膜抗原与免疫作用及细胞膜与医药学

1,细胞膜及其表面,膜抗原与免疫作用,2,一、细胞膜抗原,高等动物的每个细胞表面都有各种各样表示其“社会属性”的标志，即膜抗原（membrane antigen）或细胞表面抗原(cell surface antigen)。细胞表面抗原在医学中应用十分广泛，在疾病诊治、输血、器官移植等方面均有重要意义。,3,是存在于人体红细胞膜上的主要抗原，是一种跨膜糖蛋白，血型糖蛋白的蛋白质部分为一条多肽酶，其氨基端为亲水性，伸向细胞外表面。多肽链中的螺旋节段横跨非极性的脂双层。羧基端也为亲水性，位于膜的内表面。 血型糖蛋白的氨基端多肽链片断连接有许多寡糖链分枝，其糖残基具有特定的结构顺序。根据不同的抗原组合，形成各种血型。 红细胞表面已发现十几种血型系统，如：ABO、MN、 Rh、 MNSs Kell、Lewis、Duffy、Xg、和Scianna等。,（一）血型抗原,4,ABO血型抗原共有：A型、B型、AB型和O型4种血型。 四种血型类型是由寡糖链的结构所决定的。分支的寡糖链非还原端的单糖有各种变化。,1、ABO血型抗原,5,Gal-NAcG-G-NAcGal前体物,Fuc,NAcGal-,Gal-,A抗原,B抗原,6,A IAIA 、IAiB IBIB 、IBi AB IAIBO ii,A抗原 抗B抗体 B抗原 抗A抗体 A抗原及B抗原 - - 抗A及抗B抗体,血型 基因型 红细胞抗原 血清抗体,表1 ABO血型的表现型与基因型,7,MN血型抗原是红细胞膜上的另一个重要的抗原。 从M和N血型红细胞分离出来的血型糖蛋白在氨基酸排列上有所不同，在M型的第1位及第5位氨基酸分别为丝氨酸和甘氨酸，而N型的则是亮氨酸和谷氨酸。 因而认为，M、N血型抗原特异性是由糖链和肽链两部分共同决定的。,8,一类决定同种个体之间特异性的抗原系统，由于最初是在组织移植中发现，所以叫组织相容性抗原(histocompatibility antigen)。其化学成分是糖蛋白。机体大部分组织都有这些抗原，它们是细胞膜上的一类蛋白质，决定着移植过程中的免疫反应。 脊椎动物和人体有多种组织相容性抗原，但引起免疫排斥反应的强弱不同。能引起强烈排斥反应的抗原称主要组织相容性抗原，而引起较弱排斥反应的抗原则称次要组织相容性抗原。,(二)组织相容性抗原,9,主要组织相容性抗原受控于一组紧密连锁的基因群组成的复合体，称为主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex,MHC)。 至今研究过的脊椎动物中，从甲胄鱼一直到人类都存在结构与功能相似的MHC遗传区域，如小鼠的MHC是H-2，猪的MHC是SLA，人的MHC是HLA系统。,10,人类的MHC称为HLA系统，由于对HLA的认识来自对人类白细胞抗原的研究，所以HLA常被用作人类白细胞抗原(human leucocyte antigen)的同义词。 白细胞抗原是主要组织相容性抗原的俗称。主要组织相容性抗原是一组直接与器官移植成功与失败有关的抗原，代表移植双方 (供体与受体)组织相容的程度，故亦称移植抗原。,11,HLA的实践意义 HLA与器官移植 HLA配型能改善移植物的存活。骨髓移植只有在HLA相同的同胞中进行。在肾或其它器官移植中，应首选HLA完全相同的同胞，次选HLA半相同的同胞或亲代。对于移植尸体器官应选择有尽可能多的相同抗原的供者和受者。 HLA与亲子鉴定和个体识别 由于HLA的多态性，它不仅可以排除亲子关系，而且可以用于肯定亲子关系。目前HLA已成为鉴定亲子关系的法律依据之一。由于在随机人群中HLA型相同的可能性很小，因此可用它来作为个人识别的排除率很高，已在法医上广泛应用。,12,（一）抗原和抗体分子,1.