固有免疫详述课件

1、 固有免疫 Innate Immunity免疫学与微生物学系诱导固有免疫应答的免疫原固有免疫应答的防御屏障现存因子(抗菌因子)介导的固有免疫应答模式识别吞噬性受体及其介导的固有免疫应答模式识别信号受体及其介导的固有免疫应答炎症反应主要内容固有免疫 固有免疫系统（innate immune system） 固有免疫应答（innate immune response）固有免疫Immune systemInnate (nonspecific)Cellular componentsHumoral componentsAdaptive (specific)Cellular componentsHumor

2、al components固有免疫固有免疫系统：组织屏障固有免疫细胞参与固有免疫应答的现存因子固有免疫1.组织屏障: 防止微生物侵入体内和从血液进入重要器官。皮肤粘膜屏障：物理屏障:有效阻挡病原体侵入体内化学屏障：皮肤和粘膜分泌物中含有杀菌和抑菌物质 微生物屏障：皮肤和粘膜表面的正常菌群固有免疫体内屏障：血脑屏障：阻挡血液中的病原体进入脑组织 和脑室血胎屏障：防止母体内病原体和有害物质进 入胎儿体内 固有免疫Immune systemMyeloid cellsGranulocyticNeutrophilsBasophilsEosinophilsMonocyticMacrophagesDendr

3、itic cells et al.Lymphoid cellsT cellsTh cellsSuppressor cellsCytotoxic cellsB cellsPlasma cellsNK cells固有免疫2.固有免疫细胞： 单核/巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、NK细胞、T细胞、NK T细胞和B1细胞等。3.参与固有免疫应答的现存因子： 溶菌酶、防御素、模式识别分子、补体等。固有免疫 Major events in the inflammatory response. A bacterial infection causes tissue damage with release

4、of various vasoactive and chemotactic factors. These factors induce increased blood flow to the area, increased capillary permeability, and an influx of white blood cells, including phagocytes and lymphocytes, from the blood into the tissues. The serum proteins contained in the exudate have antibact

5、erial properties, and the phagocytes begin to engulf the bacteria.固有免疫应答的防御屏障 病原体黏附于上皮 局部感染穿越上皮层 局部组织感染 病原体被清除组织M组织DC血管 借助正常菌丛、局部分 泌的化学因子和机械屏 障，阻止病原体入侵。现存补体、细胞因子、趋化因子及损伤诱导的抗菌蛋白和抗菌肽清除入侵病原体动员和激活 NK、M 和 DC，吞噬病原体，通过识别PAMP启动炎症反应，清除病原体。动员淋巴细胞产生特异性抗体和激活细胞毒性 T 细胞，启动适应性免疫，清除感染。 现存固有免疫应答 诱导性固有免疫应答 适应性免疫应答 （即时

6、相: 0 4小时） （早期相: 4 96小时） （迟现相: 96小时）保护性屏障病原体入侵和抗病原体感染的时相区分固有免疫 阻止病原体越过上皮层和在组织中形成菌落的多种屏障 皮肤 肠道 呼吸道 眼/鼻/口腔基本屏障 表皮层机械防护 + + + + 表面气流和液流 + + 粘液、分泌物 + + + 纤毛运动 + +化学屏障 分泌物 脂肪酸 低pH,胃蛋白酶 肺表面活化剂 溶菌酶 抗菌物质 防御素 隐窝素 防御素 组织素 组织杀菌素 凝集杀菌素 组织杀菌素 防御素 组织杀菌素 微生物屏障 正常菌丛 + + + +固有免疫应答（innate immune response）： 机体固有免疫细胞和分子

