医学免疫学与病原微生物学

医学免疫学与病原微生物学 绪论 细菌的形态与结构 一、 微生物 1、 概念：一群个体微小、结构简单、肉眼不能直接看到、必须借助光学显微镜或电子显 微镜放大后才能看到的微小生物的总称。 2、 特点: 独立生活的单细胞 新陈代谢旺盛 适应力强，易变异 种类多、分布广、数量大 3 种类：真核细胞型微生物： 真菌 原核细胞型微生物： 细菌、放线菌、支原体、衣原体、螺旋体、立克次体 非细胞型微生物： 病毒 4 作用：普通微生物（对人类有利） 工业上：发酵 酿造 制革 农业上：固氮 杀虫 环保上：分解污染物 基因工程：载体 工具酶 病原微生物（对人类不利 ）引起疾病 二、医学微生物学发展简史 一、 经验时期：酿酒、制醋、盐腌、糖渍、烟熏、风干 保存食物、喝开水不腹泻 二、实验时期： 荷兰人列文.虎克（Antony van leeuwenhoek）1676 年自制成首台能放大 266 倍原始显 微镜形态学时代 法国科学家巴斯德（Louis Pasteur）证明有机物发酵与腐败是由微生物引起，创造巴斯 德消毒法生理学时代 英国外科医生李斯德（Joseph Lister）开创无菌外科手术医学消毒灭菌 德国学者郭霍（Robert Koch）创立平板分离法，提出郭霍法则（ Koch postulate） 特殊的病原菌应在同一种疾病中查见，在健康者则不存在； 此特殊病原菌能被分离培养而得纯种； 此培养物接种易感动物，能发生同样病症； 自人工感染的实验动物体内能重新获得该病原菌纯培养。 Fleming 发现青霉素 1929 年 Fleming 发现青霉菌产生的青霉素（ penicillin）能抑制 金黄色葡萄球菌的生长，开创了临床抗生素治疗的新时代 其他有贡献学者： 俄国学者伊凡诺夫斯基（Iwanovski）发现烟草花叶病毒 我国汤飞凡教授 首先分离培养出沙眼衣原体 1955 年首先分离培 养出沙眼衣原体，是世界上发现重要病原体的第一个中国人，也是 迄今为止唯一的一个中国人 美国青年医生立克次（Howard Taylor Ricketts）对立克次体研究 的贡献与献身。 三、新病原体的发现 1973 年以来新发现的病原微生物：丙、丁、戊、庚、输血传播肝炎病毒。6，7，8 型人 疱疹病毒、汉坦病毒、轮状病毒、人类免疫缺陷病毒、幽门螺杆菌、大肠埃希菌 O157:H7、军团菌、朊粒、SARS 病毒 朊粒发现过程：1982 年，从感染羊瘙痒病（scrapie）的鼠脑分离出一种称为朊粒 （Prion）的传染性蛋白因子。它只含蛋白质，不含和核酸。引起羊瘙痒病、牛疯牛病与人 库鲁（kuru）病、克-雅病（Creutzfeldt-Jakob disease，CJD）等慢性进行性致死性中枢 神经系统疾病。 三、细菌 1、概念：细菌是一类具有细胞壁的单细胞原核细胞型微生物。 2、大小、形态：大小：个体微小，微米（m）为测量单位，大多数细菌宽为 0.22 m，长 28 m。 形态：3 种基本形态球形、杆形、螺形 （1） 球菌： 双球菌 八叠球菌 链球菌 葡萄球菌 四联球菌 （2） 杆菌： （3） 螺形菌 单杆菌 双杆菌 链杆菌 球杆菌 3 细菌形态检查方法 不染色检查 观察细菌的动力、大小、形态、繁殖方式 常用方法：压滴法、悬滴法、暗视野法 染色检查 正染色法 （positive stain）：菌体着色背景不现色 单染法：观察细菌大小、形态、排列 复染法：观察细菌染色性 1.革兰染色法（Gram stain） 2.抗酸染色法（fast-acid stain ） 特殊染色法 负染色法 （nagetive stain）：菌体不现色背景现色 革兰染色法（Gram stain） 1884 年丹麦科学家 Hans christian Gram 创建 原理 G+菌 G-菌 等电点 PI 23 带负电荷多 PI 45 带负电荷少 通透性 低 肽聚糖多，脂质少 酒精不易进入 高 肽聚糖少，脂质多 酒精易进入 化学成分 核糖核酸镁盐与染料结合 牢固 不易被酒精脱色 较少镁盐 易被酒精脱色 方法 初染 fist-stain 结晶紫 1min 水洗 媒染 mordant 碘 液 1min 水洗 脱色 decolorization 95%酒精 30s 水洗 复染 counter-stain 复 红 30s 水洗，烘干 镜检 :（油镜） 紫色 gram positive 弧菌 螺菌 红色 gram negative 意义 鉴别细菌：分成 G+菌和 G菌 选择药物：G+菌和 G菌对抗菌药物 敏 感性不一样。 与致病性有关：G+菌产生外毒素， G菌产生内毒素 3、结构：基本结构 细胞壁（cell wall） 细胞膜（membrane） 细胞浆（cytoplasm） 核质（nucleoid） 特殊结构 荚膜（capsule） 鞭毛（flagellum） 芽孢（endospore） 菌毛（fimbriae or pilus） 包被于细胞膜外的坚韧而富有弹性的复杂结构。主要成分是肽聚糖。 1.