第一章概论20110223.ppt

免疫学原理与技术 华东师范大学生命科学学院免疫学实验室 免疫学原理与技术 第一篇免疫学原理第二篇免疫学技术 第一篇免疫学原理 第一章概论第二章免疫系统及其功能第三章免疫应答第四章抗原与抗体第五章抗原抗体反应 第二篇免疫学技术 第六章抗体制备技术第七章经典免疫学技术第八章免疫标记技术第九章免疫组织化学技术第十章机体免疫功能的检测技术 第一章概论 第一节免疫学及技术发展史第二节免疫学在生命科学中的地位获诺贝尔奖的免疫学家及其成就参考期刊 第一节免疫学及技术发展史 一 免疫学的经验时期二 经典免疫学时期三 近代免疫学时期四 现代免疫学时期 返回 一 免疫学的经验时期 十六 十七世纪中叶 人痘苗 永远伴随人类的传染病 天花鼠疫霍乱脊髓灰质炎肺结核狂犬病 麻风白喉梅毒斑疹伤寒疟疾肝炎 艾滋病疯牛病埃博拉出血热禽流感SARS甲型H1N1流感 yellowfever flu cholera smallpox 鼠疫肆虐下的欧洲 天花 天花是一种急性传染病 其传染性强 死亡率高达30 历史上天花曾经肆虐 3000年前在古代中国 印度和埃及的古医书及僧侣经文中 就有了天花的相关记录 公元3 4世纪罗马帝国出现大规模天花流行 6世纪非洲暴发天花 8世纪欧洲也难逃一劫 16世纪天花由古巴传入墨西哥的阿斯特克帝国 死亡300多万人 随后 秘鲁帝国因天花毁灭 美洲1 10的土著人口死于天花 17 18世纪天花传入大洋洲在西半球肆虐 18世纪末在欧洲流行 死亡1 5亿以上 埃及法老RamsesV木乃伊 公元前l160年统治古埃及的法老拉美西斯五世的木乃伊面部有天花疤痕 天花曾主宰战争的胜败 战争中使用感染有天花的物品 十八世纪欧洲天花流行 死亡1 5亿万人 1000年公元500年1000年1500年1600年1700年1800年1900年2000年 明朝隆庆年间正式记载人痘接种 1567年 埃及法老感染天花 天花感染的最早证据 清康熙论人痘种痘 1681年 汉朝时天花 虏疮 自交趾 越南 传入中国 人痘接种传入欧洲 1721年 琴纳首次实施牛痘人体接种 1796年 最后一例天花患者在索马里治愈 1976年 世界卫生组织宣布全球消灭天花 1979年 罗马帝国天花大规模流行 非洲和欧洲天花流行 北宋 明朝天花流行 人痘接种 牛痘接种传入中国 1804年 萌芽期北宋 公元十一世纪 人们用人痘苗 以毒攻毒 即以痘疱内的溶液涂抹在健康人身上 可减轻患病的程度或不生病 熟苗 接种接种第一代痂第二代痂第三代痂最终逐渐使病毒毒性降低 生苗 将天花病人身上结的痘痂收集起来 制备干粉 人痘接种 variolation 的正式记载 最早见于明朝隆庆年间 1567 1572 当时的诊所已设有专门的痘科和种痘师 两种主要的人痘接种法 痘衣法 鼻苗法 我国古代接种人痘的方法有两种 痘衣法 把天花病人的衣服或涂有天花脓疱浆的衣服给小儿穿 鼻苗法 痘浆法 用棉花蘸天花脓疱液塞入儿童鼻孔 旱苗法 先将天花痂皮阴干研细 而后用银管吹入鼻孔 水苗法 将天花痂皮研细用水调湿 以棉花蘸染塞入鼻孔 张琰 种痘心法 1741年 下苗时选入钵 用杵研细 加水再研 入和苗丹少许 以微有红色为度 不可太多 再研极和 干湿所得 大约苗新宜润 苗久宜干 天寒用温水 天热用凉水 随取木棉絮一丸如豆大 泡透仍挹干 先展钵底苗浆 再收杵上苗浆 然后令孩子向明 左手拈起苗丸 塞入鼻孔 男左女右 天花流行和康熙称帝 1661年 顺治十八年 清朝顺治皇帝 福临 在悯忠寺观看太监吴良辅出家仪式后发烧 出现天花症状 病情险恶 五天后病逝 24岁 顺治8个儿子 4个夭折 余者中 次子福全最大 9岁 三子玄奕 8岁 因玄奕两岁时得过天花 加上灵敏聪颖 被孝庄皇后选为继承人 成为康熙皇帝 见过康熙的一位传教士给法王路易十四的报告中称 康熙 威武雄壮 身材匀称 五官端庄 脸上有天花留下的疤痕 