）である。RNAiは、特異性の高い抗ウイルス免疫の一種である。^[21] RNAiにはいくつかの異なる経路があり、いずれも最終的にはウイルスが複製できなくなる。経路の1つはsiRNAで、長い二本鎖RNAが断片に切断され、タンパク質複合体Ago2-RISCのテンプレートとして機能し、ウイルスの相補RNAを見つけて分解する。細胞質内のmiRNA経路はAgo1-RISC複合体に結合し、ウイルスRNA分解のテンプレートとして機能する。最後の経路はpiRNAで、小さなRNAがPiwiタンパク質ファミリーに結合し、トランスポゾンやその他の可動性要素を制御する。^[22]研究にもかかわらず、昆虫の免疫プライミングと特異性を担う正確なメカニズムは十分に説明されていない。

CRISPRはDNA研究の用語です。これは、クラスター化された規則的に間隔を置いた短い回文反復配列の略です。これらは原核生物の遺伝コードの一部であり、ほとんどの細菌と古細菌が持っています。これはウイルスによる攻撃に対する防御です。^[23]その構造と機能は21世紀に発見されました。^{[24] [25] [26]}

CRISPRには短い繰り返し配列が多数あります。これらの配列は原核生物の適応免疫システムの一部です。これにより、原核生物はバクテリオファージを記憶し、それに対抗することができます。細菌にとって、一種の獲得免疫システムとして機能します。^{[27] [28]}

B 細胞と T 細胞が活性化されると、一部は記憶 B 細胞になり、一部は記憶 T 細胞になります。動物の生涯を通じて、これらの記憶細胞は有効な B リンパ球と T リンパ球のデータベースを形成します。以前に遭遇した抗原と相互作用すると、適切な記憶細胞が選択され、活性化されます。このようにして、抗原への 2 回目以降の曝露では、より強力で迅速な免疫反応が起こります。これは、体の免疫システムが将来の脅威に備えるという意味で「適応的」ですが、受容体が自己免疫性である場合は当然「不適応的」です。免疫記憶は、受動的な短期記憶または能動的な長期記憶のいずれかの形態をとります。^{[引用が必要]}

受動記憶は通常は短期間で、数日から数ヶ月続きます。新生児は以前に微生物にさらされたことがなく、特に感染に対して脆弱です。母親によって何層もの受動的な保護が提供されます。子宮内では、母親のIgGが胎盤を介して直接輸送されるため、出生時に人間の赤ちゃんは母親と同じ範囲の抗原特異性を持つ高レベルの抗体を持っています。^[3] 母乳には抗体（主にIgA）が含まれており、これは乳児の腸に移行し、新生児が独自の抗体を合成できるようになるまで細菌感染から保護します。^[3]

これは受動免疫です。胎児は実際には記憶細胞や抗体を生成せず、借りるだけだからです。短期的な受動免疫は、抗体を多く含む血清を介して、ある個人から別の個人に人工的に伝達されることもあります。^[要出典]

一般的に、能動免疫は長期にわたるものであり、感染とそれに続く B 細胞および T 細胞の活性化によって獲得されるか、または免疫化と呼ばれるプロセスでワクチンによって人工的に獲得されます。

歴史的に、感染症は人類の主な死亡原因となってきました。過去 1 世紀にわたって、感染症の蔓延を防ぐために、衛生と予防接種という 2 つの重要な要素が開発されました。^{[6]予防接種 (一般に}ワクチン接種と呼ばれる) は、免疫反応を意図的に誘導するものであり、科学者が開発した免疫システムの最も効果的な操作の 1 つです。 [ ^6]予防接種が成功するのは、免疫システムの自然な特異性と誘導性を活用しているためです。^[要出典]

免疫化の原理は、病原体から抽出した抗原を導入し、免疫系を刺激してその病原体に対する防御免疫を発達させることですが、抗原自体はその病原体による病原性効果を引き起こすものではありません。抗原（抗体生成器の略）は、特定の抗体に結合し、適応免疫反応を引き起こす物質として定義されます。^[2]

ほとんどのウイルスワクチンは弱毒生ウイルスをベースにしていますが、多くの細菌ワクチンは無害な毒素成分を含む微生物の無細胞成分をベースにしています。^[2]無細胞ワクチン由来の抗原の多くは適応反応を強く誘導せず、ほとんどの細菌ワクチンでは免疫原性を高めるために自然免疫系の抗原提示細胞を活性化するアジュバントの添加が必要です。^[6]

事実上すべてのタンパク質と多くの多糖類を含むほとんどの大きな分子は、抗原として機能することができます。^[3]抗体分子またはリンパ球受容体と相互作用する抗原の部分は、エピトープまたは抗原決定基と呼ばれます。ほとんどの抗原にはさまざまなエピトープが含まれており、抗体の産生、特定のT細胞応答、またはその両方を刺激できます。^[3] リンパ球全体のごく一部（0.01％未満）が特定の抗原に結合できるため、各抗原に反応する細胞はわずかです。^[6]

