第九章传染与免疫

传染与免疫讨论病原微生物与其宿主间的相互关系，是微生物生态学研究内容的深化和发展。第一页，共105页。研究传染与免疫的意义传染病防治。免疫学已经成为当今生命科学领域中发展最快、影响最大的学科之一，是必备的基础知识和技能之一。免疫学方法对生命科学的各领域都有着重要的作用。免疫学的方法和技术对人类发展和科技进步具有重大意义。第二页，共105页。第一节传染第三页，共105页。一、传染与传染病两个基本概念：传染传染病第四页，共105页。疾病名称每年死亡人数 （万）病原微生物急性下呼吸道感染370细菌、病毒、原生动物、真菌结核病290细菌痢疾250细菌、病毒艾滋病230病毒疟疾150-270原生动物肝炎100-200病毒麻疹22病毒细菌性脑膜炎20细菌百日咳10细菌阿米巴痢疾4-10原生动物狂犬病3.5病毒黄热病3病毒非洲睡眠病>2原生动物当前严重威胁人类的微生物传染病第五页，共105页。二、决定传染结局的三个因素•••病原体宿主环境第六页，共105页。1.病原体

吸附和侵入能力繁殖与扩散能力对宿主防御功能的抵抗力 外毒素内毒素类毒素侵袭力毒素侵入数量侵入途径：消化道、呼吸道、皮肤伤口等毒力病原菌第七页，共105页。外毒素：大多由细菌合成后分泌胞外，也有细菌溶解后释放。外毒素的特点：①大多外毒素是蛋白质②毒性强：lmg肉毒毒素能杀死2亿只小鼠，毒性比KCN大1万倍，是目前已知化学毒物和生物毒物中毒性最强的一种。③多数外毒素不耐热:白喉外毒素在58～60ºC经1~2h可被破坏。 破伤风外毒素在60ºC经20min可被破坏。 但葡萄球菌肠毒素是例外，能耐100ºC30min。④具有良好的抗原性:可制备抗毒素和类毒素第八页，共105页。

破伤风痉挛毒素对中枢神经系统有高度亲和力，导致肌肉强直痉挛。

破伤风痉挛毒素当其含量尚不能引起免疫时即足以致病,一般治疗无效,因此该病的免疫预防特别重要。第九页，共105页。第十页，共105页。第十一页，共105页。类毒素与抗毒素•在0.3％～0.4％甲醛液作用下，经一定时间，可 以脱去毒性，但仍保有免疫原性，是为类毒素

(toxoid)。•类毒素注入机体后，可刺激机体产生具有中和外毒素作用的抗毒素。第十二页，共105页。内毒素内毒素的特点：①内毒素耐热：加热100℃经1h不被破坏；需加热 至160℃经2～4h，或用强碱、强酸或强氧化剂 加温煮沸30min才灭活。②毒性弱，无选择性③抗原性弱不能用甲醛液脱毒成类毒素。第十三页，共105页。内毒素的检测——鲎试验鲎血液中的有核变形细胞含有凝固酶原和可凝固蛋白。与待检标本中的内毒素接触，凝固酶原成为凝固酶，使可凝固蛋白凝集成凝胶状态。第十四页，共105页。鲎（hòu）第十五页，共105页。（2）免疫功能2.宿主的免疫力

