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第七章免疫遗传学基础 Immunogenetics 免疫遗传 通过遗传学的方法对免疫现象进行遗传分析 包括抗原遗传 抗体遗传 补体遗传 免疫反应性 组织不相容性 免疫遗传标志和疾病关联 免疫缺陷症等第一节免疫学基本概念第二节免疫系统第三节免疫球蛋白第四节主要组织相容性复合体第五节补体系统 第一节免疫学基本概念 一 免疫免疫一词是从拉丁语 immunis 衍生而来免疫具有识别 自身 与 非己 抗原 对自身抗原形成天然免疫耐受 对 非己 抗原产生排斥作用的一种生理功能免疫 机体受到抗原物质刺激而产生特异性免疫应答的过程免疫应答 immuneresponse 抗原进入机体后激发免疫细胞活化 分化和效应的过程 免疫的功能 免疫防御 Immunologicaldefence 是机体排斥外来抗原性异物的一种免疫保护功能免疫自稳 immunologicalhomeostasis 是机体免疫系统维持内环境相对稳定的一种生理功能免疫监视 immunologicalsurvillance 是机体免疫系统及时识别 清除体内突变 畸变和病毒干扰细胞的一种生理保护作用 在与外界的 异己 一战过程中 机体往往不得不采取守势 利用坚固的防线将之消灭 那么这些防线都在哪里呢 第一道防线 皮肤 呼吸道上的纤毛 免疫系统的三道防线 溶菌酶 吞噬细胞 第二道防线 以上的两道防线由于是人人生来就有的 对多种病原体都有防御作用 因此叫做非特异性免疫 或天然免疫 如果在人体内的前两道防线都被突破了 那么在人体内最特殊的第三道防线便开始发挥作用 与前两道防线不同 这一防线是后天获得的专门识别 杀灭某一病原生物特异性免疫 获得性免疫 机体通过与外源性物质接触而被诱导和激活的特异性的免疫能力 艾滋病 acquiredimmunodeficiencysyndrome 获得性免疫缺陷综合症AIDS 1981年于美国率先报道 是感染人类免疫缺陷病毒 简称HIV 后引起的一种致死性传染病 HIV主要破坏人体的免疫系统 使机体逐渐丧失防卫能力而不能抵抗外界的各种病原体 因此极易感染一般健康人所不易患的感染性疾病和肿瘤 最终导致死亡 体液免疫 以Bcells产生抗体来达到保护目的的免疫机制 属后天的免疫机制细胞免疫 凡是由免疫细胞发挥效应以清除异物的作用即称为细胞免疫 由T细胞介导 二 体液免疫和细胞免疫 体液免疫 相同抗原再次侵入 迅速 大量 细胞免疫 T细胞 刺激 记忆细胞 主动免疫是指在抗原的刺激下 免疫系统对抗原出反应 产生了专门对付该抗原的抗体 以后 如果再碰到这种抗原的话 抗体等免疫物质就会主动地去攻击这种抗原 保护人体不受侵害打预防针就是主动免疫的方法之一被动免疫则是直接将抗体类物质输入人体 不需身体的免疫系统 制造 抗体 用于治疗注射丙种球蛋白 就是被动免疫的一种 三 主动免疫和被动免疫 四 免疫应答的分期 1 识别期指淋巴细胞表面特异性的抗原受体与抗原结合的过程2 激活期指识别特异性抗原后淋巴细胞的反应过程 增殖 淋巴细胞分化 由识别细胞分化为清除细胞 3 效应期指淋巴细胞被抗原激活后行使清除抗原的功能 在效应期发挥作用的细胞称为效应细胞 凡是能够刺激机体的免疫系统产生抗体或效应细胞 并且能够和相应的抗体或效应细胞发生特异性结合反应的物质 就叫做抗原 抗原特性 免疫原性 immunogenicity 免疫反应性 immunoreactivity 抗原决定簇 抗原物质表面具有的某些特定的化学基团 抗原依此与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合 即抗原决定簇兼备这两种性能的物质叫做完全抗原 如病原体 异种动物血清等 只具有反应原性而没有免疫原性的物质叫做半抗原 如青霉素 吗啡等 五 抗原 antigen Ag 一个多肽决定簇含5 6个氨基酸残基 一个多糖决定簇含5 7个单糖 一个核酸半抗原决定簇含6 8个核苷酸 构象决定簇 空间构象 不连续顺序决定簇 