獲得反応が多数の病原体を「記憶」して排除するためには、免疫系が多くの異なる抗原を区別できなければなりません。^[2]また、抗原を認識する受容体は、多種多様な構成で生成されなければなりません。つまり、遭遇する可能性のあるさまざまな病原体ごとに、少なくとも 1 つの受容体が必要です。抗原刺激がない場合でも、人間は 1 兆を超える異なる抗体分子を生成することができます。^[6]これらの受容体を生成する遺伝情報を保存するには何百万もの遺伝子が必要ですが、ヒトゲノム全体に含まれる遺伝子は 25,000 未満です。^[29]

無数の受容体はクローン選択と呼ばれるプロセスを通じて生成される。^{[2] [3]} クローン選択理論によれば、動物は誕生時に、小さな遺伝子ファミリーにコード化された情報から、非常に多様なリンパ球（それぞれが固有の抗原受容体を持つ）をランダムに生成する。それぞれの固有の抗原受容体を生成するために、これらの遺伝子は、1つの遺伝子セグメントが他の遺伝子セグメントと組み換えられて単一の固有の遺伝子を形成する、V(D)J組換えまたは組み合わせ多様化と呼ばれるプロセスを経ている。この組み立てプロセスにより、体が抗原に遭遇する前に、受容体と抗体の膨大な多様性が生成され、免疫系がほぼ無制限の多様な抗原に反応できるようになる。 ^[3]動物の生涯を通じて、動物が実際に遭遇する抗原に反応できるリンパ球が、その抗原を発現するあらゆるものに対して作用するように選択される。^[要出典]

免疫システムの先天性部分と後天性部分は、互いに反抗するのではなく、一緒に機能します。後天性免疫、B 細胞、T 細胞は、先天性免疫システムの入力がなければ機能しません。T 細胞は、活性化する抗原提示細胞がなければ役に立たず、B 細胞は T 細胞の助けがなければ無効になります。一方、適応免疫応答の特殊な作用がなければ、先天性免疫システムは病原体で溢れかえってしまう可能性があります。

免疫システムの要は、「自己」と「非自己」の認識です。したがって、ヒト胎児（「非自己」とみなされる）を免疫システムの攻撃から守るメカニズムは特に興味深いものです。この不可解で、しばしば繰り返される拒絶反応の欠如を説明する包括的な説明は出ていませんが、胎児が寛容である理由を2つの古典的な理由が説明できるかもしれません。1つ目は、胎児が非免疫学的バリアである子宮によって保護されている体の一部を占めていることです。子宮は免疫システムが日常的に巡回することはありません。^[3] 2つ目は、胎児自体がおそらく能動的な栄養枯渇のプロセスによって母親の局所的な免疫抑制を促進する可能性があることです。^{[3]この寛容の誘導に関するより現代的な説明は、}妊娠中に子宮で発現する特定の糖タンパク質が子宮の免疫応答を抑制するというものです（eu-FEDSを参照）。^[要出典]

胎生哺乳類（単孔類を除くすべての哺乳類）の妊娠中、内因性レトロウイルス（ERV）が活性化され、胚の着床中に大量に産生される。現在、それらは免疫抑制特性を持つことが知られており、母親の免疫系から胚を保護する役割を示唆している。また、ウイルス融合タンパク質は胎盤合胞体の形成を引き起こし^[30]、発達中の胚と母親の体との間の移動細胞の交換を制限する（上皮では十分にできないことであり、特定の血液細胞は隣接する上皮細胞の間に挿入するように特化している）。免疫抑制作用は、HIVと同様に、ウイルスの初期の正常な行動であった。融合タンパク質は、感染した細胞と融合するだけで他の細胞に感染を広げる方法であった（HIVも同様である）。現代の胎生哺乳類の祖先は、このウイルスに感染した後に進化し、胎児が母親の免疫系を生き延びることができるようになったと考えられている。^[31]

ヒトゲノムプロジェクトでは、 24のファミリーに分類される数千のERVが発見されました。 ^[32]

獲得免疫系の働きを説明する理論的枠組みは、免疫ネットワーク理論によって提供され、イディオタイプ（1つのクロノタイプの固有の分子特性、すなわち抗体の可変部分の抗原決定因子の固有のセット）と「抗イディオタイプ」（イディオタイプを外来抗原であるかのように反応する抗原受容体）間の相互作用に基づいています。既存のクローン選択仮説に基づいており、1974年以来主にニールス・イェールネとジェフリー・W・ホフマンによって開発されてきたこの理論は、 HIVの病因の理解とHIVワクチンの探索に関連していると考えられています。

