细胞介导的免疫应答.ppt

,第八章 细胞介导的免疫应答,一、免疫应答的基本概念 免疫应答是指机体受抗原刺激后，免疫活性细胞对抗原的识别，自身的活化、增殖、分化以及产生特异性免疫效应的过程。 免疫应答最基本的生物学意义是识别“自己”与“非己”，并清除“非己”的抗原性物质，以保护机体免受抗原异物的侵袭。,第一节 概述,二、免疫应答的发生场所,淋巴结、脾和粘膜等外周免疫器官是发生免疫应答的主要场所。,三、免疫应答的类型,机体对抗原是否产生效应： 正免疫应答：免疫活性细胞在识别抗原后，被活化并产生免疫效应细胞和效应分子，表现出免疫生物学效应 负免疫应答：某些特定条件下，免疫活性细胞对抗原识别后被诱导处于不活化状态，即免疫耐受,参与免疫应答的细胞种类及发挥效应的机制 体液免疫应答：指B细胞接受抗原刺激后，增殖、分化为浆细胞，产生、分泌抗体，抗体存在于各种体液中，发挥效应作用 细胞免疫应答：T细胞接受抗原刺激后，增殖分化为效应细胞，由效应细胞直接杀伤靶细胞或分泌细胞因子，诱生炎症反应，以达到清除靶细胞的目的,抗原进入机体的次数 初次免疫应答：抗原第一次进入机体引起的免疫应答 再次免疫应答：机体再次接受相同抗原刺激后诱生的应答 抗原来源、作用和组成成分的不同 特异性免疫应答（获得性免疫、适应性免疫） 非特异性免疫应答（天然免疫、固有性免疫innate immunity）,效应结果 生理性免疫应答：机体识别自己清除异己，把入侵的异己成分排除，重新恢复机体内环境的平衡和稳定 病理性免疫应答：机体排除异己的作用，会涉及机体自身的正常成分或功能，造成自身组织或功能的病理性损伤,根据获得免疫的方式 主动免疫：机体受到外来抗原的刺激产生免疫应答而获得的免疫力。 被动免疫：机体因接受外来免疫物质而产生的免疫力。,四、免疫应答的基本过程 免疫应答的基本过程可分为三个阶段： 1、感应阶段：抗原递呈和识别阶段。 2、反应阶段：为T细胞和B细胞在识别抗原后的活化、增殖和分化阶段。 在这一阶段中，小部分T细胞和B细胞停止分化，分别转变成为T记忆细胞和B记忆细胞。 3、效应阶段：为产生免疫效应的阶段。,T细胞,B细胞,细胞免疫效应,效应T细胞,浆细胞,免疫应答过程,免疫应答的主要特点 1、特异性 2、记忆性 3、MHC限制性 4、放大性,抗原递呈（antigen presenting）指抗原递呈细胞将抗原进行摄取、加工和处理、降解为多肽片段，并与自身MHC分子结合为抗原肽-MHC分子复合物，而转移至细胞表面，并与T细胞表面的TCR结合，从而被递呈给T淋巴细胞的全过程。,第二节 抗原递呈,内源性抗原（endogenous antigens） 指细胞内合成的蛋白质抗原 细胞产生的自身固有蛋白质 胞内寄生病毒或其它病原体产生的蛋白质 细胞恶性转化后产生的突变蛋白，即肿瘤抗原 有核细胞内加工，由MHC分子递呈,一、基本概念,Listeria,外源性抗原 (exogenous antigens) 指由细胞外进入细胞的蛋白质抗原 细胞摄入的各种病原体和疫苗 在吞噬体中生长的病原体 摄入的自身蛋白 抗原递呈细胞内加工，由MHC分子递呈,抗原加工 抗原加工是指蛋白质抗原在细胞内被降解成能与MHC结合的肽的过程。,二、抗原递呈细胞,APC：即抗原递呈细胞，表达MHC和协同刺激分子，能够摄取、加工、处理抗原，并把抗原肽递呈给T细胞的一类特化的细胞群，包括DC、巨噬细胞、活化的B细胞和其他非专职APC。,三、APC对抗原的加工、处理和递呈,经典途径： MHC类分子递呈内源性AgCD8+T MHC类分子递呈外源性AgCD4+T 非经典途径-交叉致敏,MHC-分子,MHC-类分子,（一）外源性抗原的加工递呈,又称为MHC类途径。 分为抗原的摄取、加工、 MHC类分子的合成与转运、MHC类分子荷肽、递呈几个阶段。