肽聚糖 N-乙酰胞壁酸 聚糖链 N-乙酰葡萄糖胺 肽 聚 糖 (peptidoglycan) 四肽侧链 肽 链 五肽交联桥（G菌无） 革兰阳性菌与阴性菌肽聚糖结构的差异 G+菌 G-菌 肽聚糖 50 层 12 层 四肽侧链 丙-谷-赖-丙 丙-谷-DAP-丙 甘氨酸 5 肽 + - 连接方式 交联桥三维结构 二维结构 溶菌酶 + - 青霉素 + - 2.特殊成分 革兰阳性菌-磷壁酸 磷壁酸（teichoic acid)：膜磷壁酸（脂磷壁酸 LTA）、壁磷壁酸 构成骨架聚糖骨架 5 作用：a.G+菌表面抗原，与血清型分类有关；b.有黏附作用，与细菌的致病有 关；c.与 Mg2+等双价离子结合，有助于 G+菌离子平衡。d.与某些酶的活性有 关 革兰阴性菌外膜层（内外）-脂蛋白、脂质双层（外膜）、脂多糖：细 菌内毒素 脂多糖（内毒素）（LPS） 特异多糖：种特异性（菌体抗原，O 抗原) 多糖 核心多糖：属特异性 脂质 A:毒性部分 3.功能：维持外形；抵抗低渗；物质交换；决定抗原性；致病有关 细胞壁缺陷细菌L 型 细菌的细胞壁在人工诱导（药物作用）或自然情况下被破坏，这种细胞壁缺陷型细菌 称为 L-型细菌（L-form） 革兰阳性菌失去细胞壁称原生质体（protoplast） 革兰阴性菌失去细胞壁称原生质球（spheroplast）或圆球体 生物学特性 多形态、革兰染色阴性、滤过型细菌 难培养（含血清的高渗低琼脂培养基）、“油煎蛋”样小菌落、液体中絮状沉淀 生化反应与抗原性改变 细胞壁作用抗生素无效 L-型可被诱导和回复 慢性反复感染，治疗难度大 位于细胞壁内侧紧包在细胞质外面的一层富有弹性、具有半渗透性的生物膜。主要成 份是脂质双层、蛋白质。 1. 功能：选择通透性、物质交换；参与呼吸、能量代谢；生物合成；形成中介体 中介体：部分细胞膜内陷折叠形成的囊状物，多见于革兰阳性细菌 功能：类似 纺锤体；类似线粒体 由细胞膜包裹着的透明胶状物。内含核糖体、质粒、胞质颗粒等，是新陈代谢的主要 场所。 1. 核糖体(Ribosomes)：蛋白质合成的场所 动物核糖体 80S 细菌核糖体 70S 大 60S 大 50S 红霉素 小 40S 小 30S 链霉素 2. 质粒(plasmid):染色体外遗传物质，环状双链 DNA，具有独立复制能力，编码特定 遗传信息，如耐药因子。 3. 胞质颗粒：营养储存物；异染颗粒 细菌的染色体，无核膜，无组蛋白，双股 DNA 组成的单一环状，反复回旋卷曲盘绕而 成的松散网状结构。决定细菌的遗传性状，是细菌遗传变异的物质基础。 某些细菌在细胞壁外包绕的一层较厚的粘液性物质。 特点：1.多数由多糖组成，少数由多肽组成，具抗原性 2.在动物体内、营养培养基上形成 3.不易着色、要用特殊染色法 意义：1. 具有特异的抗原性，可对细菌进行鉴别分型。 2. 荚膜有保护细菌、抗吞噬、抗体内杀菌物质作用。 3. 可保护细菌抗干燥。 菌体上附着的细长丝状物，由肌动蛋白组成，具抗原性（H 抗原）。数量位置不同（单 毛菌、双毛菌、丛毛菌、周毛菌），可鉴别细菌。运动器官，与细菌的动力有关。有 些菌的鞭毛与致病有关，如霍乱弧菌 菌体表面细而短的丝状物。由蛋白质组成。 普通菌毛黏附功能，每个细菌有数百根黏附到上皮细胞表面，与细菌的致病有关，如 淋球菌。 性菌毛接合功能，每个细菌 14 根，能使 F菌与 F-菌连接沟通，与细菌的遗传变异 有关。 细菌在不利条件下细胞质脱水浓缩形成的卵圆形小体，是细菌的休眠体。在适宜条件下 发芽繁殖体。 特点：1.抵抗力强 a.含水量少：耐热。b.膜厚：屏障作用，阻止化学消毒剂进入，抗干燥。c.吡啶二 羧酸（dipicolinic acid，DPA）维持芽胞脱水状态，提高酶对热的抵抗力。d. 休眠状态， 受外界影响小 2.消毒灭菌有关，以杀灭芽胞为标准（121，20min） 不同菌芽孢形成部位也不同，有助于对产芽孢细菌的形态学鉴别 7 第一章 细菌的生长繁殖与培养 一、化学组成 细菌和其他生物细胞相似，具有多种化学成分，包括水、无机盐、蛋白质、糖类、脂 质和核酸等。 细菌还含有一些原核细胞型微生物所特有的化学组成：肽聚糖、磷壁酸、D 型氨基酸、 二氨基庚二酸等。 二、营养物质 水 细菌所需的营养物质必须先溶于水，营养的吸收和代谢均需有水才能进行 溶剂、参与代谢、调节温度。 碳源 病原菌主要从糖类中获得碳，以合成自身物质，同时为细菌代谢提供能量。 氮源 病原菌主要从氨基酸、蛋白胨中获取氮，用于合成菌体的某些部分，不提 供能量。 无机盐 细菌需要各种无机盐来提供细菌生长所需的各种元素构成菌体、调 节渗透压、促进酶活性、参与能量的储存与转运、致病作用。 生长因子 某些细菌生长必须，而自身不能合成的物质。包括维生素、某些氨基 酸、嘌呤、嘧啶等。 三、环境 酸碱度 病原菌：大多适宜 pH7.27.6，少数嗜碱 pH8.89.0(霍乱弧菌) 温度 分嗜冷菌、嗜温菌、嗜热菌三类，病原菌为嗜温菌，1540，通常 37 气体 细菌生长繁殖需要的气体主要是氧和二氧化碳。 渗透压 一般培养基的盐浓度和渗透压对大多数菌是适宜的，少数菌如嗜盐菌需 要在高浓度（3）的氯化钠环境中生长良好。 