国初 人多畏种痘 至朕得种痘方 诸子女皆以种痘得无恙 今四十九旗 俱命种痘 凡所种者皆得善愈 尝记 初种豆时 年老人尚以为怪 朕坚意为之 遂全此千万人之生者 岂偶然耶 康熙 庭训格言 1689年 1688年传入俄国 18世纪由俄国传至土耳其 朝鲜 俄国 土耳其等 1917年MaryMontagu夫人传到英国 欧洲各国和印度试行接种人痘 18世纪中叶至非洲 1744年李仁山传授给日本 世界各地 我听说100年来中国人一直有此习惯 指人痘接种 这是被认为世界上最聪明 最讲礼貌的一个民族作出的伟大先例和榜样 倘若我们在法国曾实施种痘 也许会挽救千千万万人的生命 法国思想家伏尔泰 1694 1778 在他著名的 哲学通讯 中说 免疫 immunity 该词原系由拉丁字 immunis 演化而来 原意为 免除税收 exemptfromtax 也可寓意为免除疫患 人痘接种实际上是人为地选择毒性小的天花病毒在人体内造成一次轻型天花感染 因此难免有一定危险 接种后轻则留下大块疤痕 重则会导致死亡 有的还可能成为新的传染源 返回 二 经典免疫学时期 十八世纪末 二十世纪中叶 1 牛痘苗的发明2 减毒活疫苗的发明及人工主动免疫方法的建立3 抗毒素的发现并开创人工被动免疫疗法 4 补体的发现及四大血清学试验的建立5 提出抗体生成的侧链学说6 免疫化学的研究7 细胞免疫的发现8 免疫病理概念的建立 返回 EdwardJenner 1749 1823 vaccinationwithcowpoxsince1796 1 牛痘苗的发明 1796 5 14他把挤奶姑娘尼姆斯手上感染的牛痘浆接种到8岁男孩菲普斯的左臂 1798年发表论文 接种天花疫苗的原因和效果的调查 牛痘痘苗的获取和牛痘接种 由于EdwardJenner s首次用牛痘来预防天花而引起的恐慌 EdwardJenner纪念馆 原旧居 1802年英国议会奖励1万英镑1808年英国政府任命Jenner担任新成立的疫苗接种学会的指导工作 Francearmy 23400 nosmallpoxvaccination Prussianarmy 278 withsmallpoxvaccination Anexampleforevaluationofcowpoxvaccination VictimsofsmallpoxDuringthePrussian FranceWarin1870 非洲索马里的牧民 阿里 毛 马林 人类历史上最后一名自然发生的天花病人于1977年被治愈 WHO WHO于1979年10月26日正式宣布全世界消灭天花 天花 由天花病毒引起的急性传染病 天花病毒繁殖速度快 传染性强 死亡率高 天花病毒是如何传播的 可通过与患者近距离接触时 吸入患者具有感染性唾液飞沫而感染 症状 发病2 3天内 会在脸 手臂与腿上出现浓密的圆形疹子 深埋在皮肤中 而后遍布全身 病变时疹子转变成脓疱 2周后 开始变干 3 4周 结痂处剥离脱落 有高烧 疲劳 头痛与背痛的症状 在感染天花病毒后的15至20天内致死率高达30 天花患儿从1 7天的病症图 为什么接种牛痘能预防天花 牛痘病毒与天花病毒的抗原 表面结构 绝大部分相同 而且对人体不会致病 能使人体的免疫系统产生免疫力来抵抗天花毒的感染 接种疫苗是唯一可行的治疗方法 返回 用沾有疫苗的针头在上臂划15次 2 减毒活疫苗的发明及人工主动免疫方法的建立 LouisPasteur 1822 1895 化学家微生物学家免疫学家 疫苗之父 Pasteur的重要成果 1 分离培养鸡霍乱杆菌 用长期培养减毒的细菌使鸡产生免疫力 2 用高温培养法获得炭疽杆菌减毒苗 预防羊的炭疽病 3 用动物体连续传代法获得狂犬病毒减毒株 制备了狂犬病疫苗 成功预防了人类狂犬病 LouicePasteurwatchingJosephMeisterreceivetherabiesvaccine