[醫(yī)學(xué)]第13章 適應(yīng)性免疫應(yīng)答的特點(diǎn)及其機(jī)制.ppt

生命科學(xué)學(xué)院微生物學(xué)教研室 YJH 第13章適應(yīng)性免疫應(yīng)答的特點(diǎn) 生命科學(xué)學(xué)院微生物學(xué)教研室楊繼紅Tel mail cdcyang QQ 705772657 第1節(jié)免疫應(yīng)答的特異性 免疫應(yīng)答的特異性具有雙重含義 免疫應(yīng)答有特異性抗原刺激啟動(dòng) 應(yīng)答的產(chǎn)物只能識(shí)別并結(jié)合該特異性抗原特異性貫穿免疫應(yīng)答的始終 經(jīng)APC處理的特異性抗原與特定MHC分子結(jié)合為復(fù)合物并表達(dá)于細(xì)胞表面 被TCR特異性識(shí)別 或BCR直接識(shí)別抗原的特異性B細(xì)胞表位 而啟動(dòng) 傳遞活化信號(hào) 活化的抗原特異性T細(xì)胞或B細(xì)胞發(fā)生單克隆擴(kuò)增 產(chǎn)生特異性抗體和 或 特異性致敏淋巴細(xì)胞 特異性抗體僅與特異性抗原發(fā)生反應(yīng) 免疫應(yīng)答特異性的本質(zhì) BCR和TCR的特異性識(shí)別 一種BCR或TCR只能識(shí)別一種抗原表位 自然界存在數(shù)量巨大 特異性各異的抗原表位 BCR和TCR在結(jié)構(gòu)上具有多樣性 是集體對(duì)多種抗原表位進(jìn)行識(shí)別并產(chǎn)生特異性應(yīng)答的分子基礎(chǔ) 一 BCR多樣性及其分子基礎(chǔ) 1 BCR胚系基因結(jié)構(gòu) 基因庫 鏈基因連鎖群 第22號(hào)染色體 基因庫 鏈基因連鎖群 第2號(hào)染色體 H基因庫 重鏈基因連鎖群 第14號(hào)染色體 1 BCR胚系基因結(jié)構(gòu) C基因片段編碼恒定區(qū) V基因片段編碼可變區(qū) 1 BCR胚系基因結(jié)構(gòu) 編碼輕鏈的基因還包括J基因片段 1 BCR胚系基因結(jié)構(gòu) 重鏈基因除V C J基因外 還包括D基因片段 1 BCR胚系基因結(jié)構(gòu) 重鏈基因的V D J C基因群各含多個(gè)基因片段 重鏈VH基因片段約40個(gè) 編碼Ig重鏈可變區(qū)CDR1 CDR2 重鏈DH基因片段位于VH和JH基因簇之間 功能性片段約25個(gè) 編碼大部分CDR3 重鏈JH基因片段位于DH基因下游 約6個(gè)功能性片段 編碼小部分CDR3和FR4 重鏈CH基因由多個(gè)外顯子組成 每個(gè)外顯子編碼一個(gè)結(jié)構(gòu)域 鉸鏈區(qū)由單獨(dú)的外顯子編碼 1 BCR胚系基因結(jié)構(gòu) 輕鏈V 基因片段約30個(gè) 編碼Ig輕鏈可變區(qū)CDR1 CDR2 輕鏈J C 基因片段位于V 基因下游 功能性片段約4個(gè) 編碼CDR3 輕鏈基因的V J C基因群各含多個(gè)基因片段 1 BCR胚系基因結(jié)構(gòu) 輕鏈V 基因片段約40個(gè) 編碼Ig輕鏈可變區(qū)CDR1 CDR2 輕鏈J C 基因片段位于V 基因下游 5個(gè)功能性和1個(gè)C 編碼CDR3 輕鏈基因的V J C基因群各含多個(gè)基因片段 2 BCR多樣性機(jī)制 1 基因片段的重排 2 重鏈輕鏈隨機(jī)組合 3 基因片段連接的多樣性 4 體細(xì)胞突變 1 基因片段的重排 1 基因片段的重排 每一個(gè)IgH鏈 