免疫学基本概念.ppt
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1、免疫学基本概念及理论,西安交通大学医学院免疫学系 雷艳君 副教授 Email: ,基础免疫学,免疫生物学 分子免疫学 免疫遗传学 免疫病理学,血液免疫学 肿瘤免疫学 移植免疫学 生殖免疫学,临床免疫学,免疫学(immunology) 研究机体免疫系统结构和功能、免疫相关疾病发生机制、免疫学诊断和防治措施的独立学科。,免疫的概念(Concept of immunity),传统概念:免疫指抵御传染病的能力 现代概念:是指机体识别并排除 “非己”物质所产生的 生物学效应,是一种生理性防御功能。其作用 是维持机体内环境的平衡和稳定,正常情况下 对机体是有利的,但在一定条件下也可以有害。,免疫功能,免疫
2、系统的组成,免疫应答的种类,固有免疫(天然免疫/非特异性免疫) Innate Immunity(natural/nonspecific) 适应性免疫(获得性免疫/特异性免疫) Adaptive Immunity(acquired/specific),固有免疫(Innate Immunity),概念:生物在长期种系进化过程中逐渐形成的防御功能 经遗传而获得,并非针对特定抗原,属天然免疫。 (第一道防线) 特点: 与生具有; 非特异性;无记忆性;作用迅速。 包括:物理屏障:皮肤粘膜屏障、血脑屏障、血胎屏障 化学屏障:溶菌酶、抗菌肽、补体、细胞因子、APR等 细胞屏障:粒细胞、M 、DC、NK等,适
3、应性免疫(Adaptive Immunity),概念: 个体发育过程中接触特定抗原后产生, 仅针对该 特定抗原而发生反应. 特点: 特异性; 耐受性; 记忆性 效应细胞: T细胞(介导细胞免疫应答) B细胞(介导体液免疫应答) 分为三阶段:识别阶段、 活化增殖阶段 效应阶段,固有免疫和适应性免疫之间的关系,固有免疫是适应性免疫应答启动的前提 协助适应性免疫应答产物发挥效应 抗体是固有免疫系统的 “眼睛” Antibody Complement lysis of target cell Mf NK: ADCC 适应性免疫细胞与固有免疫细胞之间的协同作用 固有免疫与适应性免疫的时间互补,抗原(Ag
4、):是一类能刺激机体免疫系统产生特异性 免疫应答;并能与相应的免疫应答产物(抗 体和/或效应淋巴细胞)在体内或体外特异 性结合的物质。 两种特性:免疫原性(Immunogenicity) 抗原性/反应原性 (Antigenicity),抗原是机体免疫应答的启动因素,半抗原(Hapten):,只具有反应原性而无免疫原性的抗原物质 如:激素、某些药物等,Haptens are valuable research and diagnostic tools,DNP: dinitrophenyl(二硝基氟苯),Overall configuration of a hapten plays a major
5、 role in determining whether it can react with a given antibody.,抗原的特异性,克隆选择学说,抗原表位决定抗原的特异性,抗原表位(Epitope/Antigenic determinant),抗原分子中决定抗原特异性的特殊化学基团,其性质、数目、位置和空间构象决定着抗原的特异性。,表位类型,被TCR识别的抗原表位。存在于抗原分子的任何部位,为线性表位,需经抗原递呈细胞(APC)加工处理,与MHC结合,被TCR识别的肽段。,T细胞表位和B细胞表位,(T and B cell epitopes),T细胞表位:,B 细胞表位,被BCR识
6、别的抗原表位。存在于抗原分子表面或转折处,具有构象依赖性无需与MHC结合,可直接被BCR识别。,T细胞表位与B细胞表位的特性比较,五、抗原的种类及医学上的重要抗原,免疫原、半抗原、耐受原、变应原 蛋白质, 多糖, 核酸、脂类抗原等 根据诱生抗体时是否需Th细胞参与分类 根据Ag与机体的亲缘关系分类,Inhalant allergen pollen dust mites mold spores animal hair and dander,Drugs penicillin sulfonamides local anesthetics salicylates,Foods nuts seafood
7、milk peas, beans,Allergen(变应原),Ag which can induce hypersensitivity,Insect bee venom ant venom,The most common allergens in our “artificial” world.,Dust mites,Pollens,Sugi pollens are the dominant outdoor antigen in Japan.,In “bio-deprived” indoor space, mites become the dominant antigen.,存在于人、动物、植物
8、及微生物等 不同物种间的共同抗原。 如:链球菌与人肾小球基底膜及心肌内膜 大肠埃希菌86含人类血型物质。,医学意义: 是引起免疫病理损伤的物质基础。 借助异嗜性抗原辅助临床诊断,异嗜性抗原 (heterophil antigen),(一)胸腺依赖性抗原(TD-Ag),指在刺激机体B细胞产生抗体时需Th细胞辅助的抗原。 Blood cells, Serum proteins, Bacteria and most proteins.,(1) require Th cells (2) induce cellular immunity and humoral immunity (3) antibody
