[医学]第13章 适应性免疫应答的特点及其机制.ppt

生命科学学院微生物学教研室 YJH 第13章适应性免疫应答的特点 生命科学学院微生物学教研室杨继红Tel mail cdcyang QQ 705772657 第1节免疫应答的特异性 免疫应答的特异性具有双重含义 免疫应答有特异性抗原刺激启动 应答的产物只能识别并结合该特异性抗原特异性贯穿免疫应答的始终 经APC处理的特异性抗原与特定MHC分子结合为复合物并表达于细胞表面 被TCR特异性识别 或BCR直接识别抗原的特异性B细胞表位 而启动 传递活化信号 活化的抗原特异性T细胞或B细胞发生单克隆扩增 产生特异性抗体和 或 特异性致敏淋巴细胞 特异性抗体仅与特异性抗原发生反应 免疫应答特异性的本质 BCR和TCR的特异性识别 一种BCR或TCR只能识别一种抗原表位 自然界存在数量巨大 特异性各异的抗原表位 BCR和TCR在结构上具有多样性 是集体对多种抗原表位进行识别并产生特异性应答的分子基础 一 BCR多样性及其分子基础 1 BCR胚系基因结构 基因库 链基因连锁群 第22号染色体 基因库 链基因连锁群 第2号染色体 H基因库 重链基因连锁群 第14号染色体 1 BCR胚系基因结构 C基因片段编码恒定区 V基因片段编码可变区 1 BCR胚系基因结构 编码轻链的基因还包括J基因片段 1 BCR胚系基因结构 重链基因除V C J基因外 还包括D基因片段 1 BCR胚系基因结构 重链基因的V D J C基因群各含多个基因片段 重链VH基因片段约40个 编码Ig重链可变区CDR1 CDR2 重链DH基因片段位于VH和JH基因簇之间 功能性片段约25个 编码大部分CDR3 重链JH基因片段位于DH基因下游 约6个功能性片段 编码小部分CDR3和FR4 重链CH基因由多个外显子组成 每个外显子编码一个结构域 铰链区由单独的外显子编码 1 BCR胚系基因结构 轻链V 基因片段约30个 编码Ig轻链可变区CDR1 CDR2 轻链J C 基因片段位于V 基因下游 功能性片段约4个 编码CDR3 轻链基因的V J C基因群各含多个基因片段 1 BCR胚系基因结构 轻链V 基因片段约40个 编码Ig轻链可变区CDR1 CDR2 轻链J C 基因片段位于V 基因下游 5个功能性和1个C 编码CDR3 轻链基因的V J C基因群各含多个基因片段 2 BCR多样性机制 1 基因片段的重排 2 重链轻链随机组合 3 基因片段连接的多样性 4 体细胞突变 1 基因片段的重排 1 基因片段的重排 每一个IgH链 或L链 基因分别由V D J C 或V D C 基因片段群中个选择一个基因片段组合形成 V D J C 或V D C 每个基因片段群由多个功能性基因片段组成 V D J C 或V D C 基因片段选择具有随机性 从而形成组合得多样性 2 重链轻链随机组合 理论上可产生 6000 120 200 1 92 106个特异性Ig 3 基因片段连接的多样性 在V D J基因重排过程中V D J基因连接具有多样性 junctiondiversity V D J基因不一定是准确地连在一起的 也可在连接时在同一连接点上增加 插入 insertion 和减少 缺失 deletion 数个核苷酸或出现倒转 inversion 导致DNA的读框受到破坏 使BCR呈现多样性 达3 107个特异性Ig 4 体细胞突变 指发育后期和经抗原刺激后 滤泡生发中心内成熟B细胞已重排基因的若干核苷酸发生替换突变 纯系三组BALB c小鼠免疫抗原后对特异性抗体可变区的序列分析 抗体的亲和力成熟 affinitymaturation 由5种6条多肽链组成 转导抗原激活信号 TCR CD3复合分子 TCR识别抗原肽 