序列 一级结构 连续 抗原决定簇大小 内源性抗原 endogenousantigen 在自身细胞内合成 并存在于细胞内的抗原 如 胞内菌和病毒感染细胞所合成的细菌抗原 病毒抗原肿瘤细胞合成的肿瘤抗原 外源性抗原 exogenousantigen 被单核巨噬细胞吞噬 捕获 或与B细胞特异性结合 而后进入细胞内的抗原 均称为外源性抗原 所有来自体外的微生物 疫苗 异种蛋白等 自身细胞合成而释放于细胞外的非自身物质 如肿瘤相关抗原 FMDV的VIA抗原等 第二节免疫系统 由主宰或执行机体免疫功能的器官 组织 细胞和分子所组成的一个系统称为免疫系统 ImmuneSystem 哺乳动物能产生IgM IgG IgA 人类则可产生全部五类免疫球蛋白 IgM IgG IgA IgD IgE 免疫系统 免疫器官 免疫细胞 免疫分子 中枢免疫器官 胸腺 骨髓 外周免疫器官 淋巴结 黏膜 脾脏 淋巴细胞的发生 分化 成熟的场所 并具有调控免疫应答的功能 扁桃体 成熟免疫细胞在这些部位执行应答功能 淋巴细胞 T细胞 B细胞 NK细胞等 辅佐细胞 巨噬细胞 树突状细胞等 其它细胞 肥大细胞 有粒白细胞等 膜型 BCR TCR MHC CD分子等 分泌型 抗体 补体和细胞因子等 一 中枢免疫器官 1 骨髓2 胸腺3 腔上囊 鸟类 1 骨髓 骨髓是各种免疫细胞的发源地 是B细胞 K细胞 NK细胞成熟的场所 抗体产生的主要部位 与外周淋巴器官相比 骨髓可缓 持久地大量产生抗体 在再次免疫应答中发挥重要作用 2 胸腺 Thymus T细胞分化和成熟的场所 生成胸腺激素胸腺素 胸腺生成素 淋巴细胞刺激因子等 形成对自身抗原耐受性 维持自身稳定 3 腔上囊 是位于禽类尾椎泄殖腔上方的一个囊状淋巴组织 也称法氏囊 B细胞在腔上囊中分化成熟 切除会造成抗体缺陷 二 外周免疫器官 1 淋巴结及淋巴小结2 脾脏 1 淋巴结及淋巴小结 人体全身约有500 600个淋巴结 lymphnode 主要位于非粘膜部位 淋巴结内的淋巴细胞75 为T淋巴细胞 25 为B淋巴细胞 淋巴管和淋巴结 淋巴小结 淋巴小结多在粘膜部位 在未受抗原激刺前为初级淋巴滤泡 刺激后为次级淋巴滤泡 滤泡内主要为B细胞及其母细胞 还有巨噬细胞 树突状细胞和T细胞等 2 脾脏 为人体最大淋巴器官 分为白髓和红髓 白髓 红髓交界处为移行区 是淋巴细胞和抗原物质进出的通道 脾脏中B细胞占60 T细胞约占40 三 免疫细胞 1 造血干细胞2 淋巴细胞系T细胞B细胞 NK细胞 LAK细胞 TIL细胞3 单核吞噬细胞系统4 其他抗原呈递细胞 B T淋巴细胞 1 B细胞 bonemarrow中完成发育 表达独特的抗原膜结合受体 一种抗体分子 遇到抗原迅速分裂成子代 a 记忆细胞 长寿表达与亲代细胞具有同一结合特性抗体 b 效应细胞 浆细胞 存活几天产生分泌型的可溶性抗体 B细胞受体单独识别抗原但需要TH细胞提供信号才能分泌抗体 造血干细胞 B细胞发育过程 2 T细胞 迁移到thymusgland中完成后期发育 表达抗原特异的膜受体 T细胞受体异二聚体 或 两条蛋白链 受与MHC结合的抗原刺激激活分化成 记忆T细胞各种效应T细胞 两种 T助细胞或TH细胞 helperTcell 激活后分泌淋巴因子激活B Tc和吞噬细胞等T胞毒细胞或Tc细胞 cytotoxicTcell 监视病毒感染细胞 肿瘤和外来移植组织 T细胞识别与MHC结合的抗原 抗原 B细胞 浆细胞 识别抗原 增殖 分化 产生 与相应抗原特异性结合 抗体 第三节免疫球蛋白 抗体 antibody Ab 是B细胞接受抗原剌激后增殖分化为浆细胞 由浆细胞产生的一类能与相应抗原特异性结合的球蛋白抗体的分布 主要分布于血清中 也分布于组织液及外分泌液中 如乳汁中 所以新生儿在一定时间内可由于获得母体乳汁内的抗体而获得免疫 免疫球蛋白 Ig 具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白 一 免疫球蛋白的分子结构 一 免疫球蛋白的基本结构 轻 L 链 