Martin F.Flajnik撰寫的關於適應性免疫學起源發展和功能《A cold-blooded view of adaptive immunity》一文，於2018年3月19日發表在nature reviews immunology (Nature系列綜述, 2018 IF: 41.982）。
下文是鄔長松老師對此篇綜述的譯文，點擊閱讀原文跳轉至個人博客：http://www.wuchangsong.com/
適應性免疫系統起源於5億年前的變溫(冷血)脊椎動物。傳統上，適應性免疫系統是由表達重組激活基因(Rag)依賴抗原受體的淋巴細胞和MHC組成的。這些特徵存在於所有下頜骨的脊椎動物中，包括軟骨和硬骨魚、兩棲動物和爬行動物，可能也存在於最古老的下顎脊椎動物，即滅絕的胎盤皮動物中。然而，隨著無頜魚類適應性免疫系統的發現，基於一組完全不同的抗原受體-可變淋巴細胞受體-t和b細胞的分叉，也許是先天樣淋巴細胞，可以追溯到所有脊椎動物的起源。本綜述探討比較免疫學的最新進展，促進我們對適應性免疫系統的起源和功能的理解。
大多數定義了免疫學領域的研究都是在哺乳動物身上進行的，特別是在老鼠和人類身上，而大部分規律和範式都是從這些模型中衍生出來的。然而，Janeway and Matzinger制定了一條新的法則，它說明適應性免疫的行為不是由外來，而是通過模式識別受體(PRRs)被外部或內部危險所激發的，它起源於果蠅黑腹鼠Toll-like receptors的研究。此外，50多年前，在鳥類法氏囊的研究中發現了兩個主要淋巴細胞亞群(B細胞和T細胞)的差異。為了了解適應性免疫的起源，我們必須了解變溫脊椎動物，以及脊椎動物的直接祖先—較低等的後口動物。在過去的十年裡，突破性的發現帶來了人們對適應性免疫起源的越來越多的認識，並提醒我們注意新的可能性。
了解免疫進化的一個方便的方法是將免疫系統劃分為隨著時間的推移而保守的部分，而不是那些變化迅速的部分，這是Jan Klein最初提出的想法。某些免疫特徵，如免疫球蛋白M(IgM)的結構和功能，以及胸腺、脾臟、常規αβT細胞受體(TCRs)和MHCⅡ類分子的存在，將在本綜述中較為詳細地描述，在幾乎所有的有顎類脊椎動物（gnathostomes）中都是高度保守的。相反，其他免疫成分，如IgD、γδTCR、自然殺傷受體(NKRs)和非經典的MHC分子都是可塑性的，在基因數目，結構域和功能上總是存在差異。記住這一標準為理解免疫系統的基礎提供了一個框架：保留經過驗證的事實，但允許進化上的快速變化與其他互補特徵，以對抗不斷變化的病原體（環境）。
在研究任何系統的進化時，人們都會合理地假設，兩個不同物種之間的共同特徵很可能存在於它們的共同祖先中。然而，一些類似的特徵可能是通過趨同進化得到的；例如，在無顎和有顎類脊椎動物中出現了兩組不同的抗原受體，以及鯊魚和駱駝中的單域免疫球蛋白可變區(V)區域的出現。我們也必須認識到，這是一個常見的嚴重錯誤，在圖中繪製代表性物種的速記方式並不意味著從較老的分類群衍生出來的物種是最近共同祖先衍生物種的祖先（Fig 1）。也就是說，兩個遠親(甚至近親)生物的共同祖先幾乎肯定與任何一個後代都有很大的不同。最後，某一系統的某些特性可能會在某些群體中消失，這是許多已被研究過的硬骨魚的情況，在所有脊椎動物類中也是如此。然而，記住所有這些進化屬性，，在所謂的進化『大爆炸』中，我們理所當然地認為顯著的適應性免疫特徵是早期的有顎類脊椎動物（gnathostomes）在相當短的一段時間內產生的，最有可能出現在滅絕的盾皮魚類（placoderms）（Fig 2）。
Fig 1