MHC 免疫受体酪氨酸活化基序 immunereceptortyrosine basedactivationmotif ITAM TCR复合物的组成 二 TCR多样性及其分子基础 由5种6条多肽链组成 转导抗原激活信号 TCR CD3复合分子 TCR识别抗原肽 MHC 免疫受体酪氨酸活化基序 immunereceptortyrosine basedactivationmotif ITAM TCR复合物的组成 二 BCR胚系基因结构 TCR和BCR的相似之处 TCR结构类似免疫球蛋白 与免疫球蛋白有30 35 同源性 与BCR一样 两种TCR都含可变区和恒定区 TCR和BCR的相似之处 TCR结构与免疫球蛋白的Fab类似 1 TCR胚系基因结构 TCR的基因的组成方式与免疫球蛋白基因基本一样 和 链基因类似轻链 有V和J基因片段 和 链基因类似重链 有VDJ基因片段 TCR的胚系基因结构 链基因在第7号染色体上 链基因在第14号染色体上 TCR也是通过体细胞重排变为多样性的 TCR的重排的机制与免疫球蛋白一样 也具有7核苷酸和9核苷酸的重组识别信号 并遵守12 23碱基规则 TCR也具有连接多样性 因为TCR具有更多的J基因片段和更多的N区插入 TCR在连接处的变化更大 编码TCR 链的D基因片段有两处 这样会增加其有效重排的机会 编码 链的J基因片段有多个 也会增加有效重排的机会 第2节免疫应答的记忆性 免疫记忆性 是指机体对特异性抗原初次应答后 所接受的活化信息和产生的效应信息可村流域机体免疫系统 若概抗原再次进入机体 则存留的活化和效应信息被迅速调动 出发比初次应答更为迅速 强烈 持久的特异性免疫应答 免疫记忆的物质基础 增强的抗原提呈能力 经抗原初次刺激后亲和力增强的特异性TCR和BCR 极少量处于静止状态的记忆性T B细胞等 一 T细胞介导的免疫记忆 1 记忆性T细胞的来源 尚不清楚 可能 来源于少量激活的T细胞 由部分效应T细胞受局部微环境影响分化形成 2 Tm细胞的表性特征 CD45RO阳性初始T细胞CD45RA阳性 3 Tm产生更快更强更有效的免疫效应 Tm细胞比初始T细胞更易被激活 相对较低浓度的抗原即可激活Tm细胞 Tm细胞再活化对共刺激信号 如CD28 B7 的依赖性比初始T细胞低 Tm细胞比初始T细胞分泌更多的细胞因子 且对细胞因子的敏感性也比初始T细胞高 4 CD8 T细胞产生和维持的机制 记忆性CD8 T细胞的产生不需要T细胞所分泌的细胞因子参与 记忆性CD8 T细胞的维持无需抗原持续刺激和B细胞参与 也不需要CD4 T细胞辅助 但有赖于与MHC 类分子相互接触 有可能也需要T细胞共刺激信号 B7 CD28 持续存在 型干扰素及IL 15等细胞因子在维持CD8 记忆性T细胞中发挥重要作用 二 B细胞介导的免疫记忆 1 记忆性B细胞的特征 Bm细胞经抗原再次刺激后数量可增长10 100被 所产生抗体的亲和力也远高于初始B细胞 并发生抗体类别转换 Bm细胞表达膜IgG IgA或IgE以及MHC 类分子水平比初始B细胞高 抗体亲和力和MHC 类分子水平增高有利于抗原摄取和提呈 使Bm细胞在较低抗原浓度刺激下 即可激活Th细胞并接受Th细胞的辅助 这种特点有利于机体抵抗病原微生物 也是疫苗防止传染病的理论基础 2 Bm细胞的产生与维持 产生与特异性抗原刺激有关 维持也有赖于抗原存在 第3节免疫应答的耐受性 一 免疫耐受的概念及特性 1 免疫耐受 immunologicaltolerance 是指机体免疫系统接触抗原后所表现出的特异性免疫无应答现象 2 免疫耐受的类型 1 天然免疫耐受和后天获得性免疫性耐受天然免疫耐受 天然形成 如机体对自身组织抗原的自身耐受 后天获得性免疫性耐受 