医学免疫学与微生物学辅导.doc

医学免疫学与微生物学本次辅导内容为教材第一章到第四章，初步介绍了免疫学基本概念、免疫分子的基本概念。如什么是免疫？免疫有何功能作用，在生理、病理状态下有何表现？抗原的概念？免疫分子有哪些？这里涉及到许多基本概念，大部分是学员们第一次接触，因此期望看一次录象或听一次课就能掌握，是不可能的。一定要多听多看，在理解的基础上进行记忆，为以后章节学习打好基础。另外，免疫学中有许多的英文缩写名词，对此要求看到英文缩写能知道中文含义。通过这部分的学习，要求能做到：掌握：免疫的概念和免疫的三大功能；抗原、抗原决定基、胸腺依赖性和胸腺非依赖性抗原、完全抗原和半抗原的概念；掌握免疫球蛋白和抗体的基本概念及区别；免疫球蛋白的结构、功能区及酶解片段；以及免疫球蛋白的生物学活性；补体系统的概念、组成及生物学活性。熟悉：基础免疫的主要研究内容；决定免疫原性的因素、抗原的分类及医学上重要的抗原物质种类；熟悉各类免疫球蛋白的特点及功能；单克隆抗体的概念；补体激活的两条途径及主要异同点。重点、难点内容提示一、 免疫是机体识别“自身”与“非己”抗原，对自身抗原形成天然免疫耐受，对“非己”抗原产生排斥作用的一种生理功能。在一定条件，正常情况下，可以是生理性的，对人体有益；如果免疫失调则产生有害的影响如：超敏反应、自身免疫性疾病和肿瘤等。二免疫的基本功能是 “防御抗感染、自身稳定清除体内衰亡变性细胞和监视清除体内突变细胞和病毒感染细胞 肿瘤、病毒持续感染”功能。三、免疫系统是机体执行免疫功能的组织系统由免疫器官、免疫细胞和免疫分子构成，四、免疫器官可分为中枢免疫器官和外周免疫器官：中枢免疫器官是免疫细胞发生、分化、成熟场所，对外周免疫器官的发育也有促进作用，它包括骨髓、胸腺、法氏囊（禽类），骨髓是B细胞分化成熟的场所，胸腺是T细胞分化成熟的场所；外周免疫器官是T、B细胞定居、接受抗原刺激并产生免疫应答的场所，它包括淋巴结、脾、粘膜相关淋巴组织。五、免疫细胞是泛指所有参加免疫应答或与免疫应答有关的细胞及其前体细胞，主要包括造血干细胞、淋巴细胞、单核吞噬细胞及其他抗原提呈细胞、粒细胞、红细胞和肥大细胞等。六、固有免疫又称天然免疫或非特异性免疫，是机体在长期种系发育和进化过程种逐渐形成的一种天然防御功能。七、适应性免疫又称获得性免疫或特异性免疫，是机体在生活过程中，接受病原微生物等抗原性异物刺激后产生的，只对相应病原体等抗原性异物起作用的防御功能。八、抗原（Ag）是一类能刺激机体免疫系统使之产生特异性免疫应答，并能与相应免疫应答产物（抗体和效应T细胞）在体内或体外发生特异性结合的物质。九、抗原物质具有两种性能：免疫原性和免疫反应性。1.免疫原性是抗原分子能刺激机体产生免疫应答，包括诱导产生抗体及效应T细胞的性能，免疫原性的本质是异物性，其最重要的功能是启动免疫应答，产生具有免疫效应的产物（抗体或治敏T细胞）。2.抗原性（免疫反应性）指抗原分子能与相应的免疫应答产物（抗体和效应T细胞）在体内或体外特异性结合，产生免疫反应的性能。免疫反应性最重要的特点是特异性，这是免疫学诊断和免疫学防治的理论依据。免疫反应性在体内可表现为一系列的免疫效应，最终结果是抗原的清除、恢复体内环境的稳定；某些情况下也可表现为免疫病理损伤。免疫反应性在体外可用于疾病的诊断。3.