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1、医学免疫学,参考教材,基础免疫学,免疫生物学 分子免疫学 免疫遗传学 免疫病理学,血液免疫学 肿瘤免疫学 移植免疫学 生殖免疫学,临床免疫学,免疫学(immunology) 研究机体免疫系统结构和功能、免疫相关疾病发生机制、免疫学诊断和防治措施的独立学科。,免疫的概念（Concept of immunity）,传统概念：免疫指抵御传染病的能力 现代概念：是指机体识别并排除 “非己”物质所产生的 生物学效应，是一种生理性防御功能。其作用 是维持机体内环境的平衡和稳定,正常情况下 对机体是有利的,但在一定条件下也可以有害。,免疫功能,免疫系统的组成,人体免疫器官,免疫细胞,免疫应答的种类,固有免疫
2、(天然免疫/非特异性免疫) Innate Immunity(natural/nonspecific) 适应性免疫(获得性免疫/特异性免疫） Adaptive Immunity(acquired/specific）,固有免疫（Innate Immunity）,概念:生物在长期种系进化过程中逐渐形成的防御功能 经遗传而获得,并非针对特定抗原,属天然免疫。 (第一道防线) 特点: 与生具有; 非特异性；无记忆性；作用迅速。 包括：物理屏障：皮肤粘膜屏障、血脑屏障、血胎屏障 化学屏障：溶菌酶、抗菌肽、补体、细胞因子等 细胞屏障： M 、DC、NK、粒细胞等 抗原识别方式：PRRPAMP,适应性免疫（A
3、daptive Immunity）,概念: 个体发育过程中接触特定抗原后产生, 仅针对该 特定抗原而发生反应. 特点: 特异性; 耐受性; 记忆性 效应细胞: T细胞（介导细胞免疫应答） B细胞（介导体液免疫应答） 抗原识别方式：TCR/BCR-抗原肽 分为三阶段：识别阶段、 活化增殖阶段 效应阶段,固有免疫与适应性免疫,病毒感染过程中主要抗病毒的细胞与分子的变化,适应性免疫应答,体液免疫应答和细胞免疫应答,免疫记忆：初次应答和再次应答,固有免疫和适应性免疫之间的关系,固有免疫是适应性免疫应答启动的前提 协助适应性免疫应答产物发挥效应 抗体是固有免疫系统的 “眼睛” Antibody Comp
4、lement lysis of target cell Mf NK: ADCC 适应性免疫细胞与固有免疫细胞之间的协同作用 固有免疫与适应性免疫的时间互补,抗原（Antigen）,抗原(Ag):是一类能刺激机体免疫系统产生特异性 免疫应答;并能与相应的免疫应答产物(抗 体和/或效应淋巴细胞)在体内或体外特异 性结合的物质。 两种特性：免疫原性（Immunogenicity) 抗原性/反应原性 (Antigenicity),抗原是机体免疫应答的启动因素,半抗原(Hapten)：,只具有反应原性而无免疫原性的抗原物质 如：某些激素、小分子药物等,Haptens are valuable resea
5、rch and diagnostic tools,DNP： dinitrophenyl（二硝基氟苯）,抗原的特异性,指抗原与其受体（T细胞受体和B细胞受体）或免疫应答产物抗体专一结合的性质。,抗原的特异性决定了适应性免疫应答的特异性。,不同抗原活化不同的T或B细胞克隆，产生特异性免疫应答,抗原识别： 抗体 BCR TCR MHC,抗原表位决定抗原的特异性,抗原表位(Epitope/Antigenic determinant),抗原分子中决定抗原特异性的特殊化学基团,其性质、数目、位置和空间构象决定着抗原的特异性。,表位类型,T细胞对抗原的识别,T细胞只能识别被APC加工处理的抗原,被TCR识别
6、的抗原表位。 特点：1.为线性表位 2.存在于抗原分子的任何部位 3.需经抗原递呈细胞(APC)加工处理,与MHC结合。 4. 被TCR识别的肽段。,T细胞表位和B细胞表位,(T and B cell epitopes),T细胞表位：,B 细胞表位：被BCR识别的抗原表位。,特点：1. 存在于抗原分子表面或转折处 2.具有构象依赖性，为构象表位或线性表位。 3.无需与MHC结合可直接被BCR识别。,T细胞表位与B细胞表位的特性比较,抗原的种类及医学上的重要抗原,免疫原、半抗原、耐受原、变应原 蛋白质, 多糖, 核酸、脂类抗原等 根据诱生抗体时是否需Th细胞参与分类 根据Ag与机体的亲缘关系分类