9、 classes: IgM, IgG,IgA (4) apparent memory,Features:,Features: (1) not require Th cells (2) induce only humoral immunity, not cellular immunity (3) antibody class: IgM (4) no apparent memory,(二)胸腺非依赖性抗原(TI-Ag),指可直接激活B细胞,产生抗体,无需Th细胞辅助的抗原。 抗原带有重复出现的同一抗原决定簇。 LPS、 polymeric bacterial flagellin 、 Polysac
10、charides,根据Ag与机体的亲缘关系分类,异种抗原(xenoantigen) 同种异型抗原(alloantigen) 自身抗原(autoantigen) 异嗜性抗原(heterophil antigen),免疫球蛋白/抗体 Antibody,Kabat and Tiselius - 1938,Injected a rabbit w/ ova,Absorbed Serum w/ ova Ag.,Before,After,Result: g fraction is responsible for immune protection,一、抗体的概念(Concept ),抗体(Ab):B细胞接受
11、抗原刺激增殖为浆细胞,由 浆细胞合成分泌的,并能与相应的抗原 发生特异性结合的球蛋白。,免疫球蛋白(Ig):具有抗体活性或化学结构与抗 体相似的球蛋白。,Ig的两种形式: 分泌型(Secreted /Soluble antibody ) 膜型(membrane Ig, mIg):BCR,二、Ig分子的结构(structure),“Y”字型的四肽链,两 条完全相同的重链(H) 和两条完全相同的轻 链(L)通过二硫键连接而 成。,H链:约450550氨基酸,L链:约210氨基酸,恒定区(constant,region,C) 羧基端: L链1/2-CL H链3/4-CH (CH1 CH2 CH3),
12、可变区(variable region,V) 氨基端:L链1/2VL, H链1/4VH 抗原结合部位(antigen-binding site) 高变区(HVR):VH和VL各有3个氨基酸组成和排列顺序高度可变的区域. 骨架区(framework region),Complementarity-determining regions (CDR),Variability in CDRs,Hypervariable region (HVR),高变区在Ig分子表面形成三个环状结构与抗原结合,Models of the variable domains of six antibodies with t
13、heir antigen-binding regions shown in purple,Ig 的分类,根据H链C区结构和抗原性的不同将Ig分为5类: (Gamma) (Mu) (Alpha) (Delta) (Epsilon) IgG IgM IgA IgD IgE 亚类: heavy chains: 1 IgA1 2 IgA2 heavy chains: 1 IgG1 2 IgG2 3 IgG3 4 IgG4,Ig 的分型,根据L链结构和抗原性将L链分为2种: or humans: 60% of light chains are and 40% are ; mice: 95% are an
14、d 5% are . 亚型: chain - 3 subtypes in mice and 4 in human,CH1CH2之间,富含脯氨酸 赋予Ig柔性,使Ig两臂可伸展弯曲,利于与抗原结合(flexibility, enabling the 2 arms to move relatively freely IgM和IgE无铰链区,3.铰链区(hinge),4.J链和分泌片(SP),J链(Joining chain): 借二硫键连接到链或链。 facilitate the polymerization of IgA and IgM 分泌片(secretory piece,SP) 由粘膜上皮
15、细胞合成分泌,结合到二聚体上.抗蛋白水解酶,保护SIgA铰链区。,IgA, IgD, IgG IgE, IgM,CH1 Hinge CH2 CH3,CH1 CH2 CH3 CH4,三、功能域及其功能,VL VH:抗原结合部位. CL CH1:具有部分同种型和同种异型的遗传标记. CH2:补体结合位点,通过胎盘(IgG). CH3:结合细胞FcR(IgG),活化补体(IgM). CH4:结合细胞FcR(IgE). 铰链区:可使Ig自由转动和伸展.,Secreted Ig: Binding to cells by Fc receptors. Membrane Ig: An extracellula
