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| 《免疫的细胞社会生态学原理》 |
| 作者:吴克复 主编 |
| 出版社：科学出版社 |
出版日期：2012/8/1 |
| ISBN：9787030351999 |
定价： 98.00元 |
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编辑推荐
《免疫的细胞社会生态学原理》作者吴克复等是中国医学科学院血研所科研人员的代表，他们综合近年来国内外相关研究的进展，表述了他们在血液系统免疫功能方面的一些相关工作和鲜为人知的一些心得、体会，有很强的探索性和新颖性。
内容推荐
《免疫的细胞社会生态学原理》从细胞生态学和进化论的观点介绍与免疫相关的一些重要问题的最新进展，探讨它们在21世纪的发展方向和研究线索。《免疫的细胞社会生态学原理》还阐述了进化论的主要现代观点和方法；从超有机体的视角分析细胞社会；讨论免疫系统在细胞社会中的作用；用景观生态学观点探讨局部免疫；不仅有理论探讨和免疫机制的分子生物学、细胞生物学和系统生物学研究，也有紧密结合临床实际的移植免疫和白血病的免疫治疗探讨。
《免疫的细胞社会生态学原理》适用于从事与免疫和血液学相关的临床、科研、教学、生物工程、药物、畜牧、兽医等领域的科研工作者。《免疫的细胞社会生态学原理》从生态学和进化论视角考察和思考免疫现象，有助于生命科学和医学相关专业的高年级学生和研究生扩大视野和思路，是别具一格的参考书。
作者简介
吴克复
目录
序一
序二
前言
第一章 进化论的现代观
第一节 达尔文进化论的数学物理表述
第二节 达尔文进化动力学的热力学/统计力学分析
第三节 生态反馈在宿主防御进化中的作用
一、位点模型
二、数量遗传模型
三、博弈论方法(适应动力学)
第四节 展望
参考文献
第二章 细胞社会的进化和超有机体
第一节 细胞社会的进化和发展
一、细菌生物被膜的提示——细胞社会的生存优势
二、多细胞生物与细胞社会的进化
三、细胞间通信与细胞社会的进化
第二节 细胞社会的性质和特征
一、基因组是细胞社会的基本法规
二、细胞凋亡与细胞死亡——细胞社会的执法手段
三、细胞社会的空间结构和n维生态位
四、细胞社会正常运行对温度的依赖性
五、细胞社会内环境恒定的重要性——细胞社会生态学
六、细胞社会发展的阶段性
七、细胞的分化和社会分工
八、人类细胞社会“自我”的形成和免疫系统的形成
九、细胞社会的“集体主义”
十、细胞社会状态
第三节 人体细胞社会是人类细胞与微生物的共进化产物
一、超有机体的含义
二、微生物的进化及与人类的共进化
三、与人类共进化的其他生物及其对人体细胞社会的影响
四、“卫生假设”的启示
五、人体细胞社会的运行
第四节 超有机体中的共进化博弈
一、共进化的普遍性及其意义
二、人体超有机体中的共进化
三、共进化博弈规律的研究
四、疾病的进化观
第五节 医学中的适合度及其意义
一、医学中适合度的含义和测量方法
二、医学中适合度的应用
第六节 结语和展望——微观进化论
参考文献
第三章 免疫的细胞社会作用
第一节 免疫的进化
第二节 微生物与免疫
一、细菌持续性感染的博弈分析
二、内源性逆转录病毒
三、朊病毒蛋白
四、载脂蛋白B编辑酶(APOBEC)
第三节 肿瘤与免疫
一、病毒与肿瘤
二、肿瘤细胞的细胞内调控异常
三、肿瘤干细胞研究的启示
四、肿瘤微环境中的免疫反应
五、机体抗肿瘤机制的研究
第四节 妊娠与免疫
一、妊娠的免疫学蕴涵
二、妊娠期间细胞因子产生的Th2型转换
三、妊娠期间表达的免疫调节分子
四、对父本异基因抗原的获得性免疫反应
五、微小嵌合体的作用和意义
第五节 哺乳类动物个体免疫与昆虫社会免疫的相似性
一、对入侵者的防范——边界防御
二、躯体防御
三、种系防御
第六节 免疫系统中的权衡与平衡
一、寄生物对宿主的作用
二、宿主免疫系统失调是发病的基础
三、生活史特性间的权衡
四、免疫衰退中的旺盛和虚弱
五、Toll样受体在代谢中的作用
六、葡萄糖在免疫细胞中的作用
七、进食量权衡不当导致的疾病——肥胖症、糖尿病和免疫紊乱
八、免疫的性别差异
第七节 机体和病原体博弈的策略
一、机体与病原体的时间差——“快感染”和“慢感染”
二、免疫逃逸的新策略——慢病原异步
