108 高普考高考三級 生物技術 免疫學 考古題詳解

108 年・高普考・高考三級・生物技術
試題代碼 免疫學

第 一 題35 分

(一) 請說明如何誘導初始 T 細胞(naïve T cell)分化為第一型幫助性 T 細胞(TH1)及第二型幫助性 T 細胞(TH2)。(10 分)

(二) 請列出 TH1 及 TH2 細胞所分泌之細胞激素(cytokines)的種類。(10 分)

(三) 此二類細胞在免疫反應中所扮演之角色有何不同?(5 分)

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核心觀念

本題考查初始 CD4⁺ T 細胞受到抗原與細胞激素訊號後,如何分化成 TH1 或 TH2,以及兩類細胞的細胞激素特徵和免疫功能。

初始 T 細胞首先由抗原呈現細胞(APC)以 MHC II 呈現抗原胜肽,經 T 細胞受體(TCR)辨識,並接受共刺激訊號,例如 CD28 與 APC 上 B7 分子結合。之後,局部細胞激素環境引導分化方向;轉錄因子則建立並維持相應的細胞功能。

解題方法

依序回答三件事:分化訊號與機轉、代表性細胞激素、免疫功能。判斷 TH1/TH2 時,抓住兩組極化訊號與轉錄因子:

  • IL-12/IFN-γ → STAT4/STAT1 → T-bet → TH1
  • IL-4 → STAT6 → GATA-3 → TH2

這些訊號會促進各自的分化路徑,並抑制另一方向的反應,形成互相調控。

(一)初始 T 細胞分化為 TH1 與 TH2

初始 CD4⁺ T 細胞辨識 APC 呈現的抗原並接受共刺激後,依周遭細胞激素決定分化方向。

TH1 分化:​細胞內病原體感染時,樹突細胞、巨噬細胞等 APC 會產生 IL-12;NK 細胞及初期免疫反應也可提供 IFN-γ。IL-12 活化 STAT4,IFN-γ 活化 STAT1,進而促進 T-bet 表現。T-bet 推動 TH1 特徵基因與 IFN-γ 的表現,並提高細胞對 IL-12 的反應,使 TH1 分化得以維持。

TH2 分化:​IL-4 與初始 CD4⁺ T 細胞上的 IL-4 受體結合,活化 STAT6,促使 GATA-3 表現。GATA-3 推動 TH2 特徵基因,包括 IL-4、IL-5 與 IL-13 的表現,建立 TH2 分化及其效應功能。

兩條分化路徑會互相抑制:TH1 產生的 IFN-γ 可抑制 TH2 分化;TH2 的 IL-4 也會抑制 TH1 分化。

(二)TH1 與 TH2 分泌的細胞激素

TH1 代表性細胞激素:

  • IL-2:促進 T 細胞增殖與活化。
  • IFN-γ:活化巨噬細胞,是 TH1 的重要標誌性細胞激素。
  • TNF-β(淋巴毒素):參與發炎與細胞毒性反應。
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第 二 題25 分

(一) 請說明疫苗接種(vaccination)之作用原理。(5 分)

(二) 請列出疫苗之種類、其優缺點並各舉一例。(20 分)

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核心觀念

疫苗接種是以人工方式提供抗原,誘發主動免疫,使免疫系統在未遭遇或尚未遭遇真正病原體前,先建立特異性免疫記憶。題目分成兩部分:說明接種後的免疫反應,以及比較常見疫苗種類的製備方式、安全性、免疫效果與代表例子。

解題方法

作答時先依免疫反應順序說明作用原理:疫苗抗原被抗原呈現細胞攝取並呈現,活化特異性 T、B 淋巴球;效應細胞與抗體提供保護,記憶細胞則在日後再次暴露時引發更快速、強烈的次級免疫反應。