7、,现代社会中最常见的变应原,Dust mites,Pollens,Sugi pollens are the dominant outdoor antigen.,In “bio-deprived” indoor space, mites become the dominant antigen.,根据Ag与机体的亲缘关系分类,异种抗原(xenoantigen) 同种异型抗原(alloantigen) 自身抗原(autoantigen) 异嗜性抗原(heterophil antigen),同种异型抗原(alloantigen),ABO血型抗原 Rh血型抗原 组织相容性抗原（HLA抗原）,同一种属不同
8、个体间存在的特异性抗原,隐蔽的自身抗原 such as：brain, corneal tissue, sperm, thyroid globulin. 自身抗原的改变,自身抗原(autoantigen),存在于人、动物、植物及微生物等 不同物种间的共同抗原。 如：链球菌与人肾小球基底膜及心肌内膜 大肠埃希菌86含人类血型物质。,医学意义： 是引起免疫病理损伤的物质基础。 借助异嗜性抗原辅助临床诊断,异嗜性抗原 (heterophil antigen),免疫球蛋白/抗体 Antibody,Kabat and Tiselius - 1938,Injected a rabbit w/ ova,Abs
9、orbed Serum w/ ova Ag.,Before,After,Result: g fraction is responsible for immune protection,免疫球蛋白在体内存在的两种形式,膜型(membrane Ig, mIg)：BCR 分泌型（Secreted /Soluble antibody ）,Ig分子的结构（structure）,“Y”字型的四肽链,两 条完全相同的重链(H) 和两条完全相同的轻 链(L)通过二硫键连接而 成。,H链:约450550氨基酸,L链:约210氨基酸,高变区(HVR):VH和VL各有3个氨基酸组成和排列顺序高度可变的区 域. 又称
10、互补结合区（CDR） 骨架区（framework region),Binding of an antigen by an antibody. This model of a globular protein antigen (hen egg lysozyme) bound to an antibody molecule shows how the antigen-binding site can accommodate soluble macromolecules in their native (folded) conformation. The heavy chains of the an
11、tibody are colored red, the light chains are yellow, and the antigen is colored blue. (Courtesy of Dr. Dan Vaughn, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York.) A view of the interacting surfaces of hen egg lysozyme (in green) and an Fab fragment of a monoclonal anti-hen egg lysozyme
12、 antibody (VH in blue and VL in yellow) is provided. The residues of hen egg lysozyme and of the Fab fragment that interact with one another are shown in red. A critical glutamine residue on lysozyme (in magenta) fits into a “cleft“ in the antibody. (This figure is based on Figure 3B and reprinted w
13、ith permission from Amit AG, RA Mariuzza, SE Phillips, and RJ Poljak. Three dimensional structure of an antigen antibody complex at 2.8A resolution. Science 233, 747-753, 1986. Copyright 1986,免疫球蛋白的分类: IgG, IgD, IgE, IgM, IgA 分型：k, l,CH1CH2之间，富含脯氨酸 赋予Ig柔性，使Ig两臂可伸展弯曲,利于与抗原结合（flexibility, enabling the