每条由214个氨基酸组成 重 H 链 每条由450 550个氨基酸组成 二硫键 氨基端 N端 羧基端 C端 可变 V 区 LV HV 各含3个高变区 HVR 恒定 C 区 CL CH1 CH2 CH3 VL VH CL CH1 CH2 CH3 绞链区 连接在CH1和CH2之间 补体结合部位 Fc受体结合部位 抗体ANTIBODY CH 免疫球蛋白 二 免疫球蛋白的功能区 L链可分为 VL CL H链可分为 VH CH1 CH2 CH3 其中IgM IgE还有CH4 VL与VH 是结合抗原的部位 CL CH1 具有部分同种异型的遗传标志 CH2或CH3 补体结合点 可激活补体经典途经 补体 抗原 CH3 可与细胞膜表面相应的Fc受体结合 三 免疫球蛋白 IgG 的水解片段 木瓜蛋白酶 Fab 2 Fc 可结晶片段 胃蛋白酶 F ab 2 pFc 碎片 Fab F ab 2 抗原结合片段 四 抗体的分子类别 PropertiesofAntibodyClasses 可溶性 分泌型 sIg 体液中 血清 组织液 外分泌液 的可溶性抗体分子 膜结合型 membranebound 作为BCR作用于B细胞表面执行抗原识别 信号转导的功能 比sIg多一个跨膜区和一个胞浆区 IgG 分为IgG1 IgG2 IgG3和IgG4四个亚类 分子量最少 140 165KD 特性 血清中含量最高占Ig总量的75 80 半衰期最长约20 23天 Ab结合Ag后 Fab打开 暴露出补体结合部位 IgG是唯一能经胎盘输给胎儿的抗体 调理作用 参与ADCC 激活补体 通过胎盘 二 五类免疫球蛋白的特性与功能 IgM 为五聚体 分子量最大 970KD 结合抗原多 活化补体和调理吞噬的能力强于IgG 产生最早 有助于感染性疾病的早期诊断和早期防御 IgM由五个单体经J链连接成五聚体 一个IgM可接合5 10个相应抗原决定基 由于产生最早 有助于早期诊断胎儿宫内感染 天然血型抗体为IgM 错误输血会导致溶血反应 IgA 分为血清型IgA 单体 和分泌型sIgA 二聚体 sIgA主要存在于胃肠道和支气管分泌液 初乳 唾液和泪液中 在粘膜局部抗感染中发挥重要的作用 并可通过母乳输给婴儿 sIgA的生成过程 分泌型IgA sIgA 哺乳 IgD 单体 血清中浓度很低 其确切功能尚不清楚 是B淋巴细胞分化发育成熟的标志 mIgM mIgD IgD为单体功能不清 未成熟B细胞仅表达mIgM 成熟B细胞可同时表达mIgM与mIgD IgE 单体 正常人血清中含量最少 半衰期最短 2天 产生最晚 可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的Fc受体结合 引发I型超敏反应 有抗寄生虫感染作用 单体 抗寄生虫感染 I型超敏反应当过敏原初次进入机体 即可剌激B细胞产生IgE 并与细胞表面的IgEFc受体结合 当相同过敏原再次进入机体 与IgEFab结合即可导致细胞脱颗粒并释放生物活性物质 引发I型超敏反应 Ig是蛋白质 可成为抗原 即具有抗原性Ig分子本身也包含有多种不同的抗原表位 呈现不同免疫原性 血清型 由此Ig具有三种血清型 三 抗体的抗原性 AntigenicityofIg 同种型 isotype 同种异型 allotype 独特型 idiotype 同种型 isotype 是指在同一种动物不同个体之间同时存在不同类型的Ig 不表现出抗原性 只是在异种动物之间才表现出抗原性 主要由C区决定 如Ig的类 亚类 型 亚型 同种异型 allotype 指Ig在同种动物不同个体之间呈现出的抗原性 由C区决定 是Ig的稳定遗传标志 可用于亲子鉴定 独特型 idiotype 又称个体基因型 是指由抗体分子的可变区 V区 呈现的抗原性 四 人工制备抗体的类型 由单一细胞增殖形成的细胞体群即为细胞克隆 多克隆抗体单克隆抗体 B细胞识别相应抗原决定基 活化增殖 分化 细胞克隆 产生 相应抗体 多克隆抗体的产生机理 用包含多种抗原决定基的抗原免疫动物 剌激多个B细胞克隆 即能产生针对多种抗原决定基的不同抗体的混合物 