既有免疫原性又有抗原性的抗原称为完全抗原；本身没有免疫原性，只有抗原性的物质称为不完全抗原。十、决定抗原免疫原性的因素包括物质的分子大小、化学组成与结构、异物性（凡在胚胎期末与相应淋巴细胞克隆接触过的物质，均被淋巴细胞视为异物）、免疫途径（大多数经消化道进入机体）、机体应答性。十一、抗原决定基：是存在于抗原分子表面、决定抗原特异性的特殊化学基团。是抗原分子和TCR、BCR及抗体特异性结合的部位，又称表位。一种抗原物质可有多种抗原决定簇，根据其在抗原物质上的位置可分为功能性抗原决定簇和隐蔽性抗原决定簇。十二、抗原结合价：指一个抗原分子上能与相应抗体分子结合的功能性抗原决定基的总数。天然抗原一般含多个及多种不同的抗原决定簇，可结合多个抗体分子，因此为多价抗原。多价抗原一般在体外的抗原抗体反应中可出现肉眼可见的凝集反应。半抗原为单价，只能结合一个抗体分子中的一个抗原结合部位（Fab片段），在体外的抗原抗体反应中不出现可见的凝集反应。十三、根据抗体的来源及与机体的亲缘关系将抗原分为：1异种抗原：指来自另一物种的抗原。如病原微生物（细菌、病毒）、细菌外毒素、类毒素、抗毒素等。2同种异型抗原：指来自同种生物、不同个体的抗原。如红细胞抗原（ABO血型抗原、Rh血型抗原）和组织相容性抗原。3自身抗原：能引起自身免疫应答的自身组织成分。十四、根据抗体产生是否需要T细胞辅助将抗原分为：1胸腺依赖性抗原（TD抗原）：含T细胞抗原决定基，需要在T细胞辅助下才能刺激B细胞产生抗体的抗原物质。如细菌、病毒、细胞及各种蛋白质抗原都是胸腺依赖性抗原。TD抗原激活的是成熟B细胞，能产生免疫记忆，既可诱导体液免疫应答，主要产生IgG类抗体；也可诱导细胞免疫应答。2胸腺非依赖性抗原（TI-Ag）：只含B细胞决定基，不需要T细胞辅助，可直接激活B细胞产生抗体的抗原物质。如革兰阴性菌的脂多糖、荚膜多糖等，都是非胸腺依赖性抗原。TI抗原激活的是未成熟B细胞，不能产生免疫记忆，一般只诱导体液免疫应答，仅产生IgM类抗体。十五、医学上重要的抗原物质1病原微生物及其代谢产物：如细菌、病毒等，都是由多种抗原组成的复合体。如细菌可有细胞壁的菌体抗原、荚膜抗原、鞭毛抗原、菌毛抗原等；病毒有包膜糖蛋白抗原、核蛋白抗原等。细菌代谢产物如外毒素也是很好的抗原，可刺激机体产生抗体即抗毒素。外毒素经甲醛处理后失去毒性但仍保留抗原性，即类毒素，同样也可刺激机体产生抗毒素，可用于人工自动免疫。2动物免疫血清：用类毒素免疫动物，该动物即可产生相应抗体即抗毒素存在于血清中，此即动物免疫血清。动物免疫血清可作为人工被动免疫制剂，用于特异性治疗和紧急预防特定传染病。但动物免疫血清对人来说具有两重性：既含特异性抗体，可中和患者体内相应外毒素，起到防治疾病的作用；另外本身又是异种血清，可作为抗原引起机体的超敏反应。3同种异型抗原 （1） 红细胞抗原：主要有ABO血型抗原和Rh血型抗原。ABO血型抗原是红细胞表面最重要的同种异型抗原，并可广泛存在于各种细胞和体液及外分泌液中。针对ABO血型抗原的抗体是天然抗体，为IgM类抗体。Rh抗原是人类红细胞和恒河猴红细胞之间的共同抗原，编码Rh抗原的基因最重要的是D基因。人类红细胞上有D抗原者称为Rh阳性，反之为Rh阴性。（2）主要组织相容性抗原：主要是人类白细胞抗原（HLA），由第6对染色体上的HLA复合体各位点内的等位基因编码。