2 生物制品的免疫学理论

第二章 生物制品的免疫学理论第一节 抗原与抗体n 一、抗原n 抗原的概念n 1. 抗原与抗原性 n 抗原 凡是能刺激机体产生抗体和效应性淋巴细胞并能与之结合引起特异性免疫反应的物质称为抗原(antigen)。n 抗原性 抗原分子具有抗原性 (antigenicity)，其包括免疫原性与反应原性两个方面的含义。n 免疫原性 (immunogenicity)是指抗原能刺激机体产生抗体和致敏淋巴细胞的特性。n 反应原性 (reactinogenicity)又称为免疫反应性(immunoreactivity)。是指抗原与相应的抗体或效应性淋巴细胞发生特异性结合的特性，这种结合反应的特异性可能是生物学中已知的最特异的反应。n 2. 完全抗原与半抗原 n 根据抗原物质的抗原性，可将抗原分为完全抗原与不完全抗原。n 完全抗原 (complete antigen)，也可称为免疫原 (immunogen)。既具有免疫原性又有反应原性的物质。如大多数蛋白质、细菌、病毒等。n 半抗原 (hapten)，亦称为不完全抗原(incomplete antigen)。只具有反应原性而缺乏免疫原性的物质。半抗原多为简单的小分子物质 (分子质量小于 1 ku)，单独作用时无免疫原性，但与蛋白质或多聚赖氨酸等载体 (carrier)结合后可具有免疫原性。大多数的多糖、类脂、某些药物等属于半抗原。半抗原又有简单半抗原和复合半抗原之分。n 构成免疫原的条件n 抗原物质要具有良好的免疫原性，需具备以下条件：n 异源性 n 分子大小 n 化学组成、分子结构与立体构象的复杂性n 物理状态 n 抗原决定簇 n 抗原分子表面具有特殊立体构型和免疫活性的化学基团称为抗原决定簇 (antigenic determinant)或抗原决定基，由于抗原决定簇通常位于抗原分子表面，因而又称为抗原表位 (epitope)。抗原表位决定着抗原的特异性，即决定着抗原与抗体发生特异性结合的能力。抗原分子母体表面连有不同的抗原表位亦即具有不同的特性，而同一化学基团的不同异构体均可影响抗原的特异性。 n 抗原的交叉性 n 自然界中存在着无数多的抗原物质，不同主抗原物质之间、不同种属的微生物间、微生物与其他抗原物质间，难免有相同或相似的抗原组成或结构，也可能存在共同的抗原表位，这种现象称为抗原的交叉性或类属性。而这些共有的抗原组成或表位就称为共同抗原 (common antigen)或交叉反应抗原 (cross reacting antigen)。种属相关的生物之间的共同抗原又称为 “类属抗原 ”。 n 抗原的交叉性有以下几种情况 ：n 不同物种间存在共同的抗原组成 n 不同抗原分子存在共同的抗原表位 n 不同表位之间有部分结构相同 n 主要的微生物抗原n1. 细菌抗原 (bacterial antigen) 细菌的 抗原结构却比较复杂，应把细菌看成是多种抗原成分组成的复合体。根据细菌各部分构造和组成成分的不同，可将细菌抗原(bacterial antigen)分为鞭毛抗原、菌体抗原、荚膜抗原和菌毛抗原。 n 菌体抗原 (somatic antigen)又称 O抗原，主要指革兰氏阴性菌细胞壁抗原，其化学本质为脂多糖 (LPS)。n 鞭毛抗原 (flagllar antigen)又稍、 H抗原。由丝状体 (filiform， filament)、钩状体 (hook)和基体 (basal body)3部分组成，鞭毛抗原主要决定于丝状体。因鞭毛抗原的特异甘较强，用其制备抗鞭毛因子血清，可用于沙门氏菌和大肠杆菌的免疫诊断。 n 荚膜抗原 (capsular antigen)又称 K抗原。荚膜由细菌菌体外的黏液物质组成，电镜下呈致密丝状网络。细菌荚膜构成有荚膜细菌有机体的主要外表面，是细菌主要的表面免疫原。细菌的荚膜大多与细菌的毒力和抗原性有关。带荚膜的细菌一般是有毒力的 。n 菌毛抗原 (pili antigen)为许多革兰氏阴性菌 (如大肠杆菌的某些菌株、沙门氏杆菌、痢疾杆菌、变形杆菌等 )和少数革兰氏阳性菌 (如某些链球菌 )所具有。 n 毒素抗原 (toxin antigen)很多为细菌，能产生外毒素。其成分为糖蛋白或蛋白质，具有很强的抗原性，能刺激机体产生抗体（即抗毒素）。外毒素经甲醛或其他方法处理后，独立减弱或完全丧失，但仍保持其免疫原性，称为类毒素。 