無頜魚有T細胞(both αβ and γδ T cells) 和B細胞，以及胸腺類似物，MHC被證明是難以找到的（Fig 1、2）。就像可變淋巴細胞受體(VLRs)，MHC可能是通過收斂演化在這個群體中產生的。每一組中黏膜適應性免疫是存在的和獨特的，如兩棲動物和硬骨魚的研究(和哺乳動物)。在亞分類群中發現軟骨魚、硬骨魚和兩棲動物顯示出區別整個脊椎動物門的特徵但也(在某些情況下)有著獨特的特徵（Fig 1）。免疫系統在硬骨魚類中非常突出，與脊椎動物的快速進化相一致，免疫系統在不同的類群中有著獨特的特徵，如MHC Ⅱ類系統的缺失和某些免疫球蛋白亞型的缺失。軟骨魚具有獨特的免疫球蛋白組織，使得抗原受體基因的出現具有新的功能。雖然NK細胞明顯存在於變溫動物，由於免疫系統的快速發展，識別NKRs變得非常困難。然而，與MHC相關的NKR基因已在所有脊椎動物中發現，顯示出MHC Ⅰ和NKRs早期相關性。在迄今研究的所有魚類和兩棲動物的MHC中都發現了編碼MHCⅠ類分子、免疫蛋白酶體和與抗原加工分子相關的轉運體(TAP)基因的古老譜系，但是在哺乳動物中，這個原型已經被一個在MHCⅠ類肽特異性不那麼嚴格的系統所取代。進化上的一大飛躍在兩棲動物中是明顯的，它們表現出典型的抗體類轉換，並且有一個IgG類(稱為IgY)，它參與典型的記憶免疫反應（Fig 2）。脊椎動物進化的最後一個重大進展是淋巴結的出現和哺乳動物生發中心的形成；變溫脊椎動物允許在濾泡樹突狀細胞(FDCs)出現之前進行免疫研究，而樹突狀細胞是哺乳動物affinity成熟的主要細胞。本綜述將深入研究適應性免疫的所有這些特性，重點討論引起所有免疫學家興趣的基本問題，並探討我們在未來十年中能夠和應該解決的問題。值得注意的是，溫血性是在低等脊椎動物的幾個分類群中發現的，但總的來說，它們的適應性免疫還沒有被檢測。在這裡，我將集中於魚類、兩棲類和爬行動物方面的大部分研究。
Fig 2
顎口類的抗體和TCRs是免疫球蛋白超家族（IgSF）的成員，來源於未知的前體。提出了一個通用模型，並在下面討論。相比之下，無頜魚VLRs屬於古老的富含亮氨酸的重複序列(LRR)受體家族，可能起源於（也是最相關的一種受體）血小板上表達的一種細胞表面受體。在淋巴細胞發育過程中，兩種抗原受體都可以產生很高水平的多樣性，但用於產生多樣性的基因重排機制則完全不同。
之前對體液免疫和細胞免疫進行的一些研究表明，無顎類具有適應性免疫，對不同的外來抗原和同種抗原有特異性的應答。然而，30多年來對抗體、TCRs和MHC分子的廣泛研究被證明是徒勞的，大多數比較免疫學家都認為，儘管早期進行了功能研究，但無顎類沒有適應性免疫系統存在。這一假設被Pancer和Cooper證明是不正確的，他們檢查了免疫了的七鰓鰻中淋巴細胞的轉錄組，並發現了大量含有不同數量內部重複序列的LRR蛋白（Fig 3）。這些含LRR的受體在淋巴細胞個體發生過程中被克隆表達並通過重排產生，並被命名為VLRs。第一個要研究的基因是VLRB，該基因在一組七鰓鰻淋巴細胞中表達。VLRB蛋白被糖基磷脂醯肌醇錨定在七鰓鰻剛形成的淋巴細胞表面，然後(通過未知的機制)在抗原刺激後以二聚體的五聚體形式分泌（Fig 3）。首先，人們認為刺激七鰓鰻淋巴細胞類似於哺乳動物的非T細胞依賴的免疫反應，即淋巴細胞上抗原受體的交聯，很可能通過PRR與另一個信號結合在一起，可能激活B細胞以誘導VLRB分泌。然而，令人驚訝的是，後來發現VLR基因位點第二次重排，VLRA基因位點由另一部分淋巴細胞表達，其轉錄組與有顎類T細胞相似。進一步分析發現，第三種抗原受體VLRC主要在上皮和黏膜中表達，因此無顎類T細胞似乎被分裂成兩個亞群，可能類似有顎類γδ 和 αβ細胞。
Fig 3
在所有的有顎類中發現多種抗體亞型。多年來，儘管在每個脊椎動物類中IgM有其獨特而耐人尋味的特徵，IgM一直被認為是原始抗體類。在哺乳動物中，IgM是一種與連接(J)鏈相關的五聚體。軟骨魚中的IgM有兩種形式：就像所有其他脊椎動物一樣，存在的一種多重形式，以及一種單體形式，在鯊魚抗原特異性反應中最常見，很可能是以T細胞依賴的方式產生的（請注意，雖然在所有其他脊椎動物中也發現了單聚IGM，但只有在軟骨魚中才發現它在免疫應答過程中具有重要的生理相關性）。硬骨魚類IgM的分泌形式是一種四聚體，而j鏈基因在這一組中已經丟失，因為它存在於古老的軟骨魚中。有趣的是，硬骨魚分泌的IgM中的二硫鍵的範圍是在抗原特異性反應的過程中修改的，這種親和力的成熟似乎是這類抗體所獨有的。此外，硬骨魚IgM的跨膜形式也是交替拼接的，因此由於未知的功能原因，它只有三個保守(C)結構域(而不是通常的四個)。總之，IgM是硬骨魚類中發現的主要血清抗體，是這些動物對常規抗原的反應；軟骨魚除了在適應性反應中使用IgM作為先天抗體類外，還在適應性免疫中使用其他抗體亞型；兩棲類IgM(據我們所知)的功能與其哺乳動物的同源基因非常相似。