HLA存在于所有有核细胞，包括血小板和网织红细胞表面，以淋巴细胞表面密度最高。HLA参与免疫应答、免疫调节、移植排斥等，同时HLA的某些型别与某些疾病相关。4白细胞分化抗原：是血细胞在分化成熟为不同谱系、分化不同阶段以及活化过程中，出现或消失的细胞表面抗原性标志。5自身抗原：包括两类：（1）因外伤等原因释放的隐蔽自身抗原。如甲状腺球蛋白、精子、眼晶状体蛋白等。这些物质在胚胎期均未与免疫细胞接触过。如果外伤导致这些物质释放入血，可被免疫细胞识别为非己抗原物质而产生免疫应答。（2）经药物、感染等因素使自身组织细胞发生改变而成为修饰的自身抗原。如服用甲基多巴类药物、或感染流感病毒、EB病毒等，可使红细胞膜表面的成分发生改变，从而刺激机体产生抗红细胞抗体，引起自身免疫性溶血性贫血。6肿瘤抗原：细胞癌变过程中出现的具有免疫原性的大分子物质的总称。包括肿瘤特异性抗原（TSA）（只存在于某种肿瘤细胞表面，而不存在于正常细胞或其他肿瘤细胞表面的抗原）和肿瘤相关抗原（TAA）（其中胚胎性抗原中的甲胎蛋白检测广泛用于原发性肝癌的诊断）两类。7异嗜性抗原：存在于不同种属生物之间的共同抗原称为异嗜性抗原。某些病原微生物与人体组织间存在着此类抗原，大肠杆菌014型的脂多糖与人的结肠黏膜之间就有异嗜性抗原，当微生物感染人体时，可刺激机体产生相应抗体，通过免疫反应造成机体的损伤，引起溃疡性结肠炎。8其他抗原：某些食物、花粉、药物、激素等物质可作为抗原或半抗原引起机体的超敏反应十六、免疫球蛋白是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。十七、抗体是机体免疫细胞被抗原激活后，由分化成熟的终末B细胞浆细胞所合成与分泌的一类能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。抗体是一种重要的免疫分子，主要存在于血液、体液和黏膜分泌物中，因此将抗体介导的免疫称为体液免疫。体液免疫主要是指机体B细胞在抗原刺激下，分化增殖为浆细胞，合成各类免疫球蛋白这一特异性免疫应答过程。十八、免疫球蛋白的基本结构由一对长链（H，重链）和短链（L，轻链）构成。在多肽链的氨基端（N端）在L链1/2与H链1/4区域内，氨基酸的种类、排列顺序与构型变化很大，称为可变区；在可变区中特定位置称为超变区，它是免疫球蛋白与抗原决定基（抗原性物质表面决定该抗原特异性的特殊化学基团）特异性结合的关键位置。羧基端（C端）在L链余1/2和H链的3/4氨基酸排列顺序和糖的含量比较稳定，称为恒定区。以上结构决定了免疫球蛋白的生物学活性：与特异性抗原结合；激活补体；结合Fc受体等。十九、免疫球蛋白的主要特性和功能 在五类免疫球蛋白中，IgG通常以单体形式存在与血清和其他体液中，血清中IgG含量最高，是主要的抗感染抗体，可广泛分布到组织和其他体液中，是唯一从母体通过胎盘转移到胎儿的Ig，婴儿通过此种方式获得的免疫称为天然被动免疫；IgM是一个五聚体，分子量最大，激活补体能力最强，不能透过血管壁，主要存在于血液中。在个体发育中是最早合成的，机体感染后最早出现的抗体也是IgM；IgA分为血清型IgA和分泌型IgA（SIgA），SIgA主要分布于呼吸道、消化道、泌尿生殖道黏膜表面，是机体局部黏膜防御感染的重要因素，婴儿可从初乳中获得；IgD以单体形式存在于血清中，含量低，不能激活补体，对B细胞的活化、增生和分化产生调节作用；IgE在种系进化过程中出现最晚，含量最低，可介导型超敏反应。