n 2. 病毒抗原 n 各种病毒结构不一，因而其抗原成分也很复杂，每种病毒都有相应的抗原结构。一般有 V抗原、 VC抗原、 S抗原、 NP抗原（核蛋白抗原）等。n V抗原 也称为囊膜抗原 (envelope antigen)。 V抗原具有型和亚型的特异性。 n VC抗原 又称衣壳抗原 (Viralcapsidantigen) 。无囊膜的病毒，其抗原特异性决定于病毒颗粒表面的衣壳结构蛋白 。n 保护性抗原 (protective antigen) 微生物具有多种抗原成分，但其中只有一两种抗原成分刺激机体产生的抗体具有免疫保护作用，因此将这些抗原称为保护性抗原或功能抗原 (functional antigen)。n 超级抗原 二 抗体n 免疫球蛋白与抗体n 1.免疫球蛋白 (imunoglobulin，简称 Is)是指存在于人和动物血液 (血清 )、组织液及女缸异芬钮液中的一类具有相似结构的球蛋白。过去曾称为了球蛋白，在 1968年和1972年两次国际会议上决定以 Ig表示。依据化学结构和抗原性差异，免疫球蛋白可分为 IgG， 18M， IgA， IgE和 ISD。n 2.抗体 (antibody，简称 Ab)动物机体受到抗原物质刺激后，由 B淋巴细胞转化为浆细胞产生的，能与相应抗原发生特异性结合反应的免疫球蛋白。 n 免疫球蛋白的分子结构n 1. 单体分子结构 n 所有种类免疫球蛋白的单体分子结构都是相似的，即是由两条相同的重链和两条相同的轻链 4条肽链构成的 “Y”字形的分子。IgG， IgE，血清型 IgA， IgD均是以单体分子形式存在的， IgM是以 5个单体分子构成的五聚体，分泌型的 IgA是以两个单体构成的二聚体。n 重链 (heavy chain，简称 H链 )由 420440个氨基酸组成，分子质量为 50 77ku。 n 轻链 (1ight chain，简称 L链 )由 213 214个氨基酸组成，分子质量约为 22 5ku 。n2. 水解片段与生物学活性 n3. 免疫球蛋白的特殊分子结构 n 连接链 (joining chain，简称 J链 ) n 分泌成分 (secretarycomponent，简称 SC)是分泌型 IgA所特有的一种特殊结构。n 糖类 (carbohydrate)免疫球蛋白是含糖量相当高的蛋白质，特别是 IgM和 IgA。 n 免疫球蛋白的主要特性与免疫学功能n1. IgG是人和动物血清中含量最高的免疫球蛋白，占血清免疫球蛋白总量的 75一 80。 IgG是介导体液免疫的主要抗体，多以单体形式存在， IgG主要由脾脏和淋巴结中的浆细胞产生，大部分 (45 50 )存在于血浆中，其余存在于组织液和淋巴液中。 n2. IgM是动物机体初次体液免疫反应最早产生的免疫球蛋白，其含量仅占血清免疫球蛋白的 10左右，主要由脾脏和淋巴结中 B细胞产生，分布于血液中。 n3. IgA以单体和二聚体两种分子形式存在，单体存在于血清中，称为血清型IgA，占血清免疫球蛋白的 10 -20；二聚体为分泌型 IgA，是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等部位的黏膜固有层中的浆细胞所产生的。 n4. IgE是以单体分子形式存在，分子质量为 190ku，其重链比 链多一个功能区 (CH4)，此区是与细胞结合的部位。IgE的产生部位与分泌型 IgA相似。 第二节 免疫系统与免疫应答n 一 免疫系统 (immunesystem)是动物机体产生免疫应答的物质基础，主要由免免疫器官和免疫细胞组成 。n 骨髓n 中枢免疫器官 胸腺n 腔上囊n 免疫器官 淋巴结n 脾脏n 外周免疫器官 骨髓n 哈德氏腺n 黏膜相关淋巴组织n 免疫系统 T， B淋巴细胞n 免疫细胞 自然杀伤性细胞和杀伤细胞n 辅佐细胞n 粒细胞和肥大细胞n 细胞因子n 免疫分子 补体n 抗体n n 机体的免疫系统n 二 免疫应答n 免疫应答 (immuneresponse)是指动物机体免疫系统受到抗原物质刺激后，免疫细胞对抗原分子的识别并产生一系列复杂的免疫连锁反应和表现出特定的生物学效应的过程。