免疫學(xué)概論

1、免疫學(xué)原理 Principles of Immunology,江南大學(xué)生物工程學(xué)院教育部工業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,免疫學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史及展望,Immune, Immunity, immunitas 免疫定義：對(duì)抗原性異物的識(shí)別和清除免疫學(xué)是研究宿主免疫系統(tǒng)識(shí)別并消除有害生物及其成分的應(yīng)答過程及機(jī)制的科學(xué)免疫學(xué)研究的核心是機(jī)體怎樣區(qū)別“自身”和“非自身”,免疫學(xué)經(jīng)歷了四個(gè)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(yù)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(dǎo)特異抗體產(chǎn)生”這一免疫學(xué)的根本問題，促進(jìn)了免疫化學(xué)的發(fā)展及抗體的臨床應(yīng)用1957年后，細(xì)胞免疫學(xué)的興起，人類理解到特異免疫是T及B淋巴細(xì)胞對(duì)抗原刺激所進(jìn)行的主動(dòng)免疫應(yīng)答過程的結(jié)果，理解到細(xì)胞免疫和體液免疫的不同效應(yīng)與協(xié)同功能1977年后，分子免疫學(xué)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(xì)胞

3、應(yīng)答類型的內(nèi)在聯(lián)系與機(jī)制,經(jīng)驗(yàn)免疫學(xué)時(shí)期,科學(xué)免疫學(xué)時(shí)期,病原菌的發(fā)現(xiàn)和疫苗使用的推廣 L.Pasteur觀察到細(xì)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(yīng)用及細(xì)胞免疫的研究,（一）抗體的發(fā)現(xiàn) Behring和北里在Koch研究所應(yīng)用白喉外毒素給動(dòng)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(dòng)物也有中和外毒素的作用。這種被動(dòng)免疫法很快應(yīng)用于臨床治療。Behring于1891年應(yīng)用來自動(dòng)物的免疫血清成功地治療了一個(gè)白喉患者，這是第一個(gè)被動(dòng)免疫治療的病例。P.Ehrich的抗原抗體反應(yīng)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(yīng)用偶氮蛋白的人工結(jié)合抗原，研究抗原-抗體反應(yīng)特異性的化學(xué)基礎(chǔ)開始的。認(rèn)識(shí)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(duì)抗體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究證明（五）超敏反應(yīng)（六）免疫耐受的發(fā)現(xiàn)（七）Burnet學(xué)說及其對(duì)免疫學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用 克隆選擇

6、學(xué)說,現(xiàn)代免疫學(xué)時(shí)期,抗原識(shí)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(xì)胞抗原識(shí)別受體多樣性的原因信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的發(fā)現(xiàn)細(xì)胞程序性死亡途徑的發(fā)現(xiàn) CTL表達(dá)FasL，靶細(xì)胞表達(dá)其受體Fas造血與免疫細(xì)胞的發(fā)育 免疫細(xì)胞——多能造血干細(xì)胞——神經(jīng)干細(xì)胞,應(yīng)用免疫學(xué)的發(fā)展

7、 DNA疫苗、基因工程制備重組細(xì)胞因子、免疫細(xì)胞治療、完全人源抗體及口服自身抗原預(yù)防自身免疫疾病,21世紀(jì)30位諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)(免疫相關(guān)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(xì)胞免疫學(xué)說和抗體側(cè)鏈學(xué)說.1913 C.R. Richet (France) 過敏癥.1919 J. Bordet (Belgium) 補(bǔ)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(xué)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(yīng)答基因與MHC基因連鎖.1984 N.K. Jerne (Denmark/Switzerland) 免疫網(wǎng)絡(luò)學(xué)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(xì)胞移植.1996 P.C. Doherty (Australia/USA) and R.M. Zinkernagel (Switzerland) 細(xì)胞介導(dǎo)的免疫防御研究1997 S.B. Prusiner (USA) 阮病毒.1999 G. Blobel (USA) 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo).,分子生物學(xué)（Molecular Biology）免疫學(xué)（Immunology）

12、細(xì)胞生物學(xué)（Cell Biology）,推動(dòng)現(xiàn)代生命科學(xué)前進(jìn)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(jī)體發(fā)生免疫應(yīng)答，并特異性地與免疫應(yīng)答的產(chǎn)物（即抗體和致敏淋巴細(xì)胞）結(jié)合的物質(zhì)。 二、抗原的特性 1.免疫原性（Immunogenicity)：能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生抗體或致敏淋巴細(xì)胞的性質(zhì)。 2.抗原性（Antigenicity）/免疫反

