免疫學概論

1、免疫學原理 Principles of Immunology,江南大學生物工程學院教育部工業(yè)生物技術重點實驗室,免疫學發(fā)展簡史及展望,Immune, Immunity, immunitas 免疫定義：對抗原性異物的識別和清除免疫學是研究宿主免疫系統(tǒng)識別并消除有害生物及其成分的應答過程及機制的科學免疫學研究的核心是機體怎樣區(qū)別“自身”和“非自身”,免疫學經(jīng)歷了四個迅速發(fā)展階段,1876年后，多種病原菌

2、被發(fā)現(xiàn)，用已滅活及減毒的病原體制成疫苗，預防多種傳染病，使疫苗得以廣泛發(fā)展和使用1900年前后，抗原與抗體的發(fā)現(xiàn)，揭示出“抗原誘導特異抗體產(chǎn)生”這一免疫學的根本問題，促進了免疫化學的發(fā)展及抗體的臨床應用1957年后，細胞免疫學的興起，人類理解到特異免疫是T及B淋巴細胞對抗原刺激所進行的主動免疫應答過程的結(jié)果，理解到細胞免疫和體液免疫的不同效應與協(xié)同功能1977年后，分子免疫學的發(fā)展，得以從基因活化的分子水平，理解抗原刺激與淋巴細胞

3、應答類型的內(nèi)在聯(lián)系與機制,經(jīng)驗免疫學時期,科學免疫學時期,病原菌的發(fā)現(xiàn)和疫苗使用的推廣 L.Pasteur觀察到細菌、發(fā)明培養(yǎng)基、制備疫苗（vaccine,vacca）；R.Koch提出病原菌致病的概念抗體的發(fā)現(xiàn)、應用及細胞免疫的研究,（一）抗體的發(fā)現(xiàn) Behring和北里在Koch研究所應用白喉外毒素給動物免疫，發(fā)現(xiàn)在其血清中有一種能中和外毒素的

4、物質(zhì)，稱為抗毒素。將這種免疫血清轉(zhuǎn)移給正常動物也有中和外毒素的作用。這種被動免疫法很快應用于臨床治療。Behring于1891年應用來自動物的免疫血清成功地治療了一個白喉患者，這是第一個被動免疫治療的病例。P.Ehrich的抗原抗體反應定量分析。,（二） 抗原的結(jié)構(gòu)與抗原特異性 Landsteiner（1910）等人首先應用偶氮蛋白的人工結(jié)合抗原，研究抗原-抗體反應特異性的化學基礎開始的。認識到?jīng)Q定抗原特異性的是很小的

5、分子，他們的結(jié)構(gòu)不同，使其抗原性不同。（三）抗體是免疫球蛋白 E.A.Kabat和A.W.Tiselius通過電泳證明，抗體是γ-球蛋白。,（四）抗體是四肽鏈結(jié)構(gòu) 1959年，Porter 和Edelman對抗體結(jié)構(gòu)進行研究證明（五）超敏反應（六）免疫耐受的發(fā)現(xiàn)（七）Burnet學說及其對免疫學發(fā)展的推動作用 克隆選擇

6、學說,現(xiàn)代免疫學時期,抗原識別受體多樣性的產(chǎn)生 1978年發(fā)現(xiàn)抗體基因重排是B細胞抗原識別受體多樣性的原因信號轉(zhuǎn)導途徑的發(fā)現(xiàn)細胞程序性死亡途徑的發(fā)現(xiàn) CTL表達FasL，靶細胞表達其受體Fas造血與免疫細胞的發(fā)育 免疫細胞——多能造血干細胞——神經(jīng)干細胞,應用免疫學的發(fā)展

7、 DNA疫苗、基因工程制備重組細胞因子、免疫細胞治療、完全人源抗體及口服自身抗原預防自身免疫疾病,21世紀30位諾貝爾生理學和醫(yī)學獎(免疫相關研究）獲得者,1901 E.A. Von Behring (Germany) 白喉抗毒素，血清療法.1905 R. Koch (Germany) 結(jié)核病研究.1908 E. Metchnikoff (Russia) and P. Ehrlich (

8、Germany)吞噬細胞免疫學說和抗體側(cè)鏈學說.1913 C.R. Richet (France) 過敏癥.1919 J. Bordet (Belgium) 補體免疫.1930 K. Landsteiner (Austria/USA) 人血型研究.1951 M. Theiler (South Africa) 黃熱病的研究.1957 D. Bovet (Italy/Switzerland) 抗組胺研究.,1960 Sir F.M

9、cFarlane Burnet (Australia) and Sir P.B. Medawar (Great Britain) 獲得性免疫耐受.1972 G.M. Edelman (USA) and R.R. Porter (Great Britain) 抗體化學結(jié)構(gòu)研究.1977 R. Yalow (USA) 肽激素放射免疫分析法.1980 B. Benacerraf (USA), J. Dausset (France) an

