第八章免疫应答.ppt
第八章 免疫应答（Immune response）,第一部分 B细胞介导的体液免疫,第一节 免疫应答的概念,免疫应答,抗原性物质进入机体后激发免疫细胞活化、分化和效应过程称之为免疫应答（Immune response，IR）。在高等动物和人体内存在有结构复杂的免疫系统，是由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成的，免疫应答是由多细胞系完成的。,免疫应答过程的效应表现,免疫应答过程的效应表现，主要是以B细胞介导的体液免疫和以T细胞介导的细胞免疫。这二种免疫应答的产生都是由多细胞系完成的，即由单核吞噬细胞，T细胞和B细胞来完成的，这一过程可包括：抗原分子与免疫细胞间的相互作用免疫细胞间的相互作用效应细胞和效应分子的相互作用,免疫应答过程,1抗原识别阶段,此阶段可包括对抗原的摄取、处理加工、抗原的呈递和对抗原的识别分别由M，T和B细胞完成。,2免疫细胞的活化和分化阶段,此阶段可包括抗原识别细胞膜受体的交联，膜信号的产生与传递，细胞增殖与分化以及生物活性介质的合成与释放，主要由T和B细胞完成。,3免疫应答的效应阶段,此阶段主要包括效应分子（体液免疫）和效应细胞（细胞免疫）对非已细胞或分子的清除作用，即排异效应，及其对免疫应答的调节作用。在此阶段除抗体和效应T细胞参预外，免疫增强系统也参预参加才能完成排异和免疫调节作用。（补体分子,细胞因子,K/NK细胞,M粒细胞,肥大细胞,红细胞,血小板）,第二节 抗体产生的细胞学基础,一、抗体的产生,当第一次用适量抗原给动物免疫，需经一定潜伏期才能在回液中出现抗体，含量低，且维持时间短，很快下降，称这种现象为初次免疫应答。若在抗体下降期再次给以相同抗原免疫时，则发现抗体的潜伏期较初次应答，TD抗原可引起再次应答，TI抗原只能引起初次应答。初次应答主要是IgM，抗原结合力低，再次应答则主要为IgG，为高亲合性抗体。,抗体的产生,二、免疫细胞在抗体生成中的作用,抗体产生需要三种细胞参预，即单核吞噬细胞系，T细胞和B细胞。抗体产生不只是涉及抗原与免疫细胞间的相互作用（对抗原的识别和抗原的激发作用），同时也涉及免疫细胞间的相互作用（免疫细胞活化，增殖与分化）。M是抗原处理和呈递细胞，无特异识别抗原的功能。T细胞系主要是TH和TS，它们对免疫应答有调节功能，所以是免疫调节细胞，有特异识别抗原的功能。B细胞系是既具有呈递抗原的作用又是产生抗体的细胞，也具有特异识别抗原的功能。,（一）M的作用,M在免疫应答的全过程都发挥重要作用，在抗原识别过程中，即在免疫应答的透导期，它表现为具有摄取，处理加工，存贮和呈递抗原的作用。M活化后还能分泌多种细胞因子，其合成和分泌的IL-1有促进T和B细胞的活化作用。抗原物质进入体内后，必须先经M摄取，加工处理，然后才能呈递给淋巴细胞，M细胞表面有多种受体分子，但无抗原识别受体，它主要以吞噬、吞饮和被动吸附等方式捕捉抗原，可摄取任何抗原性物质，为非特异性摄取。,（二）淋巴细胞的作用,淋巴细胞具有抗原识别受体，所以T和B细胞都是抗原识别细胞。B细胞表面抗原受体是膜Ig分子，它可以识别天然蛋白质抗原分子表面的构像抗原决定簇，在识别抗原时无MHC限制性。T细胞抗原识别受体是二聚体分子，即TCR，它能同时识别经加工处理的序列决定簇肽片段和MHC分子，所以有MHC限制性。,免疫细胞在抗体生成中的作用,三、细胞因子在抗体产生中的作用,细胞因子的作用既无抗原特异性，也无MHC限制性。