7、在识别病原体及其产物或体内衰老损伤、畸变细胞等抗原性异物后，迅速活化有效吞噬杀伤、清除病原体或体内“非己”抗原性异物，产生非特异性免疫防御、监视、自稳等保护作用的过程，又称为非特异性免疫应答。固有免疫固有免疫显示三个特点产生于系统发育的早期和出现在宿主抗感染应答的初始阶段以抗原非特异性方式识别和清除各种病原体发生于所有个体和所有的时间段，在抗原入侵前已经存在诱导固有免疫应答的免疫原一、病原体和PAMP病原体作为免疫原具有的特点病原体相关分子模式脂多糖（LPS）二、细胞损伤产物和DAMPDAMP的组成高速泳动族框蛋白1（HMGB1） 病原体作为免疫原具有的特点 免疫应答通常快而强烈; 抗原结构相

8、对简单;不同个体和同一个体在不同时期，免疫应答方式大致相同。 病原体显示的抗原(成分相对单一、共性、共有和变化较少、赖以生存），统称为病原体相关分子模式 (pathogen-associated molecular pattern, PAMP)病原体引起组织损伤的多种免疫学机制以糖类和脂类为主的细菌胞壁成分，如脂多糖、甘露糖、类脂、肽聚糖、脂磷壁酸、脂阿拉伯甘露聚糖、脂蛋白和鞭毛素等。病毒产物及细菌胞核成分，如非甲基化寡核苷酸CpG DNA、单链RNA、双链RNA。固有免疫 Excessive release of cytokines, often triggered by the endot

9、oxin (LPS) of Gram-negative bacteria, can lead to diffuse intravascular coagulation with consequent defective clotting, changes in vascular permeability, loss of fluid into the tissue, a fall in blood pressure, circulatory collapse, and haemorrhagic nacrosis, particularly in the gut.Endotoxin shockT

10、LR-4大肠杆菌细胞壁结构 外膜 内膜 肽聚糖 脂多糖 脂多糖PAMP常见成份脂多糖和肽聚糖的结构格兰阴性菌大肠杆菌及其胞壁结构。可见脂多糖分子从胞壁外层向外伸展。 多种病原体共有的某些进化上保守的特定分子结构，包括G-菌的脂多糖、G+菌的肽聚糖和磷壁酸，分枝杆菌和螺旋体的脂蛋白和脂肽、细菌和真菌的甘露糖、病毒的双链RNA、细菌和病毒的非甲基化CpG DNA等。 PAMP不存在于宿主正常细胞表面病原体相关模式分子：（pathogen associated molecular pattern, PAMP）损伤相关的分子模式（DAMP）: 启动固有免疫应答的另一类免疫原，也称为内源性警报素（ala

11、rmin）。 是一类由感染引起或无菌性因素诱导的体内细胞损伤、坏死细胞产生和释放的内源性分子（HSP,HMGB1和透明质酸等)，属于内源性佐剂物质,发挥促炎症因子作用。细胞损伤产物和DAMPDAMP 典型分子 1型高速泳动族框蛋白（HMGB1）的结构功能RAGE：非酶促糖基化末端产物受体（receptor for advanced glycation end-products）NC1 79 89 163 186 215结合DNA部位拮抗物结合部位诱导细胞因子部位具Ck活性的最小肽段与RAGE结合部位 A框结构域 B框结构域 酸性尾部 高速泳动族框蛋白1固有免疫模式识别受体（分子）（patter

12、n recognition receptor, PRR）： 指存在于吞噬细胞和DC细胞等免疫细胞表面、胞内器室膜上和血清中，能识别多种病原体及其产物或宿主凋亡细胞和衰老损伤细胞表面某些共有的特定分子结构的受体。固有免疫甘露糖受体（MR）：与病原体表面甘露糖或岩藻糖残基结合清道夫受体（SR）：识别G-菌LPS和G+菌磷壁酸或磷脂酰丝氨酸（凋亡细胞标志）Toll样受体（TLR）：可识别多种配体，如G+细菌的肽聚糖和磷壁酸，支原体的脂蛋白和脂肽，以及分枝菌的阿拉伯甘露糖脂及酵母菌的酵母多糖固有免疫Abbas et al. Cellular and Molecular Immunology. 7e介导