10、d G.D. Snell (USA) 免疫應答基因與MHC基因連鎖.1984 N.K. Jerne (Denmark/Switzerland) 免疫網(wǎng)絡學說;+G.J.F. Köhler (Germany/Switzerland) and C. Milstein (Argentina/Great Britain) 單克隆抗體產(chǎn)生原理.1987 S. Tonegawa (Japan/USA) 抗體多樣性研究.1990 J

11、.E. Murray and E.D. Thomas (USA) 器官和細胞移植.1996 P.C. Doherty (Australia/USA) and R.M. Zinkernagel (Switzerland) 細胞介導的免疫防御研究1997 S.B. Prusiner (USA) 阮病毒.1999 G. Blobel (USA) 信號轉(zhuǎn)導.,分子生物學（Molecular Biology）免疫學（Immunology）

12、細胞生物學（Cell Biology）,推動現(xiàn)代生命科學前進的三架馬車,抗原、免疫原性和抗原表位,抗原和免疫原 一、免疫原(Immunogen) / 抗原(Antigen)：指能刺激機體發(fā)生免疫應答，并特異性地與免疫應答的產(chǎn)物（即抗體和致敏淋巴細胞）結(jié)合的物質(zhì)。 二、抗原的特性 1.免疫原性（Immunogenicity)：能誘導機體產(chǎn)生抗體或致敏淋巴細胞的性質(zhì)。 2.抗原性（Antigenicity）/免疫反

13、應性（Immunoreactivity）：能與相應的抗體或致敏淋巴細胞發(fā)生特異性結(jié)合反應。 三、半抗原(Hapten)：只有抗原性而無免疫原性的物質(zhì)。,決定免疫原性的因素一、抗原因素1.異物性2.相對分子量大小3.化學組成和異質(zhì)性4.可遞呈性5.物理性狀顆粒型＞可溶型變性＞天然,二、生物學因素宿主的遺傳背景種屬差異個體差異年齡狀況三、方法學影響免疫劑量引入途徑: 皮下＞靜脈＞胃腸道佐劑(Adjuva

14、nt)：本身不具免疫原性，與抗原混合引入可提高免疫原性。,（1）佐劑增強免疫反應的可能機理A.維持引入抗原部位的抗原濃度。B.刺激機體產(chǎn)生大量細胞因子，調(diào)節(jié)免疫功能，增強免疫反應。（2）進展A.新型佐劑給藥系統(tǒng)的開發(fā)B.細胞因子佐劑的研究,決定抗原性的因素 抗原同抗體特異性結(jié)合是與抗原分子表面的特殊結(jié)構(gòu)的化學基團相關，將抗原分子表面能與相應抗體結(jié)合的部位或化學基團稱為抗原的表位/抗原決定簇(Antigen

15、determinant) ，其性能、數(shù)目和空間構(gòu)型決定抗原的抗原性。,抗原分類法一、根據(jù)抗原的性能1. 完全抗原：蛋白質(zhì)抗原＞多糖＞脂類/核酸2. 半抗原二、根據(jù)抗原的親緣關系1. 異種抗原2. 同種異體抗原3. 自身抗原：隱蔽的自身成分一旦暴露，或自身成分被物理、化學因素作用，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。4. 異嗜性抗原：不同物種間共有的抗原.,三、根據(jù)抗原的來源1. 外源性抗原：如天然抗原、人工抗原、合成抗原；2. 內(nèi)源性抗

16、原：如自身隱蔽抗原、免疫球蛋白的獨特性決定簇。4.根據(jù)抗原在免疫應答中是否需要T細胞協(xié)助胸腺依賴抗原：主要是蛋白質(zhì)抗原胸腺非依賴抗原：主要是多糖和決定簇重復的線性抗原?？赏ㄟ^B細胞表位受體(BCR)交聯(lián)直接激活B細胞，不能誘導免疫記憶，產(chǎn)生IgM。,表位(epitope)的概念一、抗原的表位/抗原決定簇出現(xiàn)在抗原表面，是決定抗原特異性的特殊化學基團。1.表位是免疫細胞識別抗原并特異性地發(fā)生免疫反應的基礎。2.表位的性質(zhì)、數(shù)目

17、和空間結(jié)構(gòu)決定了抗原的特異性。二、 表位的分類1.狀態(tài)分類(1) 非覆蓋形表位(2) 覆蓋形表位(3) 變構(gòu)形表位,2.功能分類(1) 功能性表位(2) 隱藏性表位(3) 免疫優(yōu)勢基團3.免疫應答分類(1) T細胞表位(2) B細胞表位4.結(jié)構(gòu)分類(1) 構(gòu)型表位(2) 序列表位/線性表位三、 表位的大?。?個左右的氨基酸、5～7個單糖或6～8個核苷酸。,Ｔ、B細胞對抗原識別的比較,一些蛋白質(zhì)中幾種已經(jīng)定位