在B细胞产生免疫应答的不同时期有不同的细胞因子起作用。细胞因子还可作用于旁路（Bystander）B细胞使之活化。在刺激B细胞增殖分化的细胞因子中，有些是来源于巨噬细胞或其他非T细胞所产生。,细胞因子在抗体产生中的作用,第三节 抗体形成过程中免疫细胞间相互作用,一、巨噬细胞与TH细胞之间的相互作用,TH细胞必须由静止状态的TH转变活化才能辅助B细胞产生抗体。近年的实验证明，在抗原呈递细胞（APC）表面至少有二种分子与TH细胞的活化相关。一种是抗原呈递分子，它是由MHC分子组成，它可与外源性或内源性抗原肽片段结合，然后运送至细胞表面并呈递给T细胞，通过TCR/CD3刺激产生第1活化信号。另一种分子即所谓协同刺激分子（costimulating molecules，CM）它是由一组粘附分子组成，这能促进APC与T细胞的直接接触，而且诱导信号传递的功能，这组分子可与T细胞上的协同刺激分子受体（costimulatorg molecules receptor,CMR）结合，刺激其产生协同刺激信号，即第2信号。,在这二种信号的作用下，才能使T细胞活化并合成和分泌IL-2和表达IL-2R最终导致细胞分裂和克隆扩增。如无第2信号存在则T细胞不被活化也不引起克隆扩增，处于克隆不应答状态（clonol anergy）。阻断或给予第2信号，可以人为调节免疫应答，使之增强或抑制，对免疫治疗提供了新的手段。,二、TH细胞与B细胞之间的相互作用,1B细胞对胸腺依赖抗原的应答,当大量抗原进入未经免疫的机体后，诱发初次免疫应答时其抗原呈递细胞多由巨噬细胞完成。经M活化TH细胞后再由活化的TH细胞辅助B细胞产生抗体和形成记忆B细胞。但当再次免疫应答发生时，抗原呈递细胞则主要由已扩增的B细胞克隆承担。由于其膜Ig受体亲和力增高故对少量抗原也能摄取，故可取代巨噬细胞的抗原呈递作用。,B细胞抗原呈递作用,B细胞的抗原呈递作用,B细胞与M相同，也是通过抗原呈递作用与TH细胞相互作用。B细胞可通过其膜Ig受体与蛋白质抗原，即T依赖性抗原结合，经内化作用将抗原摄入。然后经过加工处理，使T细胞决定簇与MHC-II类分子结合，形成MHC-肽分子复合物并运送至B细胞表面，将其呈递给TH细胞。因此，B细胞与TH细胞间相互作用也是MHC限制性的。,B细胞最终增殖分化,B细胞和TH细胞通过其粘附分子及抗原呈递作用，可彼此直接接触，并能相互诱导使之活化。活化B细胞在TH细胞的辅助下，B细胞最终增殖分化为合成和分泌各类免疫球蛋白分子的浆细胞。,2B细胞对胸腺非依赖性抗原的应答,B细胞对胸腺非依赖抗原（TI）的活化机制与胸腺依赖抗原（TD）完全不同。I型TI类抗原的决定簇（细菌脂多糖抗原）在高浓度下，是B细胞多克隆活化剂，它与B细胞表面抗原受体结合，具有促分裂素（mitogen）的结构，可与其相应受体结合，使B细胞多克隆活化。II型TI抗原的结构特点是具有多个重复出现的抗原决定簇呈线性排列在体内不易降解（如肺炎球菌多糖抗原），这些抗原对B细胞抗原受体亲和力强，由于受体交联而使B细胞活化。TI抗原虽可被APC摄取，但不能被加工处理，所以不能与MHC-II类分子结合，故B细胞对TI抗原的应答无TH细胞参预，只表现初次应答的特性而不出现再次应答的一系列变化。,3.巨噬细胞与B细胞的相互作用,巨噬细胞摄入的抗原在胞内形成吞噬小体，然后与溶酶体融合，形成吞噬溶酶体。