第八节 造血系统分化的细胞社会生态观
一、红细胞免疫功能的启示
二、吞噬专业化细胞——粒细胞和单核/巨噬细胞
三、淋巴样细胞与造血干细胞
第九节 结语和展望
参考文献
第四章 局部免疫——景观生态学和微生态学
第一节 黏膜免疫
一、分泌免疫
二、黏膜上皮
三、树突细胞在肠道黏膜免疫中的作用
四、黏膜疫苗
第二节 内皮免疫
第三节 皮肤的免疫作用
一、作为神经免疫内分泌器官的皮肤
二、细胞因子和趋化因子可作为皮肤感觉神经的配体
三、汗腺的微生态和免疫作用
第四节 抗菌肽的免疫作用
一、抗菌蛋白结构和功能结构域
二、hCAP-18/LL-37
三、局部免疫中的防御素和LL-37与疾病
四、抗菌肽的调节
五、黏膜表面机体细胞与微生物间的生态关系
六、人类抗菌肽的应用前景
第五节 细胞外基质的作用和意义
一、细胞细胞外基质黏附的机制
二、细胞外基质的蛋白酶
三、细胞外基质蛋白的跨膜受体
四、透明质酸的作用
五、细胞外基质的功能和意义
六、间充质干细胞的免疫调节作用
第六节 结语和展望
参考文献
第五章 淋巴循环与免疫
第一节 淋巴循环的组成
一、组织液和淋巴液
二、淋巴内皮细胞生物学和淋巴管网的形成
三、淋巴循环
第二节 淋巴循环在维护机体稳态和内环境平衡中的作用
一、淋巴循环的生理意义
二、淋巴管新生和淋巴微循环障碍
三、病理性淋巴管和人类遗传性淋巴水肿综合征
参考文献
第六章 固有免疫及其调控
第一节 固有免疫系统的受体间对话
一、模式识别受体与微生物毒力蛋白
二、宿主抑制性受体的选择
三、免疫抑制介质的诱导
四、“内向外”和“外向内”信号转导
五、TLR-TLR间的相互影响
第二节 自噬的固有免疫作用和调控
一、作为自噬接头的新固有免疫受体——SLR
二、自噬效应的调节
三、免疫相关GTP酶
第三节 参与Th2细胞因子反应的新型固有免疫细胞
参考文献
第七章 巨噬细胞生物学
第一节 单核细胞和巨噬细胞的异质性
一、两类单核细胞
二、不同部位的巨噬细胞性质不同
三、巨噬细胞的免疫功能分型
第二节 单核细胞和巨噬细胞的功能调控
一、单核细胞分化为巨噬细胞的调控
二、细胞表面分子与巨噬细胞功能
三、单核细胞和巨噬细胞的命运调控
第三节 结语和展望
参考文献
第八章 免疫系统发育及机体免疫中的细胞运动与细胞极化
第一节 细胞运动的概念、模式及分子机制
一、细胞迁移的概念、机制及生理意义
二、细胞迁移的模式、机制及分子开关
第二节 细胞运动及极化在免疫系统功能及发育中的作用
一、细胞迁移及黏附在免疫系统中的作用
二、细胞迁移及极化相关分子在免疫系统中的作用
参考文献
第九章 非编码RNA(ncRNA)对造血和免疫的调节
第一节 miRNA的生物合成及作用原理
一、成熟miRNA的生物合成
二、miRNA生物合成的调控
三、miRNA的作用原理
第二节 miRNA对造血和免疫细胞的调控作用
一、miRNA对造血干细胞的调控作用
二、miRNA对固有免疫细胞的调控作用
三、miRNA对获得性免疫细胞的调控作用
第三节 miRNA在血液免疫细胞肿瘤发生中的作用
一、miRNA在白血病发生中的作用
二、miRNA在淋巴瘤发生中的作用
参考文献
第十章 免疫调控网络与免疫失衡
第一节 适应性(共进化)网络
一、适应性(共进化)网络及其性质
二、免疫网络的适应性(共进化)网络特点探讨
第二节 白细胞的免疫突触
一、免疫学突触
二、病毒学突触
第三节 白细胞的功能性极化
一、淋巴细胞的功能多极化
二、巨噬细胞的功能多极化
三、树突细胞的多生成途径
四、白细胞多极化的作用和意义
第四节 免疫失衡与自身免疫性疾病
一、自身炎症性疾病
二、经典的自身免疫性疾病
第五节 炎症性疾病中的糖皮质激素耐受
一、糖皮质激素的抗炎症机制
二、糖皮质激素耐受的分子机制
三、糖皮质激素耐受的治疗策略
第六节 多向调节因子与免疫功能多向性
一、TGF-β信号转导的多途径性
二、TGF-β与肿瘤
第七节 展望
参考文献
第十一章 细胞的免疫机制与机体免疫的细胞机制
第一节 细胞凋亡——作为细胞免疫机制的分解代谢
一、细胞凋亡
二、坏死样凋亡
三、角质化
四、非典型细胞死亡方式
第二节 炎症中的宿主细胞死亡
一、炎亡
二、胀亡
三、细胞的程序性坏死
四、内亡
第三节 凋亡蛋白抑制物家族
一、凋亡蛋白抑制物家族成员的结构和功能
二、cIAP2的作用