13、固有免疫应答的现存因子(抗菌因子)一、抗菌肽和抗菌蛋白二、可溶性模式识别分子三、补体大肠杆菌细胞壁结构 外膜 内膜 肽聚糖 脂多糖 Mur Glc Mur Glc Mur Glc Nac Nac Nac Nac Nac NacAB PAMP常见成份脂多糖和肽聚糖的结构A. 格兰阴性菌大肠杆菌及其胞壁结构。可见脂多糖分子从胞壁外层向外伸展。B. 格兰阳性菌胞壁肽聚糖由三部分组成立体网状结构：乙酰葡糖胺（GlcNac）和乙酰胞壁酸（MurNac）交替出现的骨架、连接MurNac的氨基酸侧链，以及连接侧链的甘氨酸交联桥。溶菌酶可在GlcNac及MurNac之间将骨架切断（箭头），肽聚糖解离。 溶菌酶

14、：主要由吞噬细胞、小肠嗜酸细胞产生抗菌肽和抗菌蛋白固有免疫 组织杀菌素和凝集杀菌素 其他的抗菌蛋白和抗菌肽 防御素： 主要由中性粒细胞、小肠嗜酸细胞、上皮细胞等产生 杀菌广谱 抑制胞内DNA、RNA和蛋白质合成 激发抗菌酶产生、损伤真菌和病毒固有免疫可溶性模式识别分子The acute-phase response produces molecules that bind pathogens but not host cells. Acute phase proteins are produced by liver cells in response to cytokines released

15、 by macrophages in the presence of bacteria. They include serum amyloid protein (SAP) (in mice but not humans), C-reactive protein (CRP), fibrinogen, and mannose binding lectin (MBL). SAP and CRP are homologous in structure; both are pentraxins, forming five-membered discs, as shown for SAP (right p

16、anel). CRP binds phosphocholine on certain bacterial and fungal surfaces but does not recognize it in the form in which it is found in host cell membranes. It both acts as an opsonin in its own right and activates the classical complement pathway by binding C1 q to augment opsonization. MBL is a mem

17、ber of the collectin family, which also includes the pulmonary surfactant proteins SP-A and SP-0. Like CRP, MBL can act as an opsonin in its own right, as can SP-A and SP-0. Model structure courtesy of J. Emsley.固有免疫固有免疫参与炎症反应和对病原体清除固有免疫32ComplementHost detriment:InflammationAnaphylaxis Complement h

18、as a central role in inflammation as it causes chemotaxis of phagocytes, opsonization and lysis of pathogens and clearence of immune complexes. 补体激活的三条途径及其功能补体功能：A. 参与炎症反应。C3a和C5a片段可将吞噬细胞募集到感染部位，加速炎症反应。B. C3b可附着于病原微生物，通过与吞噬细胞表达的补体受体（CR）结合，促进病原体的吞噬与分解。C. 补体级联反应最后形成包括C5bC6C7C8复合体，再加上多个C9，在病原体膜上构成攻膜复合物

19、（MAC），杀伤病原体。MBL：甘露糖结合凝集素；Ficolin：聚糖素，结构与MBL相似，参与启动凝集素途径。C1qC1r C1sC4 C2 MBLFicolinMASPC4C2D因子B因子备解素C3 C3 转换酶 C3aC3 C3bBC3bPDR经典途径 凝集素途径替代途径调理作用炎症反应途径 启动因素 参与成份 C3转换酶激活 效应功能ABCC1C3a病原体M病原体C3bCR杀伤作用C5b C6C8 C9C7 MAC吞噬细胞MBLficolin补体34 Classical Lectin Alternative补体三条激活途径35细胞毒作用调理作用炎症介质作用 清除免疫复合物（免疫黏附）补