二十、单克隆抗体（McAb）通常是指由单一克隆杂交瘤细胞产生的只识别某一特定抗原表位的 同源抗体。二十一、多克隆抗体指用抗原免疫动物后获得的免疫血清。二十二、补体是机体重要的免疫分子之一，是存在于正常人或脊椎动物血清与组织液中的一组经活化后具有酶活性的蛋白质。包括30余种可溶性蛋白和膜结合蛋白，称为补体系统。补体系统的蛋白按功能分为三类：（1）补体固有成分。（2）补体调节蛋白 。（3）补体受体。补体广泛参与机体抗微生物防御反应以及免疫调节，也可介导免疫病理损伤。二十三、补体固有成分：指存在于体液中、参与补体激活酶促连锁反应的补体成分，包括经典激活途径的C1q、C1r、C1s、C4、C2；替代激活途径的B因子、D因子；以及两条途径共同末端通路的C3、C5C9。二十四、补体调节蛋白指调节和控制补体活化的蛋白分子，包括可溶性蛋白和膜结合蛋白。前者存在于血清或体液中，包括P因子（备解素）、C1抑制物、C4结合蛋白、H因子、I因子、S蛋白、血清羧肽酶N等。后者存在于细胞膜表面，包括膜辅助因子蛋白、促衰变因子、同种限制因子等。二十五、补体受体（CR）：指存在于细胞表面、可和补体裂解片段结合、介导补体活性片段或调节蛋白生物学效应的特殊化学基团。包括C1q受体、C3b/C4b受体（CR1）、C3d受体（CR2）、C3a、C2a、C4a和C5a受体、以及H因子受体等。二十六、大多数补体固有成分分别由肝细胞、巨噬细胞、肠粘膜上皮细胞和脾细胞等合成，其化学组成均为糖蛋白。补体分子量最大者为C1q，最小者为D因子；各成分血清中含量以C3最高，D因子最低。补体成分因均为蛋白，因此不耐热，5630分钟即可灭活。因此保存补体通常应置20以下。补体也可被多种理化因子灭活。二十七、补体系统的激活途径补体系统各成分通常以非活性状态存在与血清和体液中，需要激活后才能表现出生物活性。补体系统的激活可以从C1开始依次按一定顺序激活，也可以从C3开始依次激活。C1q开始激活激活的途径称经典途径（传统途径）；C3开始激活的途径称旁路激活途径。（一）补体经典途径的激活1激活物：免疫复合物（IC，即抗原抗体复合物）是经典途径的主要激活物。2激活条件：C1与IC中抗体IgM或IgG1、2、3的Fc段（CH3或CH2区）结合，是补体激活经典途径的始动环节。IgM是五聚体，含五个Fc段，因此单个IgM分子即可激活补体C1。IgG是单体，因此必须至少两个IgG分子的聚合物才能有效结合C1q，启动激活补体的经典途径。3参与成分：C1C9。4激活顺序：C1（q、r、s）、C4、C2、C3、C5C9。激活途径人为分成三组即（1）识别阶段：抗体IgM和IgG1、2、3结合相应抗原后，通过抗体分子的变构，暴露出Fc段的补体结合位点（CH3或CH2区），补体C1q与之结合并发生变构，导致C1r被裂解。形成的C1r小分子片段具有蛋白酶活性，可裂解C1s。该过程称为补体激活的启动或识别。（2）活化阶段：活化的C1s依次裂解C4和C2，形成具有酶活性的C3转化酶，后者进一步酶解C3并形成C5转化酶。此过程为经典途径的活化阶段。在活化阶段，补体C4、C2、C3和C5的级联酶解中，每一补体分子均裂解为a、b两个片段。