三、生存素的作用
四、Livin的作用
五、IAP及其内源性拮抗物的临床意义
第四节 Bcl-2家族与凋亡调控
一、线粒体在凋亡中的作用
二、Bcl-2家族的亲缘关系
三、作为治疗靶标的“仅有BH3蛋白”
第五节 炎症体——细胞的守护者
一、炎症体
二、NLRP3:细胞应激和感染的免疫感受器
第六节 免疫记忆
一、B淋巴细胞和T淋巴细胞的细胞记忆
二、免疫记忆的产生和作用
三、免疫记忆的保持
四、影响细胞记忆的因素
第七节 干细胞的免疫作用
一、胚胎干细胞的免疫作用
二、成体干细胞的免疫作用
三、成体的胚胎干细胞样细胞的免疫作用——大病痊愈的机制
第八节 细胞膜囊泡的免疫作用
一、细胞膜囊泡
二、膜泡的性质和分类
三、膜泡的抗原递呈作用
四、膜泡的作用机制
五、肿瘤细胞外释体的性质和作用
六、外释体与病毒感染
第九节 细胞衰老及其免疫作用
一、细胞衰老的表现和检测指标
二、细胞衰老的发生机制
三、衰老细胞的体内作用及意义
第十节 细胞内的清除机制
一、自噬是细胞内的抗微生物防御机制
二、泛素/蛋白酶体系统
三、免疫相关的GTP酶
参考文献
第十二章 神经与免疫
第一节 神经免疫细胞的相互作用
一、神经免疫细胞的通信
二、免疫细胞与神经的相互作用机制
第二节 免疫系统的自主神经分布和调节
一、免疫器官的交感神经分布
二、免疫细胞的神经递质受体表达
三、固有免疫的交感神经系统调节
四、获得性免疫的交感神经系统调节
第三节 迷走神经的免疫调节作用
一、免疫反射和炎症反射
二、炎症的类胆碱能调节
三、迷走神经免疫调节作用的证明和应用前景
第四节 哮喘的神经免疫调节
一、应激与哮喘
二、人类气道的神经支配
第五节 睡眠与免疫
一、睡眠的生理机制
二、细胞因子与睡眠
三、睡眠对免疫反应的影响
第六节 发烧的免疫调节作用及其分子机制
一、体温调节机制
二、发热对免疫的调节
三、热休克蛋白
四、趋化因子参与体温调节
第七节 免疫系统对中枢神经系统的影响和作用
一、细胞因子对神经干细胞的效应
二、趋化因子及其受体在中枢神经系统的表达和作用
三、细胞因子信号抑制物在中枢神经系统的表达和作用
参考文献
第十三章 免疫衰退和免疫损伤
第一节 年龄相关的获得性免疫系统变化
一、胸腺和T细胞的年龄相关变化
二、B细胞的年龄相关变化
三、B细胞衰退的可逆性
第二节 固有免疫系统的年龄相关变化
一、粒细胞的老年相关变化
二、自然杀伤细胞、单核/巨噬细胞和树突细胞的老年相关变化
三、人类Toll样受体老年相关的功能失调
四、隐性感染对免疫衰退的影响
第三节 免疫损伤及其临床意义
一、免疫损伤的含义
二、免疫损伤的临床和流行病学意义
第四节 肿瘤的发展与免疫编辑和免疫雕塑
参考文献
第十四章 髓系白血病的免疫状态和免疫治疗
第一节 急性髓系白血病患者T细胞的作用
一、急性髓系白血病患者治疗前淋巴细胞的特点
二、AML患者化疗后淋巴细胞的变化
三、AML淋巴细胞的特征和功能
四、调节T细胞与急性髓系白血病
五、AML患者的淋巴细胞在治疗中的意义
第二节 AML的免疫耐受(immune surveillance)
一、AML如何逃脱免疫控制
二、AML患者免疫系统的异常
第三节 AML免疫治疗的发展
一、被动免疫治疗
二、主动免疫治疗
第四节 慢性粒细胞白血病的免疫状态和免疫治疗
一、不同治疗药物对CML患者免疫状态的影响
二、CML患者的免疫治疗
参考文献
第十五章 异基因造血干细胞移植与免疫学
第一节 组织相容性
一、HLA基因的结构和功能
二、HLA的命名及实验室检测方法
三、MHC的特征:连锁不平衡(LD)及单倍体LD
四、HLA在临床上的应用
第二节 NK细胞与HSCT
一、NK细胞的受体
二、NK细胞杀伤白血病靶细胞
三、Allo-HSCT后NK细胞的重建
四、NK-DC细胞之间的相互作用
五、临床研究
六、NK细胞的过继性治疗
第三节 移植物抗宿主病
一、急性GVHD发生的三个步骤
二、慢性GVHD
三、GVHD预防
第四节 移植物抗肿瘤作用
一、Allo-HSCT中的GVT效应特征
二、强化GVT应答的策略
第五节 allo-HSCT后的免疫重建
一、移植后正常的淋巴系统的发育
二、影响免疫重建的因素
三、过继性细胞治疗
四、改善HSCT后免疫重建
五、疫苗接种
第六节 树突细胞在allo-HSCT中作用