IgD，長期以來被認為是脊椎動物中新發現的一種，實際上非常古老，它可以追溯到有顎類的起源，一種在軟骨魚中發現的同種異型，叫做IgW（Fig 3）。一種類似於IgD的免疫球蛋白在硬骨魚類中首先被發現，1998年之前，IgD只在一些哺乳動物中被發現，這是非常令人驚訝的。隨後，在兩棲動物屬非洲爪蟾（Xenopus）基因組資料庫中發現了IgD基因，並與哺乳動物一樣，通過IgM和IgD mRNA在新生B細胞中的選擇性剪接來表達。IgD、IgW在軟骨魚類的同源性也在肺魚（lungfish）中發現，並且在腔棘魚（coelacanths）中，它似乎是主要的同工型，這種著名的物種已經失去了IgM。最近有關硬骨魚類和人類的數據表明，IgD參與炎症反應，與嗜鹼性細胞上一個未知的Fc受體結合。與IgM相比，IgD在結構和功能上都有很大的可塑性；IgM在整個進化過程中是非常相似的，而IgD在C結構域的數目上(甚至在IgD本身的存在下)是高度可變的，在功能上可能與跨膜(大部分未知)和分泌(固有細胞武裝)的形式有關。
哺乳動物IgG在兩棲動物中以一種叫做IgY的同工型出現。IgY與免疫球蛋白類型轉換(CSR)同時出現。和IgM一樣，IgY重鏈有四個C域。哺乳動物IgG和IgE均與IgY共同祖先有關，IgE H鏈維持4個C結構域，而IgG H鏈失去CH2結構域。在非洲爪蟾中，向IgY的轉換及其表達完全依賴於T細胞，而哺乳動物所定義的典型B細胞記憶生成則出現在這一群體中。跨膜IgY和IgG的胞質尾都有一個新的信號基序，它有助於b細胞在記憶反應中的增殖爆發。除了T細胞依賴性外，對哺乳動物外IgY類轉換（見下文）的條件知之甚少。在熱帶非洲爪蟾（Xenopus tropicalis）基因組中發現了一種與IgY相關但缺乏兩個C-terminal結構域的同工型，稱為IgF，其功能尚不清楚。
在不同的脊椎動物類群中還出現了其他的「dead end」H鏈免疫球蛋白亞型，最近對它進行了較詳細的綜述，其功能尚未得到探索。黏膜同工型，如哺乳動物的經典IgA，描述如下。
與多年來的想法不同，輕鏈（L）分歧為κ 和 λ可追溯到有顎類的起源。在大多數的變溫動物中，有第三條原始性L鏈，σ，它在爬行動物中丟失。在某些分類群中存在著L鏈亞基，它們也是像H鏈一樣的dead ends，特別是在魚類中。在所有軟骨魚中，λ基因是『種系連接』，這使得我們能夠很好地分析鯊魚體內所有互補決定區(CDRs)的體細胞高突變(SHM)。在所有脊椎動物中，對某些H鏈異構體的L鏈偏好已被注意到，這是多重L鏈的一個潛在目的。另一種方法是，有人提出當與類似的H鏈配對時，不同的L鏈異構體可能允許不同的CDR構象。最後，如果L鏈提供了自激活受體，或者第一條L鏈基因重排是非生產性的，多重L鏈允許在H鏈正常工作的細胞中進行受體編輯。
一般來說，αβtcrs在進化過程中是非常保守的（Fig 1,2）。在技術上可行的情況下，胚胎或新生兒胸腺切除實驗表明，適應性免疫依賴於T細胞，包括高密度抗體、抗體轉換以及對同種異體移植和病毒感染的細胞免疫。在已研究的所有動物中，TCR多樣性相當高，除了在類似自然殺傷性T(NKT)細胞的研究中(見下文)。在某些硬骨魚類的測序中，發現大量的αβ TCRs參與了它們對抗原(如病毒)的反應。
在TCR發現的幾年中，人們發現了一種新的重組抗原受體，它沒有已知的功能，後來被命名為TCRγ。幾年後發現了它的夥伴TCRδ，γδ T細胞成為適應性免疫的犧牲品，直到現在我們才開始在分子水平上掌握它們對抗原的識別，至少對於涉及天然免疫的γδ T細胞來說是如此。在除硬骨魚(和胎盤哺乳動物)以外的所有變溫動物中，都有很大比例的TCRδ基因以免疫球蛋白V區H鏈(IgVH)作為識別元件(BOX 1)。免疫球蛋白H鏈(IgH)和TCRδ位點在幾種脊椎動物中的連鎖提示該基因來源於順式複製，長期以來人們都認識到TCRVδ 和 IgVH共享屬性，特別是大範圍的CDR3序列。IgH與TCRδ之間的關係是古老的，通過順式複製，在幾種脊椎動物中一直存在著將IgVH導入TCRδ位點。此外，從附近的免疫球蛋白簇中發現鯊魚IgM和IgW V片段與TCRδ多樣性(D)和J片段的轉換是高水平的。這些數據表明，很大比例的γδ T細胞以一種適應性的方式發揮作用，這在哺乳動物的幾項研究中得到了證實。目前尚需進一步研究變溫動物外胚層中γδ T細胞的適應性反應，這些工作才剛剛開始。這在軟骨魚類中尤其令人感興趣，因為TCRγ V基因已被明確地證明為高突變，類似於免疫球蛋白基因中檢測到的基因。
