复旦大学医学免疫学课件02固有免疫系统 一

1、固有免疫系统 (一） DEPARTMENT OF IMMUNOLOGY固有免疫（innate immunity）是种系进化过程中形成的一系列防御机制，生来即有，可对侵入的病原体迅速产生应答，因其对病原体无严格选择性，又称非特异性免疫应答（non-specific immunity）。固有免疫在机体防御机制中具有重要意义，可被视为抵御病原微生物感染的第一道防线。同时，固有免疫相关的效应细胞和效应分子亦广泛参与适应性免疫应答的启动、效应和调节。获得性免疫(Acquired Immunity)适应性免疫(Adaptive Immunity)特异性免疫(Specific Immunity)固有免疫(I

2、nnate Immunity)先天免疫(Native Immunity)非特异性免疫(Nonspecific Immunity)种系发育，进化形成 生来具备，应答迅速 非特异性抗感染免疫 也参与特异性免疫一、 组织屏障及其作用 物理屏障上皮细胞、纤毛、分泌液 化学屏障分泌液：乳酸、不饱和脂肪酸、胃酸 生物学屏障微生物屏障（一）皮肤粘膜及其附属成分的屏障作用物理屏障化学屏障微生物屏障皮肤：复层鳞状上皮细胞粘膜：肠蠕动、纤毛频繁摆动分泌液、尿液冲洗汗腺分泌乳酸、皮脂腺分泌不饱和脂肪酸：抑菌呼吸道、消化道分泌溶菌酶、抗菌肽、天然抗体胃酸：杀死大部分细菌口腔细菌：产生H2O2，杀白喉杆菌、脑膜炎球菌肠

3、道正常菌群：分泌抑菌素，抑制革兰氏阳性菌血脑屏障 血胎屏障 血胸腺屏障（二）体内屏障二、固有免疫细胞 吞噬细胞树突状细胞 自然杀伤细胞 T细胞 NKT细胞 B1细胞 1、吞噬细胞 phagocytes单核吞噬细胞（系统） 中性粒细胞Mononuclear phagocyte system neutrophils 单核细胞 巨噬细胞 monocyte macrophage 小胶质细胞、库普弗细胞、破骨细胞在普通光学显微镜下观察Giemsa染色血涂片，中性粒细胞呈淡藕荷色，多叶核，胞浆中含有大量的细胞颗粒。透射电镜下其胞浆颗粒清晰可辨。 中性粒细胞 ( Neutrophil )野战细胞RBCNeu

4、trophils represent 60-70% of leukocytes in the peripheral blood. Their granules contain alkaline phosphatase, lysozame, lactoferrin etc. They are the earliest phagocytic cells to appear in the bacterial infection and are prominent constituent of pus.毛细血管内皮细胞粘着附壁侵入细菌游出最终从内皮细胞间隙中游出,发生生物学效应。血管内皮细胞被活化之后

5、表达P和E选择素，通过与中性粒细胞表面的多糖侧链结合使其附壁。随之中性粒细胞所表达的整合素与活化内皮细胞的ICAM结合，使之与毛细管内皮细胞表面粘着，单核巨噬细胞 常住边防细胞lysosomelysosomeNucleusNucleusPhagosomeMonocyteMacrophagePhagosomePhagosomePhagosomePseudopodiaThe mononuclear phagocytic system consists of monocytes circulating in the blood and macrophages in the tissue. 单核细胞

6、Monocyte ( blood ) 库普弗细胞 Kupffer cells ( liver ) 肾小球间质细胞 Mesangial cells ( kidney glomerulus ) 小神经胶质细胞 Microglia ( brain ) 肺泡巨噬细胞 Alveolar macrophages ( lung ) 组织细胞 Histiocyte ( connective tissue )Macrophage-Different names in different tissues单 核 巨 噬 细 胞单核细胞体积较大，蹄状核（左，普通光镜）。透射电镜显示其高尔基体发达、粒体丰富、胞浆颗粒明

7、显（中）。扫描电镜显示腹腔巨噬细胞粘附于玻璃表面（右）。Macrophages Ingest and Degrade antigensbacteriaLong pseudopodia(A)(B)Macrophages Ingest and Degrade antigens抗体补体 CD16 （FcR III）CD11b/CD18 CD25CD28 CD32 （Fc R II） CD35 （CR1） CD64 （Fc R I）CD71B7-2IL-2抗体补体 抗体运铁蛋白吞 噬 细 胞 表 面 受 体II 吞噬细胞的识别受体清除、杀伤病原体N123消化N识别N 吞噬与溶酶体结合为吞噬溶酶体，其中