四、对 O2 的需求 专性需氧菌（obligate aerobe）：仅能在有氧的环境中生长的细菌。 微需氧菌（microearophilic bacterium）：在低氧浓度（5%-6%）下生长良好， 氧浓度10%，则对其生长有抑制作用。 兼性厌氧菌（facultative anarobe）：有需氧呼吸和发酵两种功能，在有氧无氧 环境下均能生长，但在有氧环境下生长较好，大多数病原菌属于兼性厌氧菌。 专性厌氧菌（obligate aerobe）：只能在无氧的环境下进行发酵。有分子氧存在 时不仅不能利用，受到毒害，甚至死亡。原因：缺少细胞色素和细胞色素氧化酶； 缺少分解有毒氧基团的酶：触酶、超氧化物岐化酶 五、繁殖方式、速度 繁殖方式：二分裂法（binary fission） 速度：20min/代，结核杆菌 1820h/代 六、生长曲线 将一定数量的菌种接种于适宜的液体中培养，连续定时取样检测活菌数，可发现其 生长规律。以培养时间为横坐标，活菌数的对数为纵坐标，可绘制一条生长曲线。 迟缓期(lag phase)（14h）:代谢增加，酶活力增强，菌体增大，繁殖极少， 准备阶段 对数生长期（logarithmic growth phase）（818h）:DNA 复制期，繁殖极 快，几何级数增长，此期形态染色、生理活动典型，对环境因子作用敏感， 适宜于药敏试验。 稳定期（stationary phase）:营养物质下降，pH 下降，毒性产物增加，细 菌增值数细菌死亡数，出现形态生理变异，分泌性蛋白合成期，芽胞形成， 基因工程表达产物，外毒素，抗生素此阶段产量最高 衰亡期（decline phase）:死菌数超过活菌数，形态显著改变，生理活动趋 于停滞。 特点 数量 细胞 意义 迟缓期（14h） 繁殖极少，数量增加 缓慢 代谢增加，酶活力增 强，菌体增大 对新环境的适应阶段， 为大量繁殖做准备 对数生长期 （818h） 繁殖极快，数量几何 级数增长 形态染色、生理活动 典型，对环境因子作 用敏感 研究生物学性状的最 佳时期 稳定期 繁殖变慢，细菌增长 数等于细菌死亡数 出现形态生理变异， 分泌性蛋白合成期， 芽胞形成 收集细胞代谢产物 衰亡期 死菌数超过活菌数 形态显著改变，生理 活动趋于停滞 可收集芽孢，研究细 菌的变异 七、新陈代谢 能量代谢 需氧菌通过需氧呼吸获取 ATP 专性厌氧菌通过厌氧呼吸获取 ATP 兼性厌氧菌可通过发酵获取 ATP 物质代谢 分解代谢 合成代谢 八、分解代谢产物与细菌鉴定生化反应 多用于形态上难以鉴别的细菌，常用培养基中加入某底物及指示剂，观察细菌生长 繁殖中是否产生相应的酶。 糖发酵试验 乳糖 伤寒杆菌，痢疾杆菌 大肠杆菌 硫化氢试验 ：乙型副伤寒杆菌，变形杆菌 ：大肠杆菌，产气杆菌，痢疾杆菌 I M Vi C TESTS：吲哚试验（indole test）；甲基红试验（methyl red test） ；VP 试验（Voges-Proskauer test）；枸橼酸盐（citrate）利用试验 9 I M Vi C 大肠杆菌 + + - - 产气肠杆菌 - - + + 九、与医学有关的合成代谢产物 1. 与致病有关的代谢产物 毒素（toxin）：是病原菌在代谢过程中合成的对机体有毒害作用的物质,包括外 毒素与内毒素。 侵袭性酶：某些病原菌产生的损伤机体组织或保护菌体不被吞噬细胞吞噬的胞外 酶。是细菌重要的致病物质。透明质酸酶（hyaluronidase）、链激酶 （streptokinase）、胶原酶（collagenase）、血浆凝固酶（coagulase） 热原质（pyrogen）：热原质是由大多数 G-菌和少数 G+菌合成的多糖。极微量注 入人或动物体内即可引起发热反应。耐高温 G-菌的热原质是 LPS。去除方法： 250干烤、蒸馏、吸附剂等，制备和使用注射药品过程应严格无菌操作。 2. 与治疗有关的代谢产物 抗生素：某些微生物在代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其他微生物或肿 瘤细胞的物质。多数由放线菌或真菌产生。 维生素：某些细菌能合成自身所需的维生素，并能分泌到周围环境中。如：人体 肠道内的大肠杆菌。 3. 与鉴别细菌有关的代谢产物 色素 脂溶性色素 水溶性色素 细菌素 某些细菌产生的，仅对近缘菌株有抗菌作用的蛋白质。 糖的分解产物 蛋白质的分解产物 十、细菌的人工培养 培养基：由人工方法配制而成的，专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。 