生命信息安全控制原理的再探討

宋德平,諶南輝

(江西農業大學動物科學技術學院，南昌 330045)

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生命信息安全控制原理的再探討

宋德平,諶南輝*

(江西農業大學動物科學技術學院，南昌 330045)

摘要：建立生命信息安全控制原理的理論性平臺，由該平臺的視野分析免疫學所涉及的諸多理論問題，譬如免疫記憶、免疫功能等方面，并針對性進行歸納以及繪制出相關圖形，試圖將免疫學理論中所呈現的紛繁復雜性的方面以及過于分散的條塊更加條理化、清晰化及整體化。由邏輯學的層面討論免疫學學名的形成，分析結果：免疫學學名應歸結為主觀是非邏輯意識產物，并主張認識論應回歸自然生成邏輯的觀點。免疫記憶在本質上是對遺傳信息的記憶，離開了遺傳信息的識別與分析就不存在免疫記憶。眾多學者的系列研究資料表明，CD4+T細胞在CD8+T細胞反應的起始就輔助其發揮作用，并維持其記憶細胞功能，而CD4+T細胞的記憶是由TCR-MHCⅡ信號所決定。X線晶體衍射及三維結構圖所顯示MHCII類肽結合凹槽內的多肽更能顯示出呈遞多肽遺傳信息的功能，而MHCI類分子肽結合凹槽內的多肽難以與呈遞多肽遺傳信息的功能聯系起來。只有輔助性T細胞是決定與輔助記憶的細胞，其不僅決定B細胞胸腺依賴性抗原的記憶，而且決定CD8+T細胞的記憶性。對生命信息識別從記憶屬性層面進行分類，即分為遺傳信息密碼識別(記憶屬性)和非遺傳信息密碼識別(非記憶屬性)2大類。通過危險因素、生命信息感應器、信息識別及應答調控這樣4個相連貫環節的分析，繪制出生命信息安全控制原理圖。從功能效應層面進行討論，將生命信息安全控制的功效分類為正面功能效應和負面功能效應2大類，其中將組織修復歸結為正面功能效應，創傷引起的無菌性炎癥歸結為負面功能效應。繪制出生命信息安全控制功效圖，并討論了生命信息安全控制功效圖的建立在理論方面的重要意義。

關鍵詞：免疫學；學名；邏輯；免疫記憶；生命信息安全控制；原理圖；功能效應圖

1免疫學的歷史性學術意義

所謂“免疫”原由拉丁字“immunis”衍生而來，是一個法律概念，其原意為“免除捐稅”或“免除勞役”。在微生物學和醫學中引用時，是指“免于疫患”之意。這個概念起源于15世紀，人們尚未明確疾病產生的原因，當時人們發現第一次遭遇災難性疫病后仍存活的人，當再次遭遇同樣疫病則不會生病，人們稱其為“免除”疫病或獲得“免疫力”[1]。“免疫”這個如今已是碩果累累的金種子早在公元303年我國的中醫學史書《肘后備急方》中就有描述，甚至在公元前400年前后，古希臘歷史學家修昔底德就在他的巨著《伯羅奔尼撒戰爭史》對“免疫”做出了原始性的描述。然而免疫學的真正意義上學科發展，還要從巴斯德研制成世界上第一個疫苗算起，而將經典免疫學引入現代歷史范疇的則是德國的馮·貝林(Von Berhing)。如果把有計劃地大規模預防接種和進行免疫干預作為免疫學產生的一個經驗性階段或標志，則應當首推16世紀我國施行的人痘接種[2]。

Jenner的工作是人類第一次駕馭免疫應答的典范，然而在Jenner生活的時代，傳染性疫病的產生仍是個謎。到1884年，Robert Koch提出了疫病微生物理論，幾乎與此同時，Louis Pasteur將Jenner的預防天花的免疫技術用來預防各種動物疫病，Pasteur提出接種通過人工培養減毒的病原體能保護機體不被天然產生的病原體攻擊[1]。

如果免疫學歷史的進程就此終止在“病原微生物”，那么免疫學就不僅僅是“碩果累累的金種子”，而且將在探討病原微生物與機體的相互生命機制的研究成果，其理論體系必定日臻完美。然而歷史的過程并沒有就此終結，人們的實踐并沒有就此止步，因此人們的視野和認知在進展。人類的認知最初從“病原微生物”出發，發現了免疫的生命機制，但是“病原微生物”的“框架”并沒有窒息實踐的步伐，人們終于發現“病原微生物”只是這個生命機制中的一個部分，正如本文圖8中所顯示的，抗感染，即抗病原微生物(免疫)僅僅是整個生命機制功能效應的一部分。