14、 2 arms to move relatively freely IgM和IgE无铰链区,3.铰链区(hinge),4.J链和分泌片(SP),J链（Joining chain）: 借二硫键连接到链或链。 facilitate the polymerization of IgA and IgM 分泌片(secretory piece,SP) 由粘膜上皮细胞合成分泌,结合到二聚体上.抗蛋白水解酶,保护SIgA铰链区。,IgA, IgD, IgG IgE, IgM,CH1 Hinge CH2 CH3,CH1 CH2 CH3 CH4,三、功能域及其功能,VL VH:抗原结合部位. CL CH1:具有
15、部分同种型和同种异型的遗传标记. CH2:补体结合位点,通过胎盘(IgG). CH3:结合细胞FcR(IgG),活化补体(IgM). CH4:结合细胞FcR(IgE). 铰链区:可使Ig自由转动 和伸展.,五、抗体的生物学功能,免疫病理损伤,I型超敏反应,各类Igs的生物学特性与功能 Characteristics and Functions of Igs,（一）IgG的特性及功能,1.血清中含量最高 2.是再次应答的主要抗体。具有抗菌、抗病毒、抗毒素作用,起主力免疫作用。 3.激活补体 4.通过胎盘 5.结合细胞,介导调理作用和ADCC效应 6.某些自身抗体IgG可引起II、III型超敏反应
16、,（二）IgM的特性与功能: 1. 五聚体, 巨球蛋白, 是初次应答的主要Ig。,5. 天然血型抗体属于IgM; 6. 在B细胞表面起抗原受体作用(mIgM); 7. 某些自身抗体IgM, 可引起型超敏反应,2. 早期抗菌、抗病毒、抗毒素抗体, 起先锋免疫作用; 3. 活化补体比IgG强大; 4. 不能通过胎盘, 若脐血中检出IgM,提示宫内有感染;, IgA的特性与功能,血清型IgA:单体, 出生后4-6个月合成, 占血清总Ig的 10%, 半衰期约56天, 可介导调理作用和ADCC效应。 分泌型IgA(SIgA): 二聚体, 分布于初乳、唾液、泪液、胃 肠液、气管分泌液等外分泌液中, 参与
17、粘膜局部免疫。, IgD IgD有血清型和膜结合型，血清型功能目前尚不完全清楚，浓度很低（0.03mg/ml)。膜结合型表达于成熟的B细胞表面，是B细胞分化发育成熟的标志。, IgE 为单体，正常血清浓度极低, 为50ng/ml。为亲细胞抗体，介导I型超敏反应。,同种型(isotype):同一种属内所有个体某一型别Ig所共有的抗原特异性标记.位于CH和CL上。 同种异型(allotype):同一种属不同个体间的Ig抗原性的不同.可作为个体遗传标记.位于Ig的恒定区。 独特型(idiotype):是指存在于Ig分子V区上的抗原特异性.,Ig的抗原性(Serum types),同一种属内所有个体某
18、一型别Ig所共有的抗原特异性标记.位于CH和CL上。,同种型(isotype):,同一种属不同个体间的Ig抗原性的不同，可作为个体遗传标记，位于Ig的恒定区。,同种异型(allotype),是指存在于Ig分子V区上的抗原特异性.,独特型（idiotype）,（1）抗原刺激机体产生特异性抗 体Ab1 （2）Ab1在体内的数量大时， 可作为抗原诱发抗独特型 抗体Ab2的产生,抗独特型抗体和独特型网络,（3）Ab2可分为Ab2a，Ab2b。其中Ab2a是抗Ab1V区 骨架部分； Ab2b是抗Ab1V区CDR部分，又称抗 原内影像(internal image)。 （4）独特型网络：抗原Ab1-Ab2
19、-Ab3-,Ab2a,Ab2b,B细胞通过BCR识别自然界中不同的抗原，从而产生针对不同抗原的抗体。 每一个B细胞克隆只能产生一种抗原特异性的抗体 B细胞何以产生识别自然界中天文数量级的抗原（101012）的抗体？ B细胞在发育分化成熟之前其基因组中就 应该包含所有的信息，怎样做到的？,免疫球蛋白多样性的分子基础,1978, S. Tonegawa（利根川进）提出了抗体产生的基 因重排理论，并因此项伟大的发现独获1987年诺贝尔医 学奖。 发现产生抗体的细胞中Ig的重链、轻链是由不同基因编 码的，且基因结构与表达程序与其它普通基因不一样。 Ig基因在B细胞发育分化过程中发生重 排，是抗体多样
20、性的分子基础。,Ig的基因重排理论,Ig 基因以基因簇的形式存在,Ig基因重排：指B细胞在发育过程中在DNA水平对Ig基因 V、(D)、J基因片段进行随机的重排,IGH基因群包括95个V（50个是功能基因）、23个D、6个J以及以及9个C基因片段。其中23个D片段位于V、J片段之间。IGHC基因按照如下顺序排列：IGHM、IGHD、IGHG3、IGHG1、IGHA1、IGHG2、IGHG4、IGHE、IGHA2。IGL基因组包括60个V（30个是功能基因，）、7个J基因片段和7个C区基因（3个假基因）。人IGK基因群包括90个V（60个功能基因）、5个J基因片段和1个C区基因。,人Ig基因片段