,Y,Pinocytosis,Phagocytosis,Membrane Ig receptor mediated uptake,Complement receptor mediated phagocytosis,Fc receptor mediated phagocytosis,Uptake of exogenous antigens,1、APC以胞吞作用摄入Ag，形成吞噬体,mIg介导的内吞,补体受体介导的内吞,Fc受体介导的内吞,吞饮,吞噬,2、外源性抗原的加工,外源性抗原在吞噬体的酸性环境和各种组织蛋白酶的作用下被降解成适于与MHC类分子结合的肽(长度为1220个氨基酸残基)。,3、MHC类分子的合成及转运,粗面内质网中MHC类分子合成 与Ii链（恒定链）结合成 (Ii)3复合物，促使MHC类分子进入高尔基体,4、MHC类分子荷肽,Ii 链引导下类分子进入吞噬体(MC) 高亲和力肽与类分子结合形成Ag肽-MHC类分子形成,5、递呈给CD4+T细胞,Ag肽-MHC类分子经胞吐作用表达于APC表面 供CD4+T细胞识别,吞噬,外源性抗原加工、处理和呈递示意图,外源性抗原,吞噬小体,吞噬溶酶体,蛋白酶作用,形成12-20AA的抗原肽,(内质网)新合成MHC-II类分子,恒定链（Ii）抗原结合槽为Ii所占据,Ii被降解并暴露MHC-II类分子抗原结合凹槽,抗原肽/MHC-II类分子复合物,表达于APC表面，供CD4+T细胞识别,与吞噬溶酶体融合,APC处理与抗原提呈,（二）内源性抗原的加工递呈,又称为MHC类途径。 分为内源性抗原的加工、转运、MHC类类分子荷肽、递呈几个阶段。,1、内源性抗原肽的产生,内源性抗原经蛋白酶体（LMP，又称免疫蛋白酶复合体）降解为短的抗原肽(8-11个氨基酸残基),2、内源性抗原肽转运至内质网,经抗原加工相关转运体（TAP）转运至内质网,3、MHC类分子荷肽,内质网内钙联蛋白、钙网蛋白协助下 MHC类分子合成 MHC类分子与抗原肽结合形成Ag肽-MHC类分子复合物形成,4、递呈给CD8+T细胞,Ag肽-MHC类分子经高尔基体 通过胞吐作用表达于细胞表面 供CD8T细胞识别,内源性抗原加工、处理和呈递示意图,(三) MHC分子对抗原的交叉提呈现象,在某些情况下 内源性抗原也能通过MHC-II类分子提呈 外源性抗原也能通过MHC-I类分子提呈,内源性抗原MHC-I类分子CD8+Tc细胞 外源性抗原MHC-II类分子CD4+Th细胞,即T细胞介导的免疫应答，指T细胞接受抗原刺激后转化为效应T细胞进而发挥免疫效应,第三节 细胞免疫应答,T 淋巴细胞对抗原的识别与应答是由成熟的初始CD4+Th1细胞和CD8+Tc细胞（或CTL）介导的。,一、抗原识别和提呈阶段（感应阶段） （一）APC提呈抗原,特 点 内源性途径 外源性途径 递呈分子 MHC-I MHC-II 应答的T细胞 CD8T细胞 CD4T细胞 抗原来源 内源合成 外源摄入 抗原肽产生部位 蛋白酶体 内体 伴随蛋白 钙联素、TAP 钙联素、Ii链 递呈细胞 所有有核细胞 专职APC,内源性和外源性抗原提呈途径的比较,（二）T细胞对抗原的识别,1、T细胞与APC的非特异结合 T细胞和APC表面共刺激分子的结合：B7/CD28、LFA-1/ICAM-1或ICAM-2、CD2/ LFA-3等， B7/CD28间的结合最重要。 可促进和增强TCR特异性识别和结合抗原肽 2、T细胞与APC的特异性结合： T细胞通过TCR特异性识别APC递呈的复合物中的抗原肽，由CD3向胞内传递活化刺激信号。