woodengraving L Illustration 29 836 1885 现将细菌 病毒 立克次体 螺旋体等制成的制品统称为疫苗 用微生物制成的供预防接种用的生物制品 脊髓灰质炎 机体自己产生的免疫力 主动免疫 天然主动免疫 流感病毒 狂犬病毒 乙型肝炎病毒 艾滋病病毒 免疫 产生抗体 疫苗 人工主动免疫 返回 3 抗毒素的发现并开创人工被动免疫疗法 1883L ffler分离了白喉杆菌1888Roux Yersin鉴定了白喉外毒素1890 1892vonBehring发现抗毒素和建立血清疗法 中和作用 Behring获1901年的诺贝尔生理和医学奖 1901年诺贝尔奖首次颁奖仪式 德国细菌学家 免疫学家 证明了白喉及破伤风的特异性免疫力来源于循环性抗毒素 可以用抗血清治疗疾病 开创了免疫血清治疗时代 获奖证书称 由于Behring在血清学治疗特别是把抗血清用于白喉治疗 他在医学科学领域开拓出一条新路 因此把战胜疾病和死亡的制胜武器交给了内科医师们 EmilvonBehring 1854 1917 输入现成的免疫力 被动免疫 1 天然被动免疫 母乳喂养 2 人工被动免疫 返回 4 补体的发现及四大血清学试验的建立 中和反应凝集反应 1896年Durham等发现细菌特异性凝集反应 同年Widal建立了诊断伤寒的直接凝集试验即肥达试验 1900年Landsteiner建立了检测ABO血型的玻片凝集试验 沉淀反应 Kraus 1897 补体结合反应 Bordet和Gengou 1895 返回 5 提出抗体生成的侧链学说 Ehrlich 1898侧链学说 SideChainTheory 与Metchnikoff的细胞吞噬及细胞免疫学说一起获1908年的诺贝尔生理和医学奖 Haurowitz 1930模板学说 TemplateTheory 早年发明了细胞染色剂1897 建立白喉毒素及抗毒素的标准化方法1897 提出获奖成就 抗体生成侧链学说20世纪初 开始探索疾病如锥虫病 梅毒等的化学治疗 开创科学的药理学 德国免疫学家和药理学家 研制白喉疫苗 PaulEhrlich 1854 1915 侧链学说 细胞上存在着多种多样的 侧链 每一类型的侧链适合于一种抗原 受到特定抗原的刺激后 相应类型的侧链便大量增殖 并由细胞上脱落到体液内 成为对抗原特异的体液免疫物质 postulatedbyPaulEhrlich 1900 模板学说 TemplateTheory membraneAbmolecule InstructionTheoryforantibodygeneration Agmoleculeasatemplate Abmoleculesynthesis Ag Ab postulatedbyLinusPauling 1940s Ag 免疫概念的发展 识别病原体后继而产生抗感染免疫 体液免疫 对机体有利 返回 6 免疫化学的研究 Landsteiner 1900Heidelberger 1930 返回 7 细胞免疫的发现 ElieMetchnikoff 1908年与Ehrlich一起获诺贝尔生理和医学奖 RobertKoch 获1905年的诺贝尔生理和医学奖 ElieMetchnikoff 1846 1916 俄国细胞免疫学家和动物比较胚胎学家 1884年 细胞学说 机体的免疫机制 主要就是以增强了吞噬功能的白细胞所发挥的吞噬作用 海星幼虫 水蚤 兔 人等 游走细胞 血液细胞 白细胞 吞噬异物 杀灭霉菌孢子 吞噬细菌 RobertKoch 1843 1910 德国微生物学家和免疫学家 1876 发现炭疽病的病因 炭疽杆菌建立细菌分离和培养技术 创立微生物学提出著名的病因学理论1890 发现迟发型超敏反应 Koch现象 Koch发现结核杆菌为研制卡介苗奠定基础 获1905年的诺贝尔生理和医学奖 Koch法则 病原菌判断的四条准则 1 