21、,V、D和J基因片段两端的重排信号序列按图中所示方式组成，以保证V、（D）、J之间的正确重排。,一个IGHD（如IGHD2）和一个IGHJ （如IGHJ2）基因片段通过其两侧的23bp-RSS和12bp-RSS被拉拢在一起。它们之间的DNA片段形成环状并被剪除，IGHD2和IGHJ2之间被修复酶连接在一起。,B细胞的分化、发育,成熟的B细胞同时表达mIgM和mIgD，此过程通过mRNA不同的剪切方式获得。,抗体分子多样性产生的分子基础,1. Ig基因V、D、J基因片段随机重排组合 2. 在V-D、D-J、及V-J的连接过程中，常发生接头处核苷酸丢失或插入的现象，增加VDJ的多样性。 3. 体细
22、胞的高频突变,抗体分子多样性产生的分子基础,多克隆抗体 单克隆抗体 基因工程抗体,人工制备抗体（preparation of antibody),克隆(Clone)：是指由一个祖先细胞经分化、增埴所产生的遗传性状完全相同的细胞系或细胞群。 多克隆抗体（polyclonal antibody pAg）：由多个B细胞克隆产生的针对多种不同抗原表位的抗体的混合物。 单克隆抗体(Monoclonal antibody McAb)：由单一B细胞克隆针对某一特定抗原表位所产生的,只能与该抗原表位结合的均一特异性Ab。,抗体形成细胞骨髓瘤细胞杂交瘤细胞 McAb,特点：高度均一、高度特异性、可持续稳定生产,
23、基因工程抗体,是通过DNA重组和蛋白质工程技术，在基因水平上对Ig分子进行切割、拼接或修饰，重新组装成新型的抗体分子。又称重组抗体 。,定义：,基因工程抗体技术的方向：,将鼠源抗体人源化 对抗体的功能加以改进，使其可用于临床治疗,基因工程抗体的种类,人-鼠嵌合抗体、改型抗体、人源抗体、小分子抗体（ Fab片段、单链抗体、Fv片段）等 。,单链抗体,多功能抗体,免疫毒素（抗体偶联物） 毒素、放射性同位素、化疗药物、细胞因子 双功能抗体 肿瘤抗原、CD3,单克隆抗体的临床应用,Diagnostic Applications -诊断抗体 Therapeutic Applications -Trans
24、plant rejection 抗CD3、IL-2R单抗 -Cardiovascular disease -Cancer -Infectious Diseases -Inflammatory disease 抗RSV（呼吸道合胞病毒）抗体 - Autoimmune disease：抗CD2、LFA-1抗体 Clinical Applications -Purification of drugs, Imaging the target,截止2009年，美国FDA批准生产用于临床治疗的单克隆 抗体有32种。我国SFDA已批准上市的有11种抗体药物,抗体药物的主要作用机制,靶向载体作用：利用抗体靶向
25、性强，特异性好的优点，将抗体标记毒素、放射性核素或者化学药物，进入体内后特异性杀伤靶细胞。 免疫应答作用：直接用抗体本身具有的ADCC、CDC效应杀伤靶细胞 靶点封闭作用：用抗体作为拮抗剂，封闭靶抗原（受体）的功能表位，阻断其效应。IL-2R和VEGFR抗体。 抗体的中和作用：用抗体与靶抗原（配体）的结合，阻断功能效应的发挥。TNF-a抗体 信号转导作用：阻断信号传递，从而影响靶细胞的生存。HER-2抗体 免疫调节作用：利用针对免疫细胞的抗体，起到免疫调节的作用。CD3抗体,临床用抗体药物,Anti-molecule on the surface of cells antibody Anti-
26、cytokines monoclonal antibody Monoclonal antibodies coupled with toxic agent. (抗体导向药物),Anti-CD20 antibodies：Rituximab, Zevalin, Bexxar 治疗恶性B细胞淋巴瘤 Anti-CD3 antibodies: Othoclone (OKT3) 用于临床急性心、肝、肾及骨髓移植排斥反应的治疗 Anti-Her-2 antibodies: Her-2/neu 治疗乳腺癌,The Complement System （补体系统）,一、概述（Introduction）,补体系统（