后天获得 如人工注射某种抗原后又到的获得性耐受 诱导耐受形成的免疫原称为耐受原 tolerogen 2 T细胞耐受和B细胞耐受 完全耐受 机体同时发生TB细胞耐受称为完全耐受 completeimmunotolerance 不完全耐受 仅出现T细胞或B细胞耐受称为不完全耐受 partialimmunotolerance T细胞耐受和B细胞耐受的比较 3 免疫耐受 免疫缺陷和免疫抑制 免疫耐受 Immunologicaltolerance 机体免疫系统接触某种抗原后 针对该抗原的特异性无应答现象 免疫抑制 ImmunologicalSuppression 机体在后天外界因素的影响下 对所有抗原的免疫应答能力下调或丧失 免疫缺陷 Immunodeficiency 非特异性低应答或无应答状态 免疫耐受与免疫抑制的区别 二 免疫耐受的诱导条件 1 抗原因素 1 抗原性质 与机体遗传背景接近或分子量小而且结构简单得抗原 易诱发免疫耐受 颗粒性大分子蛋白易被APC摄取 处理和有效提呈 为良好免疫原 可溶性小分子抗原易成为耐受原 2 抗原剂量 Mitchison于1964年报导 他给小鼠不同剂量的牛血清白蛋白 BSA 观察Ab产生 发现注射低剂量 10 8M 及高剂量 10 5M BSA均不引起Ab产生 只有注射适宜剂量 10 7M 才致高水平的Ab产生 Mitchison将抗原剂量太低及太高引起的免疫耐受 分别称为低带 low zone 及高带 high zone 耐受 抗原剂量过低 不足以激活T及B细胞 不能诱导免疫应答 致 抗原 低带耐受 以T细胞活化为例 抗原提呈细胞 APC 表面必须有10 100个相同的抗原肽 MHC分子复合物 与相应数目的TCR结合后 才能使T细胞活化 低于此数目 不足以使T细胞活化 抗原剂量太高 则诱导应答细胞凋亡 或可能诱导抑制性T细胞活化 抑制免疫应答 呈现为特异负应答状态 致高带耐受 低带 low zone 及高带 high zone 耐受 致耐受所需抗原剂量 因抗原种类 动物种属及年龄而异 TI抗原可诱导B细胞高带耐受 低 高剂量TD抗原均易诱导耐受 3 抗原免疫途径 经口服和静脉注射的抗原通常易诱导免疫耐受 皮下及肌肉内注射易诱导免疫应答 4 与抗原相关的其它因素 抗原辅以佐剂易诱导免疫应答 而单独的抗原刺激易致耐受 低剂量抗原长期在体内存在易诱导免疫耐受 2 机体因素 机体免疫功能状态免疫系统发育成熟程度遗传背景 1 免疫系统发育成熟程度 胚胎期的免疫耐受 1 免疫系统发育成熟程度 新生期的免疫耐受 2 免疫功能状态 单独应用抗原难以诱导健康个体产生耐受 联合应用放射线照射 抗淋巴细胞抗体等免疫抑制手段或免疫抑制剂 可认为破坏已成熟的淋巴系统 造成类似新生期的免疫不成熟状态 使诱导免疫耐受成为可能 3 遗传背景 大小鼠在各时期均易诱生耐受 而兔 猴及有蹄类动物一般在胚胎期才能诱导免疫耐受 二 免疫耐受的形成机制 1 中枢免疫耐受 克隆清除及克隆流产 1 概念 中枢免疫器官 胸腺和骨髓 内未成熟的T B淋巴细胞 识别自身抗原的细胞克隆被清除而形成的自身耐受 克隆清除学说 胚胎期的免疫细胞存在着无数具有不同反应特异性的细胞克隆某一克隆在胚胎期与相应抗原接触后 即被破坏清除或被抑制成为克隆禁忌该个体出生后再接触同一抗原产生 即表现为对此抗原的无反应性 免疫耐受机制的克隆清除学说 阳性选择 CD4 CD8 T细胞 胸腺基质细胞表面MHC 类分子 胸腺基质细胞表面MHC分子 胸腺基质细胞表面MHC 类分子 结合 结合 不结合 CD8 T细胞 CD4 T细胞 分化 分化 发生凋亡被清除 胸腺皮质 2 T细胞发育的阴性选择 胸腺基质细胞表面MHC 类分子 胸腺基质细胞表面MHC分子 结合 