受水解酶的作用为具有-螺旋结构的免疫原性肽段，通过非共价键与MHC-II类分子肽结合区结合成稳定的螺旋结构。所形成的多肽-MHC-II分子复合物可能在高尔基复合体参与下被转运到细胞膜表面供TCR识别。经M活化TH细胞后再由活化的TH细胞辅助B细胞产生抗体和形成记忆B细胞。,第四节 免疫记忆,免疫记忆,用同一抗原再次免疫时，可引起比初次免疫更强的抗体产生，称之为再次免疫应答或免疫记忆，无论在体液免疫或细胞免疫均可发生免疫记忆现象。在体液免疫时，对TD抗原的再次应答可表现为：抗体滴度明显上升。免疫球蛋白类别转换。抗体亲和力增强。,1免疫记忆细胞：,在免疫应答过程中，既能产生B记忆细胞（BM），也能产生TH记忆细胞（THM）。免疫记忆现象可以解释为对特异抗原，应答的淋巴细胞数量增加的现象。,2免疫球蛋白类别的转换：,在初次应答时开始出现的抗体是IgM，当迟到高峰时才开始出现IgG，而IgG高峰虽出现晚，但能维持较长时间。在再次应答时产生IgG的潜伏期明显缩短，水平更高。这种IgM转换为IgG只是Ig分子的类别变化，其识别抗原的特异性其仍相同。这种转换可能由产生IgM的细胞变为产生IgG的细胞，而不是由不同亚群的B细胞产生的。,3抗体亲和力的变化,在抗体生成过程中，抗体分子的平均亲和力随时间的延长而增加，这种现象称为抗体分子亲和力的成熟。初期免疫应答可因存在较大量的游离抗原分子，因此，与低亲和力受体B细胞结合较多。当抗原量逐渐减少时，则与带有高亲和力受体细胞的结合多于低亲和力受体细胞。因之抗体分子的平均亲和力随时间延长而增高。,第五节 体液免疫的效应,体液免疫的效应,免疫应答最终效应是将侵入机体的非已细胞或分子加以清除，即排异效应。但抗体分子本身只具有识别作用，并不具有杀伤或排异作用，因此，体液免疫的最终效应必须借助机体的其它免疫细胞或分子的协同作用才能达到排异的效果。,体液免疫的效应,抗体分子的中和作用（结合侵入机体的病毒，外毒素分子）。抗体分子的调理作用（与抗原形成的复合物、促进吞噬细胞的排除功能）。补体介导的细胞溶解作用（补体分子可经经典途径和旁路途径溶解靶细胞）。抗体依赖细胞介导的细胞毒性作用。（参预抗体依赖细胞介导的细胞毒作用ADCC，如巨噬细胞，中性粒细胞和杀伤细胞）,第六节 体液免疫应答的调节,体液免疫应答的调节,抗体的反馈调节（与抗原结合，并被清除）免疫抑制细胞作用 当免疫应答发展到一定程度时，即能透发抑制性T细胞，分泌特异性抑制因子（TSF），和它参预的网络调节。免疫网络调节（immne network）促使抗独特型抗体的产生，促进和抑制免疫应答。,第二部分 T细胞介导的细胞免疫,第一节 细胞免疫的概率,免疫效应细胞,凡是由免疫细胞发挥效应以清除异物的作用称为细胞免疫，参预的细胞称为免疫效应细胞。目前认为具有天然杀伤细胞（NK）和抗体依赖的细胞介导的细胞毒性细胞（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC），如巨噬细胞（M）和杀伤细胞（K）以及由T细胞介导的细胞免疫均属细胞免疫的范畴。前二类免疫细胞在其细胞表面不具有抗原识别受体，因此它们的活化无需经抗原激发即能发挥效应细胞的作用，故可视之为非特异性细胞免疫。而效应T细胞则具有抗原识别受体，因此它们必需经抗原激发才能活化，发挥其效应细胞的作用，故可视之为特异性细胞免疫。,T细胞介导的细胞免疫,由T细胞介导的细胞免疫有二种基本形式，它们分别由二类不同的T细胞亚类参预。