過去数十年間の生物医学科学における最も興味深い発展の 1 つは、自然免疫を媒介するメカニズムの解明です。自然免疫メカニズムの 1 つは、補体活性化などの体液性です。もう 1 つのセットは、トール様受容体などのパターン認識受容体で構成され、インターフェロンやその他のサイトカインの産生を誘導して、単球などの細胞の感染に対する抵抗力を高めます。^[33]自然免疫応答中に生成されるサイトカインは、適応免疫応答の活性化因子の 1 つです。^[33]抗体は、自然免疫のメカニズムと相加的または相乗的な効果を発揮します。不安定な HbS は、主要な不可欠な赤血球タンパク質であるバンド 3 にクラスターを形成します。^[34]抗体はこれらのクラスターを認識し、貪食細胞による除去を促進します。抗体が付着したクラスター化されたバンド 3 タンパク質は補体を活性化し、補体 C3 フラグメントは貪食細胞上の CR1 補体受容体によって認識されるオプソニンです。^[35]

集団研究では、鎌状赤血球形質のファルシパルムマラリアに対する防御効果には、マラリア原虫に対する獲得免疫と自然免疫の増強が関与していることが示されており、自然免疫から獲得免疫への移行が予想されることを示しています。^[36]

マラリア感染を繰り返すと獲得免疫が強化され、異なる表面抗原を発現する寄生虫に対する免疫効果が広がります。学齢期までに、ほとんどの子供はマラリアに対する有効な適応免疫を獲得しています。これらの観察結果は、アフリカのほとんどの子供の生存に有利である一方で、一部の子供に致命的な感染症を発症させるメカニズムについて疑問を投げかけています。

マラリアでは、他の感染症と同様に、^[33]自然免疫応答が獲得免疫応答を誘導し、刺激します。自然免疫と獲得免疫の遺伝的制御は、現在、大規模で活発な研究分野となっています。

体液性免疫と細胞性免疫はマラリア原虫の増殖を制限し、多くのサイトカインがマラリアの発症と感染の解決に寄与している。^[37]

哺乳類で最もよく研​​究されてきた獲得免疫システムは、約5億年前に顎魚類で誕生しました。この防御システムの分子、細胞、組織、および関連メカニズムのほとんどは、軟骨魚類に見られます。^[38] リンパ球受容体であるIgとTCRは、すべての顎脊椎動物に見られます。最も古いIgクラスであるIgMは膜結合型で、軟骨魚類のB細胞の刺激により分泌されます。別のアイソタイプであるサメのIgWは、哺乳類のIgDに関連しています。TCRは、α/βとγ/δの両方が、顎口類から哺乳類まですべての動物に見られます。遺伝子再構成を受ける遺伝子セグメントの構成は、軟骨魚類ではクラスター形式であるのに対し、硬骨魚類から哺乳類ではトランスロコン形式であるため、異なります。TCRやIgと同様に、MHCは顎脊椎動物にのみ見られます。抗原の処理と提示に関与する遺伝子、およびクラス I遺伝子とクラス II遺伝子は、研究対象となったほぼすべての種の MHC 内で密接に関連しています。^{[引用が必要]}

リンパ系細胞は、一部の前脊椎動物である後口動物（ウニなど）で確認されている。 ^{[39]これらは、}自然免疫系のパターン認識受容体（PRR）と抗原を結合する。顎のない魚では、2つのリンパ球サブセットが抗原結合に可変リンパ球受容体（VLR）を使用する。^{[40]多様性は、}シトシンデアミナーゼを介したLRRベースのDNAセグメントの再配置によって生成される。^{[41]顎のある脊椎動物でIgおよびTCR遺伝子セグメントを再配置する}組換え活性化遺伝子（RAG）の証拠はない。

Ig、TCR、MHC分子に基づくAISの進化は、RAG トランスポゾン（おそらくウイルス起源）の転移と2回の全ゲノム重複という2つの主要な進化イベントから生じたと考えられている。^[38] AISの分子はよく保存されているが、急速に進化している。しかし、比較アプローチにより、多くの特徴が分類群間で非常に均一であることが判明している。AISのすべての主要な特徴は、早期に急速に発生した。顎のない魚類は、Ig分子とTCR分子に類似した機能的二分性を持つ多様な免疫受容体を生成するために遺伝子再編成に依存する異なるAISを持っている。 ^{[42] AISの活性化に重要な役割を果たす}自然免疫系は、無脊椎動物と植物の最も重要な防御システムである。

免疫は能動的にも受動的にも獲得できます。能動的に獲得される免疫は、人が異物にさらされ、免疫系が反応したときに獲得されます。受動免疫は、抗体が 1 つの宿主から別の宿主に移されるときに獲得されます。能動的に獲得された免疫と受動的に獲得された免疫は、どちらも自然または人工的な手段によって獲得できます。

• 自然に獲得した能動免疫- 人が自然に抗原にさらされ、病気になり、その後回復する。
• 自然に獲得した受動免疫– 母親から乳児への抗体の自然な移行が関係します。抗体は女性の胎盤を通過して胎児に移行します。抗体は初乳の分泌物とともに母乳を通じて移行されることもあります。
• 人工的に獲得した能動免疫- ワクチン接種（死んだ抗原または弱められた抗原を宿主の細胞に導入する）によって行われます。
• 人工的に獲得した受動免疫– 抗原ではなく抗体を人体に導入します。これらの抗体は、すでに病気に対する免疫を持っている動物または人から採取されます。

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注記

参考文献