或L鏈 基因分別由V D J C 或V D C 基因片段群中個(gè)選擇一個(gè)基因片段組合形成 V D J C 或V D C 每個(gè)基因片段群由多個(gè)功能性基因片段組成 V D J C 或V D C 基因片段選擇具有隨機(jī)性 從而形成組合得多樣性 2 重鏈輕鏈隨機(jī)組合 理論上可產(chǎn)生 6000 120 200 1 92 106個(gè)特異性Ig 3 基因片段連接的多樣性 在V D J基因重排過程中V D J基因連接具有多樣性 junctiondiversity V D J基因不一定是準(zhǔn)確地連在一起的 也可在連接時(shí)在同一連接點(diǎn)上增加 插入 insertion 和減少 缺失 deletion 數(shù)個(gè)核苷酸或出現(xiàn)倒轉(zhuǎn) inversion 導(dǎo)致DNA的讀框受到破壞 使BCR呈現(xiàn)多樣性 達(dá)3 107個(gè)特異性Ig 4 體細(xì)胞突變 指發(fā)育后期和經(jīng)抗原刺激后 濾泡生發(fā)中心內(nèi)成熟B細(xì)胞已重排基因的若干核苷酸發(fā)生替換突變 純系三組BALB c小鼠免疫抗原后對(duì)特異性抗體可變區(qū)的序列分析 抗體的親和力成熟 affinitymaturation 由5種6條多肽鏈組成 轉(zhuǎn)導(dǎo)抗原激活信號(hào) TCR CD3復(fù)合分子 TCR識(shí)別抗原肽 MHC 免疫受體酪氨酸活化基序 immunereceptortyrosine basedactivationmotif ITAM TCR復(fù)合物的組成 二 TCR多樣性及其分子基礎(chǔ) 由5種6條多肽鏈組成 轉(zhuǎn)導(dǎo)抗原激活信號(hào) TCR CD3復(fù)合分子 TCR識(shí)別抗原肽 MHC 免疫受體酪氨酸活化基序 immunereceptortyrosine basedactivationmotif ITAM TCR復(fù)合物的組成 二 BCR胚系基因結(jié)構(gòu) TCR和BCR的相似之處 TCR結(jié)構(gòu)類似免疫球蛋白 與免疫球蛋白有30 35 同源性 與BCR一樣 兩種TCR都含可變區(qū)和恒定區(qū) TCR和BCR的相似之處 TCR結(jié)構(gòu)與免疫球蛋白的Fab類似 1 TCR胚系基因結(jié)構(gòu) TCR的基因的組成方式與免疫球蛋白基因基本一樣 和 鏈基因類似輕鏈 有V和J基因片段 和 鏈基因類似重鏈 有VDJ基因片段 TCR的胚系基因結(jié)構(gòu) 鏈基因在第7號(hào)染色體上 鏈基因在第14號(hào)染色體上 TCR也是通過體細(xì)胞重排變?yōu)槎鄻有缘?TCR的重排的機(jī)制與免疫球蛋白一樣 也具有7核苷酸和9核苷酸的重組識(shí)別信號(hào) 并遵守12 23堿基規(guī)則 TCR也具有連接多樣性 因?yàn)門CR具有更多的J基因片段和更多的N區(qū)插入 TCR在連接處的變化更大 編碼TCR 鏈的D基因片段有兩處 這樣會(huì)增加其有效重排的機(jī)會(huì) 編碼 鏈的J基因片段有多個(gè) 也會(huì)增加有效重排的機(jī)會(huì) 第2節(jié)免疫應(yīng)答的記憶性 免疫記憶性 是指機(jī)體對(duì)特異性抗原初次應(yīng)答后 所接受的活化信息和產(chǎn)生的效應(yīng)信息可村流域機(jī)體免疫系統(tǒng) 若概抗原再次進(jìn)入機(jī)體 