“免疫”的概念最初的產生是受制于人對捐稅和勞役的感受，因而是人的主觀是非邏輯意識的產物，不是自然生成邏輯的產物。自然生成邏輯中不會有“捐稅和勞役”這個概念，勞役是人類社會的歷史產物。人類社會中有使役者和被使役者。如果說使役者是“是”，那么被使役者就是“非”。如果被使役者免除了勞役，那么這個個體就得到解脫，由此引申類比得到疫病被免除——免疫。所以說“免疫”的概念是人的主觀是非邏輯意識的產物。

病原體侵襲機體，其結果可能有這樣三種情況：其一，其中機體活病毒死；其二，兩者均活，即所謂健康帶毒；其三，兩者均死。簡言之，即兩種情況：“死”或者“活”。“活”對于機體來說，意味著安然無恙，即安全。這樣危險因素，如病毒之類的病原微生物通過它的戰略戰術突破機體的抗衡能力造成機體死亡，或者機體通過自身的抵抗機制能力殺滅清除危險因素，如病毒之類那樣的病原微生物。

以上所述就是自然生成邏輯，或者說是自然生成邏輯的核心內容的描述。簡言之，對于一個生命個體，面對病原因子而言，非安則危，非危則安。如果病毒控制了主宰權，被侵襲體則危機，甚至死亡。被侵襲體抵抗機制控制了主宰權，則病毒危機，乃至侵入的病毒被機體趕盡殺絕。

這就是與自然生成邏輯相關的生命現象與結果。由此歸納：生命的“危”“ 安”機制，也就是生命安全控制機制。

在認識論中需要排除主觀是非邏輯意識的干擾，應當堅持自然生成邏輯的想象力[3]。

假設我們從《生命安全控制機制》的層面回看歷史，《免疫學》的輝煌依然光彩奪目，在人類戰勝疫病的征途中作出了不朽的功勛。

2再論“免疫記憶”

筆者在《生命信息安全控制原理的探討》[4]一文中對“免疫記憶”有過如下一段闡述：“′免疫記憶′是生命信息安全控制中的重要事件。所謂′免疫記憶′，在本質上是對遺傳信息的記憶，離開了遺傳信息的識別與分析就不存在′免疫記憶′。對于B細胞來說，B細胞所表現出來的記憶，只有在T細胞的輔助下才能發生，也就是說，只有當T細胞產生了對遺傳信息記憶的條件下，才有B細胞對構象信息的記憶。通常所說的，胸腺依賴性抗原具有記憶性，而非胸腺依賴性抗原沒有記憶性，就是這個道理。”

關于CD8+T細胞與CD4+T細胞的相關性的研究結果顯示，最早是在混合淋巴細胞培養和體內實驗中發現CD4+T細胞能夠輔助CD8+T細胞發揮CTL功能。早期用非感染物質免疫動物后發現，抗原特異性CD4+T細胞通過CD40/CD40L與DC相互作用，使DC作用于CD8+T細胞，誘導有效的CTL反應[5-7]。在用細胞相關抗原免疫動物時，無需CD4+T細胞輔助，即有CTL反應，在第二次刺激時，CTL反應則很弱[8]。在病毒或細菌急性感染時，病原相關分子模式如LPS、CpG、DNA、dsDNA、ssDNA、鞭毛蛋白等通過模式識別受體激活DC或其它細胞，進而誘導CTL反應，無需CD4+T細胞的輔助[8]。在某些感染模型中，如淋巴細胞性脈絡叢腦膜炎病毒(LCMV) 、水泡性口炎病毒(VSV) 或Listeria，CD4+T細胞缺失對初次反應CD8+T細胞的擴增沒有影響，但記憶細胞卻沒有功能，在第二次刺激時不能發生再次應答[9-11]。報道證明CD4+T細胞和DC相互作用后，可以產生趨化因子，趨化CD8+T細胞到達存在記憶細胞分化信號的位置，從而分化為CD8+記憶T細胞[12]。CD4+T細胞缺失時，CD8+T細胞在初次刺激后高表達死亡受體TRAIL，當遭遇再次刺激，CD8+T細胞發生活化誘導的凋亡[13]。在LCMV感染模型中，無CD4+T細胞存在時，雖然CD8+記憶T細胞在感染后60天中與正常對照組仍無差別，但最后將完全失去其功能[14]。這提示CD4+T細胞在CD8+T細胞反應的起始就輔助其發揮作用，并維持其記憶細胞功能。