抗原 一切不属于细胞正常成分的分子和大分子，都称为这种细胞的异物；一切不属于动物体正常组织的细胞，都称为异体。所有能引起特异免疫反应的异物和异体，都称为抗原。 抗原一般是机体未接触过的外源成分，如:糖蛋白、脂蛋白及脂多糖等。,二、淋巴细胞与特异性免疫作用,13,2.抗体 是免疫应答中的重要产物，在特异性和非特异性免疫反应中起重要作用。 抗体(antibody)即在动物和人的血清中存在的具有免疫作用的球蛋白分子，是免疫反应中被激活的B细胞(浆细胞)所分泌的一大类生物活性物质。免疫球蛋白(Ig)分子由4条多肽链构成，两条相同的轻链(L)和两条相同的重链(H)。,14,Antibodies are Proteins that Recognize Specific Antigens,15,根据组成和H链C区的抗原性差异，可分为IgG、IgA、IgM、IgD和IgE五类。,16,(二)膜表面免疫球蛋白,淋巴细胞表面也有能识别抗原的受体，它是一类嵌在膜脂双层中的免疫球蛋白，也可称膜抗体，与免疫细胞分泌的游离抗体相似但不完全相同。 B淋巴细胞表面主要有表面免疫球蛋白M(SIgM) ，数量高达5103个，约占10的细胞表面积；T淋巴细胞的抗原受体分子为SIgT,每个T淋巴细胞表面约有11033103个免疫球蛋白分子。,17,（三）T、B淋巴细胞与特异性免疫作用,B淋巴细胞是体液介导免疫反应的主角。它主要防御大多数细菌和病毒的感染以及毒素的有害作用。 当B淋巴细胞膜上的受体与相应抗原结合并被激活后，引起细胞内的一系列的变化，并分化为浆细胞，浆细胞合成和分泌相应的抗体。,18,T淋巴细胞是细胞介导免疫反应的主角。它主要防御寄生于细胞中的细菌、真菌、原虫、某些病毒、自身恶变的肿瘤细胞和异体移植细胞。 当T淋巴细胞膜上抗原受体与相应抗原结合时，也引起细胞内一系列的变化，但不产生抗体，而是产生各种淋巴因子或称淋巴激活素等生物活性物质。 这些淋巴因子可直接杀伤它所识别的细胞，也可动员巨噬细胞共同杀伤之。,19,细胞膜是细胞与环境间的屏障，是维持细胞内环境稳定、调节细胞正常生命活动的重要结构基础。 它在细胞内外物质运输、细胞间识别、细胞免疫、信息传递和代谢调节等各种生命代谢活动中都起着重要作用，因此，膜结构的任何成分改变和功能异常，都将导致细胞发生一定的病理变化，乃至机体的功能紊乱。,20,膜转运病与膜受体病,由细胞膜上主动转运系统的载体蛋白缺损和功能异常所引起的疾病，称膜转运病(transport disease)。,由细胞膜上受体蛋白缺陷，包括受体数量增减和结构上的缺陷以及特异性、结合力的异常改变等所引起的疾病，称受体病(receptor disease)。,21,一、膜转运系统异常与疾病,目前已知的转运病有10多种，主要是肠管和肾小管。 例如，胱氨酸尿症是由于患者肾近曲小管和肠管上皮细胞不能转运胱、赖、精和鸟氨酸所引起。由于胱氨酸溶解度极低，易产生胱氨酸结石。因此，本病主要表现是尿路结石、肾绞痛、氨基酸尿及尿路感染。,22,因编码LDL受体的基因突变，使细胞表面LDL受体减少或缺失，使胆固醇在细胞和血浆内累积，引起脂质代谢紊乱和动脉粥样硬化等。 正常情况下细胞中胆固醇的来源有两条途径：一是来自细胞内胆固醇的生物合成；二是通过细胞表面LDL受体摄取血浆中的胆固醇。在正常代谢中LDL同细胞膜上的LDL受体结合，通过内吞进入细胞，被溶酶体酸性水解酶水解，释放出游离胆固醇。,家族性高胆固醇血症(familial hypercholesterolaemia, FH),二、受体异常与疾病,23,细胞膜上的LDL受体对于调节血中胆固醇量有很大关系。LDL受体能抑制细胞内合成胆固醇的酶的活性。 