一种是迟发型超敏性T细胞（TDTH，CD4+），该细胞和抗原起反应后可分泌细胞因子。这些细胞因子再吸引和活化巨噬细胞和其它类型的细胞在反应部位聚集，成为组织慢性炎症的非特异效应细胞。另一种是细胞毒性T细胞（TC，CD8+），对靶细胞有特异杀伤作用。,参预特异细胞免疫的细胞,引起细胞免疫的抗原多为胸腺依赖抗原（TD抗原）。与体液免疫相同，参预特异细胞免疫的细胞也是由多细胞系完成的。即由抗原呈递细胞（巨噬细胞或树突状细胞）、免疫调节细胞（TH和TS）以及效应T细胞（TDTH和TC）。,T细胞介导的主要细胞免疫现象有：,迟发型超敏性反应对胞内寄生物的抗感染作用抗肿瘤免疫同种移植排斥反应移植物抗宿主反应某些药物过敏症某些自身免疫病,第二节 CD4+T细胞介导的细胞免疫,一、CD4+T细胞在DTH反应中的作用,这是由CD4+T细胞激发的特异性的细胞免疫应答，它可引起组织的慢性炎症，它是以淋巴细胞（主要是T细胞）和单核吞噬细胞系细胞浸润为主的渗出性炎症。由于免疫细胞的激活，增殖和分化以及其它炎症细胞的聚集需要较长时间，所以炎症反应发生较迟，持续时间也长，故称此种炎症反应为迟发型，超敏反应（delayed type hypersensitivty，DTH），诱发这种反应的T细胞称为迟发型超敏性T细胞（TDTH）。,其后在小鼠体内证明参预这种反应的淋巴细胞是Lyt-1+细胞（相当于人的CD4+T细胞），其表型与辅助性T细胞（TH）相同，并且两者在识别抗原的MHC限制性上也相同。但两者在功能上完全不同，前者介导细胞免疫，而后者参预体液免疫，再据其合成和分泌的细胞因子不同，可分为TH1和TH2两种亚类。TH1介导细胞免疫，TH2参预体液免疫。,二、CD4+T细胞的活化,CD4+T细胞的活化需有抗原呈递细胞参预，主要为巨噬细胞（M），其次表皮内的Langerhans细胞和血管内皮细胞亦可发挥抗原呈递细胞的作用。巨噬细胞在DTH反应中可发挥两方面作用，首先在诱导期它具有呈递抗原的作用，在效应期非致敏的巨噬细胞在活化的CD4+T细胞释放的细胞因子作用下，可成为DTH中重要的炎症细胞。CD4+T细胞的诱导期。巨噬细胞通过吞噬或吞饮作用，将外源性蛋白质抗原摄取进入胞内，经加工后产生的抗原肽片段与其自己MHC类分子结合形成复合物，然后运送至细胞表面，并呈递给CD4+T细胞，自此开始了CD4+T细胞的诱导期。,CD4+T细胞活化需有双信号刺激,CD4+T细胞活化需有双信号刺激，即其抗原识别受体（TCR）与抗原呈递细胞上的肽-MHC II分子的复合物结合后，可通过CD3复合分子传递第一信号。CD4+T细胞上其它辅助分子可与APC上相应的配体分子等结合，不仅增强了CD4+T细胞与APC间的粘附作用，同时可向CD4+T细胞传递协同刺激信号（costimulatory signal），使之活化并产生多种细胞因子，它们既能促进CD4+T细胞克隆的扩增又是DTH反应的分子基础。如无辅助信号发生则CD4+T细胞处于不应答（anergy）状态。,三、迟发型超敏性炎症的形成,CD4+T细胞经抗原识别、活化和克隆增殖合成和分泌大量各种细胞因子，其中最重要的有白细胞介系-2（IL-2），肿瘤坏死因子（TNF），淋巴毒素（LT）和干扰素（IFN-r）等，它们是产生DTH反应的分子基础。在慢性DTH反应中，活化巨噬细胞自身可发生变化，其胞浆和胞浆内细胞器有所增加，其形态类似皮肤上皮细胞，故称为上皮样巨噬细胞，有时它们可融合形成多核巨细胞。