18、的表位,B細胞表位一、抗原分子表面的表位數(shù)目與該分子的大小和化學結(jié)構(gòu)復雜性呈正相關。二、蛋白質(zhì)表面的任何區(qū)域都有可能作為B細胞表位被識別并誘導免疫應答。三、特點1.表位的來源：蛋白質(zhì)、多糖、脂類和核酸2.表位的類別：構(gòu)型表位、免疫優(yōu)勢基團3.表位的組成：抗原表面的親水氨基酸，易于抗體接近；高分子結(jié)構(gòu)，呈抗降解耐性。4.表位的定位：抗原的柔性區(qū)和表面5.表位的大小由抗體的抗原結(jié)合部位決定,一般由4～8個氨基酸或多糖組成6

19、.表位的抗原性限制：抗體結(jié)合的空間位阻效應,T細胞表位一、T細胞主要通過T細胞表位受體(TCR)識別多肽，表達T細胞表位的抗原需是可遞呈性（抗原經(jīng)抗原遞呈細胞APC加工成抗原肽，與T細胞表面的分子形成MHC-抗原肽- TCR 三元體）。二、 T細胞表位是多數(shù)B細胞發(fā)生免疫應答所必需的。三、特點1.表位的來源：蛋白質(zhì)2.表位的類別：序列表位/線性表位3.表位的定位：主要是抗原分子疏水區(qū)5.表位的大小由MHC分子抗原結(jié)合凹槽決

20、定,一般由8～15個氨基酸組成6.表位的抗原性限制：MHC分子識別，個體差異,淋巴細胞的多克隆激活劑 Polyclonal activator的特點是可高比例的使淋巴細胞活化，不表現(xiàn)抗原的特異性。一、絲裂原(Mitogen)：可引起高百分比的T、B細胞發(fā)生有絲分裂的物質(zhì)。二、脂多糖(LPS)三、超抗原(SAg)：能直接激活T、B細胞亞型的物質(zhì)。SAg與普通抗原的區(qū)別（1）非MHC限制性，表現(xiàn)為與T細胞的作用是非

21、特異性的。（2）被激活淋巴細胞的比例為5～20%。（3）只能使帶有Vβ的T細胞活化。,Superantigens,Monoclonal/Oligoclonal T cell response1:104 - 1:105,Definition,2. SAg的類型（1） T細胞SAg A.TCRα β型 a.內(nèi)源性/病毒型：主要由感染機體的逆轉(zhuǎn)錄病毒產(chǎn)生。特點是病毒DNA對宿主的整合和表達。

22、 b.外源性/細菌型：主要是革蘭氏陽性球菌分泌的外毒素。特點是水溶性蛋白質(zhì)，與MHC-Ⅱ分子特異結(jié)合。 B.TCRγδ型（2） B細胞SAg,3. SAg的生物學意義（1）免疫激活作用（2）免疫抑制作用（3）誘導免疫耐受抗原與疫苗 Vaccine是無致病作用的免疫原，能誘導機體對某一病原體的保護性免疫反應，其本質(zhì)是抗原。一、基因工程疫苗二、表位靶向的疫苗三、核酸疫苗四、病毒載體介導的分子抗原疫苗

23、五、獨特型抗體疫苗,克隆選擇學說的價值,Ag驅(qū)動淋巴細胞克隆擴增一、F.Breinl(1930)指令學說 / 抗體形成模板學說二、P.Ehrlich(1897)側(cè)鏈理論 / 支架學說三、N.K.Jerne(1955)自然選擇學說,四、M.Burnet(1957)克隆選擇學說 1.各淋巴細胞都有獨特的Ag受體， Ag特異性的淋巴細胞能不依賴Ag獨立產(chǎn)生和存在。 2.外來Ag選擇預先存在的特異性克隆并激活它，使其增殖和分化成

24、效應與記憶細胞。 3.克隆流產(chǎn)導致免疫耐受。,Burnet克隆選擇學說的意義一、克隆選擇和系統(tǒng)發(fā)育二、對免疫生物學現(xiàn)象的解釋1.較客觀地解釋了免疫應答的特異性：免疫細胞抗原受體的多樣性是克隆選擇的物質(zhì)基礎，克隆擴增又是免疫記憶和有效免疫應答成為可能。2.克隆流產(chǎn)/克隆清除是迄今中樞耐受的主要理論。3.推導了抗體親和力成熟的可行性。4.促進了Jerne(1974)免疫網(wǎng)絡學說和Milstein & Kohlar(1

25、975)單克隆抗體的產(chǎn)生。,現(xiàn)代免疫學進展,免疫學應用對人類健康的貢獻免疫學研究成就對生命科學的貢獻一、免疫細胞能識別“自我”及“非自我”成分二、免疫系統(tǒng)由單一多能干細胞分化形成三、淋巴細胞抗原識別受體基因經(jīng)歷重排及重組形成巨大受體庫四、淋巴細胞發(fā)育過程中的選擇作用五、T淋巴細胞的雙信號活化六、淋巴細胞具有免疫記憶七、免疫細胞對靶細胞的殺傷揭開細胞程序死亡途徑八、神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡的證據(jù),本世紀免疫學的使命一