培养基的分类 按功能分类 基础培养基（based medium）：培养营养要求不高的细菌 营养培养基（nutrient medium）：培养营养要求高的细菌 鉴别培养基（deffereential medium）：鉴别细菌 选择培养基（selective medium）：抑制杂菌，只让目的菌生长 厌氧培养基（anaerobic medium）：培养厌氧菌，如庖肉培养基 理化性质分类 液体培养基：增菌 半固体培养基：鉴别动力、保存菌种 固体培养基斜面：短期保存菌种、运送菌种 平板：纯化细菌，分离单个菌落 第二章 微生物与环境 一、微生物在自然界中的分布无处不在 水中的细菌 各种病原菌均能存在于水中 以检测大肠菌群数为判断指标 1ml 水细菌总数多糖核酸脂类 分子构象 3）物理状态：聚合单体；颗粒可溶 3、佐剂 1）定义：与抗原一起或预先注射，增强免疫应答或改变应答类型 弗氏佐剂 完全 再加死的分支杆菌 不完全 油剂 + 乳化剂油包水乳剂 2）作用机制：改变抗原物理性状，促进巨噬细胞加工递呈抗原的能力，刺激 淋巴细胞增殖和分化 4、其他因素 1）宿主方面的因素 a.遗传因素 不同遗传背景 对具体抗原的应答强弱 不同 b.年龄、性别、健康状态 2）免疫方式 a.抗原剂量、抗原进入机体的途径、免疫次数 适中 皮内皮下 太高 腹腔静脉 适当次数与间隔 太低 口服 b.佐剂的使用 三）决定抗原特异性的因素 特异性 免疫应答的最基本的特点（一一对应） 抗原决定基：表位 epitope 特殊化学基团，决定抗原特异性，与抗原受体结合 抗原结合价：功能性决定基的数目，1 个抗原可有多个或多种决定基，一个决定基可 与一个抗体结合 半抗原载体效应： 半抗原只有 1 个 B 表位，载体提供 T 表位 抗原决定基的类别： T 细胞与 B 细胞表位特性的比较：主要区别在于识别方式 B 表位 直接 （BCR 识别） T 表位 抗原递呈细胞加工处理形成肽段，与 MHC 分子形成复合物，表达在抗 原递呈细胞表面（TCR 识别） 共同抗原表位和交叉反应 共同抗原表位：不同抗原间的相同或相似决定基 三）抗原的分类与重要抗原 1、诱生抗体是否需要 Th 辅助： 2、根据抗原与宿主亲缘关系分： 异种抗原 基因型 同种异性抗原：同一物种不同个体之间的抗原 相同 血红蛋白 不同 血型抗原 自身抗原 一般 隔离部位 晶状体、睾丸等 改变或修饰的 感染、外伤、药物 异嗜性抗原（Forssman 抗原） 存在于不同物种间的共同抗原 21 与自身免疫病有关,如: 溶血性链球菌人肾小球基底膜、心肌组织；大肠杆 菌 O14 型脂多糖人结肠粘膜 3、重要抗原 变应原：引起超敏反应的抗原 肿瘤抗原：在细胞癌变过程中新出现的抗原物质。 肿瘤特异性抗原（TSA） 肿瘤相关抗原（TAA） 超抗原（superantigens）极低浓度即可激活一大批 T 细胞克隆，产生极强免疫应答 第五章 免疫球蛋白与抗体 一、基本概念 抗体（antibody, Ab）：是 B 细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的 能与相应抗原特异性结合的球蛋白。 主要存在于血清等体液中，能与相应抗原特异性地结合，具有免疫功能。 免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）：具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋 白。 抗体免疫球蛋白 免疫球蛋白：侧重结构和化学本质 抗体：强调生物学功能 抗体都是免疫球蛋白 免疫球蛋白不一定都具有抗体活性 分泌型（SIg）主要存在于血液及组织中，发挥各种免疫功能 膜型（mIg）构成 B 细胞表面的抗原受体 免疫球蛋白 一、结构 基本结构 “Y”字形的四肽链结构 两条完全相同的重链（heavy chain，H）两条完全相同的轻链（light chain，L） 以二硫键连接而成 每个免疫球蛋白分子上的轻链总是同型，重链都是同类。 结构域 可变区 重链和轻链 V 区各有 3 个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变，称为高变区 （hypervariable region，HVR）或互补决定区（complementarity determining region，CDR）。 CDR 以外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区 （framework region，FR）。 铰链区（富含脯氨酸） VL+VH 功能区：抗原结合部位 CL 和 CH 区：具有同种异型抗体的遗传标记。 CH2 区：IgG 的补体结合点和通过胎盘的部位 CH3 功能区：是 Ig 与其 Fc 受体结合的部位(固定细胞） 其他成分 Ig 水解片段 木瓜蛋白酶：（绞链区重链间二硫键近 N 端处断裂） Fab：抗原结合片段：具有单价抗体活性轻链VH、CH1 Fc：可结晶片段（低温）：结合补体、固定细胞和通过胎盘等CH2 和 CH3 胃蛋白酶：（重链间二硫键近 C 端） F（ab）2：多价抗体活性2 个 F(ab)及铰链区 pFc：不具生物活性小片段 Ig 的抗原特异性：同种型；同种异型；独特型 同种型(isotype)：同一种属所有个体都具有的免疫球蛋白的抗原特异性。