則存留的活化和效應(yīng)信息被迅速調(diào)動(dòng) 出發(fā)比初次應(yīng)答更為迅速 強(qiáng)烈 持久的特異性免疫應(yīng)答 免疫記憶的物質(zhì)基礎(chǔ) 增強(qiáng)的抗原提呈能力 經(jīng)抗原初次刺激后親和力增強(qiáng)的特異性TCR和BCR 極少量處于靜止?fàn)顟B(tài)的記憶性T B細(xì)胞等 一 T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫記憶 1 記憶性T細(xì)胞的來源 尚不清楚 可能 來源于少量激活的T細(xì)胞 由部分效應(yīng)T細(xì)胞受局部微環(huán)境影響分化形成 2 Tm細(xì)胞的表性特征 CD45RO陽性初始T細(xì)胞CD45RA陽性 3 Tm產(chǎn)生更快更強(qiáng)更有效的免疫效應(yīng) Tm細(xì)胞比初始T細(xì)胞更易被激活 相對(duì)較低濃度的抗原即可激活Tm細(xì)胞 Tm細(xì)胞再活化對(duì)共刺激信號(hào) 如CD28 B7 的依賴性比初始T細(xì)胞低 Tm細(xì)胞比初始T細(xì)胞分泌更多的細(xì)胞因子 且對(duì)細(xì)胞因子的敏感性也比初始T細(xì)胞高 4 CD8 T細(xì)胞產(chǎn)生和維持的機(jī)制 記憶性CD8 T細(xì)胞的產(chǎn)生不需要T細(xì)胞所分泌的細(xì)胞因子參與 記憶性CD8 T細(xì)胞的維持無需抗原持續(xù)刺激和B細(xì)胞參與 也不需要CD4 T細(xì)胞輔助 但有賴于與MHC 類分子相互接觸 有可能也需要T細(xì)胞共刺激信號(hào) B7 CD28 持續(xù)存在 型干擾素及IL 15等細(xì)胞因子在維持CD8 記憶性T細(xì)胞中發(fā)揮重要作用 二 B細(xì)胞介導(dǎo)的免疫記憶 1 記憶性B細(xì)胞的特征 Bm細(xì)胞經(jīng)抗原再次刺激后數(shù)量可增長10 100被 所產(chǎn)生抗體的親和力也遠(yuǎn)高于初始B細(xì)胞 并發(fā)生抗體類別轉(zhuǎn)換 Bm細(xì)胞表達(dá)膜IgG IgA或IgE以及MHC 類分子水平比初始B細(xì)胞高 抗體親和力和MHC 類分子水平增高有利于抗原攝取和提呈 使Bm細(xì)胞在較低抗原濃度刺激下 即可激活Th細(xì)胞并接受Th細(xì)胞的輔助 這種特點(diǎn)有利于機(jī)體抵抗病原微生物 也是疫苗防止傳染病的理論基礎(chǔ) 2 Bm細(xì)胞的產(chǎn)生與維持 產(chǎn)生與特異性抗原刺激有關(guān) 維持也有賴于抗原存在 第3節(jié)免疫應(yīng)答的耐受性 一 免疫耐受的概念及特性 1 免疫耐受 immunologicaltolerance 是指機(jī)體免疫系統(tǒng)接觸抗原后所表現(xiàn)出的特異性免疫無應(yīng)答現(xiàn)象 2 免疫耐受的類型 1 天然免疫耐受和后天獲得性免疫性耐受天然免疫耐受 天然形成 如機(jī)體對(duì)自身組織抗原的自身耐受 后天獲得性免疫性耐受 后天獲得 如人工注射某種抗原后又到的獲得性耐受 誘導(dǎo)耐受形成的免疫原稱為耐受原 tolerogen 2 T細(xì)胞耐受和B細(xì)胞耐受 完全耐受 機(jī)體同時(shí)發(fā)生TB細(xì)胞耐受稱為完全耐受 completeimmunotolerance 不完全耐受 僅出現(xiàn)T細(xì)胞或B細(xì)胞耐受稱為不完全耐受 