这一过程包括抗原递呈细胞对抗原的处理、加工和递呈，抗原特异性淋巴细胞即 T， B淋巴细胞对抗原的识别、活化、增殖与分化，最后产生免疫效应分子 抗体与细胞因子以及免疫效应细胞 细胞毒性 T细胞(cYtotoxic T lymphocyte,cTl)和迟发型变态反应性T细胞 (delayed type hypersensitiy Tlymphocyte，TDTH)，并最终将抗原物质和对再次进入机体的抗原物质产生清除效应。本章描述的免疫应答是指特异性的免疫应答，而广义的免疫应答还包括非特异性免疫应答因素，如炎症与吞噬反应、补体系统等。n 免疫应答的基本过程 n 免疫应答是一个十分复杂的生物学过程，也是当今免疫学研究的前沿性课题。免疫应答除了由单核巨噬细胞系统和淋巴细胞系统协同完成外，在这个过程中还有很多细胞因子发挥辅助效应。虽然免疫应答是一个连续的不可分割的过程，但可人为地划分为 3个阶段 ：即 致敏阶段； 反应阶段； 效应阶段 。n 抗原递呈细胞对抗原的加工和递呈 n 1. 抗原递呈细胞 (antigenpresentingcells， APCs)是一类能摄取和处理抗原，并把抗原信息传递给淋巴细胞而使淋巴细胞活化的细胞。按照细胞表面的主要组织相容性复合体 (MHC) 类和 类分子，可把抗原递早细胞分为两类：一类是带有 MHC 类分子的细胞，另一类是带有 MHCI类分子的细胞。n 2. 对外源性抗原的加工和递呈 n 3. 对内源性抗原的加工和递呈 n T、 B淋巴细胞对抗原的识别n 1. T细胞对抗原别 n TH细胞对外源性抗原的识别 n CTL对内源性抗原的识别 n T细胞对超抗原的识别 n2. B细胞对抗原的识别 n B细胞对 TI抗原的识别 n B细胞对 TD抗原的识别 n T 、 B细胞的活化、增殖与分化 n1. T细胞的活化、增殖与分化 n2. B细胞的活化、增殖与分化 n 细胞免疫 n1. 细胞毒性 T细胞与细胞毒作用n2.TD细胞与炎症反应n3. 细胞免疫效应n 体液免疫 n 由 B细胞介导的免疫应答称为体液免疫应答 (humoral immune response) ，而体液免疫效应是由 B细胞通过对抗原的识别、活化、增殖，最后分化成浆细胞并分泌抗体来实现的，因此抗体是介导体液免疫效应的免疫分子。 n1. 抗体产生的动力学n 初次应答 动物机体初次接触抗原，也就是某种抗原自次进入体内引起的抗体产生过程称为初次应答(primary response)初次应答有以下几个特点：n 具有潜伏期 n 初次应答最早产生的抗体为 lgM，可在几天内达到高峰，然后开始下降 n 初次应答产生的抗体总量较低，维持时间也较短 n 再次应答 动物机体第 2次接触相同的抗原时，体内产生的抗体过程称为再次应答(secondary response)。再次应答有以下几个特点：n 潜伏期显著缩短 n 抗体含量高，而且维持时间长 n 再次应答产生的抗体大部分为 IgG，而lgM很少 n 回忆应答 抗原刺激机体产生的抗体经一定时间后，在体内逐渐消失，此时若机体再次接触相同的抗原物质，可使已消失的抗体快速回升，这称为抗体的回忆应答 (anamnestic response)。n 2. 抗体的免疫学功能 n 中和作用 n 免疫溶解作用 n 免疫调理作用 n 局部黏膜免疫作用 n 抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用 n 对病原微生物生长的抑制作用 n 此外，抗体具有免疫损伤作用。抗体在体内引起的免疫损伤主要是介导 I型 (1gG)、 型和 型 (1gG和 IgM)变态反应，以及一些自身免疫疾病。第三节 免疫血清学技术 n 抗原与相应抗体在体内和体外均能发生特异性结合反应，因抗体主要来自血清，因此在体外进行的抗原抗体反应称为血清学反应或免疫血清学技术，是建立在抗原抗体特异性反应基础上的检测技术。 一、凝聚性试验n 抗原与相应抗体结合形成复合物，在有电解质存在下，复合物相互凝聚形成肉眼可见的凝聚小块或沉淀物，根据是否产生凝聚现象来判定相应抗体或抗原，称为凝聚性试验 。凝集试验 n 细菌、红细胞等颗粒性抗原，或吸附在红细胞、乳胶颗粒性载体表面的可溶性抗原，与相应抗体结合，在有适当电解质存在下，经过一定时间，形成肉眼可见的凝集团块，称为凝集试验 (agglutination test)。最突出的优点是操作简便，便于基层诊断工作应用。凝集试验可根据抗原的性质、反应的方式分为直接凝集试验 (简称凝集试验