,急性DTH反应是细胞介导免疫的形式之一，它的发生首先是CD4+T细胞识别可溶性蛋白质抗原或CD8+T细胞识别胞内微生物衍生物抗原和对活化T细胞产生的细胞因子应答的结果。在早期DTH反应中以活化CD4+T细胞和活化巨噬细胞浸润为主，这些细胞和聚集在活化的血管内皮细胞周围并外渗至局部组内。在晚期慢性DTH反应中以簇状上皮样巨噬细胞和巨细胞为主并伴有大量纤维母细胞形成组织纤维化以代替原有组织。,第三节 CD8+（Tc）T细胞介导的细胞免疫,CD8+T细胞（Tc或CTC细胞）能杀伤表达特异抗原的靶细胞，它在抗病毒感染、急性同种异型移植物排斥和对肿瘤细胞的杀伤作用是重要的效应细胞。,MHC I与 II类分子,I类抗原由HLA-A、B、C座位上的基因编码的抗原，I类抗原是一种膜糖蛋白，存在于所有核细胞的膜上，以淋巴细胞上的密度最多。II类抗原是由HLA-D区所编码的抗原。II类抗原是由两条糖基化的跨膜多肽链构成，主要表达在某些细胞表面，如B细胞、巨噬细胞和其他抗原细胞，不如I类抗原分布广泛。,Tc细胞与CD8分子,绝大多数Tc细胞表达CD8分子，其抗原识别受体（TCR）可识别多肽抗原与自己MHC I类分子形成的复合物。这些非已多肽抗原是在靶细胞内合成经加工后与自己MHC I类分子结合并运送到靶细胞表面的。少数Tc细胞表达CD4分子并识别和自己MHC II类分子结合的多肽抗原，在正常机体中Tc细胞以不活化的静息T细胞的形式存在。因此它也必须经过抗原激活并在T辅助细胞（TH）的协同作用下，才能分化发育为效应杀伤T细胞（Tc）。,CD8+T细胞的活化,杀伤T细胞（Tc）的活化也需双信号，即TCR与靶细胞膜上MHC I类分子与抗原肽分子复合物结合后，可通过CD3复合分子传递第一信号；而Tc细胞上其它辅助分子（accessory molecules）可与靶细胞上相应的配体分子结合，不仅可增强Tc细胞与靶细胞的粘附作用，同时也向Tc细胞传递协同信号（costimulatory signal）使之活化。在活化CD4+T细胞分泌的细胞因子作用下使之克隆增殖并分化为效应杀伤T细胞（Tc）。,二、Tc细胞杀伤靶细胞的机制,杀伤T细胞对靶细胞作用是抗原特异性的，只杀伤相应靶细胞而对其它细胞无损伤作用。杀伤T细胞必需与靶细胞直接接触，才有杀伤作用。当靶细胞被溶解时，Tc细胞本身不受损伤并与之解离，因此一个杀伤T细胞可连续杀伤多个靶细胞，其杀伤机制可能是其分泌的多种细胞毒素所致。,（一）穿孔素蛋白（Perferin）,杀伤T细胞活化后可诱发脱颗粒作用，排出其胞浆内颗粒，又合成一种蛋白穿孔素，这种蛋白在颗粒内是单体，当与胞外高浓度Ca2+接触后即发生聚合，这种聚合多发生在靶细胞膜的脂质层，并形成离子透过通道，因之大量离子和水分可进入细胞造成细胞溶解。,（二）细胞毒素,杀伤T细胞可分泌一种蛋白质毒素，它与颗粒内的物质不同，而类似于淋巴毒素的物质。这种细胞毒素可活化靶细胞内的DNA降解酶，导致靶细胞核DNA的裂解，引起靶细胞的程序性死亡（programmed cell death,PCD）。,下一堂课的内容为“免疫耐受与免疫调节”,疫苗的发展历程,疫苗的种类各种疫苗的优点和缺点,1.1 减毒的、灭活的细菌和病毒疫苗,Louis Pasteur首次使用活的、减毒的细菌进行特异性免疫。今天使用的减毒细菌疫苗有抗肺结核的卡介苗（BCG）、伤寒杆菌的无毒变异株、灭活的霍乱弧菌和灭活的百日咳杆菌疫苗。