第11章.免疫系统与免疫功能

普通生物学刘彬博士，副教授[e-mail]13500306990生命科学学院西南大学免疫系统与免疫功能•一、人体对抗感染的非特异性防卫•二、淋巴免疫系统•三、特异性反应（免疫应答）•四、免疫系统的功能异常重点：淋巴免疫系统的组成、特异性反应（免疫应答）、免疫系统的功能。•免疫(Immunity):是指机体识别和排除抗原性异物，保护机体不受外来侵害的特性。有两类保护机制•自然免疫性（naturalimmunity)先天性免疫（innateimmunity)非特异性防御(nonspecificdefense)•获得免疫性(acquiredimmunity)特异性免疫（specificimmunity)动物机体的三道防线非特异性免疫特异性免疫第一道防线第二道防线第三道防线皮肤吞噬细胞、NK细胞淋巴细胞粘膜抗菌蛋白（细胞免疫）分泌物炎症反应抗体温度反应（体液免疫）1.人体对病原体的第一道防线—体表的屏障屏障结构－皮肤与粘膜:物理屏障、化学防御•a.机械的阻挡和排出•b.分泌物中化学物质有局部抗菌作用•c.正常菌群的拮抗作用一、人体对抗感染的非特异性防卫2.1局灶性炎症反应破损细胞释放组织胺炎症局部出现红、肿、热、痛白细胞吞噬细菌2.人体对病原体的第二道防线—体内的非特异性反应2.2补体系统(补体-抗菌蛋白)•补体：是存在于正常人和动物血清中的一组（约20种）非特异性血清蛋白，主要是β及γ球蛋白,它是一类酶原,能被任何抗原和抗体的复合物所激活.由于它在抗原和抗体反应中有补充抗体的作用,故称补体。有的补体与病原体表面的糖分子结合被激活。激活后的补体，具有溶解细胞膜、杀灭病毒、促进吞噬细胞的吞噬和释放组胺促进炎症反应等多项功能。2.3干扰素（抗菌蛋白）•干扰素：具有广谱的抗病毒作用。脊椎动物的细胞内存在有合成干扰素的基因，病毒感染后会诱导机体产生干扰素。•能抑制病毒复制增殖。表达抗病毒蛋白，阻止病毒在该细胞中的复制和增殖受感染细胞核中干扰素基因表达产生干扰素活化相邻细胞干扰素干扰素的作用机理示意图2.4温度反应巨嗜细胞与入侵的微生物相遇会释放出一种调节因子－白细胞介素1。•白细胞介素1和一种细菌外毒素致热原随血管循环到脑的下丘脑部位，升高正常的温度调节点，导致发热。发热刺激机体的吞噬作用，同时减少血液中铁的含量。•39.4度以上有危险。超过40.6C会致命。二、淋巴免疫系统的组成免疫器官•中枢免疫器官：骨髓bonemarrow胸腺thymus法氏囊bursaofFabricius(禽类)•外周免疫器官：脾脏spleen淋巴结lymphnode其它淋巴组织中枢免疫器官•中枢免疫器官是免疫细胞发生、分化和成熟的场所•骨髓:多能造血干细胞(HSC),分化为髓样干细胞和淋巴干细胞。•淋巴干细胞分化:Ｔ淋巴细胞、Ｂ淋巴细胞（亦称Ｔ、Ｂ细胞）、ＮＫ细胞(naturekillcell)及部分树突状细胞。•髓样干细胞分化出单核巨噬细胞、粒细胞、血小板、红细胞等。•胸腺：是T细胞分化和成熟的地方,分化成辅助性Ｔ细胞（Ｔｈ）和细胞毒性Ｔ细胞（Ｔｃ）。外周免疫器官•外周免疫器官包括淋巴结、脾脏、扁桃体、肠系粘膜及皮肤淋巴系统等。T、B淋巴细胞的定居场所、免疫应答部位。•中枢免疫器官产生的T、B淋巴细胞在外周免疫器官—脾脏和淋巴结等处定居，遇抗原刺激后开始增殖、分化为致敏淋巴细胞或产生抗体的浆细胞，以执行其免疫功能。免疫细胞•免疫细胞来自于骨髓中造血干细胞的两大谱系：即淋巴干细胞和骨髓干细胞谱系。前者发育成各种淋巴细胞。后者分化发育成粒细胞、肥大细胞、单核吞噬细胞。•除了T细胞、B细胞外，还有K细胞和NK细胞执行杀伤异物，保护机体的任务。此外还有各种粒细胞、肥大细胞、单核吞噬细胞。免疫细胞免疫细胞•T淋巴细胞:Ｔ淋巴细胞执行细胞免疫的任务。经抗原致敏后才能成为成熟的效应细胞细胞毒T细胞(cytotoxicTcell，=杀伤性T细胞killerTcell,Tc)辅助性T细胞(helperTcell,Th)•B细胞：在骨髓（bonemarrow)内分化成熟。