被怀疑的微生物 应在这种病的每个患者身上存在 而为健康人所没有 2 这种微生物应能在实验室内分离成为纯系 3 当把分离出的纯系菌接种到敏感的动物体内时 一定要能引起同样的疾病 4 从这个接种而感染的实验动物中 一定要能重新分离出纯的菌系 迟发型超敏反应的发现 Koch 1890结核菌的迟发型超敏反应 Koch发现结核杆菌为研制卡介苗奠定基础 Chase 1942 用结核杆菌致敏豚鼠 证明特异性细胞免疫的存在 免疫概念的发展 识别病原体产生抗感染免疫 体液免疫 对机体有利抗感染免疫还存在细胞免疫 对机体有利 同时也有副作用 体液免疫与细胞免疫之争 原始细胞免疫学说俄罗斯动物学家Metchnikoff 1883 1890 提出 吞噬细胞是执行抗感染作用的细胞 原始体液免疫学说Ehrlich 1890 发现血清中有抗菌物质Pfeffer 1894 发现溶菌素Border 1894 发现抗体和补体的溶菌性 Wright和Douglas于1902年在研究吞噬作用时发现一种存在于血清和其它体液中的调理素 它能加速吞噬细胞对相应细菌的吞噬 从而将体液和细胞免疫学说统一起来 返回 8 免疫病理概念的建立 Ehrlich 1901年认为机体虽然对异物有免疫应答 但对自身成分却并非如此 提出了 自身中毒禁忌株 的概念 CharlesRichet 1902发现过敏反应 建立免疫病理的概念 获1913年的诺贝尔生理和医学奖 CharlesRichet 1850 1935 研究海洋无脊椎生物毒素对哺乳动物生理功能的影响时 1902 与PaulPortier发现用海葵触角的甘油提取液能使狗致敏 而且这种反应与毒素的毒性无关 取决于是否事先致敏同样的物质 法国 医学生理学 免疫病理学 Donath和Landsteiner 1907年 从阵发性寒冷血红蛋白尿患者体内首次发现抗自身红细胞抗体 Dameshek 1938 研究自身溶血性贫血时 提出了自身免疫现象是较为普遍存在的 而非个别现象 这些又一次冲击了传统的免疫保护概念自身免疫 autoimmunity 对自身组织 细胞或蛋白质产生的免疫应答状态 自身免疫疾病 autoimmunedisease AID 引起的自身组织的损伤和临床症状 令医学界大为震惊 原认为免疫性的 保护 机制同样可能具有致病性 免疫概念的发展 抗感染免疫 体液免疫 抗感染免疫 细胞免疫 免疫病理 对机体不利 输血反应 抗感染 移植排斥 不排斥 免疫系统如何识别 过敏反应 返回 三 近代免疫学时期 二十世纪中叶 1 免疫耐受现象的发现并提出自身耐受形成理论2 抗体生成的克隆选择学说的提出 返回 1 免疫耐受现象的发现并提出自身耐受形成理论 Owen 1945Burnet和Finner 1949Medawar 1953 获1960年的诺贝尔生理和医学奖 Owen 1945 发现 MacfarlaneBurnet 1899 1985 1949 与Finner一起提出自身耐受学说 免疫学反应出现于胚胎发育过程的晚期 这种反应建立在对 自我标志或自身抗原 识别的基础上 此时免疫系统对这些抗原均形成耐受 并在以后也不能发生免疫排斥 澳大利亚 内科医生 病毒学家 免疫学家 PeterMedawar 1915 1987 1953 证明免疫耐受是可以人工诱导的 并具有抗原特异性 提出获得性免疫耐受理论 Medawar与Burnet在诺贝尔颁奖典礼上 PeterMedawar 与Burnet共享1960年诺贝尔生理或医学奖 Medawar 1953 返回 2 抗体生成的克隆选择学说的提出 Burnet 1957提出 抗体生成的克隆选择学说 与Medawar共享1960年诺贝尔生理或医学奖 1 机体内存在有识别多种抗原的细胞系 在其细胞表面有识别抗原的受体 postulatedbyMcFarlaneBurnet 1957 BCRAg Ab Ag