由 C 区决定 同种异型（allotype)：同一种属不同个体间免疫球蛋白分子所具有的不同的抗 原特异性标志。由 C 区决定，主要反映在 Ig 分子的 CH 和 CL 上的一个或数个氨 基酸的差异，又称为遗传标志。 独特型(idiotype, Id) ：同一个体内不同 B 细胞克隆产生的免疫球蛋白分子所 特有的抗原特异性标志。由超变区决定 二、分类 类 重链分五种：、 、 对应 Ig 分五类：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE 亚类 根据铰链区氨基酸残基的组成以及 二硫键数目和位置的不同分亚类 IgG1IgG4、IgA1 和 IgA2、IgM1 和 IgM2 型 轻链分两种：和 对应 Ig 分两型：和 亚型 23 根据轻链 C 区氨基端氨基酸排列的差异分亚型 三、生物学功能 免疫球蛋白 V 区的功能 特异性识别、结合抗原，中和毒素、阻断病原入侵。 免疫球蛋白 C 区的功能 激活补体 结合细胞表面的 Fc 受体 调理作用（opsonization） 抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC） 介导 I 型超敏反应 穿过胎盘和粘膜 调节免疫功能：IgG 反馈及独特型网络调节 调理作用：免疫球蛋白通过 Fc 段与吞噬细胞膜表面 Fc 受体结合，增加吞噬细胞的 吞噬能力。 抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）：IgG 抗体与相应的靶细胞（病毒、肿 瘤细胞）结合后，Fc 段与 NK 细胞表面的 Fc 受体结合，介导 ADCC 效应，直接杀伤 靶细胞。 四、各类的特性和功能 IgG 分子量 150kDa 血液中最丰富的免疫球蛋白，约占 80 半衰期最长，2023 天 抗感染的“主力军”，再次体液免疫应答产生的主要抗体 唯一一种通过胎盘对发育中的胎儿以及初生婴儿提供被动免疫 分四种亚类（IgG1、IgG2、IgG3、IgG4） IgM 分子量 900kDa，无铰链区 由 B 细胞产生并在其表面表达的第一个抗体 血液中形成五聚体，约占 510 免疫应答时产生的第一个抗体，抗感染的“先头部队” 去除微生物时非常有效 IgA 分子量 170kDa，在外分泌物如初乳、乳汁和唾液中以 420kDa 双体形式存在，分为 血清型和分泌型 血清中约占 1015 分泌型 IgA 含有分泌片和 J 链 防御粘膜表面微生物侵入者的第一道防线，参与局部粘膜免疫 IgD： 分子量 184kDa 循环中的量很低，仅占 0.2 成人血清浓度为 30g/ml 铰链区较长，易被蛋白酶水解，故半衰期较短 mIgD 是 B 细胞分化成熟的标志 IgE 分子量 190kDa，无铰链区 血清中的量极低（0.3g/ml） 糖含量高达 12 很强的亲细胞性，与肥大细胞、嗜碱粒细胞表面高亲和力 FcRI 结合 在增强急性炎症、保护避免被蠕虫感染和变态反应中起重要作用 人类免疫球蛋白同种型主要的理化特性和生物学特性 一、 人工制备抗体 多克隆抗体与单克隆抗体的比较 25 基因工程抗体 人-鼠嵌合抗体 改型抗体或 CDR 移植抗体 双特异性抗体 小分子抗体：Fab、Fv、单链抗体、单域抗体、最小识别单位 第六章 主要组织相容性复合体（MHC） 一、免疫遗传学发展简史 1980 年诺贝尔医学和生理学奖授予在免疫遗传学上作出突出贡献的 Snell,Dausset 和 Benacerraf 三位学者。 Murray 和 Thomas 在肾脏、骨髓移植的研究又获得 1990 年诺贝尔医学和生理学奖。 目前免疫遗传学的研究已深入到基因和分子的水平，WHO 在上海免疫所设立了免疫 遗传培训中心，我国从 70 年代初开始了对我国不同民族、地区 HLA 抗原频率调查， 组织配型和脏器移植，HLA 和疾病的相关性以及某些基础理论研究工作。 二、基本概念 组织相容性(Histocompatibility)：受供双方接受的程度 组织相容性抗原(Histocompatibility antigen)：导致移植物排斥反应的抗原 组织相容性系统(Histocompatibility system)：所有组织相容性抗原 主要组织相容性系统(Major istocompatibility system, MHS)：在异体中能迅速 引起强烈排斥反应的特异性抗原。主要存在有核细胞膜上。 主要组织相容性复合体(Major histocompatibility complex, MHC)：就是编码 MHAS 的基因群。它控制着机体的组织相容性，与机体的免疫应答、遗传特性、病 理反应有关。人的 MHC 位于第 6 对染色体短臂 HLA(Human leukocyte antigen)：原意是人类白细胞抗原。由于人类 MHAS 位于各 种有核细胞膜上（尤以淋巴细胞膜上为多），人类 MHAS 就称为 HLA 分子或 HLA 抗 原。 