partialimmunotolerance T細(xì)胞耐受和B細(xì)胞耐受的比較 3 免疫耐受 免疫缺陷和免疫抑制 免疫耐受 Immunologicaltolerance 機(jī)體免疫系統(tǒng)接觸某種抗原后 針對(duì)該抗原的特異性無應(yīng)答現(xiàn)象 免疫抑制 ImmunologicalSuppression 機(jī)體在后天外界因素的影響下 對(duì)所有抗原的免疫應(yīng)答能力下調(diào)或喪失 免疫缺陷 Immunodeficiency 非特異性低應(yīng)答或無應(yīng)答狀態(tài) 免疫耐受與免疫抑制的區(qū)別 二 免疫耐受的誘導(dǎo)條件 1 抗原因素 1 抗原性質(zhì) 與機(jī)體遺傳背景接近或分子量小而且結(jié)構(gòu)簡單得抗原 易誘發(fā)免疫耐受 顆粒性大分子蛋白易被APC攝取 處理和有效提呈 為良好免疫原 可溶性小分子抗原易成為耐受原 2 抗原劑量 Mitchison于1964年報(bào)導(dǎo) 他給小鼠不同劑量的牛血清白蛋白 BSA 觀察Ab產(chǎn)生 發(fā)現(xiàn)注射低劑量 10 8M 及高劑量 10 5M BSA均不引起Ab產(chǎn)生 只有注射適宜劑量 10 7M 才致高水平的Ab產(chǎn)生 Mitchison將抗原劑量太低及太高引起的免疫耐受 分別稱為低帶 low zone 及高帶 high zone 耐受 抗原劑量過低 不足以激活T及B細(xì)胞 不能誘導(dǎo)免疫應(yīng)答 致 抗原 低帶耐受 以T細(xì)胞活化為例 抗原提呈細(xì)胞 APC 表面必須有10 100個(gè)相同的抗原肽 MHC分子復(fù)合物 與相應(yīng)數(shù)目的TCR結(jié)合后 才能使T細(xì)胞活化 低于此數(shù)目 不足以使T細(xì)胞活化 抗原劑量太高 則誘導(dǎo)應(yīng)答細(xì)胞凋亡 或可能誘導(dǎo)抑制性T細(xì)胞活化 抑制免疫應(yīng)答 呈現(xiàn)為特異負(fù)應(yīng)答狀態(tài) 致高帶耐受 低帶 low zone 及高帶 high zone 耐受 致耐受所需抗原劑量 因抗原種類 動(dòng)物種屬及年齡而異 TI抗原可誘導(dǎo)B細(xì)胞高帶耐受 低 高劑量TD抗原均易誘導(dǎo)耐受 3 抗原免疫途徑 經(jīng)口服和靜脈注射的抗原通常易誘導(dǎo)免疫耐受 皮下及肌肉內(nèi)注射易誘導(dǎo)免疫應(yīng)答 4 與抗原相關(guān)的其它因素 抗原輔以佐劑易誘導(dǎo)免疫應(yīng)答 而單獨(dú)的抗原刺激易致耐受 低劑量抗原長期在體內(nèi)存在易誘導(dǎo)免疫耐受 2 機(jī)體因素 機(jī)體免疫功能狀態(tài)免疫系統(tǒng)發(fā)育成熟程度遺傳背景 1 免疫系統(tǒng)發(fā)育成熟程度 胚胎期的免疫耐受 1 免疫系統(tǒng)發(fā)育成熟程度 新生期的免疫耐受 2 免疫功能狀態(tài) 單獨(dú)應(yīng)用抗原難以誘導(dǎo)健康個(gè)體產(chǎn)生耐受 聯(lián)合應(yīng)用放射線照射 抗淋巴細(xì)胞抗體等免疫抑制手段或免疫抑制劑 可認(rèn)為破壞已成熟的淋巴系統(tǒng) 造成類似新生期的免疫不成熟狀態(tài) 使誘導(dǎo)免疫耐受成為可能 3 遺傳背景 大小鼠在各時(shí)期均易誘生耐受 而兔 猴及有蹄類動(dòng)物一般在胚胎期才能誘導(dǎo)免疫耐受 二 免疫耐受的形成機(jī)制 1 中樞免疫耐受 