结合 发生凋亡被清除 进入胸腺髓质 CD8 T细胞 CD4 T细胞 经阴性选择清除自身反应性T细胞克隆获中枢性免疫耐受 1 中枢发育 克隆流产 Nossal1974年提出B细胞克隆流产学说 骨髓B细胞发育早期 若前B细胞在发育为B细胞之前接触抗原 则B细胞发育即终止 导致B细胞中枢耐受 Vitta1975年提出BCR抑制学说 未成熟的B细胞表面表达mIgM接触抗原可启动胞内抑制信号 抑制mIgM继续表达 使抗原特异性B细胞虽未死亡 但不再对相应抗原产生应答 形成克隆失能 2 外周免疫耐受 概念 是指成熟的T及B细胞遇内源性或外源性抗原 不产生正免疫应答 而显示免疫耐受 克隆清除及免疫忽视 克隆清除 deletion T细胞克隆的TCR对组织特异自身抗原具有高亲和力 且这种组织特异自身抗原浓度高者 则经抗原提呈细胞 APC 提呈 致此类T细胞克隆清除 免疫忽视 immunologicalignorance T细胞克隆的TCR对组织特异自身抗原的亲和力低 或这类自身抗原浓度很低 经APC提呈 不足以活化相应的初始T细胞 这种自身应答T细胞克隆与相应组织特异抗原并存 在正常情况下 不引起自身免疫病的发生 克隆失能的机制 二 外周耐受机制在外周免疫器官 成熟的T和B淋巴细胞遇到自身或外源性抗原形成的耐受 产生机制 1 自身反应性淋巴细胞的克隆无能 2 活化诱导自身反应性淋巴细胞死亡 3 调节性T细胞的作用 4 独特型网络的致耐受作用 5 淋巴细胞移行限制 1 自身反应性淋巴细胞的克隆无能T和B细胞的活化需要包括来自抗原 共刺激分子和细胞因子等多种刺激信号的作用 其中某种活化刺激信号的缺失或无功能 均可导致T B细胞不能活化 处于无能状态 1 T细胞克隆无能 T细胞克隆无能 2 B细胞克隆无能在无T细胞辅助情况下 自身反应性B细胞对外周可溶性自身抗原处于免疫无能状态 B细胞克隆无能 2 活化诱导自身反应性淋巴细胞死亡 activationinducedcelldeath AICD 3 调节性T细胞的作用外周自身反应性T B细胞的活化受调节性T细胞的抑制 维持自身耐受 调节性T细胞的抑制作用 4 独特型网络的致耐受作用可能机制 大量抗id抗体能造成独特型阳性B细胞耗尽 独特型抗体可作用于T B细胞上的独特型抗原决定簇 使T B细胞耐受 自身抗id抗体还可与B细胞上的抗原受体结合而抑制抗体产生 大量抗id抗体的存在可诱导Treg产生抑制性细胞因子 5 淋巴细胞移行限制 1 未活化的自身反应性淋巴细胞仅表达L 选择素和CD45RA等黏附分子不能穿过血管壁进入外周组织 自身反应性淋巴细胞很少有机会接触外周组织中的自身抗原 2 与自身抗原接触的B细胞失去进入淋巴滤泡的能力 从而失去产生针对自身抗原的抗体能力 三 免疫耐受的临床意义 免疫耐受与临床疾病的发生 发展及转归密切相关 生理性的免疫耐受对自身组织抗原不应答 不发生自身免疫疾病 病理性的免疫耐受 对感染的病原体或肿瘤细胞抗原不产生特异免疫应答 不能执行免疫防卫功能 则疾病发展及迁徙 为临床治疗目的 打破或建立免疫耐受 多处于临床前实验阶段 建立免疫耐受治疗移植排斥反应和自身免疫病等1 口服免疫原口服免疫原 可致局部肠道粘膜特异免疫 而抑制全身免疫应答 应用 口服自身碱性髓鞘蛋白 MBP 缓解EAE口服热休克蛋白HSP65 诱导Treg细胞 治疗类风湿性关节炎 RA 建立免疫耐受2 静脉注射抗原静脉注射单体抗原 能诱导免疫耐受 3 移植骨髓及胸腺在T及B细胞分化发育阶段 接触适量抗原 可通过阴性选择 诱导耐受 剌激造血 增强阴性选择 恢复中枢耐受 4 转染基因将供者同种异型基因转染入受者骨髓干细胞 移植此类供者器官 则不被排斥 5 脱敏治疗在 型速发型超敏反应中 皮下多次