27、Complement system）: 由30多种蛋白质组成,广泛存在于血清、组织液 和细胞膜表面. 被激活后具有调理吞噬、溶解细胞、介导炎症、调节免疫应答和清除免疫复合物等生物学功能。,补体激活:,三条激活途径 激活后具有效应 级联酶解反应,补体系统的组成(Component of complement system),1. 补体固有成分:,经典激活途径(Classic pathway)组分: C1、C4、C2、C3 旁路激活途径(Alternative pathway)组分: Factor B/D/P (Bf、Df、Pf)、C3 MBL途径(Lectin pathway)组分: MBL、M
28、BL相关丝氨酸蛋白酶(MASP)、C3 共同末端反应(Common terminal reaction)组分: C5、C6、C7、C8、C9,2. 补体调节蛋白: 3. 补体受体: CR15, C3a/C4a/C5a receptor,血浆可溶性调节蛋白: H因子、I因子、C1INH、C4bp、S蛋白 膜结合调节蛋白:衰变加速因子(DAF) 膜辅助蛋白（MCP）、CD59等,补体的理化性质,Are synthesized by liver hepatocytes, blood monocytes, tissue macrophage and epithelial cells of the ga
29、strointestinal and genitourinary. Complement components are glycoproteins, concentration of complement is relatively stable. Belong to globulin protein,constitute 5% of the serum globulin fraction. Most of complement components circulate in the serum in functional inactive forms as proenzymes. Compl
30、ement is not stable, The activity is inactivated by heating serum at 56 for 30 minutes.,二、补体的激活途径（Complement Activation）,经典途径,激活物: Antigen-antibody complex, IgM, IgG1/2/3 参与成分: C1C9 过程: Recognize phase（识别阶段） Activate phase（活化阶段） Membrane attack phase（膜攻击阶段）,旁路途径（Alternative pathway）,1、激活物： 细菌、内毒素、酵母
31、多糖、葡聚糖等 2、参与成分： C3、B因子、D因子、P因子,识别自己和非己,激活顺序: 细菌(多糖成分)提供反应表面 C3b、Bf、Df参与 C3转化酶和C5转化酶；,C3b放大效应(正反馈)：,C3,C3b C3a,B因子,C3bB,D因子,旁路途径,1、激活物: 病原微生物表面的糖成分 2、参与成分: MASP2、 MASP1、C4、C2、C3，C59。,Mannose-binding lectin（MBL）pathway 甘露聚糖结合凝集素途径,Mannose-binding lectin pathway,C4,C2,C4b2a is C3 convertase; it will le
32、ad to the generation of C5 convertase,MASP,MASP2,补体活化共同的末端效应,The three complement pathway converge at the menbrane-attack complex,三、补体的生物学作用,溶菌、杀菌和细胞毒作用 介导调理作用 介导炎症反应 促进免疫复合物被清除 免疫调节作用,溶解靶细胞及溶菌、溶解病毒作用,调理作用（Opsonization）: 促进吞噬细胞对靶细胞的吞噬、杀伤作用,免疫粘附/清除(Immune clearance),激肽样作用(C2b): C2b能引起局部炎症充血和水肿。 过敏毒素(
33、C3a,C5a): C3a和C5a被称为过敏毒素(anaphylatoxin), 可使肥大细胞、嗜碱性粒细胞释放组胺等。 趋化因子(C3a,C5a,C567): C5a对中性粒细胞等有很强趋化作用,使其活化,移居至 感染部位发挥吞噬作用.,介导、参与炎症反应（ inflammation response ）,三、补体活化的调控(Regulation), 补体活性片段发生自发性衰变； 控制补体活化的启动； 血浆和细胞膜表面多种补体调节蛋白，控制级 联酶促反应过程中酶活性和MAC组装等关键步 骤而发挥调节作用。,Regulation of classical and MBL pathway,1.