克隆清除及克隆流產(chǎn) 1 概念 中樞免疫器官 胸腺和骨髓 內(nèi)未成熟的T B淋巴細(xì)胞 識(shí)別自身抗原的細(xì)胞克隆被清除而形成的自身耐受 克隆清除學(xué)說 胚胎期的免疫細(xì)胞存在著無數(shù)具有不同反應(yīng)特異性的細(xì)胞克隆某一克隆在胚胎期與相應(yīng)抗原接觸后 即被破壞清除或被抑制成為克隆禁忌該個(gè)體出生后再接觸同一抗原產(chǎn)生 即表現(xiàn)為對(duì)此抗原的無反應(yīng)性 免疫耐受機(jī)制的克隆清除學(xué)說 陽性選擇 CD4 CD8 T細(xì)胞 胸腺基質(zhì)細(xì)胞表面MHC 類分子 胸腺基質(zhì)細(xì)胞表面MHC分子 胸腺基質(zhì)細(xì)胞表面MHC 類分子 結(jié)合 結(jié)合 不結(jié)合 CD8 T細(xì)胞 CD4 T細(xì)胞 分化 分化 發(fā)生凋亡被清除 胸腺皮質(zhì) 2 T細(xì)胞發(fā)育的陰性選擇 胸腺基質(zhì)細(xì)胞表面MHC 類分子 胸腺基質(zhì)細(xì)胞表面MHC分子 結(jié)合 結(jié)合 發(fā)生凋亡被清除 進(jìn)入胸腺髓質(zhì) CD8 T細(xì)胞 CD4 T細(xì)胞 經(jīng)陰性選擇清除自身反應(yīng)性T細(xì)胞克隆獲中樞性免疫耐受 1 中樞發(fā)育 克隆流產(chǎn) Nossal1974年提出B細(xì)胞克隆流產(chǎn)學(xué)說 骨髓B細(xì)胞發(fā)育早期 若前B細(xì)胞在發(fā)育為B細(xì)胞之前接觸抗原 則B細(xì)胞發(fā)育即終止 導(dǎo)致B細(xì)胞中樞耐受 Vitta1975年提出BCR抑制學(xué)說 未成熟的B細(xì)胞表面表達(dá)mIgM接觸抗原可啟動(dòng)胞內(nèi)抑制信號(hào) 抑制mIgM繼續(xù)表達(dá) 使抗原特異性B細(xì)胞雖未死亡 但不再對(duì)相應(yīng)抗原產(chǎn)生應(yīng)答 形成克隆失能 2 外周免疫耐受 概念 是指成熟的T及B細(xì)胞遇內(nèi)源性或外源性抗原 不產(chǎn)生正免疫應(yīng)答 而顯示免疫耐受 克隆清除及免疫忽視 克隆清除 deletion T細(xì)胞克隆的TCR對(duì)組織特異自身抗原具有高親和力 且這種組織特異自身抗原濃度高者 則經(jīng)抗原提呈細(xì)胞 APC 提呈 致此類T細(xì)胞克隆清除 免疫忽視 immunologicalignorance T細(xì)胞克隆的TCR對(duì)組織特異自身抗原的親和力低 或這類自身抗原濃度很低 經(jīng)APC提呈 不足以活化相應(yīng)的初始T細(xì)胞 這種自身應(yīng)答T細(xì)胞克隆與相應(yīng)組織特異抗原并存 在正常情況下 不引起自身免疫病的發(fā)生 克隆失能的機(jī)制 二 外周耐受機(jī)制在外周免疫器官 成熟的T和B淋巴細(xì)胞遇到自身或外源性抗原形成的耐受 產(chǎn)生機(jī)制 1 自身反應(yīng)性淋巴細(xì)胞的克隆無能 2 活化誘導(dǎo)自身反應(yīng)性淋巴細(xì)胞死亡 3 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的作用 4 獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)的致耐受作用 5 淋巴細(xì)胞移行限制 1 