适应性免疫系统

再来探讨一下适应性免疫系统的起源。所有生物都有防御微生物攻击的分子机制。没有它们，任何动植物或菌类都会很快成为细菌的食物。防御机制有很多，其中大部分被归于“先天免疫”。防御机制包括识别和摧毁外来DNA和RNA，识别细菌表面特有的多糖和蛋白质，分泌抗菌肽，以及在动物体内巡逻，吞噬可疑物质的阿米巴样细胞。动植物的存活就是这些机制成功的证明。先天防御机制有一个固有缺陷，微生物进化出反制措施的速度要比缓慢繁殖的宿主进化出新的防御措施的速度快得多。大约4.5亿年前，脊椎动物出现后不久，一种新的策略出现了，脊椎动物能在体内进化出新的防御系统，速度同微生物的进化速度一样快。我们称之为适应性免疫系统。

这个系统的进化是渐进的，包含许多中间步骤。其运作的基本原理在第7章已经介绍过。针对入侵者专门定制基因以生成新的抗体和新的T细胞受体是适应性免疫与先天免疫的主要区别。这个系统依赖于两个不同策略的组合使用，重排现有的抗体基因片段形成新的抗体基因，以及只选择那些生成的蛋白质能与病原体结合的新抗体基因进行复制。DNA序列分析表明，执行基因重排的酶与原始脊索动物身上发现的转座酶有关联，脊索动物是与脊椎动物最接近的生物。转座酶剪切DNA短链并将其插入DNA上新的位置。被转移的DNA称为转座子。如果转座子包括编码负责转移它的转座酶的基因序列，这个部分（转座子和生成的转座酶）就可以视为能通过将自己插入宿主DNA上新的位置来进行复制的DNA寄生虫。数据表明，有突变使得转座酶可以与编码抗体片段的DNA结合，而不是其自身的DNA相结合。这个错误被不断强化，从而可以产生出许多不同的抗体序列，而不用在DNA上附上数以百万计的抗体基因。这个机制要起作用，还需要有细胞能够生成抗体与外来抗原结合，从而起到选择和放大的作用。有可能在转座酶基因突变之前，原始脊索动物已经具有了一些抗体基因，以及判断哪一个与入侵者最匹配的识别和放大机制。

细胞分裂和选择的一般机制从多细胞生命出现起就存在了，比免疫系统要古老得多。细胞的选择取决于细胞表面与其他蛋白质（或多糖）结合的蛋白质。如果结合错误而不是正确的蛋白质，细胞就会被淘汰。免疫系统的选择复制与此类似，不同之处在于，选择以及随后的快速复制的刺激，是由与环境蛋白质（或多糖）的结合触发，这些不属于身体自有的常规大分子库。从受体内正常分子刺激变为受外来分子刺激，这个简单的变化可能是通往适应性免疫的第一步。

如果这个设想是正确的，选择就先于免疫系统中复杂引擎的全力发动。与生命的起源相比，适应性免疫的产生相对简单一些，这是因为已经具备了自复制信息编码系统，并且适应性免疫系统所需的关键要素也已经因其他目的存在。现代免疫系统的关键要素包括细胞分裂（以及DNA编码蛋白质）、抗体、T细胞受体、让结合蛋白质快速产生变异的重组系统，以及根据细胞表面蛋白质与特定分子的结合进行选择。在免疫系统出现之前细胞和蛋白质就已经存在，而且就如我们看到的，多细胞生命都根据细胞膜蛋白与其周围物质的结合对细胞的谱系进行选择。