20、体的生物功能：固有免疫36细胞毒作用:(CDC, complement-dependent cytotoxicity)MAC介导靶细胞及某些细菌、病毒裂解，参与宿主抗细菌和抗病毒防御机制固有免疫37调理作用 固有免疫38炎症介质作用固有免疫39 清除免疫复合物（免疫黏附）： 经典途径激活补体产生的C3b与IC共价结合，再与红细胞或血小板表面的相应受体结合而黏附于其上，使得IC随血循环到达肝脏和脾，在这里被吞噬细胞吞噬而清除。固有免疫40免疫黏附固有免疫Mo,M,N,B,T,Er,Eo,FDC,NK分别指单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、B细胞、T细胞、红细胞、嗜酸粒细胞、滤泡树突状细胞、自然杀伤

21、细胞。CCPR: 补体调控蛋白重复序列。ICAM-1: 胞间黏附分子1。EBV: EB病毒。以C3片段为配体的主要补体受体及其生物学功能 Major events in the inflammatory response. A bacterial infection causes tissue damage with release of various vasoactive and chemotactic factors. These factors induce increased blood flow to the area, increased capillary permeabili

22、ty, and an influx of white blood cells, including phagocytes and lymphocytes, from the blood into the tissues. The serum proteins contained in the exudate have antibacterial properties, and the phagocytes begin to engulf the bacteria.固有免疫应答的防御屏障模式识别受体分为： 血清中游离的受体分子（模式识别分子） 膜结合的吞噬性受体 膜结合的信号受体 胞质内信号受体

23、固有免疫 模式识别吞噬性受体介导的固有免疫应答固有免疫和适应性免疫识别分子特性的比较 一、吞噬细胞二、吞噬性模式识别受体三、胞吞和吞噬四、吞噬相关的分子结构及吞噬细胞对病原体的杀伤固有免疫 吞噬细胞 吞噬细胞主要包括单核巨噬细胞、中性粒细胞。单核吞噬细胞包括血液中的单核细胞和组织器官中的巨噬细胞（M）。吞噬细胞在吞噬，清除病原微生物中起重要作用。代表：巨噬细胞 中性粒细胞和巨噬细胞表达的受体和表面分子A. 中性粒细胞； B. 巨噬细胞； C. 活化的巨噬细胞CR4 CR3 Fc受体 清道夫 受体 甘露糖受体 LPS受体(CD14) 聚糖受体 甲酰甲硫氨酰肽受体 葡聚糖受体 甘露糖受体 Toll

24、样受体 CR3 LPS受体(CD14) 清道夫受体 B7分子 MHC I 类分子 TNF- CD40 NO O2 TNF受体 MHC II 类分子 ACB吞噬细胞固有免疫吞噬性模式识别受体、胞吞和吞噬及对病原体的杀伤参见表8-8Bactericidal agents produced or released by phagocytes after uptake of microorganisms. Most of the agents listed are directly toxic to microbes and can act directly in the phagolysosome.

25、 They can also be secreted into the extracellular environment, and many of these substances are toxic to host cells. Other phagocyte products sequester essential nutrients in the extracellular environment, rendering them inaccessible to microbes and hindering microbial growth. Macrophages can ingest

26、 and degrade particulate antigens, including bacteria. (a) Scanning electron micrograph of a macrophage. Note the long pseudopodia extending toward and making contact with bacterial cells, an early step in phagocytosis. (b) Phagocytosis and processing of exogenous antigen by macrophages. Most of the

27、 products resulting from digestion of ingested material are exocytosed, but some peptide products may interact with class II MHC molecules, forming complexes that move to the cell surface, where they are presented to TH cells. 病原体和抗原性异物被杀伤或破坏后，在各种水解酶的作用下降解，大部分通过胞吐排出，一部分被加工成小分子抗原肽，经MHC分子提呈给T细胞识别，启动特异

28、性免疫应答。一、膜结合的信号受体:Toll样受体二、胞质内模式识别信号受体:NOD样受体三、胞质内模式识别信号受体:RIG样受体模式识别信号受体及其介导的固有免疫应答一、膜结合的信号受体:Toll样受体 结构和分布特点 TLR启动的信号转导 TLR-4 recognizes LPS in association with the accessory protein MD-2. Panel a: a side view of the symmetrical complex of TLR-4, MD-2 and LPS. TLR-4 polypeptide backbones are shown