8、的细菌随后被消化。 吞噬细胞主要生物学功能吞噬细胞通过调理素受体和特征（模式pattern）受体识别细菌，细胞表面隆起的胞膜将细菌包裹，形成吞噬体，调理素受体特征（模式pattern）受体1）氧依赖性杀菌系统反应性氧中间物（reactive oxygen intermediates， ROIs）系统细菌黄素蛋白NADPH H+e- + O2O2-H+H2O2细胞色素b558过氧化氢的产生 “呼吸爆发” 过程中产生大量过氧化氢及其它活性离子，是吞噬细胞消化被吞噬微生物或其它异物的主要武器。参与该过程的辅酶 II (NADPH) 氧化酶体由黄素蛋白和细胞色素 b558组成。 产生超氧离子 O2 +

9、 NADPH O2- + NADP + H+ 产生过氧化氢 2O2 + 2H2 H2O2 + O2 产生盐酸 H2O2 + Cl + H+ HOCl + H2O 产生有机氯胺 HOCl + R-NH RNCl + H2O 产生单个氧原子 H2O2 + OCl- 1 O2 + H2O + Cl- 产生羟基游离基 H2O2 + O2- O2 + OH- + .OH 活 性 氧 途 径NADPH 氧化酶过氧化物歧化酶反应性氮中间物（ reactive nitrogen intermediates， RNIs）系统NO 途 径 产生NO L-精氨酸 + 1/2O2 瓜氨酸 + NO 产生过氧化氮游离基

10、 NO + O2 - ONOO-Nitric oxide-dependent killing2) 氧非依赖杀菌系统Cationic 蛋白(包括 组织蛋白酶)溶菌酶乳铁传递蛋白蛋白水解酶损伤微生物细胞膜裂解细胞壁粘肽竞争细菌生长所需的铁消化杀伤的微生物效应分子功 能分泌 IL-1 IL-6 IL-12 TNF-a IL-8 GM-CSF细胞因子酶其它因子 杀伤肿瘤细胞 抗原呈递作用前列腺素白三烯补体成分纤维蛋白结合蛋白凝血因子溶菌酶酸性水解酶赖氨酸酶酯酶胶原蛋白酶弹性纤维蛋白酶伤口修复清除、杀伤病原体2. Dendritic cells (树突细胞) 树突细胞是专职提呈抗原至B 或T细胞，启动初

11、期免疫反应I 郎格汉斯细胞 ( Langerhans cells )上皮组织中的LC（1，普通光镜）捕捉外来抗原后即进入引流淋巴结的T细胞区，成为IDC（2，扫描电镜照片）。II 并指状树突细胞（interdigitating DC）IDC表达高水平的II类MHC分子和共刺激分子B7，具有激活T细胞的能力。B cellsFDCIII 滤泡树突细胞（folicular DC, FDC）淋巴滤泡内的FDC通过Fc受体和补体受体捕获被致敏的抗原，并将其递呈给B细胞外周血、脾胞质内有大量嗜天青颗粒无需预先作用，直接杀靶细胞表面标志 CD3-、CD56、CD163. NK细胞Human NK cellN

12、K细胞的一般特点NK细胞淋巴细胞的一种（但不表达T、B淋巴细胞的标记）有杀伤作用（象CTL），分泌活性物质（象Th 分泌IFN）NK细胞分子识别: 杀伤细胞活化受体（killer activatory receptor) 杀伤细胞抑制受体（killer inhibitory receptor)KAR杀伤细胞活化受体 KAR识别细胞糖类配体胞内段有ITAM（免疫受体酪氨酸活化基序）结构转导活化信号KIR杀伤细胞抑制性受体 KIR的胞外区识别自身细胞MHC-IKIR有ITIM结构介导抑制信号两种受体对NK细胞杀伤作用的调节两 种 NKCR 的 不 同 功 能NK细胞表面的杀伤抑制受体(KIR)，能