许多疫苗仅诱导有限的保护作用，且只有短期内有效。活的、减毒的病毒疫苗通常更加有效，目前生产这类疫苗最常用的方法是从长期细胞培养中提取病毒并通过加热和化学固定法减毒。,1.2 纯化的抗原（亚单位）疫苗,利用纯化的抗原作疫苗可有效防止由细菌毒素引起的疾病。细菌毒素经处理后可失去毒性但仍有免疫力，这样的“类毒素”诱导较强的抗体反应。由于使用类毒素对儿童进行预防免疫，白喉和破伤风已被有效地控制了。由细菌多糖抗原构成的疫苗能用于预防肺炎球菌和流感嗜血杆菌感染。由纯化的肽类组成的亚单位疫苗，已经用于B型肝炎和流感。,1.3 合成的抗原疫苗,早期人们尝试，根据已知的微生物抗原序列合成310个氨基酸的直链和支链多聚物作为疫苗，这类多肽本身免疫原性很弱，需要与大分子蛋白起诱导免疫反应，这与半抗原-载体复合物产生抗体反应相类似。,1.4 活的病毒载体,疫苗发展中最令人振奋的新方法，是将编码微生物抗原的基因导入非细胞病变性病毒，然后再用这种病毒感染机体，这样这种病毒就可作为接种机体的抗原之源。病毒载体的最大优点是象其它活病毒一样，诱导针对抗原的强应答反应。病毒载体的主要问题是：过强的应答反应,能引起宿主细胞的损伤。由于安全问题，活的重组病毒尚未用于人体实验，但是，它的潜力是无可非议的。,1.5 基因疫苗（DNA疫苗）,一个偶然的观察发现了制备疫苗的最新方法。即接种含编码蛋白质抗原的cDNA的质粒，导致了针对抗原的强的和长期的体液和细胞免疫反应。推测可能是某些APC通过质粒转导，表达了能激发特异性反应的免疫原性多肽。DNA疫苗的独特性是，其提供了一种不含活微生物而又能激发强烈应答反应的方法。,2.佐剂和免疫调节因子,针对蛋白质抗原的T细胞依赖免疫反应的起动，需要摄入带佐剂的抗原。大部分佐剂诱导局部炎症，增加共刺激分子的表达和细胞因子如IL-12的产生，IL-12能刺激T细胞生长和分化。热灭活细菌是通常用于实验动物中的强效佐剂。然而，由于此佐剂激发的严重的局部炎症阻碍了其在人体中的应用。,3.被动免疫的特点,保护性免疫也能通过被动免疫（如被动转移特异性抗体）而转移，临床上这种方法最常应用于毒素引起的病症，如破伤风。抗蛇毒抗体能治疗毒蛇咬伤，从而挽救生命。由于宿主不能产生免疫反应，所以被动免疫是短期的，保护仅仅在抗体存在时有。而且，被动免疫不能诱导特异性记忆。所以受免疫的个体再次与毒素或微生物接触时不能产生保护。,4.各种疫苗的优点和缺点,亚单位疫苗与合成抗原疫苗的主要优点是其安全性和易于使用，然而，这些疫苗的生产很困难且不方便，保存期短，特别在发展中国家限制了它的使用。而且，纯化的抗原疫苗只刺激抗体反应，而不产生CTL免疫，因为这些从外部摄取的抗原不能有效进入MHC I类抗原提呈途径，不能被CD8+T细胞识别，这极大地限制了这种疫苗在许多胞内微生物感染中的应用。,减毒微生物和病毒载体是同时刺激体液和细胞免疫（包括CTL）的两种方法。事实上，减毒微生物和病毒载体应该诱导与自然微生物一样的免疫反应。可以有效防御需要CTL的感染，如HIV、其它病毒、疟疾，这是此疫苗的一个主要优点。,人们最关心的是这种方法的安全性。事实上，表达人类感兴趣蛋白的病毒载体，能激发对载体本身的致病反应。质粒DNA疫苗也刺激体液和细胞免疫反应，而且没有对载体发生致病反应的危险。然而，DNA疫苗的经验是有限的，已经开始大量的临床实验来检测其安全性和有效性。,