29、in green and dark blue. The structure contains the entire extracellular region of TLR4, composed of the LRR region (shown in green and dark blue), but lacks the intracellular signaling domain. The MD-2 protein is shown in light blue. Five of the LPS acyl chains (shown in red) are inserted into a hyd

30、rophobic pocket within MD-2. The remainder of the LPS glycan and one lipid chain (orange) make contact with the convex surface of a TLR-4. Panel b: the top view of the structure shows that an LPS molecule makes contact with one TLR-4 subunit on its convex (outer) surface, while binding to an MD-2 mo

31、lecule that is attached to the other TLR-4 subunit. The MD-2 protein binds off to one side of the TLR-4 LRR region. Structure courtesy of Jie-Oh Lee.结构和分布特点表达于各种免疫细胞，主要为APC和某些T细胞。参阅图8-14Structure, location and specificities of mammalian TLRs.参见表8-9Innate immune recognition by Toll-like receptors. Ea

32、ch of the TLRs whose specificity is known recognizes one or more microbial molecular patterns, generally by direct interaction with molecules on the pathogen surface. Some Toll-like receptor proteins form heterodimers (e.g. TLR-1 :TLR-2 and TLR-6:TLR-2). LPS, lipopolysaccharide.TLR启动的信号转导TLR启动的信号转导途

33、径TLR与PAMP结合使两个TLR分子胞内结构域TIR靠拢而启动信号转导。借助同型互作与同样带有TIR结构域的衔接蛋白MyD88结合，后者再通过相同的DD结构域招募丝苏氨酸激酶IRAK4和IRAK1，并激活泛素连接酶TRAF6，后者招募并激活另一丝苏氨酸激酶TAK1-TAB1-TAB4复合体。该复合体通过磷酸化启动两条信号转导途径。1. 通过IKK复合体使IB 磷酸化后作泛素化降解, NF-B被释放后转位至胞核，参与NF-B 依赖性基因转录；2、激活MAP 激酶信号途径，使癌基因产物Jun和Jos转位至胞核，形成转录因子AP-1, 激活AP-1依赖性基因。MyD88:髓样分化因子88。p65p

34、50UbMAP激酶JunFosTIRMyD88IRAK4IRAK1TRAF6TAK1IKK复合体p65p50NF-kBIkB泛素化降解TLR AP-1PAMPTIRDDTAB1 TAB4TLR胞内结构域衔接蛋白丝苏氨酸激酶泛素连接酶转录因子TLR信号转导的MyD88 和TRIF 依赖途径根据TLR胞内TIR结构域结合的衔接蛋白是MyD88还是TRIF，TLR相关信号途径分成两类：MyD88依赖途径 (左侧，细节见图8-13) 激活转录因子NF-B和AP-1，引起促炎症基因表达；TRIF途径 (右侧) 激活干扰素调节因子IRF3和IRF7基因，产生的I 型干扰素参与抗病毒作用。胞膜和内体膜相关的

35、不同TLR分别涉及两种途径，但TLR4同时参与两者。IRF:干扰素调节因子; TRIF:产生IFN-和携带TIR结构域的衔接蛋白: LBP: LPS结合蛋白。I 型干扰素基因表达 抗病毒急性炎症, 激发适应性免疫分泌I 型干扰素 下列促炎症基因表达: TNF,IL-1,IL-6,CCL2,CXCL8,E选择素,CD80,CD86MyD88TLR1, TLR2TLR5, TLR6PAMPTLR4LPS-LBPTRIFIRF NF-kBTLR7TLR9TLR3 肽聚糖P65p50P65p50ssRNACpG DNAdsRNA内体MD2非MyD88途径 人NOD样受体（NLR) 家族分子结构示意图