,二、 T细胞的活化、增殖和分化(反应阶段),（一）T细胞活化的信号要求： T细胞活化的第一信号（抗原特异性信号） ： 是T细胞表面TCR-CD3复合物特异性识别抗原肽-MHC复合物产生的信号； CD4、CD8分别识别MHC-II和MHC-I分子。 T细胞活化的第二信号： 又称协同刺激信号，由众多协同刺激分子与相应受/配体结合介导，主要是B7/CD28分子对间的作用。,T细胞在双信号的激发下，表达细胞因子及相应受体，进一步促进T细胞活化、增殖。 若TCR特异性识别并结合抗原肽的过程中缺乏协同刺激信号，则T细胞被诱导呈不应答。 活化的T细胞表达CTLA-4，其配体也是B7-1和B7-2。CTLA-4与B7结合后向T细胞发出抑制信号。,总结： （1）活化信号1 (抗原识别信号) * 双识别：TCR Ag肽MHCII/MHCI (APC) * 共受体：CD4-MHCII, CD8-MHCI * CD3传递特异性抗原识别信号 （2）活化信号2 (协同刺激信号) （APC上） （ T细胞上） * 众多协同刺激分子 相应协同受体 （如B7、CD40等） （CD28、CD40L等） （3）细胞因子(如IL-1等) * 也是T细胞充分活化重要条件,(二) 多种细胞因子参与T细胞增殖与分化 如： IL-2、IL-4、 IL-6、 IL-7、 IL-12、 IL-15、 IL-18，尤其是IL-2是促进活化后T细胞增殖的最重要的细胞因子。,（三）T细胞的增殖和分化：,CD4+Th细胞分化为： Th1效应细胞(TDTH) Th2细胞 CD8+Tc细胞分化为： 有杀伤效应的CTL,初始CD4+T Th0细胞 IL-4 Th2细胞 主要介导体液免疫应答 Th0细胞 IL-12 Th1细胞 主要介导细胞免疫应答,1、CD4+T细胞的增殖分化,初始CD8+T细胞的激活主要有两种方式： (1) Th细胞依赖性 靶细胞一般仅低表达或不表达共刺激分子，不能激活初始CD8+T细胞，而需要APC及CD4+T细胞的辅助。 (2) Th细胞非依赖性 如病毒感染的DC，由于其高表达共刺激分子，可直接刺激CD8+T细胞合成IL-2，促使CD8+T细胞自身增殖并分化为细胞毒T细胞，而无需Th细胞辅助。,2、CD8+T细胞的增殖分化,三、T细胞介导的特异性免疫效应(效应阶段),（一）CD4+Th1细胞介导的炎症反应,Th1细胞被激活后可产生多种细胞因子（MAF、MCF、MIF、LT、IFN-等） 是诱导DTH(迟发性超敏反应)的分子基础。,释放的主要因子有： 1、IFN-：（1）增强巨噬细胞等MHC-/I类分子的表达，提高抗原提呈能力。（2）活化单核-巨噬细胞，增强其吞噬杀菌能力。（3）活化NK细胞，增强其杀瘤和抗病毒作用，提高机体免疫监视功能。 2、IL-2：（1）刺激CD8+ T细胞增殖分化为效应Tc细胞。（2）刺激CD4+Th细胞增殖分化，分泌IL-2、TNF- 和IFN-。（3）增强NK细胞、巨噬细胞杀伤活性。（4）诱导LAK细胞的抗肿瘤活性。 3、TNF-：（1）产生炎症作用和杀伤靶细胞。（2）抗病毒作用。（3）激活中性粒细胞、巨噬细胞，释放IL-1、IL-6、IL-8等细胞因子。,效应Th1细胞介导的炎症反应主要通过释放细胞因子发挥作用,效应Th1的效应作用,释放细胞因子引起以巨噬细胞浸润为主的炎症反应迟发性超敏反应，在宿主抗胞内病原体感染中起重要作用。 集聚单核巨噬细胞和NK细胞到抗原所在部位。 激活单核巨噬细胞和NK细胞等成为最终的效应细胞。 扩大免疫队伍，放大免疫效应：活化巨噬细胞分泌IL12促使Th0分化为Th1。,（二）CD8+ Tc细胞介导的细胞毒作用,Tc细胞在活化后，可以通过两条互不相关的途径杀伤靶细胞,一方面 Tc细胞通过TCR特异性识别结合靶细胞表面的抗原肽-MHC类分子复合物，同时两者表面的黏附分子相互结合，此过程只需几分钟； Tc细胞和靶细胞紧密接触，通过颗粒胞吐释放穿孔素和颗粒酶，穿孔素可在细胞膜上构筑小孔； 靶细胞膜上出现大量小孔，使水分子通过小孔进入细胞内，致靶细胞裂解死亡。