34、C1 inhibitor(C1Inh),抑制C1r/C1s和MASP活性，阻断C4b2a形成,2. CR1、C4结合蛋白（C4bBP）、Factor I,3. 膜辅助蛋白（MCP/CD46）和衰变加速因子（ DAF / CD55）,均表达于自身细胞如外周血细胞、上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞表面，保护宿主细胞免遭补体介导的溶解作用。,MCP：与C3b结合，辅助、 促进I因子裂解灭活C3b,Decay-accelerating factor (DAF),DAF：抑制宿主细胞表面C3，C5转化酶组装和效应,经 典 途 径 的 调 节,IgM/IgG 的复合物,C1q : r : s,C1q,C1r
35、 : s,C1-INH,C4,C4b + C2,C4a,C2a,C4b2b,C3,C3b,C3a,C4c +C4d,C2b,DAF, C4BP + I,Ca+,Mg+,Ca+,CR1,MCP or factor H prevents binding of C3b and Factor B. Inhibitor-bound C3b is cleaved by factor I.,Regulation of alternative pathway,Regulation of alternative pathway,Factor H,S protein ：阻止C5b67插入细胞脂质双层膜。 膜反应性
36、溶破抑制物(MIRL/ CD59):广泛表达于多种组织细胞和血细胞表面。阻止MAC的组装 同源限制因子 (HRF) ：表达于外周血细胞表面，与C8结合，抑制补体介导的溶血。,补体激活末端通路的调节,补体受体 ( Complement Receptor CR),Many cells express one or more membrane receptors for complement products, and CR is essential because the majority of the effects of complement are mediated through thes
37、e molecules.,1. CR1 （C3b/C4bR、CD35） ligand: C3b、C4b Expressed cell: erythrocytes and leukocytes Function: Inhibit complement activation, assist factor I to degrade C3b or C4b Opsonization Clearance of immune-complex Immune regulation,补体受体( Complement Receptor，CR),2. CR2 （ C3dR，CD21 ） ligand: C3b的裂解片
38、段（iC3b, C3d and C3dg） Expressed cell: B Lymphcyte、DC、鼻咽部上皮细胞 Function: Co-receptor of B cell Specific receptor of EB virus,B Cell Co-Receptor Complex,CD19,Enhances B Cell Signalling,3. CR3 and CR4（ iC3bR、CD11b/CD18） Ligand: iC3b Expressed cell: mononuclear phagocytes, neutrophils, NK cells and mast
39、cells Function: 介导被iC3b包被的微生物或颗粒与吞噬细胞粘附，从而促 进吞噬作用，促进趋化作用,4. C3aR and C5aR Ligand: C3a, C5a Expressed cell: C3aR: eosinophils, basophiles, neutrophils, C5aR: all leukocytes and mast cells Function: behave like chemokine. mediate inflammatory response.,遗传性的补体成分缺陷 补体异常的激活 某些微生物借助多种机制逃避宿主补体系统的攻击，甚至利用补体蛋
40、白增强其感染性。 肿瘤细胞可通过某些机制逃避补体攻击。,补体系统与疾病,遗传性补体缺陷,补体固有成分缺陷：MBL及C3缺乏 严重的反复感染、自身免疫病 补体调节蛋白缺陷： 补体异常激活 C1INH缺陷 遗传性血管性水肿 膜结合补体调节（DAF）蛋白缺乏：导致细胞溶解 加剧：阵发性夜间血红蛋白尿。 红细胞表面CR1表达减少：自身免疫病SLE,补体与某些传染性疾病 1. 某些病毒可表达补体调节蛋白（CCP）模拟蛋白 2. 病原体整合、上调或结合CCP 3. 病原体干扰补体与免疫复合物的结合 4. 病原体利用CR或CCP作为受体而感染靶细胞,补体与肿瘤： 1.参与肿瘤的免疫逃逸 （1） 各系统肿瘤细胞表面均高表达MCP、DAF或CD59 （2） 肿瘤细胞通过表面蛋白抑制补体对肿瘤细胞的 CDC，并赋予肿瘤细胞抵抗NK细胞杀瘤效应的能力 2.肿瘤患者补体的变化 血清中补体C3水平升高，尤其是肝癌，具有诊断意义。,