阮开祥(第一章)

第一篇基础知识第一章医学免疫第一节绪论(一)免疫、免疫学、免疫系统免疫(immunity)是指机体对感染有抵抗能力，从而不患疫病或传染病。宿主体内的免疫系统能识别并清除从外环境中入侵的病原体及其产生的毒素，和内环境中因基因突变产生的肿瘤细胞，实现免疫防卫功能，保持机体内环境稳定。免疫学(immunology)是研究机体免疫系统的结构与功能，免疫反应其对机体有益的防卫功能和有害的病理作用及其机制，以发展有效的免疫学措施，实现防病、治病的目的。免疫系统是由免疫组织和器官、免疫细胞及免疫活性分子等组成，实现免疫防卫功能。免疫细胞是执行免疫功能的细胞。在体内有两种免疫应答类型，一种是遇病原体后，首先迅速起防卫作用的，成为固有免疫应答(innateimmuneresponse)，执行免疫功能的吞噬细胞有吞噬病原体作用，有皮肤黏膜的物理阻挡作用和局部细胞分泌的抑菌、杀菌物质的化学作用，自然杀伤(naturalkiller，NK)细胞对病毒感染靶细胞的杀伤作用，及血液和体液中存在抗菌分子，如补体(compiement)。另一种是适应性免疫应答(adaptiveimmuneresponse)，其执行者是T及B淋巴细胞，并有抗原提呈细胞参加作用。免疫组织与器官包括周围淋巴器官和组织，如淋巴结、脾等及中枢淋巴器官，以及骨髓、胸腺。(二)免疫的功能免疫防御：生理状态下，消除病原微生物等抗原异物。过强反应可引起超敏反应，反之表现为免疫缺陷病。免疫自稳：消除损伤、衰老的细胞。异常状态下可引起自身免疫性疾病。免疫监视：清除突变或畸变的细胞。异常时，可使机体产生肿瘤或病毒持续感染。(一)概念、结构与功能1．概念将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统一命名为免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)。可分为分泌型(secretedIg，slg)和膜结合型(membraneIg，mIg)，前者主要存在于体液中，具有抗体的各种功能，后者是B细胞膜上的抗原受体。抗体(antibody，Ab)是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一种蛋白质，主要存在于血清等体液中，与相应抗原特异结合，具有免疫功能。抗体活性存在于α、β和γ球蛋白区。2．结构Ig分子由两条相同的重链(heavychain，H链)和两条相同的轻链。(1ight，chain，L链)通过链间二硫键连接而成的四肽链结构。(1)重链和轻链：重链分子量50,---75KD，450----550个氨基酸组成。依重链恒定区氨基酸组成及排列顺序，将Ig分为IgM、IgD、IgG、IgA和IgE五类；轻链分子量约25KD，由214个氨基酸组成，可分两型：K(kappa)型和入(1ambda)型。(2)可变区和恒定区：重链和轻链靠近N端的约110个氨基酸序列变化很大，称可变区(variableregion，V区)，重链和轻链的V区分别称为VH和VL；靠近C端的氨基酸序列相对稳定，称恒定区(constantregion，C区)，重链和轻链的C区分别称为CH和CL。(3)铰链区：位于CH1和CH2之间，含有丰富的脯氨酸，易伸展弯曲，且易被木瓜蛋白酶和胃蛋白酶等水解。(4)Ig的功能区：Ig分子的每条肽链可折叠为几个球形的功能区，或称结构域。每个功能区约由110个氨基酸组成。L链有VL和CL两个功能区，H链有VH、CH1、CH2、CH3四个功能区，有的Ig有CH4共五个功能区组成。VH和VL。各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序更易变化，称为高变区(HVR)。VH和VL高变区共同组成Ig的抗原结合部位，该部位形成一个与抗原决定簇互补的表面，故高变区又被称为决定簇互补区(CDR)，分别用CDRl、CDR2、CDR3表示。(5)Ig的水解片段1)木瓜酶水解片段：①2个相同的Fab段即抗原结合片段；②1个Fc段，即可结晶片段。