Bcellclones 2 抗原进入体内后 选择相应受体的免疫细胞使之活化 增殖 最后成为免疫活性细胞及免疫记忆细胞 1 2 13 14 15 16 17 18 19 20 3 4 5 6 7 8 9 11 12 Tcells presented antigen CD8Tcells Antigenpresentingcell Note forbothTandBcellsantigenisagrowthfactor 3 胚胎时期免疫细胞与自身抗原相接触则可被破坏 排除或出于抑制状态 因之成为失去对 自己 抗原的反应性 形成天然自身耐受状态 此种被排除或受抑制的细胞系称为禁忌细胞系 4 免疫细胞系可突变产生与自己抗原发生反应的细胞系因之形成自身免疫反应 禁忌细胞系重新被激活 与自己抗原发生反应而形成自身免疫反应 自身 self 异己 non self 免疫的本质是识别异己 排异 自身 胚胎时期已经接触过的抗原异己 胚胎时期没有接触过的抗原 是指机体识别 排除抗原性异物 借此维持机体的生理平衡和稳定的功能 免疫 Immune 免疫概念的发展 抗感染免疫 体液免疫 抗感染免疫 细胞免疫 免疫病理免疫的现代概念 返回 四 现代免疫学时期 二十世纪六十年代 今 体液免疫方面 细胞免疫方面 免疫学技术的发展 返回 体液免疫方面 1 抗体的分子结构与生物功能的研究2 免疫调节网络学说的提出3 抗体多样性的遗传控制 返回 Porter 英国 1917 1985 Edelman 美国 1929 1959年用胃蛋白酶和木瓜蛋白酶酶解方法首先确定免疫球蛋白分子的多肽结构 获得Fab和Fc片段 为抗体的蛋白质序列分析打下了基础 Porter与Edelman共享1972年诺贝尔生理或医学奖 1 抗体的分子结构与生物功能的研究 返回 2 免疫调节网络学说的提出 Jerne 1972 1984年与Milstein K ller一起获诺贝尔生理和医学奖 NielsK Jerne 1912 1994 免疫网络学说 1 抗原刺激发生之前 机体处于一种相对的免疫稳定状态 2 抗原进入机体后 打破了这种平衡 产生特异性抗体分子 3 当抗体达到一定量时 将引起抗独特型抗体的产生 4 抑制增殖的克隆 防止其无休止的增殖 藉以维持免疫应答的稳定平衡 N JerneandC Milestein 免疫学家 独特型网络 抗原进入体内产生大量特异性抗体 此抗体 Ab1 可诱导产生抗独特型抗体 即抗抗体 Ab2 抑制抗体 Ab1 的产生 然而抗抗体 Ab2 数量增加 又可诱发出抗抗抗体 Ab3 如此反复 成为网络 返回 3 抗体多样性的遗传控制 Tonegawa 1980 1987年获诺贝尔生理和医学奖 返回 细胞免疫方面 1 淋巴细胞的发现并确立免疫系统2 T B淋巴细胞表面抗原受体的证明3 MHC限制现象的发现4 细胞因子的研究5 神经内分泌免疫调节网络 返回 1 淋巴细胞的发现并确立免疫系统 Miller和Good 1961 发现胸腺的免疫功能 并证实存在两类不同的小淋巴细胞 Gowan 1965 证实淋巴细胞的免疫功能 Claman和Mitchell 1969 分别将小淋巴细胞分为T B两群 并证实抗体产生需T B细胞协同作用 Cooper等 免疫淋巴细胞在外周淋巴组织中的分布 返回 2 T B淋巴细胞表面抗原受体的证明 BCR 70年代TCR 80年代 1012 1015 T B淋巴细胞抗原受体 TCR BCR 和免疫球蛋白 Ig 结构的极端多样性 是免疫系统具有自身 非己分辨能力的分子基础 返回 3 MHC限制现象的发现 Snell 美国 1903 1996 1948年培育出MHC同类系小鼠品系 研究MHC遗传学基础 Dausset 法国 1916 1958年发现人类白细胞抗原 HLA Benacerraf 美国 1920 1963年发现免疫应答基因Ir 并发现T细胞双重识别现象 