Unique adaptive immune features in ectotherms
1. 軟骨魚的免疫球蛋白重鏈(H)和輕鏈(L)基因存在於「cluster organization」中，變異(V)、多樣性(D)、連接(J)和保守(C)元素在每個簇中存在（Fig 3）。儘管如此，每個B細胞都表現出抗原受體排斥，即每個細胞僅表達1條H鏈。該組織允許不同類型的免疫球蛋白快速進化，包括一種稱為免疫球蛋白新抗原受體(IgNAR)的單域V區抗原受體，免疫球蛋白基因與T細胞受體(TCR)基因的密切關聯，以及已被「生殖系」連接起來的簇，並被認為在早期的個體遺傳學和成年時期具有獨特的功能。
2. 硬骨魚的一個譜系已經失去了MHCⅡ類基因、不變鏈和CD4分子，也就是說，很明顯，T輔助細胞發育所必需的所有成分都丟失了。鱈魚可能通過表達過多的非經典的MHCⅠ類基因來彌補，可能會選擇一個具有多個自然殺傷T(NKT)樣細胞的系統。
3. 兩棲動物經歷了蛻變，在這一轉變過程中，適應性免疫發生了廣泛的變化。末端脫氧核苷酸轉移酶(TDT)在幼蟲中不表達，因此免疫球蛋白和TCRs中的抗原受體連接缺乏N區，因此多樣性較低。此外，典型的MHCⅠ類基因表達也較低，而MHCⅡ類基因在蝌蚪(B細胞和抗原提呈細胞)和成體(所有淋巴細胞)中的表達也不同。變態後，第二波淋巴細胞迅速發育，現在有大量互補決定區3（CDR3）多樣性。一種有效的假設是，幼蟲的體液免疫是由CD4細胞調節的，但免疫球蛋白庫的多樣性較低；細胞免疫可能是NKT樣細胞的結構域。抑制細胞可能在變態時出現，以防止對新出現的成體特異性自身抗原的自身免疫反應。
4. 著名的腔棘魚基因組序列揭示了免疫球蛋白M（IgM）的喪失，是迄今為止唯一具有這一特徵的脊椎動物物種。IgW基因座可能已經取代了IgM的功能，但是功能研究很難進行，因為這些魚是稀有和/或瀕危物種。
5. 南極魚類免疫球蛋白顯示出明顯的選擇性，特別是在它們的鉸鏈區域，以便在極冷的溫度下保持分子的活性。與大多數哺乳動物不同，變溫動物具有與經典的MHCⅠ類、與抗原加工相關轉運子(TAP)和免疫蛋白酶體基因相關的血統。這些基因又不同於哺乳動物，與MHC II類基因緊密相連。蛋白酶體亞基-β8(PSMβ8)，但不包括PSMβ9或PSMβ10，與其在免疫蛋白酶體組織中的關鍵功能相一致。請注意，PSMβ8 and PSMβ11 (胸腺蛋白酶體的一部分)都是構成PSMβ5的同構體，這再次表明β-蛋白酶體環的這一成員扮演了關鍵角色。
6. 軟骨性魚類、兩棲類和腔棘皮類(以及古老哺乳動物和鳥類)的TCRδ鏈利用免疫球蛋白H鏈的V區，其基因位於TCR αδ位點。這種現象最早是在軟骨魚的IgNAR中發現的，不久後在袋類動物和其他物種中被發現為與δ鏈相關的單個V結構域或VH結構域。與γδ TCR功能的理論一致，這些發現表明許多脊椎動物的γδ T細胞具有適應性功能。
7. 在所有受檢的變溫動物中，B細胞都能吞噬顆粒和微生物。這一特徵也適用於哺乳動物的B1細胞，表明變溫動物B細胞和哺乳動物B1細胞之間以及B細胞和髓樣細胞之間存在著古老的聯繫。
8. 兩棲動物的數量正在減少，最好的研究發現了先天免疫機制和病原體對它們的抑制作用。然而，一些研究也暗示了適應性免疫機制，特別是MHC多態性，這些機制與乳糜菌的易感性或抗藥性有關。
9. 許多魚類和兩棲動物都是多倍體的，適應性免疫基因在進化過程中被迫變成二倍體(尤其是MHCⅠ類和MHCⅡ類基因)，這是幾十年來一個活躍的研究領域，並在基因組測序時代得到了振興。
10. 有人提出了一種關於鮭魚遷移回原孵化地產卵的免疫假說。在緊張的終末遷移過程中，幼稚的淋巴細胞被耗盡，而漿細胞卻倖免，很可能產生針對魚類最初接觸的病原體的抗體。