16、r hydrophilic “spacer” sequence composed of 26 amino acid residues. A hydrophobic transmembrane sequence A short cytoplasmic tail,CH3(IgG)/ CH4(IgE, IgM)结合细胞功能:,Fab: Fragment of antigen binding,Fc: Fragment crystallizable,四、酶解片段(Enzymatic Fragments),木瓜蛋白酶,胃蛋白酶,类(class):根据H链C区抗原性差异,分为、链, 即IgG、IgA、IgM
17、、IgD和IgE。 亚类(subclass): 根据重链的二硫键数目和位置不同,又可分为亚类, 人IgG有IgG1IgG4四个亚类;IgA有2个亚类 型(type):根据轻链C区抗原性的不同,可将Ig轻链分为两种:和型。,五、Ig的异质性(heterogenecity),(一)免疫球蛋白的多样性,(二)免疫球蛋白的类型,IgG1, 3, and 4 cross placenta,complement activation IgG3 IgG1, IgG2 inefficent, IgG4 none,Different Biological Activities,Fc Receptor Bindi
18、ng IgG1 and IgG3IgG4IgG2,同种型(isotype):同一种属内所有个体某一型别Ig所共有的抗原特异性标记.位于CH和CL上。 同种异型(allotype):同一种属不同个体间的Ig抗原性的不同.可作为个体遗传标记.位于Ig的恒定区。 独特型(idiotype):是指存在于Ig分子V区上的抗原特异性.,(三)Ig的抗原性(Serum types),Allelic variation within a species that leads to minor, but detectable differences in constant regions between str
19、ains.,Antigenic differences defined by variable regions (VH and VL). Can generate anti-idiotype Abs,Ab2b,Ab2a,抗独特型抗体和独特型网络 (1)抗原刺激机体产生特异性抗体Ab1,抗体分子本身 具有独特型,称为独特型抗体。 (2)Ab1在体内的数量大时,可作为抗原诱发抗独特型 抗体Ab2的产生 (3)Ab2可分为Ab2a,Ab2b。其中Ab2a是抗Ab1V区 骨架部分; Ab2b是抗Ab1V区CDR部分,又称抗 原内影像(internal image)。 (4)独特型网络:抗原Ab1-Ab
20、2-Ab3-,Ab2b serve to up-regulate specific antibody response,Ab2a serve to down-regulate specific antibody response,五、抗体的生物学功能,生理效应: 中和毒素,中和病毒作用 病理效应: 自身免疫性疾病 在B细胞表面起受体作用(mIg),与抗原特异性结合,抗体的Fab段与抗原表位特异性结合,表现出多种生物学效应。,Neutralization: 抗体中和外毒素,Neutralization: 抗体中和病毒,抗体阻止细菌吸附,激活补体,Abs与Ag结合,能够激活补体, Abs与细胞结合
21、(FcR),M, NK cells, mast cells, basophils表面均表达FcR. IgG + M 调理作用(Opsonization) IgG + NK ADCC IgE + mast cell I型超敏反应 (hypersensitivity),介导,介导,介导,抗体的调理作用:指抗体与抗原结合后可增强吞噬 细胞的吞噬作用,ADCC(抗体依赖细胞介导的细胞毒作用) 指抗体与靶细胞表面的抗原表位结合后,可通过其Fc段与NK细胞表面的Fc受体结合,诱导NK细胞对靶细胞的杀伤。,介导I型超敏反应,Unique to IgE,IgG fetus, SIgA baby,placent
22、a,milk,通过胎盘和粘膜,IgA (major) IgM,Mucosal surface of the respiratory, gastrointestinal and urogenital tracts.,各类Igs的生物学特性与功能 Characteristics and Functions of Igs,(一)IgG的特性及功能,1.血清中含量最高 2.是再次应答的主要抗体。具有抗菌、抗病毒、抗毒素作用,起主力免疫作用。 3.激活补体 4.通过胎盘 5.结合细胞,介导调理作用和ADCC效应 6.某些自身抗体IgG可引起II、III型超敏反应,(二)IgM的特性与功能: 1. 五聚体
23、, 巨球蛋白, 是初次应答的主要Ig。,5. 天然血型抗体属于IgM; 6. 在B细胞表面起抗原受体作用(mIgM); 7. 某些自身抗体IgM, 可引起型超敏反应,2. 早期抗菌、抗病毒、抗毒素抗体, 起先锋免疫作用; 3. 活化补体比IgG强大; 4. 不能通过胎盘, 若脐血中检出IgM,提示宫内有感染;, IgA的特性与功能,血清型IgA:单体, 出生后4-6个月合成, 占血清总Ig的 10%, 半衰期约56天, 可介导调理作用和ADCC效应。 分泌型IgA(SIgA): 二聚体, 分布于初乳、唾液、泪液、胃 肠液、气管分泌液等外分泌液中, 参与粘膜局部免疫。, IgD 血清浓度很低(0
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