再依疫苗是否含有可複製的病原體、抗原是否經過純化或工程製備分類。各類都用「製備/免疫特性、優點、缺點、例子」作答,可避免只列名稱而漏掉題目要求的比較。

(一)疫苗接種之作用原理

疫苗將病原體本身、經處理的病原體,或病原體的特定抗原導入體內,使免疫系統產生針對該抗原的主動特異性免疫。其作用可分為以下階段:

  1. 抗原攝取與呈現:樹突細胞等抗原呈現細胞攝取疫苗抗原,處理後以 MHC 分子呈現給 T 淋巴球;活疫苗所產生的胞內抗原也可經 MHC I 路徑呈現。
  2. 淋巴球活化與效應反應:抗原特異性的輔助型 T 細胞協助 B 細胞活化、增殖及分化;B 細胞形成漿細胞並分泌抗體。部分疫苗也能誘發細胞毒性 T 細胞反應。
  3. 免疫記憶建立:反應過程中形成記憶 B 細胞與記憶 T 細胞。日後再次接觸相同病原體時,記憶細胞迅速增殖並產生更強的抗體或細胞免疫反應,降低感染、發病或重症的機會。
  4. 追加接種的意義:部分疫苗初次接種後免疫反應不足或會隨時間下降,追加劑可擴增記憶細胞、提高抗體量與親和力,使保護效果更穩定。

疫苗提供的是預先建立免疫記憶的機會,並不代表所有疫苗都能完全阻止感染;保護效果依疫苗種類、接種程序及個體免疫狀態而異。

(二)疫苗種類、優缺點與例子

疫苗種類製備與免疫特性優點缺點例子
活性減毒疫苗將病原體減毒,使其仍可有限度複製,但致病力大幅降低。能模擬自然感染,通常可同時誘發抗體與細胞免疫。免疫反應強、持久,部分疫苗少數劑即可產生良好保護。不適合嚴重免疫不全者;少數情況有恢復毒力或造成疾病的風險;保存與運送條件較嚴格。麻疹、腮腺炎、德國麻疹混合疫苗(MMR);口服小兒麻痺疫苗。
不活化(死菌/死病毒)疫苗以物理或化學方法使病原體失去複製能力,仍保留可被免疫系統辨認的抗原。不會在體內複製或恢復毒力,安全性較高,通常可用於免疫功能較弱者,但仍須依疫苗種類及個別狀況評估。免疫原性通常較弱,偏向誘發抗體反應;常需佐劑與多次接種或追加劑。注射型不活化小兒麻痺疫苗;A 型肝炎不活化疫苗。
類毒素疫苗將細菌外毒素處理成失去毒性的類毒素,保留可誘發抗體的抗原性。可誘發中和毒素的抗體,避免毒素造成疾病。
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第 三 題25 分

Coombs 及 Gell 將過敏反應(hypersensitivity)分為四種類型,其中第一型過敏反應最為常見。

(一) 請詳細說明第一型過敏反應之致病機轉。(15 分)

(二) 請寫出造成第一型過敏反應臨床疾病之媒介物質(mediator)的類別,並各舉二個例子說明其對於細胞或組織器官的作用。(10 分)

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核心觀念

第一型過敏反應又稱即時型過敏反應,由過敏原誘發的 IgE 抗體與肥大細胞、嗜鹼性球表面的高親和力 IgE 受體(FcεRI)參與。致病過程分為兩階段:致敏期使效應細胞表面帶有特異性 IgE;再次接觸過敏原時,過敏原交聯 IgE,誘發效應細胞活化、脫顆粒及發炎介質生成。

(一)第一型過敏反應之致病機轉

1. 初次接觸:致敏期

  1. 過敏原經皮膚、呼吸道或消化道進入人體,被抗原呈現細胞(以樹突細胞為主)攝取、處理,並呈現給初始 CD4⁺ T 細胞。
  2. 在遺傳體質、上皮細胞訊號及細胞激素等因素影響下,T 細胞分化為 Th2 細胞。Th2 細胞分泌 IL-4、IL-13 等細胞激素,促使 B 細胞進行抗體類別轉換,產生針對該過敏原的 IgE。
  3. IgE 的 Fc 端與肥大細胞、嗜鹼性球表面的 FcεRI 結合,使細胞進入已致敏狀態。此時通常尚未出現明顯急性症狀;後續再次接觸相同過敏原才容易引發反應。