重組激活基因(RAGs)編碼的蛋白質被用來重排有顎類（gnathostomes）的所有抗原受體基因。RAG 1主要負責切割重組信號序列(RSSs)，並參與RSS識別，而RAG2則在基因重排過程中引導和配合RAG1。最近，一種包括RSSs（或至少末端倒置重複）、插入位點和基因的轉座子編碼RAG酶在一種叫做文昌魚（amphioxus）的較低的子宮內被發現(先於脊椎動物)。基因組中有幾個轉座子，系統發育分析表明，這些轉座子在這個物種和相關物種中仍然很活躍。此外，在幾個無脊椎動物物種中還發現了一種稱為Transib的轉座子，RAG1的催化核心，這表明這種轉座子是相當古老的。仍然存在的問題是，RAG2是原始轉座子的一部分，還是被招募來協助基因重排的基因組中的一個現有基因？請注意，這些RAGs並不用於無頜類（agnathans）的VLR基因重排(見下文)，但如上文所述，在先於脊椎動物祖先的後口動物（deuterostomes）基因組中，已經發現了類似於RAG 1和RAG 2的基因，這些基因的功能(如果有的話)是未知的。
2000年，在小鼠和人類中發現激活誘導的胞苷脫氨酶(AID)，是哺乳動物SHM和CSR所需的酶。不久之後，在所有的有顎類中都檢測到了AID，並在幾個物種中顯示出能夠在次級淋巴組織中進行突變和表達。SHM和CSR分別需要AID氨基和羧基端，因此硬骨魚這一明顯缺乏CSR的系統發育類群的AID能夠體外誘導CSR令人驚訝。一種可能是硬骨魚喪失了CSR的能力，因為軟骨魚基因的簇型組織，以前被認為不能進行CSR（Fig 1）。確實可以在不同的IgM集群之間以及IgW和IgM集群之間進行CSR。在鯊魚非編碼區沒有發現具有重複元件或靶區(r=腺嘌呤或鳥嘌呤，g=鳥嘌呤，y=胞嘧啶或胸腺嘧啶)基序的典型開關盒，因此，切換機制和與典型CSR的關係都是未知的。然而，在最古老的脊椎動物具有典型的適應性免疫預示著一個新的研究領域關於AID 和 CSR，這一發現令人興奮。
AID是載脂蛋白B mRNA編輯酶催化肽樣(APOBEC)家族的成員之一，第一次被發現是mRNA剪接的修飾劑。後來，其他APOBEC成員被證明參與病毒防禦和保護基因組免受逆轉錄病毒侵襲。APOBEC家族的兩個成員在七鰓鰻淋巴細胞中表達，一個在發育中的T細胞（胞苷脫氨酶1（CDA1））中，另一個在B細胞中表達（CDA2），這些酶可能是產生VLR多樣性所必需的。VLR基因通過VLR盒的同源性連接在一個稱為「copy choice」的過程中組裝。顯然，出現了兩種酶，一種用於T細胞的體細胞重排，另一種用於B細胞的體細胞重排，已經不需要對一種酶複合物進行複雜的調控，而這種複雜的調控是與在有顎類（gnathostome） T細胞和B細胞抗原受體基因上行使功能的RAG蛋白相關的。這些CDA酶在體外已被證明是突變體，CDA 1最近已被融合到一個用於體內誘變和基因敲除的crispr盒中。AID和相關分子的發現預示著適應性免疫、天然免疫和一般細胞內平衡的一次令人興奮的突破。例如，APOBEC家族也參與了反轉錄元素的掃描，即基因組的一般保護。這一領域還處於起步階段，通過比較的方法來確定APOBEC家族蛋白在非典型免疫過程中的作用是很有希望的。
MHC包括第一類、第二類和第三類區域，首次在軟骨魚中發現。在大多數物種中，經典的mhcⅠ類分子和mhcⅡ類分子的多態性水平很高。此外，非經典的MHCⅠ類基因也存在於所有檢測過的有顎類中，通常位於與MHC位點本身不同的區域(見下文)。
MHCⅡ類α和β鏈基因在幾乎所有的有顎類均有發現。通常，有兩個或三個同型，具有高度的多態性。與MHCⅠ類亞型相比，哺乳動物MHCⅡ類亞型的進化較慢，在變溫動物可檢測到MHCⅡ類亞型。DO分子在哺乳動物中是II類蛋白質，其通過DM分子調節肽與MHC II類分子的結合，在任何變溫動物中均未發現。事實上，DM基因首先出現在兩棲動物身上，在硬骨魚明顯缺乏，而且到目前為止，還沒有在軟骨魚中發現過DM基因。研究這些催化劑的缺乏如何影響多肽與MHCⅡ類分子的結合是很有意義的；在兩棲動物中MHCⅡ類分子的生物化學方面已經做了大量的工作，但在硬骨或軟骨魚類中所做的工作卻很少。然而，在所有變溫動物中都發現了不變鏈(這是MHCⅡ類分子穩定組裝所必需的)，與相應的MHCⅡ類相關不變鏈肽(CLIP)和預期的組織分布。