一、几种树突细胞的特性
二、树突细胞的功能
三、树突细胞对预处理的反应
四、移植后稳态下的树突细胞
五、树突细胞作为HSCT治疗中的靶细胞
参考文献
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第一章进化论的现代观
人类对客观世界和对自身的认识受到科技发展水平的制约，望远镜和显微镜的发明使人类对宇宙和生命的认识从猜测发展到以观测为依据的分析和推论。现在人类对于宇宙的认识基于哈勃望远镜和普朗克望远镜等仪器观察的影像和数据；已有的资料表明：现在人类能够观测到的宇宙源于137亿年前的一次大爆炸，无数极高温度的恒星，抛出大小不同的行星，行星逐渐冷却并处于不同的物理状态，其中有些行星类似于地球(类地行星)。45亿年前地球形成了，并逐步演变成适宜生命生长繁衍的星球。生命是物质存在的一种形式，是一定条件下碳、氢、氧、氮等构成的复杂有机化合物的一种存在形式。从物理化学角度描述，生物是复相多态的胶体系统，存在于地球表面的理化条件下。地球上的生命物质经过漫长的地质年代，经历了数十亿年的演化(进化)成为当今的大千世界(图1-1)。
图1-1地球上代谢类型变革时间表生命起源在地球形成(45亿年前)之后；需氧光合作用存在时间限于重大氧化事件(23亿年前)发生后。空白代表变革或事件发生时间区间；有色框表示存在时间。
生命物质的进化经历了多次飞跃：从非生命物质进化为能复制自身和有代谢功能的生命物质(分子生物)；从非细胞形式的生命物质(分子生物)进化为原核细胞(原核生物)；从原核生物(原核细胞)进化为真核生物(真核细胞)；从单细胞生物进化为多细胞生物，多细胞生物是由细胞构成的细胞社会。生物界处于不断的进化中，进化的核心是有增殖能力的个体，个体可以是分子、细胞、病毒、多细胞有机体或人。个体的适合度依赖于群体中表型的相对丰度。群体的结构影响进化的动力学。进化的群体由具有繁殖力的个体组成，它们是信息载体，在繁殖时传递信息，在此过程中出现错误就会出现变异。在资源有限时，变种以不同的频率增殖，自然选择就起决定性作用。
社会是多种生物群体生存的形式，有生存竞争优势，所以在进化过程中保存下来。
不仅个体生物能形成社会，单细胞生物进化为多细胞生物的过程中开始形成细胞社会的一些机制，构成独特的体内微环境，是细胞进化发展的必然趋势。随着生物进化，细胞社会不断改变，逐步完善。不同生物的细胞社会不尽相同。一些动物群体在进化过程中也形成了社会。人类在进化过程中形成的人类社会在生存竞争中发挥了决定性作用，逐渐产生人类文明，形成了不同于生物社会的独特规律，即人文科学研究的规律，这一规律受人类意识形态的影响很大，不在本书讨论的范畴。本书探讨不受人类意志控制的自然规律―――生物和生物社会的客观规律，尤其是细胞社会的规律。无数的事实表明生物演化总的趋势是从简单到复杂，从低级到高级，所以称之为进化。本章讨论进化的动力学。
第一节达尔文进化论的数学物理表述
一个半世纪前达尔文的?物种起源?发表，标志着“进化论”的诞生，被誉为19世纪三大自然科学发现之一，成为现代生命科学发展的基石；与达尔文同时代的魏尔啸从病理学角度宣称机体是“细胞王国”(细胞社会)，成为现代医学的基本观念之一，与进化论一起影响着现代医学的发展。达尔文没有观察和研究细胞，魏尔啸弥补了达尔文的不足。
近百年来对进化论的研究也吸引了不少理论物理学家和数学家的参与，尤其在群体遗传学(数量遗传学)和博弈论方面有较大进展。
?物种起源?一书中没有一个数学公式，没有定量分析。达尔文之后出现了两个重要的基本概念，从而使进化动力学能够进行定量研究：一个是自然选择的Fisher定理(Fisher摧sfundamentaltheoremfornaturalselection)，将变异与达到进化优势值的速度联系起来；另一个是Wright的适应景观(Wright摧sadaptivelandscape)理论，用景观作为势函数叙述巨大的遗传空间中的有限选择。适合度(fitness)的景观(landscape)概念在现代遗传学和生态学研究中已被广泛采用。敖平将达尔文进化论的主要内涵用三个定律的形式进行数学物理表述。
达尔文进化动力学是高度复杂的，有变异、选择和适应。敖平采用由4个动力学因素组成的随机微分方程表述进化系统，称为第二定律。