此外，Tc细胞释放的颗粒酶也可通过穿孔素形成的孔道进入靶细胞，使之溶解破坏。,另一方面 在CTL细胞识别靶细胞后，细胞表面表达的高水平FasL(II型跨膜糖蛋白，Fas的配体)与靶细胞表面的Fas(I型跨膜糖蛋白，凋亡蛋白)相互识别，通过Fas触发靶细胞内部的凋亡程序，使靶细胞发生程序性细胞死亡。 CTL细胞的这两条杀伤机制是相互独立的,效应Tc溶解靶细胞效应,效应Tc细胞首先识别靶细胞表面的Ag-MHC-I类分子并与之结合，用以下机制杀死靶细胞： （1）释放穿孔素溶解靶细胞。 （2）释放颗粒酶使靶细胞DNA断裂。 （3）诱导靶细胞凋亡。 （4）释放TNF杀伤靶细胞。,抗原,细胞免疫过程,致 敏 阶 段,反应阶段,效应阶段,三、细胞免疫的特点,发生缓慢（1-3天） 多局限于抗原所在部位 组织学变化为单个核细胞细胞浸润为主的炎症，以T淋巴细胞为主，M、NK细胞起协同作用。,四、细胞免疫的生物学效应 （1）抗胞内感染作用： （2）抗肿瘤作用：包括Tc细胞的特异性杀伤作用、CD4Th1细胞释放的细胞因子的直接溶解作用和经细胞因子活化的单核巨噬细胞、NK细胞的杀伤效应等： （3）介导型超敏反应，引发移植排斥反应等 （4）参与某些自身免疫性疾病的组织损伤,即B细胞介导的免疫应答，指B 细胞接受抗原刺激后，活化、增殖、分化为浆细胞并合成、分泌抗体，通过抗体发挥的特异性免疫效应称体液免疫应答,第四节 体液免疫应答,TD-Ag和TI-Ag均可诱导体液免疫，但作用机制不同,胸腺依赖性抗原（TD-Ag）：在T细胞及巨噬细胞参与下，才能激活B细胞产生抗体。主要产生IgG类抗体，还可引起细胞免疫和再次应答。大多数天然抗原，如细菌、病毒、异种血清属于此类。,胸腺非依赖性抗原（TI-Ag）：不需要T细胞协助，直接刺激B细胞产生抗体。产生IgM类抗体，不引起细胞免疫和再次应答。少数抗原如细菌脂多糖和细菌多聚鞭毛素等属于此类。,(一) 抗原呈递与识别阶段,1、APC对抗原的捕获、加工处理及递呈,2、Th细胞对抗原的识别,一、 B细胞对TD抗原的体液免疫应答,1、 APC对抗原的捕获、加工处理及递呈,APC通过其表面CR1、CR2、FcR固定和浓缩抗原，把未经加工处理的抗原递呈给B细胞 B细胞也可作为APC直接识别天然抗原,BCR 特异性结合抗原，产生B细胞活化的第一信号 B细胞内化与其BCR结合的抗原，并进行加工处理，形成抗原肽-MHC类分子复合物，提呈给抗原特异性Th细胞识别。,Th细胞需经两个信号的刺激才能活化： 第一信号：双识别 TCR识别抗原肽 CD4识别MHC 类分子 第二信号：协同刺激信号(CD28B7等),2、Th细胞的活化增殖与分化,T细胞活化后可高表达CD40L，可与B细胞表面的CD40结合，提供B细胞活化的第二信号（协同刺激信号），协同刺激B细胞活化、增殖和分化。同时分泌IL-2、4、5和IFN-r等多种细胞因子，参与免疫调节,也需两个信号的刺激才能活化 第一信号：BCR识别抗原产生 第二信号：协同刺激信号,(二) B细胞的活化、增殖与分化,由Th细胞与B细胞的表面分子间相互作用提供，以CD40/CD40L重要,Th细胞接受双信号刺激活化，活化的Th细胞高表达CD40L，可与B细胞表面的CD40结合，产生B细胞活化的第二信号，协同刺激B细胞活化、增殖和分化。,BCR无须APC细胞特异性结合抗原，产生B细胞活化的第一信号；B细胞内化与其BCR结合的抗原，并进行加工处理，形成抗原肽-MHC类分子复合物，提呈给抗原特异性Th细胞识别。