硬骨魚已經失去了MHCⅡ類系統，這首先出現在鱈魚（cod）中，後來又出現在其他物種中。人們早就知道，免疫後的鱈魚無法產生特定的抗體反應，從本質上說，對每種抗原產生相同的IgM抗體。生活方式如何影響MHC II類分子的缺乏已被推測 – 這些動物生活在冷水環境中，也許缺乏病原體壓力可能導致『use it or lose it』的情況。有人推測，鱈魚中大量的非經典MHCⅠ類分子可能以某種方式彌補了MHCⅡ類分子的缺失(Box1)，但其他含有MHCⅡ類分子的物種也擴增了MHCⅠ類基因。
經典的和非經典的MHCⅠ類在所有的冷血的有顎類中都有明顯的發現。經典的I類分子被其高水平的多態性，普遍存在的組織表達和定義的肽結合殘基所識別，這些殘基鎖定在結合肽的氨基和羧基末端。與哺乳動物不同的是，抗原處理的tap基因和免疫蛋白酶體(特別是蛋白酶體亞基-β8(PSMβ8))基因與MHC Ia基因密切相關，通常是在家系中(Box 1)。
Fig 4
胸腺存在於所有的有顎類，通常有典型的皮質和髓質組織。它可以從一個小葉到一個多葉甚至不連續的結構，取決於所觀察的物種或發育階段。此外，蛋白酶體亞基β11(PSMβ11; also known as B5T)和自身免疫調節劑(AIRE)在有顎類家族早期出現，這表明，在哺乳動物和早期下頜脊椎動物中，正向和負向選擇是以類似的方式發生的（Fig 1,2）。直到最近，人們還相信胸腺在無顎類中是不存在的，但隨著攜帶VLRA的T細胞的發現，這個問題被重新審視。原位探針δ配體(for the Notch receptor)和叉頭盒蛋白N1(FOXN 1)，這是一種轉錄因子，被證明是胸腺發育所必需的，它定義了幼蟲咽部的一種結構。與這些上皮細胞相關的是淋巴細胞表達VLRA（and in later studies, VLRC）和APOBEC家族酶CDA1，它們被認為是VLRA和VLRC重排過程中重要的分子。在無顎類中這一結構被命名為胸腺樣體，並被認為是胸腺的等價物。到目前為止，在無顎類中還沒有發現PSMβ11（實際上沒有專門的蛋白酶體成分）或AIRE基因，因此，進一步的研究為將T細胞和B細胞發育為不同的原代淋巴組織提供最初的理論基礎。文昌魚等後口動物鰓區的結構也表達FOXN 1和δ配體，因此，研究它們在淋巴細胞分化中的作用(如果有的話)是很有意義的。
只有溫血動物才有淋巴結、佩耶氏斑和生發中心，所有這些都依賴於細胞因子淋巴毒素的形成。然而，大多數的有顎類，在脾臟中確實會產生適應性的免疫反應，將抗原集中用於抗原特異性T細胞、B細胞和抗原提呈細胞(APCs)之間的相互作用。以軟骨魚類為代表，脾臟可分為紅髓和白髓，許多脊椎動物的B細胞也可分為分隔區（請注意，這種隔離結構已經在幾個硬骨魚和兩棲動物失去了）。在發育過程中，B細胞被趨化因子CXC-趨化因子配體13(CXCL 13)所吸引，該配體由脾臟血管表達，形成新生的白髓。在哺乳動物中(可能還有爬行動物)，B細胞移位至濾泡，T細胞包圍小動脈周圍的淋巴管鞘。在兩棲動物和魚類中，B細胞保持這種胚胎特徵(BOX 1)。有趣的是，在演化過程中，B細胞在T細胞區形成之前形成了分隔結構，這在經典評論文章中有廣泛的討論。
Fig 5
哺乳動物T輔助細胞表型分類在過去10年中從經典的Th1和Th2細胞範式擴展到包括Th17細胞、T濾泡輔助細胞(Tfh)、調節t細胞(Treg)和其他幾個t細胞亞群。雖然還需要做大量的工作來研究T細胞在變溫動物中的功能，但很可能在所有有顎類中都會發現這樣的表型（Fig 2）。
目前最令人興奮的免疫學研究領域之一是對先天樣淋巴細胞的研究，如NKT細胞、黏膜相關不變T細胞(MAIT)、B1細胞、邊緣區B細胞和先天淋巴樣細胞(ILCs)，包括NK細胞。對它們的進化的研究應該是一個新的優先事項，因為它誘人地提出，ILCs(特別是)可能早於攜帶抗原受體的淋巴細胞出現。