[A(q)+T(q)]痹q＝Δψ(q)+ξ(q，t)(1-1)正半确定对称优势矩阵A(positivesemi-definitesymmetricascendantmatrixA)、反对称变换矩阵T(anti-symmetrictransversematrixT)、纯量函数Wright进化势Ψ(sca-larfunctionWrightevolutionarypotentialΨ)、随机驱动ξ(stochasticdriveξ)。进化是非线性的、不对称的、相互作用、随机的，但是是可控制的。
在随机驱动与优势矩阵之间附加下述关系：(ξ(q，t)ξτ(q，t′))＝2A(q)εδ(t-t′)(1-2)即Fisher的自然选择基本原理，简称Fisher定理，记录适应和优化趋势。进化过程中如果没有随机驱动，则达尔文进化动力学的方程(1-1)成为：[A(q)+T(q)]痹q＝Δψ(q)(1-3)
这是近似值，因为实际上变异是广泛存在而且很难避免的。敖平将这种情况称为第一定律或亚里士多德(Aristotle)定律，可以视为第二定律的特例。该定律提供了必需的参考点，用于确定种类和其他相关量，强调进化动力学的确定论方面；因为确定参考点是最基本的，所以列为第一定律。用状态变异矢量q表述为：
{q}→{qattractor}
第三定律是关系定律，得以确定直观(mesoscopy)与微观(microscopy)及宏观(macroscopy)的关系。生物学中至少存在三个动力学领域：生态动力学、群体遗传学和基因调控网络的动力学，它们相互作用，互相影响。但是它们的时间尺度不同，后者较快，在一个世代中进行；前两者需多个世代才显效。第三定律反映了整个动力学的层次结构，在微观水平时间尺度和质量小，趋于零。
m→0
第二节达尔文进化动力学的热力学/统计力学分析
达尔文进化动力学是真正的不平衡随机动力学理论，Ao(2008)对达尔文的进化动力学进行了统计力学和热力学分析。按照“进化是遗传变异和排除与选择的结果”，加上Fisher定理和Wright的适应景观理论引入适当的时间尺度，达尔文的进化动力学可以用下述随机微分方程表述：
q＝f(q)+NI(q)ξ(t)(1-4)式中，f和q是n维空间矢量，f是q的非线性函数。第i个等位基因的遗传频率由qi表述，在此用时间t的实时函数表述，依赖于当时的实况。q的量在生态学中可以变换为n种。噪声ξ是独立的因素。
表面上看达尔文进化动力学与热力学没有联系，因为进化动力学是不平衡过程的终端，但通过仔细分析达尔文动力学却提示了主要的热力学内涵。用系统的Wright进化势函数和噪声强度的阳性参数可以测出达尔文进化动力学中有Boltzmann-Gibbs型的稳态分布，所以达尔文动力学蕴藏着类似于热力学零定律的规律，存在着类似于温度样的参数，用阳性参数θ代表。在此，“温度”θ是绝对的，不依赖于系统的物质，是达尔文进化动力学的直接结果。温度是分子运动动能的量度，绝对零度时分子运动停止，热力学第三定律表明绝对零度是不可能的，即分子运动完全停止是不可能的。进化动力学中基因变异的频率可以作为阳性参数θ，当基因变异的频率为0时该生物种系的遗传性状将绝对稳定。实际上在一个足够大的群体中基因完全不发生变异也是不可能的，即使在高度严格的实验室或生物工程单位，遗传漂移是不可避免的，菌种、毒种经过3~5次传代后必须重新鉴定、选育、纯化才能作为毒种继续使用。所以，热力学零定律在进化动力学中实际上有相应的意义。
热力学第一定律，即能量守恒定律可以有多种表述形式，用配分函数Zθ可表述为下式：
也可用Wright进化势函数?表述为：Fθ＝-θlnZθ(1-5)
?4?免疫的细胞社会生态学原理
Uθ＝∫dnq?(q；λ)ρθ(q)(1-6)
用配分函数还可进一步定义为：
Sθ＝-∫dnqρθ(q)lnρθ(q)(1-7)
三者的关系：Fθ＝Uθ-θSθ式中，Fθ是自由能；Uθ是结合能；Sθ是熵。
温度θ是强度量(intensivequantity)，在所有的部分都相同，因为它们都接触同一噪声源。热力学第一定律在达尔文进化动力学中也有意义。考虑到在Wright进化势函数中的无限过程和稳态的配分函数，自由能和结合能的基本关系也能用微分形式表述为：dUθ＝?dW+?dQ(1-8)
即一般热力学教材中表述的热力学第一定律形式。其中熵的变化与“热”的变化相关：??