a片段为小分子，游离于体液中，发挥趋化作用、过敏毒素和免疫黏附、调理作用等；b片段为大分子，结合在激活物颗粒（如细胞、细菌）表面，参与C3转化酶和C5转化酶的形成。（3）膜攻击阶段：C5转化酶形成后裂解C5为a、b两个片段。b片段可依次结合C6、C7，形成C5b67复合物并结合在靶细胞表面，依次再结合C8与C9，在靶细胞膜上形成孔道，造成靶细胞膜损伤、细胞内容物漏出，最终导致靶细胞溶解死亡。此过程称为膜攻击阶段。（二）补体旁路途径激活旁路途径的激活，在机体受到感染的早期起者重要的抗感染作用。在尚未产生相应的抗体难以激活经典途径的情况下，旁路途径的激活有利于及早消灭的病原菌。1激活物：细菌脂多糖（LPS）、肽聚糖、酵母多糖、凝聚的IgG4和IgA等。2激活条件：C3有限裂解和C3bB形成。正常情况下，体内的蛋白水解酶可使C3有限微弱裂解，产生少量C3b，使机体总保持着“箭在弦上，一触即发”的警觉状态。处于液相的C3b极不稳定，易被体液中的I因子、H因子灭活。一旦有病原微生物入侵，细菌细胞壁的脂多糖和肽聚糖等激活物提供了补体分子可以接触的固相表面，使补体级联反应得以进行。C3b结合在细菌表面后，可发生变构，结合B因子，形成稳定的C3bB复合物，并在D因子作用下，进一步裂解B因子形成替代途径的C3转化酶，触发替代途径的激活。3参与成分：C3、C5C9、B因子、D因子、P因子。4激活顺序：C3、C5C9。替代途径的C3转化酶是体内炎症部位C3有限裂解后产生的C3b直接结合在细菌表面并与B因子结合形成的C3bBb。替代途径的C5转化酶是由C3转化酶裂解C3后形成的C3b继续结合在细胞表面的C3bBb，形成C3bnBb组成。膜攻击阶段与经典途径相同。 5特点：（1）可以识别自己与非己。若C3b沉积在自身细胞表面，可被正常细胞表面存在的调节蛋白迅速灭活，并终止级联反应。（2）C3b的正反馈调节途径是补体系统重要的放大机制。（三）两条途径的比较见教材P41二十八、补体的生物学功能1.溶菌和细胞溶解：细菌与相应抗体结合后，可通过经典途径激活补体，在细菌表面形成膜攻击复合物，造成细菌溶解。在抗体尚未产生时，革兰阴性菌的细胞壁脂多糖也可通过旁路途径激活补体。当体内产生针对自身细胞抗原的抗体时，也可通过激活补体造成自身细胞的损伤，引起免疫病理反应。2.调理作用：补体裂解产物C3b/C4b的N端与细菌等抗原抗体复合物结合，C端与表面具有相应补体受体（CR1）的吞噬细胞结合，促进吞噬细胞的吞噬作用。3.免疫黏附与清除免疫复合物作用：可溶性抗原抗体复合物激活补体后，可与补体裂解片段C3b/C4b结合，形成抗原抗体C3b/C4b复合物。若与表面具有CR1的红细胞、血小板结合即产生免疫粘附后，随血流将免疫复合物转运至肝或脾内，被吞噬细胞吞噬。促进中和及溶解病毒：病毒和相应抗体结合后可激活补体，阻止病毒对易感细胞的吸附，此作用称为中和作用。在无抗体存在时，补体也能直接溶解某些病毒，如RNA肿瘤病毒造成即调理作用；，形成较大聚合物利于吞噬细胞吞噬，此即免疫粘附作用。4.炎症介质作用：补体裂解产物C4a、C2a、C3a、C5a分别具有炎症介质作用，可引起机体的炎症反应，一方面可促进对病原微生物的清除，另一方面也造成组织损伤或超敏反应。炎症介质作用主要表现为激肽样作用、过敏毒素作用和趋化作用。5.参与特异性免疫应答。相关抗原抗体