2. 再次接觸:效應期

  1. 相同過敏原再次進入體內,與效應細胞表面兩個以上的特異性 IgE 結合,造成 FcεRI 交聯。
  2. 受體交聯引發細胞內訊號傳遞,使肥大細胞及嗜鹼性球活化,迅速脫顆粒,釋出預先儲存的介質;同時合成並分泌脂質介質與細胞激素。
  3. 介質作用於血管、平滑肌、腺體及發炎細胞,造成血管擴張、血管通透性增加、支氣管收縮、黏液分泌增加與發炎細胞募集,形成臨床症狀。

3. 反應時相與臨床表現

早期反應通常在數分鐘內出現,主要由組織胺、白三烯及前列腺素等介質造成,可見蕁麻疹、血管性水腫、過敏性鼻炎、氣喘或全身性過敏反應。

晚期反應約數小時後發生,與肥大細胞所分泌的細胞激素、趨化因子及嗜酸性球等發炎細胞浸潤有關,可造成持續性組織發炎與損傷,例如氣道黏膜水腫及氣道高反應性。

(二)第一型過敏反應的媒介物質及作用

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第 四 題25 分

(一) 何謂佐劑(adjuvant)?(7 分)

(二) 請列舉出四種佐劑,並寫出其成分與作用機轉。(12 分)

(三) 請舉出二種目前已經許可使用於人體疫苗的佐劑。(6 分)

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核心觀念

佐劑(adjuvant)是與疫苗抗原併用、用來增強或調節抗原特異性免疫反應的物質或製劑。佐劑本身通常不是疫苗的特異性抗原;它主要透過活化先天免疫、促進抗原攝取與呈現、招募免疫細胞,或延長抗原在注射部位的可利用時間,提升後續的適應性免疫反應。

佐劑可增強抗體反應,也可影響抗體類型、親和力及 T 細胞反應。不同佐劑的作用不盡相同,常以「成分/類型—作用機轉—免疫效果」作答。

解題方法

本題分成三個作答任務:

  1. 定義佐劑:說明它與抗原併用,以及增強或調節免疫反應的功能。
  2. 列舉四種佐劑:每種均交代主要成分與代表性作用機轉。
  3. 指出兩種用於人體疫苗的佐劑:選擇人體疫苗中已核准使用的代表,例如鋁鹽與 MF59。

機轉描述宜涵蓋抗原滯留、先天免疫活化、抗原呈現細胞募集或受體訊號等關鍵詞。須注意佐劑機轉可能有多個環節,不宜將單一機制寫成所有情況下唯一且完整的解釋。

(一)何謂佐劑?

佐劑是加入或與疫苗抗原共同施用,用以增強或調節該抗原所誘發免疫反應的物質或製劑。它可促進局部發炎與抗原呈現、提高抗原攝取,並增強抗體或 T 細胞反應,使疫苗產生較強或較持久的免疫效果。

(二)四種佐劑的成分與作用機轉

佐劑主要成分作用機轉
鋁鹽(alum)氫氧化鋁、磷酸鋁等鋁鹽顆粒可吸附或結合抗原,形成局部抗原儲存與釋放效果;並促進局部發炎、招募先天免疫細胞及抗原呈現細胞,增強抗原攝取與抗體反應。傳統上常描述為促進 Th2 型及體液免疫反應。
MF59以角鯊烯(squalene)為油相的水包油乳劑促使注射部位產生短暫的局部免疫活化環境,招募單核球、嗜中性球及樹突細胞等,增加抗原攝取、抗原呈現細胞活化與淋巴結內的免疫反應。
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