dQ＝θdS；而“功”的变化与Wright进化势函数相应：dW＝μdλ。
热力学第二定律也有多种表述方式，常见的一种表述形式是最小自由能表述，即在所给的势函数和温度下，如果是Boltzmann-Gibbs分布，则自由能最小。另一种是最大熵表述，即在Boltzmann-Gibbs分布和所给的势函数及其均值条件下，熵达到最大值。后一种表述在物理学和生物学中应用广泛，通常称为熵最大原理，用下式表述：
S(t)≡-∫dnqρ(q，t)lnρ(q，t)(1-9)
根据Ao(2008)的分析，除了热力学第三定律外，其他的热力学定律在进化动力学中都有意义，存在热力学关系：能量守恒、热机效率、温度和附加的广延量(exten-sivequantity)性质和含有Boltzmann-Gibbs分布。热力学探究稳态性状，Boltzmann-Gibbs分布是决定性性状，在进化动力学中仅取决于Wright进化势函数和“温度”θ。在这个意义上热力学与统计力学是等同的。统计力学的这些基本原理不仅在物理学和化学中得到了广泛应用，近年来在材料科学和生命科学中也得到了重视和应用。
热力学的基本原理在生理学和生态学中已经被广泛应用。例如，计算每天的热量摄入已经成为维护健康的基本观念之一；能流和物流是研究生态系统的基本课题。后来人们发现热力学中的熵与信息论中的熵(下式)有明显的相似性。信息流也已成为生态系统的重要研究内容。
Sr2(t)≡-∫dnqρθ(q)lnρ(q，t)(1-10)
第三节生态反馈在宿主防御进化中的作用
阐明寄生物与宿主共进化的机制是进化生物学的重要课题之一，尤其要阐明双方是如何产生和维持变异的。机体在进化过程中形成了多种防御机制，用于应付寄生物和病原体的感染以及环境的变化，维护机体内环境的平衡和细胞社会的稳态。机体的适合度与免疫系统提供保护、对抗寄生物和病原体的能力密切相关。然而，即使最简单的免疫系统也惊人地复杂，受机体的生态学因素磨合影响。原始的多细胞生物没有防御机制，不同细胞可以相噬，也可以相容；植物的进化产生了一些防御机制，如屏障机制、防御分子(如抗菌肽)等，与无脊椎动物的固有免疫机制类似。脊椎动物的防御机制发展成为功能性的免疫系统，在进化过程中形成了能应对未知感染物、未知抗原的获得性免疫系统，即通过基因重排和分子重组，再通过克隆选择产生可以应对未知新抗原的随机免疫系统。此类神奇的随机机制是如何形成的？现代分子细胞生物学研究开始阐明这些机制，同时进化生物学在群体水平的研究也提供了许多新的资料和信息。例如，近年来对群落免疫(communityimmunity)的研究不仅对昆虫社会有重要意义，而且为人类和畜禽流行病学的研究提供了新的思路和参考。对群落免疫概念进行思索可发现机体免疫与群落免疫的相似性(见第三章第五节)，探索其机制必然导致对机体微观组成―――细胞社会的研究。细胞社会遵循生物社会的主要共同规律，如机体免疫与群落免疫有相似性。然而，细胞社会有其特殊的规律和性质(见第二章第二节)，形成了机体免疫的特有规律和性质，即本书探讨的主要内容。
防御机制的有效性从群体生态学(流行病学)的角度分析可以获得重要的信息，近年来一些学者从进化论的角度进行了理论分析。Boots等对生态反馈在宿主防御进化中的作用进行了系统复习，并提出了他们的观点。进化博弈论方法的进展为进化论的现代研究开拓了新的途径。
一、位点模型
在植物与寄生物的相互作用中惯用基因对基因模式。近年来在无脊椎动物疾病的研究中也采用“匹配等位基因”模型。在这些模型系统中，宿主与寄生物的关系完全取决于宿主基因是否能够抵抗寄生物，以及寄生物基因产物的感染毒力。此类模型的优点在于：它们属于纯基因结构，易于与实验资料进行比较，实验容易重复；此类模型的缺点是其表型与生态学参数无关，与生态学反馈无关，只适用于低等生物(表1-1)。
表1-1基因基因模式框架和匹配等位基因模式框架相互作用结果
寄生物基因型宿主基因型
基因基因模式
1个位点1S1R
1A感染无感染
1V感染感染
2个位点1S2S1R2S1S2R1R2R
1A2A感染无感染无感染无感染
1V2A感染感染无感染无感染
1A2V感染无感染感染无感染
1V2V感染感染感染感染
续表
?6?免疫的细胞社会生态学原理
寄生物基因型宿主基因型
匹配等位基因模式
1个位点1S1R
1A感染无感染
1V无感染感染
2个位点1S2S1R2S1S2R1R2R
1A2A感染无感染无感染无感染
1V2A无感染感染无感染无感染
1A2V无感染无感染感染无感染
1V2V无感染无感染无感染感染
注：A：无毒；V：有毒；S：敏感；R：抵抗；宿主单位点(1)和双位点(1或2)组织与敏感(S)或耐受
(R)等位基因相互作用的结果指示感染或无感染。
二、数量遗传模型
经典的基因对基因和匹配等位基因模型假设：只有少数的基因能够决定感染与否，实际上表型的进化影响群体生态学，反过来又影响进化历程，所以有许多基因影响感染。多位点的基因结构对耐受和毒力的小代价付出能促进等位基因的循环出现，当毒力付出增加时，若宿主有足够的抵抗等位基因则循环消失，否则宿主维持静态的多态性对抗完全无毒的寄生物。进一步拓展位点就产生了定量遗传学模型，该模型基于有性繁殖和表型特征的进化。在此系统中大量的位点形成一个特征，遗传变异包括许多这类特征的变化。与适合度函数比较，假设特征的分布是单峰，其平均特征值的变化Δz倡可由下式表述：