13、够传递不许杀伤的信号。这些受体识别的对象是靶细胞表面的MHC I 分子。因此，正常表达MHC I 类分子的细胞一般不会被NK细胞杀伤。NK细胞生物学功能抗感染：溶解、IFN-和TNF-抗肿瘤：直接接触膜融合 肿瘤特异性抗体介导的ADCC 免疫调节4、NKT细胞分布 肝、骨髓、胸腺表面标志 NK1.1、TCR-CD3复合体的T细胞分子识别 抗原识别谱窄：CD1复合物，不受MHC限制生物功能 抗感染、抗肿瘤、分泌细胞因子参与免疫调节5、 T细胞分布 上皮、粘膜表面标志 TCR 、CD2/3/16/25/45、LFA-1，DN生物学功能及其特点：1）TCR多样性有限；2）主要识别HSP、脂类抗原/C

14、D1复合物、某些病毒蛋白、分枝杆菌的非肽类抗原等；）抗感染、抗肿瘤；）产生多种细胞因子，参与免疫调节。6、B1 细胞分布于腹腔、胸腔和肠粘膜固有层中；表面标志：CD5+、CD11+、mIgM+、CD23-；主要识别TI抗原和变性的自身抗原应答特点:1）BCR直接结合多糖抗原，发生交连而被激活；2）产生以IgM为主的低亲和力抗体；）无抗体类别转换；无免疫记忆；无再次应答。其他一些参与固有免疫的细胞嗜酸性粒细胞嗜碱性粒细胞肥大细胞三、固有免疫分子（一）补体（一）补体Jules Bordet (1870-1961), discoverer of complementBelgian bacteriol

15、ogist and immunologist who received the Nobel Prize for Physiology or Medicine in 1919 for his discovery of immunity factors in blood serum; this was a development vital to the diagnosis and treatment of many dangerous contagious diseases.1. 补体概 述补体，存在于新鲜血清中，能够裂解抗体包被的细胞（antibody (Ab)-coated cells） 。

16、 这种活性可以经加热56度，30分钟而灭活 (失活)对热不敏感的特异性抗体热敏感的成分这种热敏感的成分被命名为补体 （ complement）, 即补充抗体活性的血清成分.1. 补体概 述补体调理、中和B细胞激活形成裂解复合物趋化和炎症反应补体系统凝血系统纤溶系统缓激肽系统是一组由生物大分子组成的连续而分级的激活反应系统。一旦激活，可介导一系列的对宿主重要的生物反应。1. 补体概 述1）固有成分：C19，MBL、SP、Bf、Df2）调节蛋白：Properdin、C1INH、C4bBp、Hf、 If、CR1、Sp3）补体受体：CR1CR5、 C2aR、 C3aR、C4aR1. 补体概 述补体系统

17、的组成1. “C” - 补体的11种蛋白 (C1, C2, etc.)2. Factor - 一些旁路途径的成分 (factor B)3. Overbar - 表示具有酶活性的蛋白活复 合物 （C4b2b） 4. Lower case letters - 表示蛋白酶裂解的 片段 (C3a or C5a)5. “R” - 补体的受体 (CR1 or C5aR)1. 补体概 述补体的命名 CLASSICAL MBL/Ficolin ALTERNATIVE经典途径 MBL途径 旁路途径C3a C3 C3bC5a C5 C5b + C6-C9TERMINAL终末途径2. 补 体 激 活 COMPLEM

18、ENT PATHWAYSThe binding of antibody to its antigen often triggers the complement system through the so-called classical pathway. It can occur in solution or when the antibodies have bound to antigens on a cell surface. 2. 补 体 激 活VHCH1CH2CH3CH4VLCLHinge regionCOONH3+Complement Binding Site（Fc） Antige

19、nBinding Site（Fab）2. 补 体 激 活 (The Classical Pathway)Before binding antigenFabFcC1q binding side closed CH1 CH2IgM CH3 region ，IgG CH2 region After binding antigenC1q binding side exposed The changes of structure of IgG molecule before and after binds antigen2. 补 体 激 活 (The Classical Pathway) C1sC1q

20、C1rC1qr2s2 40nm AgAbAg the structure and function of C1C1:C1q C1r2 C1s2 Each C1q molecule must bind to at least two Fc sites for a stable C1-antibody interaction to occur. C1r and C1s are activated ，and initiate the complement activation. C12. 补 体 激 活 (The Classical Pathway)C1 Activation by Ag-Ab Co

21、mplexes2. 补 体 激 活 (The Classical Pathway)C1 Cleavage of C4 antibodyC1qr2s2 40nmantigen antigenC4C4bC4aC1s2. 补 体 激 活 (The Classical Pathway)C3 Convertase FormationC4bC2bC2C1sC4bC2a2. 补 体 激 活 (The Classical Pathway)C3 CleavageC3C3aC3bC3 ConvertaseC4bC2b2. 补 体 激 活 (The Classical Pathway)C5 ConvertaseC5