,T、B细胞相互作用,Th细胞辅助B细胞免疫应答 Th细胞提供B细胞活化的第二信号(CD40/CD40L) Th细胞分泌多种细胞因子协助B细胞分化 (Th1 IL-2、IFN-、Th2 IL-4、5、6) B细胞作为APC活化T细胞 B细胞提供T细胞活化的第一信号(抗原肽-MHC类分子复合物) 活化的B细胞提供T细胞活化的第二信号(B7/CD28),Th细胞对B细胞的辅助作用发生于外周淋巴器官的T细胞区和生发中心,分化成熟 生发中心中绝大多数B细胞发生凋亡，部分B细胞在抗原刺激和T细胞辅助下继续分化发育，在生发中心中完成体细胞高频突变和Ig亲和力成熟、Ig类别转换，最终形成浆细胞和记忆性B细胞,B细胞的增殖与分化,B细胞分裂增殖，形成生发中心 (维持1周),生发中心母细胞的轻链和重链V基因可发生高频率的点突变，称为体细胞高频突变； 再次免疫应答时抗原会优先结合高亲和力的BCR，产生高亲和力的抗体，称为抗体亲和力成熟； 在免疫应答中首先分泌IgM，随后可表达IgG、IgA或IgE，而其IgV区不发生改变，这种可变区相同而Ig类别发生变化的过程称为Ig的类别转换或同种型转换,浆细胞的形成，大部分迁入骨髓，在较长时间内持续产生抗体； 表面不再表达BCR和MHC类分子，不能再与抗原起反应，也失去了与Th相互作用的能力；,生发中心中存活下来的B细胞，或分化发育成浆细胞，或成为记忆性细胞离开生发中心进入血液参与再循环； 记忆性B细胞不产生Ig，但再次与同一抗原相遇时可迅速活化，产生大量抗原特异的Ig。,二、B细胞对TI抗原的体液免疫应答 TI-Ag分为TI-1Ag和TI-2Ag两类 可直接激活B细胞，不需APC和Th细胞辅助 可迅速诱导产生低亲和力抗体IgM 不产生记忆B细胞，无再次应答,1、中和作用 2、激活补体，溶解作用 3、结合细胞表面的Fc受体 4、免疫损伤作用,三、体液免疫效应 浆细胞分泌抗体，抗体可发挥多种生物学效应,1、中和作用 针对病毒、胞内感染菌和细菌外毒素。,2、激活补体 当IgG1-3和IgM类抗体与抗原特异性结合后，其构型发生改变，暴露IgG的CH2和IgM的CH3功能域的补体结合位点，通过补体经典途径激活补体。 凝聚的IgA、IgG4和IgE可通过替代途径激活补体。,激活补体的作用,形成膜攻击复合体，溶解抗原细胞,3、结合细胞表面的Fc受体,调理作用 抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用,（1）免疫球蛋白调理吞噬作用,细菌与抗体结合后，抗体Fc段结合吞噬细胞的Fc受体，促进吞噬,（2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（ADCC）,抗原,ADCC,中和作用,调理作用 （补体参与）,调理作用,MAC,抗体的功能,抗原,B细胞,致 敏 阶 段,反应阶段,效应阶段,体液免疫应答过程,B细胞针对TD-Ag、TI-1、TI-2抗原应答的比较,四、 抗体产生的一般规律 1、初次应答 概念：抗原初次进入机体所产生的应答 特点： （1）潜伏期(诱导期)长(约710天)； （2）抗体的种类是最初出现IgM，随后出现IgG，产生的抗体以M为主； （3）抗体亲和力低； （4）维持时间短； （5）总抗体水平低。,2、再次应答 概念：抗原再次进入机体所产生的应答。 特点： （1）潜伏期短（约25天）； （2）抗体的种类以高亲和力的IgG为主，而IgM的含量与维持时间与初次应答相似； （3）抗体亲和力比初次应答明显增强； （4）维持时间长； （5）总抗体水平高。,抗体产生的一般规律（图）,抗体的产生在医学实践中的意义： （1）检测特异性IgM可用于感染的早期诊断。 （2）检测患者疾病早期 和恢复期特异性抗体的效价有助于诊断疾病及评估疾病的转归。 （3）制定