Δz倡＝WVA倡抄抄Wz
z＝z倡(1-11)
式中，VA是特征的附加遗传变异；W倡是平均适合度；[抄W/抄z]z＝z倡是适合度梯度，可以用群体的平均特征值估算。此特征值的分布仍然是单峰的，适用于随机交配、弱选择压和有许多独立位点的特征。该方法已用于表型的定量变化和宿主寄生物系统中宿主防御的进化研究。
三、博弈论方法(适应动力学)
选择有两类：持续性的和频率依赖性的。持续性选择意味着个体的适合度值是常数，不依赖于种群的组成。频率依赖性选择的适合度值依赖于种群中各种类型的相对丰度(频率)。持续性选择可视为种群适应于固定的适合度景观，而频率依赖性选择提示种群变化改变适合度景观。对频率依赖性选择的研究导致了进化博弈论的产生。进化博弈理论源于对生态现象的解释，20世纪60年代生态学家Lewontin就开始用进化博弈论的思想研究生态问题。生态学家从动植物进化的研究中发现，动植物进化结果在多数情况下都可以用博弈论的纳什均衡概念解释。然而，博弈论是研究完全理性的人类互动行为时提出的，为什么能解释非理性的动植物进化呢？能否舍弃经典博弈论中理性人假设的前提呢？70年代，生态学家Smith和Price提出了进化博弈论的基本均衡概念：进化稳定策略(evolutionarilystablestrategy，ESS)，标志着进化博弈论的诞生。此后，生态学家Taylor和Jonker在考察生态演化现象时首次提出了进化博弈理论的基本动态概念：模仿者动态(replicatordynamics)。博弈论开始解决生物进化的难题：利己的生物个体为什么会进化出合作行为？这是自然选择下形成的本能行为，连没有思考能力的单细胞生物也面临着合作还是欺诈的两难，如酵母菌以单糖为营养物，但是在没有单糖时也能利用其他糖，如蔗糖。酵母菌通过分泌转化酶先把蔗糖消化成单糖，这个消化过程发生在细胞外，产生的单糖扩散开来，其他酵母菌也能利用。有些酵母菌的转化酶基因发生突变不能分泌转化酶，但是它们能窃取其他酵母菌制造的单糖，节省进行消化的成本，成了“窃贼”，而那些耗费能量把蔗糖变成单糖的酵母菌成了“好人”。理性的选择却不能带来最佳的结果，利己行为可能会导致竞争对手之间的合作，这种现象在自然界和人类社会中广泛存在，但是粗看之下又似乎矛盾。研究者构建了很多博弈模型解释这类现象，诠释其中的原因，这些模型中最著名和常用的有“囚徒困境”(Prisoner摧sDilema)、“雪堆博弈”(SnowdriftGame)和猎鹿博弈(StagHuntGame)。
博弈论方法(适应动力学)与定量遗传学方法有许多相似点，都假设有许多基因具有小的附加效应，进化的方向取决于适合度梯度。但是，由于概率分布和群体中许多株的密度很低，定量遗传学假设“突变”(遗传变异)的出现是含蓄的，进化的结果取决于该特征的性质和概率分布。在适应动力学中随机的变异出现含蓄，适应动力学采用无性模式处理和审查罕见的新变种侵入单一的群体。生态学时间尺度较进化时间尺度要快得多，所以变异株在被发现的情况下入侵群体，进化能向适合度最小化发展，从而产生进化分枝，在适合度最小处形成新的品种(图1-2)。反之，数量遗传学模型的生态学和进化时间尺度是相同的，进化的改变就如此发生。适应动力学分析的关键在于变异策略的适合度函数，这一函数用变异策略总数的生长率Y计算，由所在群体x的环境决定，用Sx(Y)表示：Sx(Y)为负数时突变体死亡；Sx(Y)为正数时突变体得以传播，成功的变异株取代原有的品系，从而改变环境。上述讨论指出：环境选择变异类型和进化影响(改变)环境的反馈作用。
Boots和Haraguchi提出的宿主防御模型可用式(1-12)表示：dSi
dt＝riSi-qSi∑i(Si+Ii)-βiSi∑iIi；
dIi
dt＝βiSi∑Ii-(α+b)Ii(1-12)
式中，S是敏感群体的密度；I是感染群体i的密度，动力学显示第i个宿主品系；参数是生长率γ(即出生减去死亡)；密度依赖性需经拥挤参数q修正。宿主自然死亡率为b，由于感染的死亡率为α，感染的传播率为β。他们研究了宿主抵抗力的进化并考虑宿主生长率γ和传播率β的权衡(trade-off)。式(1-12)可以测出试图侵入群体(i＝x)
?8?免疫的细胞社会生态学原理
图1-2Boots和Haraguchi所述模式系统的交替入侵图(TIP)进化过程的模型显示传播系数β在进化过程中有不同的类型。进化过程可以用不同 的交替形式表述：(b)驱散，(c)分枝或(d)吸引。
处于平衡状态(Sx，Ix)的罕见突变型(i＝y)的适合度。βx-q(α+b)
Sx(y)＝ry-q(Sx+Ix)-βyIx＝ry-qαβ+xb+βxβx-(βqx(α++q)b)-βyβx(βx+q)
(1-13)当Sx(y)>0时，突变型y能侵入，而Sx(y)<0时不能。入侵边界Sx(y)＝0和Sy(x)＝0用于绘制交替入侵图(trade-offinvasionplot，TIP)。此处，Sy(x)是x型试图入侵y型栖息地的适合度。后来Boweers等和Hoyle等将TIP图的侵入边界设为Sx(y)＝f1＝0和Sy(x)＝f2＝0，用于标绘进化动力学曲线，式(1-12)转换为下式：