大多數免疫學家認為先天T細胞(NKT細胞和MAIT細胞)是哺乳動物進化後期的補充，類似於生發中心（Box 2）。當Robert和他的同事在兩棲動物屬非洲爪蟾中檢測到NKT樣細胞時，這種想法就被擱置了，這些細胞是XNC中的一個非經典MHCⅠ類分子所特有的。與哺乳動物NKT細胞一樣，蛙NKT細胞具有不變性的TCRα鏈，並具有效應細胞表型。非洲蟾蜍屬幼蟲表達低水平的經典MHCⅠ類分子，初步證據表明，幼蟲TCR庫主要由帶有這些不變體TCRα鏈的克隆組成。這項對兩棲動物的研究，以及爬行動物和鳥類CD1分子的鑑定，改變了NKT的出現模式。不僅NKT細胞在進化早期出現，而且有人提出，淋巴細胞數量較少的動物主要使用能迅速激發的T細胞，即在抗原受體刺激後能迅速進行到效應器功能，而且，並不是所有情況下都使用有利於克隆選擇的大型TCR資源。Robert的研究表明，NKT細胞將遍布脊椎動物亞門，因為如上所述，非經典的MHCⅠ類基因譜系存在於所有脊椎動物中。
Humoral immunity in the absence of germinal centres
過去50年的研究表明，總的來說，冷血脊椎動物的特異性抗體反應是低親和力的，隨著時間的推移不會成熟至哺乳動物體內的高水平抗體。在分子時代之前，這是由於在非哺乳動物中可能缺乏體細胞高突變。然而，在二十世紀九十年代早期，在軟骨魚類和兩棲類免疫球蛋白基因中發現了突變，最顯著的是在鯊魚抗原受體免疫球蛋白新抗原受體(IgNAR)基因中發現了突變。儘管如此，迄今為止，在任何變溫動物免疫研究中，親和力的增加都不超過100倍，儘管它們至少顯示出一定程度的選擇。正如本文所描述的，至少在兩棲動物的分類水平上，濾泡樹突狀細胞(FDC)並不存在，最近的研究表明，傳統的造血源性抗原提呈細胞刺激T細胞和B細胞。因此，FDC的出現為生發中心的發展提供了條件，也為高親和力成熟的產生提供了選擇環境。正如先前關於免疫球蛋白基因和功能進化的綜述中所描述的，激活誘導的胞苷脫氨酶(AID)的發現為淋巴組織的進化提供了一些見解，但隨著時間的推移，應更廣泛地用於研究淋巴組織中的適應性反應。此外，這種無顎魚顯然沒有次級淋巴器官，因此細胞與抗原接觸和相互作用的位置尚不清楚；載脂蛋白b mRNA編輯酶、催化多肽樣(APOBEC)家族成員參與了多樣性的產生和可能的突變。
NK細胞功能已在所有脊椎動物種類中檢測到，但很難識別其受體(注意，在1990年代對哺乳動物的研究中也是如此)。由於靈長類動物和嚙齒類動物甚至不使用相同的基因家族來編碼它們的主要NKRs，所以NKRs的進化速度非常快，這一點多年來一直很清楚。這種快速的進化速率使得在變溫動物中很難檢測到NKRs。在兩棲動物和魚類中已經檢測到NKR樣IgSF蛋白的大基因家族，但在大多數情況下，它們在NK細胞識別中的作用本身還沒有確定，許多無疑還有其他功能。相反，很明顯，魚類和兩棲動物體內有淋巴細胞，如切除胸腺的動物和沒有攜帶任何類型的TCRs的動物，這些細胞仍然能夠誘導細胞溶解。未來的挑戰將是將這些受體與特定的細胞功能連接起來。
如上文所述，MHC可以同時容納IgSF和C型凝集素家族的NKRs(Fig 4)，根據研究的分類單元而定。鳥類有兩種C型凝集素NKRs，它們在MHC中與哺乳動物NKRs有親緣關係(甚至是同源)。NK細胞p30相關蛋白(NKp30; also known as NCR3)是一種特殊的IgSF成員，可映射到人類的MHC，是有顎類最保守的NKR，也存在於軟骨魚類中。兩棲動物在MHC的Ⅲ類區域(稱為XMIV)中具有NKp30的直接同源性，而NKp30在MHC之外易位，並在另一個染色體的端粒上擴展。NKp30，B7同系物6(B7H6; also known as NCR3LG1)的配體也存在於軟骨魚中；有趣的是，在NKp30已經丟失的物種中，B7H6也丟失了；相反，當NKp30基因被擴展時，B7H6基因也被擴展。一般來說，除了人類和齧齒目動物以外的物種還沒有對ILCs進行任何詳細的檢查。已經檢測到不攜帶抗原受體的七鰓鰻淋巴細胞，它們是NK細胞和其他ILCs的候選細胞。
Fig 6