基因结构： 人的 MHC 又称 HLA 基因，位于第 6 号染色体很窄的一个区带,估计为人体整个 基因组的 1/3000，长约 3500kb。 HLA 共有 1200 多个等位基因（含约 20 个假基因）。 HLA 分为三部分，HLA-A 有 207 个等位基因，HLA-B 有 412 个等位基因，HLA-C 有 100 个等位基因。 H-2(Histocompatibility-2 system)：小鼠的 MHC，位于 17 号染色体短臂 HLA-I 类基因 在远离着丝点约 2000-4000kb 之间的范围内，经典的 I 类分子基因有 B、C、A 三个 基因座位，每个基因座位又有几十个以上的等位基因。其编码产物为 MHC-I 类分子。 在 I 类区还发现 E、F、G、H、J 等基因座位，称为 I 类样基因（Class I-like genes）。它们编码 MHC-IB 分子。 HLA-II 类基因 在近着丝点的 1000kb 范围内，经典 II 类基因主要有 DQ、DR、DP 等基因座位。其 编码产物为 MHC-II 类分子。 HLA-II 类基因具有高度多态性，这些多态性的产生主要由第二个外显子编码的氨 基酸序列差异性所决定的。 HLA-III 类基因 在第六号染色体近着丝点 1000-2000kb 范围内，位于 I 类基因和 II 类基因之间， 编码补体与多种血清蛋白成分。 该区域内发现有基因座位 60 多个，部分基因功能已经清楚，但仍有相当部分在研 究之中。 已发现的基因有补体 C2、C4、Bf、肿瘤坏死因子基因（TNF）、淋巴毒素（LT）、 21 羟化酶（21-Hydroxylase A、B）基因和热体克蛋白 70 基因（Heat shock protein 70，HSP70）。就目前研究结果看，III 类区基因在免疫应答和调控中也 起着相当重要的作用，值得深入研究。 三、HLA 的遗传特点 几个概念： 多态性(polymorphism)：一个基因座位上多个等位基因 一个基因座位在群体中存在多个等位基因，是群体概念。 MHC 多态性是由多基因座、复等位基因、基因共显性表达共同造成的。 27 多态性的生物学意义：群体效应，赋予动物群体能对付多变的环境条件及各种 病原体的侵袭。 不同等位基因的产物，对不同抗原的递呈能力不同 拥有不同等位基因的个体，对不同病原体的免疫应答能力不同。 整个群体拥有各种等位基因，群体可以抗御各种病原体 单倍型(haplotype)：等位基因在单个染色体上的组合 基因型(genotype)：等位基因在两条染色体上的组合 表现型(phenotype)基因型所表现的抗原特异性 遗传特点：单元型连锁遗传、共显性遗传、连锁不平衡 单元型连锁遗传：同一染色体上的基因连锁遗传 MHC 基因位于同一条染色体上，其多基因座位上的基因型组合相对稳定，很少 发生同源染色体间交换，这就构成了以单元型（Haplotype，也称单倍型）为 特征的遗传。 同一条染色体上紧密连锁的一系列等位基因的特殊组合，称为单元型。 例如某一个体 HLA 两条染色体的单元型可能是 A2B12 和 A1B8，这两个单元型 基因存在于同一个体的体细胞中，共同组成该个体的基因型。由于 HLA 是共显 性表达，所以个体的表型和基因型相同，也为 A1A2B8B12。 共显性遗传：同源染色体对应等位基因皆得到表达 连锁不平衡：多个基因座位的等位基因同时出现的几率单独随机出现的几率。连 锁不平衡不利于寻找和判别疾病易感基因。 HLA 各基因并非完全随机地组成单元型，某些基因常紧密的连锁在一起，而另 一些基因则不常连锁在一起，这就呈现出连锁不平衡(Linkage disequilibrium)。 例如：在汉族人群中 HLA-A2 的基因频率为 0.30，B46 的基因频率为 0.05，如 果 A、B 基因座位上的基因随机组合，则 A2-B46 单元型理论上频率应该为 0.300.05=0.015 ，但是实际观察值为 0.04。这说明 HLA-A2 和 HLA-B46 基因 之间存在着连锁不平衡，两个数值相差 0.04-0.015=0.025。 这个 0.025 数值被称为连锁不平衡参数。对于一个随机婚配的群体来说，认识 和了解连锁不平衡参数，具有一定的实际应用价值。在选择器官移植供体时可 对单元型进行推算。如已知 DR 基因型则根据单元型连锁关系可以推测 DQ 的可 能型别。这些紧密连锁的 MHC 单元型各基因通常很少发生交换，并成簇地传递 给下一代，形成了以单元型为特征的遗传。 四、MHC 分子（抗原） 一）MHC-I 分子 分布 存在于有核细胞(含血小板和网织红细胞) 表面。 淋巴细胞 肾、肝脏、心脏 神经组织、成熟的滋养细胞 存在形式 膜结合：有核细胞表面 可溶性：存在于血清、初乳和尿液等体液中。 结构 链（重链） 胞外区：1、2：抗原结合部位（肽结合区）；3：CD8 分子结合部位； 跨膜区：将分子锚定在细胞膜上 胞浆区：参与细胞内外跨膜信号的传递 2-微球蛋白（ 2m ）由 15 号染色体基因编码，维持结构稳定 二）MHC-II 分子 分布 APC：B 细胞、单核/巨噬细胞、DC； 其他：激活的 T 细胞，精子和血管内皮细胞。 