ry＝f1(βy)＝rxqq++ββxy-(βyβ-x(βqx)+q(βαx)+b)；
ry＝f2(βy)＝rxqq++ββxy-(βyβ-y(βqx)+q(βαx)+b)(1-14)
当(βx，γx)是进化的单个点时，侵入边界能用于区分可能的进化行为的区域(图1-2)。在图1-2(a)的f1和f2之间进化行为被虚线(f1和f2在单点时的平均曲线)划分为不同区域：虚线以下区域为进化吸引(attractor)，而虚线以上区域为进化驱散(repellor)；轻度折中(trade-off)的虚线和f1之间的区域在进化上形成双向性或多态性。理论模型方程(1-5)指出传播系数β如何在不同类型的过程中起作用[图1-2
(b)驱散、图1-2(c)分枝、图1-2(d)吸引]。
普遍认为寄生物能影响宿主多样性，特别引人注意的是寄生物可能增加宿主的多样性。首先宿主对寄生物的耐受性就存在着多样性，寄生物通过不同途径能增加或减少耐受的多样性。理论分析表明寄生物有多种类型，可以选择宿主群体。负性频率依赖选择(negativefrequency-dependentselection，NFDS)和分裂性选择(disruptiveselection)都增加宿主的多样性；对耐受性的双向选择和稳定选择则减少宿主多样性。此外，有许多理论研究病原体耐药的进化原理，涉及生态反馈和频率依赖。所有模型都假设防御的代价，即在无病时降低适合度，理论和经验都支持这种代价的存在。
第四节展 望
这一个半世纪的进化论研究所积累的大量的事实和资料，表明了生物进化是客观事实。除了宗教原因的争议外，人们对于进化的具体过程和机制仍在探索过程中，这期间曾出现过不同的观点，有人将此称为对进化论的否定，这是言过其实。随着科学的发展，通过实验证明后这类争议会自然消失。任何理论在实践过程中都可能有修正，何况是高度复杂的生物体系。实际上生命科学研究中的不同观点都能通过实践证明解决，至今并没有出现能够否定进化论基本观点的客观事实，争论反而丰富了进化论的内涵。进化论的观点已从理论生物学渗入到生命科学的所有领域，近一个世纪来分子和细胞生物学的发展从微观水平丰富和发展了进化论。
免疫学的发展从另一个侧面考验了进化论，并且通过生态学获得了正面支持和发展。已经有大量的理论工作强调生态反馈在宿主对感染性疾病防御机制进化中的重要性，按照这些理论宿主的生活史起关键作用。免疫的性别差异有其生理学机制，生活史理论能够解释免疫的性别差异，适应生殖的策略，尤其是雄性交配与免疫防御间的权衡(参看第三章第六节第八小节)。最近Bacelar等用进化生物学方法探讨生活史和交配系统选择，研究通过自然选择和生态反馈对雄性易患寄生物病(malebiasedparasitism)的机制。还有人从疾病系统显示流行病学反馈对于雄性易患寄生物病的机制。
博弈论在经济学中取得了巨大成功，引起进化论研究者的关注，自觉地运用进化博弈论(evolutionarygametheory)。两个参与者、两种策略的进化博弈动力学已经被深入研究并在许多生物学模型中使用(参见第三章第二节)。进化博弈论放弃了传统博弈论的完全理性假说，将参与者视为有限理性的博弈者，进化博弈论以参与者种群为研究对象，对于单种群，主要研究该种群内部个体之间行为的相互影响；对于多种群，主要研究种群与个体之间行为的相互影响及不同种群个体之间的相互影响。进化博弈不是一次性静态或有限次动态的博弈，而是无限重复进行的，需要漫长的进化过程才能达到均衡，也许永远达不到均衡，总是处在一个向均衡接近的过程中，系统有多个均衡时，欲达到哪个均衡则取决于进化的初始状态及进化路径(即进化的动态调整方程)。在博弈过程中，可能发生某些变异，个体有可能放弃按照博弈规则已得出的最佳策略，而采取其他策略，即使达到了稳定状态，也可能再次偏离。进化博弈论与现实状况更为接近，与传统博弈论中的纳什均衡产生的纳什均衡解相对应，进化博弈论也存在着均衡解，进化均衡下的均衡解是进化稳定策略。传统的纳什均衡策略与进化稳定均衡之间的关系：群体规模无限大时，进化稳定策略一定是纳什均衡策略，但是纳什均衡策略却不一定是进化稳定策略。在有限规模群体的情况下，进化稳定策略不是纳什均衡策略，在此种情形下，参与者并不选择其绝对收益最大化的策略，而是选择自己的收益和群体平均收益之差最大的策略。如果这样做能够更加损害对手的话，有可能出现参与者愿意损害自己。
达尔文进化动力学基于变异和选择，形成的核心数学模型用于生物学群体的适应和共进化，进化的结果往往不是最大适合度平衡，而是包含了摆动和混沌。为了研究依赖于频率的选择，进化博弈论比优化计算更实用。增殖和适应动力学叙述短期和长期的表型进化，已经在动物行为、生态学等领域获得应用，并期望在生命科学的更多领域应用这些理论生物学的研究成果，本书以进化论和生态学的观点探讨免疫机制的形成和发展，并在部分章节介绍近期文献报道的用进化博弈论的观点和方法处理的与免疫相关的一些课题。
(敖平吴克复)
参考文献
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