13、應(yīng)性（Immunoreactivity）：能與相應(yīng)的抗體或致敏淋巴細(xì)胞發(fā)生特異性結(jié)合反應(yīng)。 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(duì)分子量大小3.化學(xué)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(xué)因素宿主的遺傳背景種屬差異個(gè)體差異年齡狀況三、方法學(xué)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(qiáng)免疫反應(yīng)的可能機(jī)理A.維持引入抗原部位的抗原濃度。B.刺激機(jī)體產(chǎn)生大量細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)免疫功能，增強(qiáng)免疫反應(yīng)。（2）進(jìn)展A.新型佐劑給藥系統(tǒng)的開發(fā)B.細(xì)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(xué)基團(tuán)相關(guān)，將抗原分子表面能與相應(yīng)抗體結(jié)合的部位或化學(xué)基團(tuán)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(guān)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(xué)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(dú)特性決定簇。4.根據(jù)抗原在免疫應(yīng)答中是否需要T細(xì)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(fù)的線性抗原?？赏ㄟ^B細(xì)胞表位受體(BCR)交聯(lián)直接激活B細(xì)胞，不能誘導(dǎo)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(xué)基團(tuán)。1.表位是免疫細(xì)胞識(shí)別抗原并特異性地發(fā)生免疫反應(yīng)的基礎(chǔ)。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(shì)基團(tuán)3.免疫應(yīng)答分類(1) T細(xì)胞表位(2) B細(xì)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(gè)左右的氨基酸、5～7個(gè)單糖或6～8個(gè)核苷酸。,Ｔ、B細(xì)胞對(duì)抗原識(shí)別的比較,一些蛋白質(zhì)中幾種已經(jīng)定位

18、的表位,B細(xì)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(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性呈正相關(guān)。二、蛋白質(zhì)表面的任何區(qū)域都有可能作為B細(xì)胞表位被識(shí)別并誘導(dǎo)免疫應(yīng)答。三、特點(diǎn)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(shì)基團(tuán)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(gè)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(yīng),T細(xì)胞表位一、T細(xì)胞主要通過T細(xì)胞表位受體(TCR)識(shí)別多肽，表達(dá)T細(xì)胞表位的抗原需是可遞呈性（抗原經(jīng)抗原遞呈細(xì)胞APC加工成抗原肽，與T細(xì)胞表面的分子形成MHC-抗原肽- TCR 三元體）。二、 T細(xì)胞表位是多數(shù)B細(xì)胞發(fā)生免疫應(yīng)答所必需的。三、特點(diǎn)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(gè)氨基酸組成6.表位的抗原性限制：MHC分子識(shí)別，個(gè)體差異,淋巴細(xì)胞的多克隆激活劑 Polyclonal activator的特點(diǎn)是可高比例的使淋巴細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞的作用是非

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

22、 b.外源性/細(xì)菌型：主要是革蘭氏陽性球菌分泌的外毒素。特點(diǎn)是水溶性蛋白質(zhì)，與MHC-Ⅱ分子特異結(jié)合。 B.TCRγδ型（2） B細(xì)胞SAg,3. SAg的生物學(xué)意義（1）免疫激活作用（2）免疫抑制作用（3）誘導(dǎo)免疫耐受抗原與疫苗 Vaccine是無致病作用的免疫原，能誘導(dǎo)機(jī)體對(duì)某一病原體的保護(hù)性免疫反應(yīng)，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(dǎo)的分子抗原疫苗

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

24、效應(yīng)與記憶細(xì)胞。 3.克隆流產(chǎn)導(dǎo)致免疫耐受。,Burnet克隆選擇學(xué)說的意義一、克隆選擇和系統(tǒng)發(fā)育二、對(duì)免疫生物學(xué)現(xiàn)象的解釋1.較客觀地解釋了免疫應(yīng)答的特異性：免疫細(xì)胞抗原受體的多樣性是克隆選擇的物質(zhì)基礎(chǔ)，克隆擴(kuò)增又是免疫記憶和有效免疫應(yīng)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(dǎo)了抗體親和力成熟的可行性。4.促進(jìn)了Jerne(1974)免疫網(wǎng)絡(luò)學(xué)說和Milstein & Kohlar(1

25、975)單克隆抗體的產(chǎn)生。,現(xiàn)代免疫學(xué)進(jìn)展,免疫學(xué)應(yīng)用對(duì)人類健康的貢獻(xiàn)免疫學(xué)研究成就對(duì)生命科學(xué)的貢獻(xiàn)一、免疫細(xì)胞能識(shí)別“自我”及“非自我”成分二、免疫系統(tǒng)由單一多能干細(xì)胞分化形成三、淋巴細(xì)胞抗原識(shí)別受體基因經(jīng)歷重排及重組形成巨大受體庫四、淋巴細(xì)胞發(fā)育過程中的選擇作用五、T淋巴細(xì)胞的雙信號(hào)活化六、淋巴細(xì)胞具有免疫記憶七、免疫細(xì)胞對(duì)靶細(xì)胞的殺傷揭開細(xì)胞程序死亡途徑八、神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的證據(jù),本世紀(jì)免疫學(xué)的使命一