關于CD4+記憶T細胞相關研究[7]，大部分CD4+記憶T細胞由抗原特異性細胞組成， 其中一小部分CD4+記憶T細胞增殖非常迅速，且此增殖有賴于TCR與MHC Ⅱ分子的相互作用， 而不依賴于IL-7 和IL-15。這表明，TCR-MHCⅡ信號對CD4+記憶T細胞的維持有作用。也就是說，CD4+T細胞的記憶是由TCR-MHCⅡ信號所決定。

圖1[1]顯示T細胞的TCR識別MHC-多肽的情況。CD8+T細胞TCR識別由有核細胞MHCI類分子呈遞的多肽，CD4+T細胞TCR識別由APC MHCⅡ類分子呈遞的多肽。

圖1　T細胞對MHCⅠ類及MHCⅡ類分子的識別Fig.1　The recognition of MHCⅠand MHC Ⅱ by T cells

由圖2[1]顯示出MHCI類分子和MHCII類分子肽結合凹槽內的多肽狀態。MHCI類分子肽結合凹槽內的多肽通常是8～11個氨基酸殘基，其中10肽和11肽中央部分如圖所示，其氨基酸殘基向上膨出指向TCR，多肽中部的氨基酸側鏈伸出肽結合凹槽，與相應的TCR相互作用，凹槽的兩端緊密閉合。MHCII類分子肽結合凹槽兩端是打開的，可以與更長的多肽結合，多肽為8～30個氨基酸殘基，多肽沿著MHCII類分子的肽結合凹槽呈伸展狀態。由圖3[15]，X線晶體衍射及三維結構圖所顯示的情況與圖2相對應所顯示的情況是完全一致的。由此觀察分析和推斷，MHCII類肽結合凹槽內的多肽更能顯示出呈遞多肽遺傳信息的功能，而MHCI類分子肽結合凹槽內的多肽難以與呈遞多肽遺傳信息的功能聯系起來。也就是說是由CD4+T細胞的TCR接受由APC經MHCII-多肽提供的多肽遺傳信息。

圖2　MHC肽結合位點Fig.2　The peptide-binding sites of MHC

圖3　MHC分子在其凹槽中與多肽結合的X線晶體衍射及其三維結構圖Fig.3　The x-ray crystallogram and three dimentional structure of MHC-peptide binding

注：左側為MHCⅠ；右側為MHCⅡ。

Notes:The left panel is MHC I molecule, the right panel is MHC II molecule.

以上各圖所顯露的情況與前述眾多學者關于CD8+T細胞與CD4+T細胞的相關性的研究的結果是完全吻合的。由此可以歸納形成圖4所表明的，即只有輔助性T細胞是決定與輔助記憶的細胞，其不僅決定B細胞胸腺依賴性抗原的記憶，而且決定CD8+T細胞的記憶屬性。據此可將危險信息感應器識別方式根據記憶屬性分類為2大類(見圖5)，即遺傳信息密碼識別(記憶屬性)和非遺傳信息密碼識別(非記憶屬性)。遺傳信息密碼識別(記憶屬性)即為MHCII-TCR的溶酶體酶分析方式，非遺傳信息密碼識別(非記憶屬性)又分為2類，即內部核心信息識別和表位純構象信息識別。在記憶屬性中Tc細胞與B2細胞的記憶是Th依賴性的(見圖6)。

圖4　輔助性T細胞擔當輔助記憶的作用Fig.4　Helper T-cells present the role of auxiliary memory

3生命信息安全控制原理圖

筆者在《生命信息安全控制原理的探討》[4]一

文中提出生命信息識別是保障生命安全的第一要素，生命信息識別感應器的形成是保障生命安全控制的硬件基礎。危險因素為相應的生命信息感應器所感受，由此激發對生命信息的識別效應，即通過對生命信息的分析與處理，繼而引發針對危險因素的應答及其調控活動，最終應答針對危險因素所作的抗衡調控作用，用以力圖保障生命機體的安全性。現將如上所述原理過程歸納總結，以生命信息安全控制原理圖加以表達(圖7[16])。由圖7顯示，危險因素→感應器→信息識別→應答調控→危險因素，形成一個安全機制封閉的模式體系。

圖5　危險信息感應器識別方式的記憶屬性Fig.5　Memory property of recognize method of danger information sensors

圖6　危險信息感應器識別方式的記憶屬性Fig.6　Memory property of recognize method of danger information sensors

圖7　生命信息安全控制原理圖Fig.7　The elementary diagram of life informationsecurity control theory