当细胞外LDL颗粒达到一定浓度激活膜上的LDL受体时，细胞内这种合成酶的活性就受到抑制，从而使细胞内源性胆固醇合成减少。 这样血液中的胆固醇含量降低，LDL含量也降低，当降到一定量时，就失去对膜上LDL受体的激活作用，细胞内源性胆固醇合成增加。,24,LDL受体的代谢(metabolism of LDL receptor),25,在某些情况下，机体自身可产生受体的抗体，这些抗体与受体结合后，封闭了受体的作用，使受体功能发生改变，由此可引起的疾病。,重症肌无力：因存在抗乙酰胆碱受体的抗体而引起的自身免疫性疾病。,重症肌无力,26,机制mechanism,当抗乙酰胆碱受体的抗体与乙酰胆碱受体结合后，降低了受体与乙酰胆碱的结合能力，同时使受体发生分解。 表现：受累横纹肌稍行活动后即疲乏无力，休息后恢复。,27,三、癌变和细胞表面关系,癌细胞是由体内正常细胞产生癌变而形成的，现已经发现肿瘤细胞许多表型变化及其相随的恶性行为均与细胞表面的结构、理化性质和功能的改变有密切的关系。,接触抑制丧失黏着作用的消失细胞膜组成的异常抗原性的改变与外源性凝集素的反应,28,（一）接触抑制丧失,体外培养的正常细胞在培养瓶中贴壁生长成单层，细胞达到一定密度后，而相互接触时，细胞的生长和增殖受到抑制，这种现象称为接触抑制（contact inhibition）。 也称密度依赖性调节（density dependent regulation）（细胞表面的糖基转移酶活性增强，糖基化加快，糖链延伸使细胞表面的调节装置的功能及细胞表面的许多反应受到抑制）。,29,（二）黏着作用的消失,癌细胞失去原来的正常细胞与细胞间的黏着作用，导致癌细胞彼此间的黏着性和亲和力降低，因而容易游离、分散而侵润病灶附近组织，然后通过血管、淋巴管转移到其他部位。,30,（三）细胞膜组份的异常,膜脂的改变 癌变细胞常伴随着鞘糖脂，特别是带唾液酸的神经节苷脂的改变。糖脂的改变主要是糖链的缩短，称糖链缺陷现象。膜蛋白的改变纤连蛋白（在细胞与细胞外基质黏着中起作用）显著减少；含唾液酸（起着遮盖肿瘤相关移植抗原TATA的作用，使机体的免疫活性细胞不能识别和攻击之）和岩藻糖的多肽或糖蛋白的量明显增加；酶蛋白活性变化：糖苷酶活性增高，纤溶蛋白酶原的活化物也增多（它使血清中无活性的纤溶蛋白酶原转化为纤溶蛋白酶，导致有关的纤维溶解，这也和肿瘤细胞黏着性降低，浸润生长及向远处转移等恶性行为有关）。,31,（四）抗原性的改变,主要表现为原有的抗原消失或异型抗原的产生。如红细胞、血管内皮细胞、鳞状上皮、柱状上皮等细胞均携带ABO抗原，这些部位产生肿瘤后，不仅原有的ABO抗原消失，还可能有异型抗原的出现。如O型或B型胃癌患者细胞表面可出现A型抗原。这可能与某些糖基转移酶活性改变有关。,32,（五）与外源性凝集素的反应,外源性凝集素是一类蛋白质，能使血细胞凝集。正常细胞与肿瘤细胞的凝集性不同。肿瘤细胞能与外源性凝集素（如伴刀豆球蛋白A）作用，产生凝集现象，正常细胞无此反应。,33,四、膜生物工程与医药学,人工生物膜在医药学领域有广泛的应用。脂质体：是由磷脂双分子层在水溶液中形成的微囊，类似于天然生物膜。它可以包裹各种生理活性物质，如克隆抗体、药物、DNA、RNA等。亲水性物质包裹在脂质体微囊的水溶液中，而疏水性物质则分布于脂质体膜内。脂质体和细胞接触后可被吸附于细胞表面，膜发生融合后，脂质体内含物进入细胞。,34,脂质体在基因治疗中的应用,通过脂质体将外源基因转入细胞，是基因转导的基本方法之一。脂质体作为一种可以选择的基因传递载体，具有以下优点：可防止核酸被体内物质降解；无毒，无免疫原性；易于制备，使用方便，可将大片断DNA转运到细胞中；基因转染率高。,35,脂质体在制药业中的应用,在制药业中脂质体的应用也十分重要。将药物包埋于脂质