称为多克隆抗体 单克隆抗体制备过程 由一个B细胞克隆产生的只识别一种抗原决定基的同源抗体 称单克隆抗体 McAb 五 免疫球蛋白基因及基因重排 一 Ig的基因定位和结构 二 Ig基因的重排和表达 三 重排的机制 一 Ig的基因定位和结构 1 Ig的基因定位Ig基因有三个独立的多基因家族分别编码两种类型轻链 和 一个重链 H 小鼠6 16和12号染色体 人类2 22和14号染色体 人类Ig的重链根据稳定区的分子结构和抗原特异性的不同分别分为五类 2 Ig的基因结构 轻链基因家族的组成 L V J C四类基因片段L leadersegmentV variablesegmentJ jioningsegmentC constantsegment重链家族 L V D J C五类片段D diversitysegment高变区 Humanantibodygenes 二 Ig基因的重排和表达 除B细胞以外的所有细胞都含有处于胚胎构象的免疫球蛋白基因 只有骨髓干细胞在分化为成熟B细胞的过程中才出现免疫球蛋白基因的体细胞重排 这种重排具有严格的顺序 也是B细胞不同成熟阶段的标记 第一次重排 第一次重排发生在前B细胞中 由编码免疫球蛋白重链可变区的基因片段参与 使在种系中相互分离的片段 经重排后相互连接在一起 称为V D J连接 形成V D J复合体 重链重排后 接着是轻链可变区基因的重排 形成V J复合体 重轻链重排后转录成初级mRNA 经过加工剪切形成成熟的mRNA 并翻译成免疫球蛋白 重链基因的重排 RNA处理和蛋白质表达的过程 轻链基因的重排 RNA处理和蛋白质表达的过程 第二次重排 抗体类别转换 antibodyclassawitching 成熟B细胞经抗原刺激后 分化发育成浆细胞 分泌抗体 所合成抗体可变区不变 即结合抗原的特异性相同 但其重链类别 恒定区 发生改变 即首先合成IgM 在多种因素影响下可转变为合成IgG IgA或IgE等其他类别或亚类Ig 经过类别转换之后抗体亲和力增高 亲和力成熟 产生记忆B细胞 C区导致的抗体类型的转换 免疫球蛋白产生的总结图 1 D J重组 重链 轻链 5 V J重组 8 膜IgM膜IgD 9 分泌型IgM 10 换成IgG或IgA或IgE 等位基因排斥 是指一条染色体上Ig重链基因的有效重排 抑制另一条同源染色体重链基因重排的现象 轻链同型排斥 当一个 细胞中 链的基因发生功能性重排后 链的基因重排就被阻断的现象 体细胞突变 在体细胞原型球蛋白基因序列上发生的单个碱基突变 轻链和重链都发现有体细胞突变 三 重组的分子机制 利根川进 TonegawaS 1987Nobelprize 1 重组位点 轻重链重组涉及相同的机理 特异位点 V下游 J上游 D两侧存在保守的重组信号序列 RSS RSS 共同的回文七核苷酸 CACAGTG 与基因连接 固定长度的间隔序列 12bp或23bp共同的富含A的九核苷酸 ACAAAAACC 轻链中 链V下游与J上游的RSS方向相反 间隔序列12 23 D下游和J上游的RSS也有同样关系 12 23 重链中 V下游与D上游的RSS方向相反 间隔序列23 12 链 间隔序列12 23 2 重组机制 涉及链的断裂和重接 重组酶基因rag recombinationactivatinggene 编码蛋白质RAG1和RAG2 RAG1和RAG2识别RSS之间所形成的二级结构 重组只发生在间隔为12bp与23bp的不同RSS之间 12 23规则 RAG1 RAG2识别的二级结构 不同的V片段与J C的重组 H链V与D D与J C 导致Ig多样性 组织相容性 是指器官或组织移植时供者与受者相互接受的程度 导致排斥反应的抗原称为组织相容性抗原 MHA 能够对此抗原进行快而强的排斥反应的免疫系统称为主要组织相容性系统MHS人类MHA又称人类白细胞抗原 HLA 可表达于有核细胞表面 第四节主要组织相容性复合体 Page212 编码MHS的基因群为主要组织相容性复合体MHC同样 