22、C5bC5aC4bC2aC3b2. 补 体 激 活 (The Classical Pathway)IgM/IgG complex C1q : r : sC4C4b + C2C4aC2bC4b2aC3C3bC3a Ca+Mg+ Ca+（C3 convertase）（C5 convertase）C4b2a3b2. 补 体 激 活 (The Classical Pathway)There is a spontaneous conversion of C3 to C3b. Ordinarily the C3b is quickly inactivated: the C3b binds to inhib

23、itory proteins and sialic acid (唾液酸） present on the surface of bodys own cells, and the process is aborted. 2. 补 体 激 活 ( The Alternative Pathway) B C3 spontaneous hydrolysis C3 C3a C3bFactor DC3LPSC3bFactor DFactor B* 参与C5转化酶形成的蛋白2. 补 体 激 活 ( The Alternative Pathway)Factor BLPSC3bC3bBbBaC3 Convertas

24、e FormationFactor D2. 补 体 激 活 ( The Alternative Pathway)LPSC3bBbC3aC3 convertaseC3C3b2. 补 体 激 活 ( The Alternative Pathway)C3 CleavageLPSC3bBbC3 convertaseC3bC5C5bC5aC3C5 Convertase Formation2. 补 体 激 活 ( The Alternative Pathway)The surface on it the complement activation B C3b Factor D C3b B C3b Bb B

25、 C3b Generation of C3bBb二、补 体 激 活 ( The Alternative Pathway)2. 补 体 激 活 ( The Alternative Pathway)C3Factor D C3bBbB因子 C3b C3bB2. 补 体 激 活 ( The Alternative Pathway) Positive feedback of C3 and C3b旁路和凝集素途径激活补体的关键步骤是C3b依赖性正反馈环路的形成。C3裂解产物C3b与B因子结合为C3bB复和物，在D因子的作用下成为C3与C5转化酶C3bBb。C3bBb作用于C3，产生大量的C3b，C3b的生

26、成又导致更多的C3bBb出现，形成迅速放大的正反馈环路。 C3 C3b Bb C5 C3b C3 C3b C5 C5a C3a C3b C3b C5bC3bBbPC3bnBb2. 补 体 激 活 ( The Alternative Pathway) The di-functions of the C3bBb 补体活化表面的C3bBbP作用于C3，产生大量的C3b。C3bnBb还能将与C3b结合的C5裂解为C5a和C5b两个分段。所产生的C3b5b复和物启动补体活化的终末途径。.P (properdin备解素 ): binds to and stabilizes C3bBb*Independen

27、t on the antibody*the mechanism is more like that of the classical pathway?甘露糖结合凝集素MBL （mannose-binding lectin （Protein）, 与微生物表面的糖蛋白的甘露糖残基或糖结合，则激活补体的MBL途径。2. 补 体 激 活 (MBL pathway) C1sMBLC1qThe function and structure of MBL are similar to the that of C1q in the complement pathway.Cleavage and activat

28、ion of C4.2. 补 体 激 活 (MBL pathway) mannoseMBLC4C4a + C4bC2C2b + C2aC4b2a（C3 convertase） + MASP2MASP2MBL mannoseMASP：MBL-associated serine protease2. 补 体 激 活 (MBL pathway)MASP1MBL mannoseC3C3b旁路激活途径 2. 补 体 激 活 (MBL pathway)CLASSICAL MBL/Ficolin ALTERNATIVEC3a C3 C3bC5a C5 C5b + C6-C9TERMINAL2. 补 体 激

29、活 Three pathwayC5 convertaseC5C5a+C5bFormation of Membrane-Attack Complex（MAC） Terminal pathway C5bC9多聚体C5b+C6+C7+C8+C9 = MACsThe structure of MACs C7C6C810-17MACs-induced lesion on the membrane Terminal pathway Terminal pathwayMACs effect: complement Kill the Parasite Terminal pathway参与MAC形成的蛋白C5C5aC5b趋化因子和炎症介质 (过敏反应)与 C6结合启动 MAC的形成C8C7C6C9C6C7C8C9 形成C5b6，与 C7结合形成C5b67, 导致复合物、插入细胞的磷脂双层C5b678 与多个 C9 分子结