结构 链：1、2 功能区 链：1、2 功能区 1 和1：抗原肽结合部位；2：CD4 分子结合部位。 三）MHC 分子和抗原肽相互作用 类分子的 Ag 结合凹槽两端封闭，接纳 Ag 肽长度有限，约 810 个 aa 残基； II 类分子的 Ag 结合凹槽两端开放，接纳 Ag 肽长度变化较大，可有 1317aa 残基 空间构象的拓补；锚定残基；共同基序； 结合的特异性与包容性。 四）功能 抗原呈递：内源性、外源性 同种移植：激发抗原、靶抗原、MLR 免疫应答的遗传控制：Ir 基因 约束免疫细胞的相互作用：限制性 免疫调节：与 CD8/4 结合、限制性、抗原呈递 免疫细胞的分化：T 细胞双阴、双阳选择 MHC 中免疫功能相关基因及其产物: 血清补体成分编码基因：4B、C4A、Bf、C2 抗原加工提呈相关基因：LMP2、LMP7 、TAP1、TAP2、DM、DO、tapasin 非经典 I 类（Ib）基因：HLA-E/F/G 29 炎症相关基因：TNF、LTB、IkBL、HSP70、B144 五、小结：MHC 免疫功能相关基因 血清补体成分编码基因：属 III 类基因，C4B、C4A、bf、C2 抗原加工提呈相关基因：位于 II 类基因区 低分子量多肽基因(LMP)：编码蛋白酶体、内源性抗原的酶解 抗原加工相关转运体基因（TAP）：内源性抗原肽的转运 HLA-DM 基因：帮助外源性抗原肽段进入 MHC II 类分子的抗原结合槽 HLA-DO 基因： HLA-DM 功能的负向调节蛋白 TAP 相关蛋白基因（tapasin)：I 类分子的装配 非经典的 I 类基因（HLA-I b） HLA-E、HLA-F、HLA-G 等 MHC I 类相关基因（MIC）家族 NK 等杀伤性细胞表面抑制性受体的配体 炎症相关基因：位于 III 类基因区 肿瘤坏死因子（TNF）基因家族：TNF、LTA、LTB 转录调节因子基因家族 热休克蛋白（HSP）基因家族 六、HLA 在医学中的意义 MHC 与免疫应答及 T 细胞的分化 参与抗原提呈与 MHC 限制性：TCR 对抗原肽和与其形成复合物的 MHC 分子进行双重 识别。即在识别 APC 或靶细胞表面抗原肽的同时，还需识别与抗原肽结合成复合物 的自身 MHC 分子。 参与对免疫应答的遗传控制：免疫应答基因（Ir），HLA类基因区 参与免疫细胞分化：MHC 抗原参与早期 T 细胞在胸腺的分化；建立 T 细胞对自身抗 原的中枢性耐受 HLA 与器官移植 HLA 异常表达与疾病 HLA-II 类分子的异常表达与某些自身免疫病有关 HLA-I 类分子表达减弱或缺陷与肿瘤免疫逃逸 HLA 与疾病易感性的关系机理仍很不清楚。已提出的一些主要的学说有: 分子模拟学说：即 HLA 抗原与致病因子抗原分子相似，因结构相似而遭免疫系统自 身攻击，或因病原分子结构与 HLA 分子太相似而不能被识而逃避免疫，以致身体受 致病因子攻击。 受体学说：认为 HLA 分子就是某病原的受体。 基因连锁学说：认为还存在其他易感基因，而 HLA 仅是一个被检出的与易感基因连 锁的遗传标志。 法医鉴定 HLA 是每人的生物学身份证 HLA 单倍型遗传自父母 所有 HLA 等位基因完全相同的几率接近 0 第七章 免疫系统 一、组成 一）中枢免疫器官 中枢免疫器官是免疫细胞发生、发育、分化、成熟的场所。 人体为骨髓、胸腺，鸟类还有腔上囊。 骨髓： 31 位于长骨骨髓腔 功能：造血、B 细胞分化成熟的场所 骨髓缺陷将造成体液免疫与细胞免疫缺陷 胸腺： 位于胸骨后方 功能：产生胸腺素、T 细胞分化成熟的场所 胸腺缺陷将造成细胞免疫缺陷与总体免疫功能降低 二）外周免疫器官 外周免疫器官是免疫细胞定居与免疫应答发生的场所 人体有淋巴结、脾脏、粘膜相关淋巴组织 淋巴结： 沿全身淋巴道分布 功能：净化过滤淋巴液；T、B 细胞定居地、免疫应答发生的场所；淋巴细胞再循 环 结构： 淋巴细胞再循环：1.淋巴细胞进入外周免疫器官定居后，部分淋巴细胞可离开定居器官进 入淋巴液、血液在体内游走，最后携带抗原返回淋巴器官，这一过程称为淋巴细胞再循环。 意义：使更多淋巴细胞结合不同抗原，引起免疫应答；淋巴组织可补充新的淋巴细胞 脾脏 位于腹腔左侧 功能：储存、净化过滤血液；T、B 细胞定居地、免疫应答发生的场所 结构： 粘膜相关淋巴组织 分布于全身各粘膜、皮下，机体淋巴组织 50以上存在于此，主要有消化道、呼 吸道、泌尿生殖道粘膜淋巴组织、扁桃体、阑尾等。 功能:免疫应答发生场所 特点：屏障功能；SIgA；TCRT ；其他 三）免疫细胞 免疫细胞是参与免疫应答的细胞，发挥免疫答的主体。 广义：所有的血细胞 狭义：淋巴细胞T 细胞、B 细胞、NK 细胞 抗原提呈细胞DC、M 、 B 细胞 其他免疫细胞：粒细胞、血小板、红细胞 免疫活性细胞（ICC）：接受 Ag 刺激，启动、参与、调节免疫应答反应的核心细胞， 专指 T、B 细胞。 