引起慢而弱的排斥反应的基因群称为次要组织相容性复合体mHC编码HLA的基因群称为HLA复合体 MHC的意义 抗原特异性淋巴细胞不能识别游离或溶解状态的抗原 只识别MHC分子非共价结合的抗原 当抗原与MHC分子结合形成复合物并呈递到T细胞表面时 T细胞才能与带有MHC 抗原复合物的细胞相互作用 并被激活 抗原与 类还是 类分子结合 决定为激活的T细胞种类 也因此出现不同性质的免疫应答 一 MHC基因区 分成三类基因区 类基因 经典 B C A位点非典型 E F G位点等 类基因 经典 DP DQ DR位点非典型 DN DM DO位点等 类基因 C4 C2 B因子 TNF HSP70等 定位 第6号染色体短臂 6p21 3 根据编码分子不同分成三类 类基因 K D L位点 编码 类分子的 链 类基因 I位点I A亚区 编码 类分子A 和A 链I E亚区 编码 类分子E 和E 链III类基因 S区 I区与D区之间 编码C4 C2 B因子及TNF等Ir基因 免疫应答基因 位于 区Ia抗原 I区相关抗原 Ir基因编码产物 二 MHC分子的结构 两条结合肽链 第五节T淋巴细胞 来源 骨髓的淋巴样干细胞 在胸腺内发育成熟 故称胸腺依赖性淋巴细胞 功能 不仅负责细胞免疫 对B细胞参与的由TD Ag诱导的体液免疫应答也起辅助和调节作用 TCR CD3复合物CD4和CD8 一 T淋巴细胞表面分子及其作用 一 TCR CD3复合物 1 概念 TCR CD3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2 功能 TCR特异识别由MHC分子提呈的抗原肽 而CD3转导T细胞活化的第一信号 MHC参与加工提呈抗原 抗原提呈细胞 T淋巴细胞 HLA 抗原肽 T细胞受体 抗原 3 TCR构成 四种肽链 构成的异二聚体TCR 大多数 TCR 少数 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 TCR T和TCR T细胞 TCR分布表型识别抗原MHC限制功能 TCR TTCR T 极大多样性60 70 外周淋巴组织成熟CD2CD3CD4 CD88 17aa经典MHCTh Tc 较少多样性5 15 粘膜上皮成熟大多数CD2CD3简单多肽 HSP 脂类 多糖MHC样分子Tc 二 CD4和CD8分子 CD4 CD8分子分别存在于不同的成熟T细胞的表面 属T细胞辅助受体 co receptor 据此 T细胞可分成两大亚群 CD4 T细胞和CD8 T细胞 二 T细胞的抗原识别 1 对APC表面递呈的MHCI类分子递呈肽复合物的识别 内源性抗原的递呈过程 指胞浆内的抗原 经酶降解成小的肽片段 与MHCI类分子结合成复合物 然后转送到细胞膜表面 供CD8 杀伤性T细胞 Tc细胞 识别的过程 内源性抗原处理与提呈 2 对APC表面递呈的MHCII类分子递呈肽复合物的识别 外源性抗原的递呈过程 指抗原在囊泡系统内被酶降解成小肽片段 与MHCII类分子结合 运送到细胞表面 供CD4 辅助性T细胞 Th细胞 识别的过程 补体 存在于人或脊椎动物血清 组织液及细胞膜表面 经活化后具有酶活性的一组蛋白质含量约占血清总蛋白质的10 且相对稳定 不受免疫剌激的影响因由30余种可溶性蛋白质与膜结合蛋白组成 故称为补体系统 第六节补体 Complemnt C 系统 补体的由三部分组成 补体的固有成分 参与经典激活途径的成分 C1 C4 C2 甘露聚糖结合凝集素激活途径的MBL 丝氨酸蛋白酶 参与旁路激活途径的成分 P D B因子 共同 C3 C5 C9参与调节的成分 C1抑制物 I因子 H因子 C4结合蛋白等 补体受体 CR1 5 C3aR C2aR C4aR 补体的组成 补体成分命名 固有成分 用C后加阿拉伯数字表示 如 C1 C4 C2等 其他成分 用英文大写字母表示 如 B因子 D因子 P因子 H因子等 裂解片段 小片段用a表示 如 C3a 大片段用b表示 如 C3b 酶活性成分 符号上划一横线 如 C3bBb 灭活补体片段 符号前加i表示 如 iC3b 补体的激