三人共享1980年诺贝尔生理或医学奖 Doherty 澳大利亚 美国 1940 和Zinkernagal 瑞士 1944 1974年证明T细胞识别抗原的MHC限制现象 Zinkernagel Doherty现象 Doherty和Zinkernagal共享1996年获诺贝尔生理或医学奖 返回 细胞因子的调节网络 返回 神经内分泌免疫调节网络 免疫既有系统内的协调和制约 同时与神经内分泌系统密切相关 构成神经内分泌免疫调节网络 是当前研究热点 松果体激素 精神因素 神经肽 免疫介质 内分泌激素 免疫介质 内分泌激素 神经内分泌免疫调节网络 中枢神经系统 内分泌系统 免疫系统 侬今葬花人笑痴 他年葬侬知是谁 一朝春尽红颜老 花落人亡两不知 流水斜阳春去尽 独留青冢向黄昏 免疫学 Immunology 是研究机体免疫系统的组织结构及其生理功能的科学 返回 免疫学技术的发展 1 单克隆抗体技术2 T细胞克隆技术3 转基因技术4 分子杂交技术5 聚合酶链反应技术 PCR6 Microarray7 RNA干扰技术 返回 第二节免疫学在生命科学中的地位 现代免疫学已成为生命科学和医学中的前沿科学 免疫学发展水平是反映一个国家综合科学实力及发展水平的指标之一 一 免疫学与生命科学二 免疫学技术与生物高科技产业三 免疫学与生物安全和国防 返回 一 免疫学与生命科学 免疫学是生命科学的前沿学科 并将更有力地推动生命科学的进展1 免疫学与生物学2 免疫学与医学 1 免疫学与生物学 1 免疫学揭示生命活动的基本规律生命科学研究的基本任务 解读生老病死的密码 保持健康 防治疾病 生 生命体正常运转的生理机制老 衰老与长寿病 疾病与健康死 死亡与凋亡 信号转导 细胞发育分化 凋亡和基因重排等很多生命活动的基本问题 首先在免疫学研究中发现 1 免疫学与生物学 2 免疫学与多学科交叉并相互促进神经 内分泌 免疫三大调节系统免疫学理论和技术促进多学科发展多学科促进免疫学的发展 2 免疫学与医学 免疫学为人类防治疾病作出了重要贡献 并有更加广阔的需求和应用 传染病肿瘤自身免疫病过敏性疾病寄生虫病心脑血管疾病 返回 二 免疫学技术与生物高科技产业 生物高科技产业被誉为 朝阳工业 已成为众多投资者与企业家特别关注的热门领域之一 上海市科委 到2006年为止 全球生物产业总收入约400多亿美元 其中基因工程药物约350多亿 占84 7 现有120多种基因工程药物上市 近400种处于临床试验阶段 约3000中处于临床研究阶段 我国只有20种生物药品投入市场 100多种生物新药处于临床试验阶段 生物产品中80 与免疫学相关 50 与肿瘤相关 主要有 蛋白质药物和抗体 200亿 疫苗 75亿 诊断试剂 73亿 分子育种 30亿 转基因农作物 42 5亿 中国医药科技成果转化中心主任芮国忠 造成如此大差距的原因主要有 第一 生物制药产业链的技术水平发展不够均衡 有些技术产业化所需的工艺和设备达不到标准 第二 产业内企业决策层的产业化意识还不够强 管理层对生物技术产业化的经验不够丰富 第三 对生物技术领域比较陌生的传统制药企业进入制药领域的信心不足 第四 专利占有量比较低 仍以仿制生产为主 缺乏竞争能力第五 生物制药技术下游工程技术的发展落后于生物技术的发展 不能满足生物技术产品工业生产的需要 返回 三 免疫学与生物安全和国防 生物战争 生物武器 如 炭疽 霍乱 天花等 生物入侵 如世界上新发现的病毒 如埃博拉病毒等 也有向我国蔓延传入的趋势这些需要制备疫苗以备不时之需 返回 获诺贝尔奖的免疫学家及其成就 1901Behring抗毒素 血清疗法1905Koch病原菌 结核病的研究1908Ehrlich抗体形成的侧链学说Metchnikoff细胞吞噬及细胞免疫学说1912Carrel器官移植1913Richet过敏反应1919Bordet补体结合现象1930Lands