4生命信息安全控制的功效

如果將生命信息安全控制機制從功效作一個歸納，可分為正面功能效應和負面功能效應。以圖8的形式將免疫學中所涉及的方方面面，歸納制作成生命信息安全控制功效圖(見圖8)。這樣就把抗感染、抗腫瘤、自身穩定(清道夫作用)、正常微生物群共生互益、妊娠反應及組織修復歸納為正面功效。把移植物排斥、變態反應、抗自身反應(自身免疫疾病)、創傷引起的無菌性炎癥、輸血反應及安全控制機制功能失常歸納為負面功效。

在經典免疫學文獻里，參與組織修復的內容只是分散而零星涉及，也難以明確組織修復成為免疫功能的正式組成內容。正常微生物群共生互益也沒有專題性突出、正式與免疫功能對接。妊娠反應會在生殖免疫中闡述。在這里將上述內容一并歸納到正面功能效應中加以編排。另外,創傷引起的無菌性炎癥也沒有過單獨列項歸結為功能效應。經典資料中，創傷引起的無菌性炎癥過程中包括有組織修復的環節。就組織修復而言，不只是局限于創傷引起的無菌性炎癥過程，所以在這里把創傷引起的無菌性炎癥與組織修復分別列項加以編排。本文把經典文獻中提出的免疫缺陷等歸納為安全控制機制功能失常，這是相對于生命信息安全控制機制而言，由于缺陷導致該功能失常。

有了上述生命信息安全控制功效圖，就有可能將分散獨立的功能內容統一在一個總的標題之下，也就有可能將整個論述如《微生物學》那樣分成為總論和各論2個部分加以闡述，其中總論所涉及的內容就是生命信息安全控制原理部分，各論所涉及的內容則是生命信息安全控制機制的功能效應，功能效應又分成為正面功能效應和負面功能效應這樣2個部分。據此，在理論方面建立了《原理》的基礎上，有了《原理》就必然有其功能效應，這樣在邏輯上是順理成章的。

圖8　生命信息安全控制功能效應圖Fig.8　The functional effects of life information security control

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Re-discussion on the life information security control theory

SONG Deping, CHEN Nanhui*

(CollegeofAnimalScienceandTechnology，JiangxiAgriculturalUniversity，Nanchang330045，China)

Abstract：In this study, we attempt to establish the theoretical platform on life information security control theory, and analyze multiple theoretical subjects, such as immunological memory and function, related to immunology by using this platform. Sketch-maps were drawn in attempt to methodize, distinguish and integrate the complicated immune theories based on induction. When discussing the formation of the scientific name of immunology at the logical level, the scientific name of immunology should be the subjective products of logic consciousness, and the epistemology on immunology needs to follow the logic of natural formation. The innate character of immunological memory is the memory of genetic information, and the memory would not exist without the recognition and analysis of genetic information. Basing on analyses on the research results from many investigators, the CD4+T cell assists CD8+T cell cellular immunity and helps keep the immunological memory. While the immunological memory of CD4+T cell was determined by signals of TCR-MHC class. Results from the X-ray crystal diffraction and three dimensional structure indicated the polypeptide in binding groove of the MHC class II molecules have more function in delivering genetic information, while it’s hard to relate delivery function to MHC class II molecules. It’s concluded that the T helper cells (Th cells) were the only lymphocytes determining and assisting the immunological memory.Th cells not only decide the memory of thymus dependent antigen of B cells, but also the memory of CD8+T cells. At the level of memory property, the recognition of life information can be divided into two types:genetic information code recognition (mnemonic property) and non-genetic information code recognition (non-mnemonic property). Based on the analysis on the four consistent links, danger factors, life information sensors, information recognition and response regulation, an elementary diagram was constructed. While at the level of functional effects, it can be divided into positive functional effects and negative functional effects. Of which, tissue repair should be regarded as the positive functional effect and the aseprtic inflammation caused by trauma should be consider as negative functional effect. So, we drew a functional effect diagram of life information security control and discussed the importance of development of that diagram on theory.

Keywords：Immunology; Scientific name; Logic; Immunological memory; Life information security control theory; Elementary diagram; Functional effect schema

中圖分類號：Q-06

文獻標志碼：A

文章編號：1672-5565(2016)01-049-07

doi:10.3969/j.issn.1672-5565.2016.01.09

作者簡介：宋德平，男，博士研究生，研究方向：動物分子病毒學與免疫學；E-mail：sdpjxau@hotmail.com.*通信作者：諶南輝，男，教授，研究方向：動物免疫學;E-mail：cnanhui4766@163.com .

基金項目：國家自然科學基金資助項目(30560107)。

收稿日期：2015-11-02；修回日期：2016-12-29.