在比較免疫學領域必須解決幾個主要問題（Box 3），這裡已經談到了這些問題。無頜魚類適應系統的發現提供了許多有趣的問題包括胸腺的原始作用（被選中或隔離？），淋巴細胞起源（ILCs或抗原受體攜帶細胞？），IgSF抗原受體的出現（以什麼形式出現？），以及原MHC在VLRA(T細胞樣)淋巴細胞中的作用（趨同？）。特別是對於後者，對缺乏黏膜次級淋巴組織的動物進行這一系統的研究可能為理解高度複雜的哺乳動物腸相關淋巴組織提供一個有用的框架。APOBEC家族的進化我們剛剛理解點皮毛。毫無疑問，未來對冷血脊椎動物免疫的研究將使我們感到驚訝，更重要的是，我們將繼續改變我們對適應性免疫系統的看法。
Key questions for evolutionary immunologists
淋巴細胞發育的轉錄網絡是在適應性免疫出現之前建立的。這個系統是依賴於先天淋巴細胞樣(ILC)過程，還是經典淋巴細胞首先出現，然後失去抗原受體？注意，適應性細胞因子，包括IL-2、IL-4、IFN-γ等，到目前為止，只在有顎類中發現。
1. 含有免疫球蛋白超家族(IgSF)和亮氨酸豐富重複序列(LRR)結構域的抗原受體是否共存於一個共同的祖先？是什麼推動了新系統的出現？最初的免疫球蛋白和T細胞受體功能系統最初是基於載脂蛋白B mRNA編輯酶、催化多肽樣蛋白(APOBEC)家族（基於突變的）、然後被基於重組激活基因(Rag)系統(即基於重排)的系統所取代？其他APOBEC家族成員是如何在整個變溫動物系中發揮作用的呢？
2. 原MHC基因編碼的IgSF家族成員是否與被Rag轉座子侵入的前體基因密切相關，成為原始抗原受體？在由MHC基因編碼的抗原受體(VJ型)中發現了這種特定類型的IgSF成員的基因，它們是與這一祖先相關的良好候選基因。
3. 體細胞超突變、種類轉換重組和T-B細胞協同作用在變溫動物生發中心出現之前明顯存在。濾泡樹突狀細胞是如何和為什麼在選擇高親和力抗體的過程中被植入這個系統的？傳統的樹突狀細胞真的是「雙重任務」向T和B細胞呈遞抗原嗎？
4. 哺乳動物的B1細胞和所有變溫動物常規B細胞均具有吞噬能力。這是否意味著髓系和淋巴系之間存在著古老的聯繫，這種機制在冷血和溫血脊椎動物的生理上有什麼用處？
5. 七鰓鰻T細胞是如何識別抗原的？是否有外來抗原的收縮肽識別，還是有一個完全不同的機制？
6. 為什麼胸腺會進化？如果無顎類胸腺樣體是一種模型，也許有顎類胸腺的出現不是為了胸腺的正向或負向選擇，而是為了使發育中的T細胞遠離B細胞發育的微環境(就像骨髓)。它(可能)意味著，一旦獲得了T細胞發育的隔離環境，就會出現複雜的正負選擇機制，這可能與T細胞對肽-MHC複合物的識別有關。
7. 在翻譯方面，可變淋巴細胞受體和鯊魚單抗是診斷和/或治療性抗體的新平臺。無顎類和/或軟骨魚類與人類之間的巨大系統發育距離允許對人類靶標上進化保守的表位產生免疫反應。這些反應物在我們的藥庫中證明有多大用處？
8. 從技術上講，用於基因敲除和突變研究的CRISPR技術的出現將使變溫模式生物的基本免疫學取得迅速進展。此外，新一代全基因組和轉錄組的測序以及蛋白質組的快速發展，至少在某些方面可以在許多研究中避免對模型生物體的要求。
9. 對非哺乳脊椎動物的研究是否會提醒整個免疫學領域γδ T細胞的適應性免疫潛力？我們如何設計實驗來了解這些細胞如何識別在所有脊椎動物中的天然抗原？
10. 小鼠和人類的黏膜免疫可能是完全不同的。變溫動物的研究如何進一步了解黏膜免疫系統中最基本、最保守的成分？
11. 許多年前，抑制細胞暗示出現在兩棲動物蛻變期，以抑制對成蟲特異性抗原的任何反應。現在的技術可以用許多新的資源重新審視這一提議。
12. 外周來源的調節性T(Treg)細胞真的是作為調節胎盤哺乳動物父系特異性免疫的細胞亞群出現的嗎？也就是說，變溫脊椎動物(和鳥類)是否只有胸腺來源的Treg細胞？
13. 動物的生活方式在檢查適應性免疫時顯然很重要。除了鱈魚和南極魚外，還有許多其他種類的硬骨魚和軟骨魚生活在不同的環境中，應該加以研究。
14. 哪一類先出現：MHCⅠ類還是MHCⅡ類？對於MHCⅠ類，經典分子還是非經典分子先出現？MHCⅠ類分子的可塑性表明它們是原始分子，而MHCⅡ類分子的熱力學穩定性是它們早出現的證據。類似地，CD4和CD8不是來自最近的共同祖先，所以它們識別MHC分子的共同選擇是獨立的。哪個是第一位的？
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