每个Fab段由一条完整的重链和轻链的VH、CH1功能区组成，Fc段相当于IgG的CH2、CH3功能区，无抗原结合活性，是抗体分子与效应分子和细胞相互作用的部位。2)胃蛋白酶水解片段：①1个F(ab’)2片段，为双价；②若干小分子片段，称为pFc’。J链和分泌片J链是一多肽链，由浆细胞合成，可连接Ig单体形成二聚体、五聚体或多聚体。分泌片由黏膜上皮细胞合成和分泌，具有保护ehgZ,~IgA的铰链区免受蛋白水解酶降解由于氨基酸组成及排列顺序、构型、二硫键等不同，其抗原性也不同，免疫球蛋白可分为IgM、IgG、IgA、IgD、IgE。Ig的抗原性(1)Ig的同种型：同一种属内所有个体共有的Ig抗原特异性的标志。抗原性主要位于CH和CL上。据Ig同种型抗原决定簇不同，可将Ig分为若干类和亚类，型和亚型。1)Ig的类：据CH抗原性的差异，即氨基酸组成、排列、构型、二硫键等不同，将H链分为μδ、γ、α、ε五类。不同的H链和IL链组成完整的Ig分子，分别为IgM、IgG、IgA、IgD、IgE。2)Ig的亚类：同一类Ig由于铰链区氨基酸组成和二硫键数目的差异，可分为不同亚类。如：IgA可分为IgAl和IgA2，IgG可分为IgGl、IgG2、IgG3、IgG4。在小鼠IgG也有四个亚类，称为IgGl、IgG2a、IgG2b、IgG3。3)Ig的型：据CL抗原性差异将L链分为κ和λ两型。4)Ig的亚型：据入轻链恒定区个别氨基酸差异将入链进一步分为λ1、λ2、λ3和λ44个亚型。(2)Ig的同种异型：指同一种属不同个体间的Ig的分子抗原性的不同。抗原性的差别只有一个或几个氨基酸残基不同而引起，可能是由于编码Ig的结构基因发生点突变所致，并被稳定遗传下来，因此Ig的同种异型可作为一种遗传标记，这种标记主要分布于CH和CL上。(3)Ig的独特型：指每一种特异性Ig的V区上的抗原特异性。不同抗体形成细胞克隆产生的Ig，V区抗原性不同，是由V区中尤其是超变区的氨基酸组成、排列、构型所决定的。(三)免疫球蛋白的特性、功能和抗体的制备1．各类免疫球蛋白的特性和功能(1)IgG的特性和功能：是血清中含量最多的Ig，是血液和胞外液中的主要抗体成分，发挥免疫学效应，如调理作用、ADCC作用，IgGl、IgG2和IgG3的CH能通过经典途径活化补体，是惟一能通过胎盘的抗体、是抗感染的主要抗体。(2)IgM的特性和功能：是5个单体由J链和二硫键连接而成的五聚体。Ig中分子量最大，铰链区，恒定区CH1～CH4；个体发育过程中最早出现的Ig、脐带血或新生儿血清中IgM水平升高，表明胎儿曾有宫内感染；不能通过胎盘；杀菌、溶菌、激活补体，促进吞噬等作用显著高于IgG；天然血型抗体是IgM类别。(3)IgA的特性和功能：血清型IgA主要以单体形式存在。分泌型IgA(SIgA)由J链连接成双体和分泌片组成；主要存在于胃肠道、支气管、初乳、唾液和泪腺等黏膜表面和外分泌液中，是局部黏膜抗感染免疫的最重要的Ig。产妇初乳含SIgA，传递给婴儿，是重要的自然被动免疫。(4)IgD的特性和功能：血清含量很低，可在个体发育的任何时间产生，易被蛋白酶水解，但其确切功能仍不清楚。(5)IgE的特性和功能：血清含量极低，是亲细胞抗体，其CH2～CH3功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力Fc~RI结合，引起I型超敏反应。2．抗体的制备(1)多克隆抗体：用包含多种抗原决定基的抗原物质免疫动物，刺激多个B细胞产生多种抗原表位的不同抗体的混合物，称为多克隆抗体。通常是抗原免疫动物所获得的免疫血清含有多种抗体即为多克隆抗体。(2)单克隆抗体：大多数抗原分子具有多个抗原决定基或称表位，每个表位均可刺激机体一个B细胞克隆产生一种特异性抗体，称为单克隆抗体。一般用杂交瘤技术制备。单克隆抗体纯度高，特异性强，常用于诊断和治疗。二、补体系统(一)补体系统的组成构成补体系统的30余种成分按其生物学功能可分为3类：1．