自身反應(yīng)性淋巴細(xì)胞的克隆無能T和B細(xì)胞的活化需要包括來自抗原 共刺激分子和細(xì)胞因子等多種刺激信號(hào)的作用 其中某種活化刺激信號(hào)的缺失或無功能 均可導(dǎo)致T B細(xì)胞不能活化 處于無能狀態(tài) 1 T細(xì)胞克隆無能 T細(xì)胞克隆無能 2 B細(xì)胞克隆無能在無T細(xì)胞輔助情況下 自身反應(yīng)性B細(xì)胞對(duì)外周可溶性自身抗原處于免疫無能狀態(tài) B細(xì)胞克隆無能 2 活化誘導(dǎo)自身反應(yīng)性淋巴細(xì)胞死亡 activationinducedcelldeath AICD 3 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的作用外周自身反應(yīng)性T B細(xì)胞的活化受調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的抑制 維持自身耐受 調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的抑制作用 4 獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)的致耐受作用可能機(jī)制 大量抗id抗體能造成獨(dú)特型陽性B細(xì)胞耗盡 獨(dú)特型抗體可作用于T B細(xì)胞上的獨(dú)特型抗原決定簇 使T B細(xì)胞耐受 自身抗id抗體還可與B細(xì)胞上的抗原受體結(jié)合而抑制抗體產(chǎn)生 大量抗id抗體的存在可誘導(dǎo)Treg產(chǎn)生抑制性細(xì)胞因子 5 淋巴細(xì)胞移行限制 1 未活化的自身反應(yīng)性淋巴細(xì)胞僅表達(dá)L 選擇素和CD45RA等黏附分子不能穿過血管壁進(jìn)入外周組織 自身反應(yīng)性淋巴細(xì)胞很少有機(jī)會(huì)接觸外周組織中的自身抗原 2 與自身抗原接觸的B細(xì)胞失去進(jìn)入淋巴濾泡的能力 從而失去產(chǎn)生針對(duì)自身抗原的抗體能力 三 免疫耐受的臨床意義 免疫耐受與臨床疾病的發(fā)生 發(fā)展及轉(zhuǎn)歸密切相關(guān) 生理性的免疫耐受對(duì)自身組織抗原不應(yīng)答 不發(fā)生自身免疫疾病 病理性的免疫耐受 對(duì)感染的病原體或腫瘤細(xì)胞抗原不產(chǎn)生特異免疫應(yīng)答 不能執(zhí)行免疫防衛(wèi)功能 則疾病發(fā)展及遷徙 為臨床治療目的 打破或建立免疫耐受 多處于臨床前實(shí)驗(yàn)階段 建立免疫耐受治療移植排斥反應(yīng)和自身免疫病等1 口服免疫原口服免疫原 可致局部腸道粘膜特異免疫 而抑制全身免疫應(yīng)答 應(yīng)用 口服自身堿性髓鞘蛋白 MBP 緩解EAE口服熱休克蛋白HSP65 誘導(dǎo)Treg細(xì)胞 治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎 RA 建立免疫耐受2 靜脈注射抗原靜脈注射單體抗原 能誘導(dǎo)免疫耐受 3 移植骨髓及胸腺在T及B細(xì)胞分化發(fā)育階段 接觸適量抗原 可通過陰性選擇 誘導(dǎo)耐受 剌激造血 增強(qiáng)陰性選擇 恢復(fù)中樞耐受 4 轉(zhuǎn)染基因?qū)⒐┱咄N異型基因轉(zhuǎn)染入受者骨髓干細(xì)胞 移植此類供者器官 則不被排斥 5 脫敏治療在 型速發(fā)型超敏反應(yīng)中 皮下多次