36、LRR：亮氨酸重复序列; NBD: 核苷酸结合结构域; AD：酸性激活结构域；BIR：抑制凋亡的杆状病毒蛋白baculovirus inhibitor of apoptosis protein repeat：CARD: 胱天蛋白酶招募结构域；PYD：热蛋白结构域 ；X：其他NLR效应结构域：CIITA: MHC II 类反式激活蛋白等。CIITANAIPNOD1-2、NLRC3-5NLRP1-14NLRX N 端 C 端NLRA亚家族NLRB亚家族NLRC亚家族NLRP亚家族NLRX亚家族AD BIR CARD PYD X 效应结构域 NBD LRR二、胞质内模式识别信号受体:NOD样受体 N

37、LR 成员 NOD2 和 NLRP3 介导的信号转导Casp1: 半胱天冬蛋白酶1; MDP: 胞壁酰二肽。余各结构域名称含义见图8-15图注。 炎症小体的结构、激活因子及其产生的病理性效应炎症小体的三个组成单位是：NLRP（LRR+NBD+PYD）、衔接蛋白ASC（PYD+CARD）和效应分子（CARD+Caspase 1），由多种因素激活，产生细胞因子IL-1、IL-18，引起发热反应。 RLR感知胞质中病毒成份的机制并与TLR3 的作用相比较属于RLR的RIG-1和MDA-5以其解旋酶结构域识别胞质中的病毒产物3磷酸RNA或dsRNA (未画出)，然后通过效应结构域CARD与位于腺粒体外

38、膜的衔接蛋白分子MVAS的CARD结构域同型互作使之二聚化，启动两条信号途径：一是通过TRADD/FADD活化NF-B，激活促炎症基因；二是通过TRAF6及TBK1，使干扰素调节因子IRF-3和IRF-7磷酸化，形成同源或异源二聚体，转位后激活I 型干扰素基因，产生抗病毒效应。整个作用途径与内体中识别dsRNA的TLR3所启动的两条信号途径及产生的抗病毒机制十分相似。IPS:干扰素启动子刺激因子；TBK: TANK结合激酶; TRAF: TNF受体相关因子; RIP: 受体相互作用蛋白。余见前面图图注。三、胞质内模式识别信号受体:RIG样受体RIG-I and MDA-5 are cytopl

39、asmic sensors of viral RNA. First panel: before detecting viral RNA, RIG-I and MDA-5 are cytoplasmic, and the adaptor protein MAVS is attached to the mitochondrial outer membrane. Second panel: detection of uncapped 5-triphosphate RNA by RIG-I or viral dsRNA by MDA-5 causes their CARD domains to int

40、eract with the aminoterminal CARD domain of MAVS, which induces the dimerization of MAVS. Third panel: a proline-rich region of MAVS is involved in interactions with TRAFs, while a more carboxy-terminal region of MAVS interacts with a complex of TRADD and FADD (death-domain-containing adaptor protei

41、ns). The TRAF6 pathway activates IRF3 and IRF7(not shown) inducing the transcription of a number of genes, principally those encoding IFN- and IFN-. FADD leads to the activation of IKK and NFB as shown in above Fig. , leading to the expression of pro-inflammatory cytokines.炎症反应一、炎症介质细胞因子和趋化因子血浆酶介质脂类

42、炎症介质二、炎症反应急性炎症性应答慢性炎症应答细胞因子和趋化因子炎症介质The cytokines TNF-, IL-1, and IL-6 have a wide spectrum of biological activities that help to coordinate the bodys responses to infection. IL-1 , IL-6, and TN F- activate hepatocytes to synthesize acute-phase proteins, and bone marrow endothelium to release neutro

43、phils. The acute-phase proteins act as opsonins, whereas the disposal of opsonized pathogens is augmented by the enhanced recruitment of neutrophils from the bone marrow. IL-1 , IL-6, and TN F- are also endogenous pyrogens, raising body temperature, which is believed to help in eliminating infection

44、s. A major effect of these cytokines is to act on the hypothalamus, altering the bodys temperature regulation, and on muscle and fat cells, altering energy mobilization to increase the body temperature. At higher temperatures, bacterial and viral replication is less efficient, whereas the adaptive immune