Ｂ细胞被抗原致敏后分化成二种细胞：浆细胞、记忆细胞。每一种B细胞只能认识一种抗原。1、肥大细胞是守卫机体门户的“哨兵”细胞，他们识别微生物所特有的各种危险信号之后募集各种免疫细胞至被侵组织部位，启动炎症过程。2、巨噬细胞是分布于全身各组织之中的“常住边防部队”，他们具有较强的吞噬和杀伤能力，是微生物穿过体表之后所遇到的第一道主要防线。3、中性粒细胞是随血液循环的“野战部队”。一旦机体的任何局部被微生物感染，中性粒细胞将迅速穿出血管，抵达“出事地点”，吞噬并清除入侵的异物抗原4、T和B淋巴细胞是免疫系统的“现代化部队”，他们分别利用TCR和BCR准确地识别外来抗原并介导获得性细胞和体液免疫应答。免疫细胞免疫分子：免疫细胞的表面蛋白•1.主要组织相容性复合体(majorhistocompatibitycomplex,MHC)基因群，人的MHC称为HLA，HLA编码产生的组织相容性分子，分为I、II类抗原—人体细胞的”自我”标志。•MHC-I和MHC-II类具有抗原提呈功能，直接涉及T细胞的激活和分化，参与调控特异性免疫应答。•2.白细胞分化抗原（CD分子）•3.T细胞抗原识别受体（TCR)•4.B细胞抗原识别受体（BCR)三、特异性反应（免疫应答）—第三道防线特异性免疫：是生物体在与外来侵害物（称为免疫）作用之后才获得的免疫性。这种获得的免疫性对诱发的抗原有特异性，所以又称获得的特异性免疫。抗原：可以使机体产生特异性免疫反应的物质，如蛋白质、大分子多糖等。免疫应答：抗原进入机体刺激免疫细胞活化、增殖、分化，产生免疫物质发挥免疫效应，将抗原破坏、清除的整个过程叫免疫应答。•免疫细胞负责特异性免疫。•包括B细胞产生的抗体介导的体液免疫和T淋巴细胞介导的细胞免疫。3.1特异性免疫的特点（1）特异性免疫的两个特点——专一性记忆性放大性（2）记忆性的来源是因为激活后的免疫细胞中一部分变成记忆细胞。特异性免疫的过程•感应阶段：识别异己•反应阶段：淋巴细胞增殖•效应阶段：效应细胞、记忆细胞3.2细胞免疫应答•T细胞是细胞免疫的主要细胞，由T细胞直接完成免疫反应。•病原体直接进入到体细胞，增殖后再感染其他体细胞时，T细胞免疫起关键作用。•直接对入侵的病原体、被病原体感染的细胞和癌细胞、器官移植的异体细胞。T－细胞在细胞免疫中起作用Tc—细胞毒T淋巴细胞直接参与杀伤靶细胞。杀伤机理：直接使靶细胞裂解细胞免疫应答3.3体液免疫应答•体液免疫应答是也称B淋巴细胞介导的免疫反应，是指B淋巴细胞在抗原刺激下活化、增殖为浆细胞产生抗体所发生的特异性免疫效应的过程。•病原体侵入血液、淋巴液或组织液时（即细胞外），体液免疫起关键作用。•主要对细胞外的病原体和毒素。B－细胞分泌抗体，在体液免疫中起作用抗体是由四条肽链组成的蛋白质分子，呈Y字形。轻链（L链）可变区重链（H链）可变区，补体结合区（Fc）可变区为抗原结合位点部位。抗体的结构与功能抗体是机体免疫系统受抗原刺激后产生的，并能与相应抗原特异性结合的球蛋白。主要存在于血清中，也存在于淋巴液及外分泌液中。按照抗体的结构与功能的差别可分成IgM，IgG，IgD，IgA和IgE五类。不同抗体的作用•IgG：血清含量最高（75%），分子量最小，唯一通过胎盘的Ig，新生儿抗感染抗体、参与自身免疫、超敏反应。•IgM：合成最早，分子量最大，具有强大的调理、激活补体及杀菌吞噬作用，参与自身免疫、超敏反应。•IgA：存在于乳汁、唾液及外分泌液中，进入黏膜表面，中和感染因子，因此为粘膜局部免疫，母乳中含量最多。•IgE：引起速发型过敏反应。•IgD：为B细胞的分化受体。抗体的功能抗体本身并不直接杀死入侵的病原物，它是通过活化互补的蛋白质系统和作为分子标记而使病原体成为免疫细胞攻击的目标，最终使病原体分解。•初次免疫应答弱，产生记忆细胞。•再次免疫应答激活B记忆细胞，免疫应答强。