补体的固有成分指存在于体液中、参与补体激活(活化)及联反应的补体成分，包括经典激活途径的Clα、Clr、Cls、C4、C2；甘露聚糖结合凝集素(mannan—bindinglectin，MBL)激活途径的MBL、丝氨酸蛋白酶(serineprotease)；旁路激活途径的B因子、D因子；上述3条途径的共同末端通路的C3、C5、C6、C7、C8和C9。2．以可溶性或膜结合形式存在的补体调节蛋白包括备解素、C1抑制物、I因子、C4结合蛋白、H因子、S蛋白、Sp40／40、促衰变因子、膜辅助因子蛋白、同种限制因子、膜反应溶解抑制因子等。3．介导补体活性片段或调节蛋白生物学效应的受体补体受体(CR)包括CRl～CR5、C3aR、C2aR、C4aR等。体内多种组织细胞均能合成补体蛋白，其中肝细胞和巨噬细胞是补体的主要产生细胞。(二)补体系统的激活途径补体的激活过程依据其起始顺序的不同，可分为3条途经：1．由抗原一抗体复合物结合Clα启动激活的途径，最先被人们认识，故称经典途径(classicalpathway)；2．由MBL结合至细菌启动激活的途径，为MBL途经；3．由病原微生物等提供接触表面，而从C3开始激活的途径，称为旁路途径(al—ternativepathway)。上述3条激活途径，具有共同的末端通路(terminalpathway)，即膜攻击复合物(membraneattackcornplex，MAC)的形成及其溶解细胞效应。在进化和发挥抗感染作用的过程中，最先出现或发挥作用的依次是不依赖抗体的旁路途径和MBL途经，最后才是依赖抗体的经典途径。(1)补体经典(传统)途径的激活1)识别阶段：包括C1α、C1r、C1s参与。抗原如红细胞，和其特异抗体IgG或IgM结合形成Ag、Ab复合物。C1α与Ig补体结合点结合后，构型发生改变，导致C1r和C1s活化，形成C1r和C1s，C1s有酯酶活性。2)·活化阶段：包括C4、C2、C3成分。C1s分别作用于C4和C2，产生C4b2b，是经典途径的C3转化酶，C4a和C2a均为小片段，游离于液相。C4b2b作用于C3，使C3成为两个片段，C3b和C3a。C3b与C4b2b结合形成C4b2b3b，即为C5转化酶。C3a为小片段，游离于液相。3)膜攻击阶段：包括C5、C6、C7、C8、C9成分。C5被C4b2b3b即C5转化酶作用后，细胞膜上(即含抗原的细胞)随后C8、C9与之结合形成C5～9，即膜攻击复合物，使细胞膜穿孔受损。(2)补体旁路(替代)途径的激活1)生理情况下的准备阶段：血浆中C3可自然、缓慢裂解，产生少量C3b。C3b与B因子结合形成C3‘bB。有活性的D因子即D因子作用于C3bB，使B因子裂解，形成C3bBb和Ba，Ba为小片段游离于液相。C3bBb即为旁路激活途径中的C3转化酶。与P因子结合成C3bBbP成为稳定的转化酶。2)旁路途径的激活阶段：激活物质如细菌脂多糖、肽聚糖、凝集的IgA等为C3b和C3bBb提供了一种不被灭活的保护性微环境。C3bBb作用于C3产生更多的C3b，形成C3bBb3b或写成C3b。Bb是旁路途径的C5转化酶，作用于C5，产生C5a和C5b。后续的C6～C9各成分随后结合，作用形式和结果与经典途径相同。(三)补体激活的调节正常情况下，补体的激活及其末端效应均处于严密的调控之下，包括补体的自身调控以及补体调节因子的作用。自身调控补体激活过程中生成的某些补体成分的裂解产物极不稳定，成为级联反应的重要自限因素。例如：不同激活途径的C3转化酶(C4b2bC3bBb)均极易衰变，从而限制C3裂解及其后的酶促反应；与细胞膜结合的C4b、C3b及C5b也易衰变，可阻断补体级联反应。此外，只有结合于固相的C4b、C3b及C5b才能触发经典途径，而旁路途径的C3转化酶则仅在特定的细胞或颗粒表面才具有稳定性，故人体血循环中不会发生过强的自发性补体反应。补体调节因子体内的补体调节因子可与不同补体成分相互作用，使补体的激活与抑制处于精细的平衡状态，从而既防止对自体组织造成损害，又能有效地杀灭外来微生物。按其作用特点可分为3类：①防止或限制补体在液相中自发激活的抑制剂；②抑制或增强补体对底物正常作