定向干细胞及其分化 * 淋巴样干细胞 T 细胞谱系 B 细胞谱系 NK 细胞 * 髓样干细胞 CFU-GEMM 红系 CFU- E 巨核系 CFU-Meg 髓系 CFU-GM 嗜酸性粒细 胞 CFU-Eos 嗜碱性粒细胞 CFU-Baso 1、T 淋巴细胞 T 细胞 名称：胸腺依赖淋巴细胞； 来源：骨髓淋巴干细胞-胸腺分化成熟； 分布：主要分布外周血（占 6080%）； 功能：主导细胞免疫和免疫调节。 T 淋巴细胞表面分子 TCR、CD3、CD4/CD8 CD28、CTLA-4、CD40L CD2、MHC-I/II、丝裂原受体、细胞因子受体等 TCR:T 细胞抗原受体 分为 TCR 和 TCR 两种类型,结构相似 两条异源二聚体肽链藉二硫键组成的跨膜分子,每条肽链含 V、C 区，类似 Ig 结 构 TCRCD3 复合物： 是 T 细胞抗原受体与一组 CD3（）分子以非共价键结合而形成的复合 物，是 T 细胞识别抗原和转导信号的主要单位。 TCR 特异识别由 MHC 分子提呈的抗原肽，CD3 分子转导 T 细胞活化的第一信号 胞内段长（50-155 个氨基酸残基）具有 ITAM 基序，传递抗原刺激信号 CD4 和 CD8 分子 CD4 主要分布于成熟 Th 细胞、巨噬细胞、DC 细胞等表面；是 HIV 受体，与 APC 表面 MHC-II 分子非多态区结合 CD8 主要分布于成熟 Tc 细胞表面，与 APC 表面 MHC-I 分子非多态区结合 既能加强 T 细胞与 APC 或靶细胞的相互作用，又能参与抗原刺激 TCR-CD3 分子信 号转导 成熟的正常 T 细胞仅表达 CD4 或 CD8，是通过 T 细胞在胸腺发育过程中的阳性及 阴性选择完成 33 T 细胞发育的阳性选择（positive selection） T 细胞发育的阴性选择（negative selection） 协同信号分子 TCR-CD3 复合分子可提供第 1 信号协同刺激信号 第 2 信号由参与 T 细胞活化的协同刺激信号主要是 CD28-CD80/86，CTLA4- CD80/86 给予已活化 T 细胞抑制信号。 协同刺激分子 CD28 分子：T 细胞活化最重要的共刺激分子 配体：B7(B7-1、B7-2） 静止和活化的 T 细胞上均表达 提供 T 细胞活化的协同刺 c 激信号 CTLA-4:抑制 T 细胞活化 配体：B7(B7-1、B7-2）但与 B7 亲和力高于 CD28 只表达于活化 T 细胞表面 通过 ITIM 结构传递抑制信号, c 起负调节作用 其它一些标志物 CD2，又称 LFA-2, SRBC 受体： 配体：LFA-3（CD58）、CD59、CD48 花环试验用于分离 T 细胞 MHCI，部分成熟 T 细胞表达 MHC-II 细胞因子受体 丝裂原受体 植物血凝素（PHA）受体 刀豆蛋白（ConA）受体 美洲商陆（PWM）受体 亚群 根据 TCR 种类 T、T 细胞 在末梢血主要为 T 细胞可占 95%，而 T 细胞只占 1%10%。T 细胞为 主要参予免疫应答的 T 细胞，两者特性和功能均不相同。 根据 T 细胞是否表达 CD4 或 CD8 分类：CD4+T 细胞或 CD8+T 细胞 TCRTCD4+细胞：CD2+、CD3+、CD4+、CD8- TCR 识别抗原是 MHC类分子限制性 TH0、Th1 和 Th2、行使 Tc、Ts 功能 TCRTCD8+细胞：CD2+、CD3+、CD4-、CD8+ TCR 识别抗原是 MHCI 类分子限制性 行使 Tc、Ts 功能 功能性亚群：Th、Tc、TDTH、Ts Th 细胞 根据所分泌的细胞因子不同，将其分为 Th0、Th1 和 Th2 亚型。 Tc 细胞 杀伤、分泌 IFN、IL-4、IL-5 和 IL-10 Ts 细胞 TDTH 主要为 CD4+Th1 初始 T 细胞和记忆性 T 细胞 记忆性 T 细胞表达 CD45RO，而初始 T 细胞表达 CD45RA NK1.1 T 细胞 其 TCR 识别的抗原是由 CD1 分子提呈的脂类和糖脂类抗原 功能 免疫调节功能（Th1、Th2、Ts） 特异性杀伤功能（CTL、Th1、T） 介导超敏反应（TDTH） 2、B 淋巴细胞 B 细胞 命名：骨髓依赖淋巴细胞、抗体产生细胞 来源：骨髓淋巴干细胞-骨髓分化成熟 分布：血液 525% 、淋巴结、脾、扁桃体及其他粘膜组织 功能：主导体液免疫、参与免疫调节 B 细胞的分化和成熟 B 细胞在中枢免疫器官进行阴性选择，在外周免疫器官进行阳性选择 B 细胞的表面标志 BCR B 细胞抗原受体，即 BCR，表达于成熟 B 细胞和多数 B 细胞瘤膜表面的免疫球蛋白。 35 BCR 复合物： 膜表面免疫球蛋白：sIgM 和 sIgD，胞浆段只有 3 个 aa； CD79a 和 CD70b：sIg 和 Ig 链，胞浆段较长，具有 ITAM 结构，向细胞 内传递活化信号。 B 细胞共受体（CD19/CD21/CD81/CD225） CD19/CD21/CD81/CD225 功能类似于 CD4 或 CD8，辅助 BCR 增强 B 细胞活化的第 1 信号 协同