抗体与抗原形成特异结合，再通过下列反应消灭抗原：中和反应：抗体结合抗原以便吞噬细胞吞噬。聚集反应：抗体是双价的，可以使抗原聚集，以便吞噬。沉淀反应：抗体结合后，使可溶性抗原大分子沉淀，以便吞噬。活化补体：抗体结合在细菌细胞表面，Fc结合并活化一系列补体，活化了的补体分子在细菌细胞膜上打个洞，使后者裂解死去。3.4多种抗原受体的产生(抗体为例)抗体多样性的基因基础•编码抗体L链可变区的基因，有三组基因V基因：400种J基因：5种C基因：2种这样，L链可变区的编码基因可能有的组合式400x5x2＝4x103种编码H链可变区的基因，有四种基因V基因：400种J基因：5种D基因：10种C基因：8种这样，H链可变区的编码基因可能有的组合方式：400x5x10x8＝1.6x105种L和H合在一起，可能出现的组合方式：4x103x1.6x105＝6.4x108种再加上个体可能发生的突变，各种组合总数可达：109－1010种这样天文数字的可能的抗体结构，足以应付各种抗原结构。3.4多种抗原受体的产生(抗体为例)抗体多样性的基因基础3.5免疫学的实际应用•1、人工免疫和生物制品通过注射、口服等方法使人体摄入抗原类或抗体类物质，使人体增强对外来入侵的免疫能力，称为人工免疫。（1）人工自动免疫生物制品——促使人体产生特异免疫能力注射抗原，使人体“主动地”产生特异抗体。持续时间长。•卡介苗——经过处理，变成弱毒或无毒的活•的结核杆菌。•白百破疫苗，伤寒疫苗——经过处理的死•菌体。•脊髓灰质炎疫苗——减毒的脊髓灰质炎病毒（2）人工被动免疫生物制品——向人体提供特异的或非特异的免疫能力。注射含抗体成份的抗血清，使人体“被动地”获得特异的或非特异的抵抗能力。作用快，持续时间短。•抗狂犬病毒血清•抗乙肝病毒血清•抗破伤风毒素血清•胎盘球蛋白•血浆－球蛋白2、免疫技术用于疾病治疗（1）器官移植要求免疫抑制环胞菌素作为良好的免疫抑制剂，已广泛用于器官移植。（2）癌症的免疫治疗•免疫活性细胞在治疗癌症发挥威力发挥威力：•黑色素瘤病人病灶中取出癌块，从中分离T－细胞。培养增值后，将T－细胞再注回病人体内。两个月后，疗效显示出来。3.6单克隆抗体是实验室和临床中的强有力的工具•单克隆抗体：由单一克隆B细胞或者杂交瘤细胞产生的、只作用于某一种抗原表位的高度特异性抗体称为单克隆抗体(monoclonalantibody，mAb)。•单克隆抗体具有特异性强、均一、能无限增殖的特点。•随着在研究上应用日益广泛，对抗体的数量和质量（专一性）要求越来越高。数量多——传统的实验动物马、兔等免疫不方便。质量高——大动物免疫难以做到单克隆用细胞融合技术获得单克隆抗体综合了两方面优势：淋巴细胞肿瘤——能不断增值，但没有产生专一抗体能力。从脾脏得到淋巴细胞——能产生专一抗体，但不能不断增值。单克隆抗体的应用•诊断检测：传染病（乙肝、丙肝、结核、爱子等）、肿瘤（肝癌、胃癌、卵巢癌、前列腺癌等）、孕检（HCG、FSH、LH、疱疹病毒等）、食品安全（抗生素、兽药、毒素）、毒品等。治疗疾病：抑制器官移植排斥、治疗自身免疫疾病、生物导弹等方面，尤其是在癌症治疗方面的突出疗效，激发了各国科学家对单克隆抗体研究开发的兴趣，并出现了多种单克隆抗体药物，展现了诱人的市场前景。四、免疫系统的功能异常•1.免疫系统的过度反应：•（1）过敏过敏反应表现：打喷嚏，哮喘，风疹等。过敏源：花粉，地毯灰尘，食物中某些蛋白质，药物（如青霉素）、蜜蜂刺蛰。许多脱敏药物都有抗组胺效应。（2）自身免疫疾病正常情况下，人体的免疫系统不会攻击自身细胞和组织。由于某些尚未清楚的原因，免疫活性细胞攻击自身组织，出现自身免疫疾病。先天性免疫缺陷病:可由多种原因引起。严重综合型免疫缺失症（SCID），因为编码腺嘌呤脱氨酶（ADA）的基因缺陷造成,易感染病原体而生病。后天获得的免疫缺陷病:艾滋病（AIDS）获得性免疫缺失综合症（AIDS）现在认为由HIV病毒引起。2.免疫系统功能减退免疫系统的功能•1.免