（1）现代免疫概念：免疫是机体识别和 排除抗原性异物的一种保护性功能。在正 常条件下，它对机体有利；在异常条件 下，也可损害机体。

免疫防御 免疫稳定免疫监视第十六页，共105页。第十七页，共105页。第十八页，共105页。3.环境因素

良好的环境因素有助于提高免疫力，消灭自然疫源， 控制病原体的传播，因而可以防止传染病的发生或流行。宿主环境：

①先天：遗传因素、年龄等； ②后天：营养、精神、内分泌、药物、锻炼外界环境：

①自然环境；气候、季节、温度、湿度等。 ②社会环境：社会制度、人际关系等。环境因素第十九页，共105页。1.隐性传染：宿主的免疫力强

2.带菌状态： 相持状态；最危险的传染源

“伤寒玛丽”：1906年夏，厨师 美国第一个伤寒病“健康带菌者”，造成 美国7个地区1500个伤寒感染。

3.显性传染 按发病时间长短分：急性传染和慢性传染 按发病部位的不同分：局部感染和全身感染三、传染的三种可能结局第二十页，共105页。第二节非特异性免疫概念：

凡在生物长期进化过程中形成的天生即有、相对稳 定、无特殊针对性的对病原微生物的天然抵抗力，称为 非特异性免疫或先天免疫。第二十一页，共105页。一、表皮和屏障结构（第一道防线）1.皮肤与粘膜（外部屏障）①机械屏障作用：机械的阻挡和排除作用②化学屏障作用：分泌杀菌物质③生物屏障作用：正常菌群的拮抗作用2.屏障结构（内部屏障）

①血脑屏障：由软脑膜、脉络丝、脑血管和星状胶质细胞组成，可阻挡病原体及其有毒产物从血液透入脑组织或脑脊液。

②血胎屏障：由母亲子宫内膜的基蜕膜、胎儿的绒毛膜组成，能阻挡病原微生物由母体通过胎盘感染胎儿，但并不妨碍母子间的物质交换。第二十二页，共105页。二、吞噬细胞及其吞噬作用（第二道防线）

白细胞——“白色卫士”

白细胞的种类很多，有中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞、嗜酸性和嗜碱性粒细胞等，其中中性粒细胞最多，占50％～70％，是主力军；淋巴细胞次之。第二十三页，共105页。第二十四页，共105页。第二十五页，共105页。第二十六页，共105页。第二十七页，共105页。三、炎症反应（第二道防线）

现象：红、肿、热、痛、机能障碍、脓。意义：既是一种病理过程，又是一种防御方式。

①动员了大量吞噬细胞聚集在炎症部位 ②血流加速使血液中的抗菌因子和抗体发生局部浓缩 ⑧死亡宿主细胞的堆积可释放出抗微生物的物质 ④炎症中心氧浓度下降，乳酸累积，有利于抑菌 ⑥炎症部位的高温可降低病原体繁殖速度第二十八页，共105页。•补体：存在正常人和动物血清中一组具有酶活性的蛋 白质。•溶菌酶：主要来源于吞噬细胞，广泛分布于血清、唾 液、泪液、乳汁、鼻涕等分泌物中。作用于G+胞壁中肽 聚糖结构，使之裂解后溶菌。•防御素：为小分子多肽，主要存在于中性粒细胞的嗜 天青颗粒中，人的肠细胞中亦有，主要作用于胞外 菌，使细胞溶解死亡。四、正常体液或组织中的抗菌物质第二十九页，共105页。1.补体

补体是指存在于血清中的一组非特异性血清蛋白，主要是β和γ球蛋白，是一类酶原，能被抗原抗体复合物激活。具有补充抗体作用的功能。激活后，具有溶解细胞膜、杀灭病毒、促进吞噬细胞的吞噬和释放组胺等多种功能。第三十页，共105页。2.干扰素（IFN）干扰素是高等动物细胞在病毒或dsRNA等诱生剂的刺激下，所产生的一种具有高活性、广谱抗病毒等功能的特异性糖蛋白。干扰素的抗病毒活性是广谱的和具选择性的，它有一定的种属特异性。干扰素是脊椎动物细胞所产生的防御外来物质尤其是防御“有害核酸”入侵的物质。第三十一页，共105页。干扰素种类IFN-α、IFN-β、IFN-γ、IFN-ω理化性质虽有不同，但都有抗病毒增殖活性、免疫调节活性、细胞分裂抑制活性、抑制肿瘤生长活性和改变细胞膜生物学特性等功能。第三十二页，共105页。干扰素的诱生剂各种活的或灭活的病毒人工合成的双链RNA在细胞内繁殖的各种微生物微生物产物，如细菌的脂多糖和真菌多糖等多聚物，如多羟基聚合物(吡喃、聚丙烯酸等)、聚硫酸盐和聚磷酸盐等低分子物质，如环己亚胺、卡那霉素等细胞有丝分裂素，如植物血凝素、伴刀豆球蛋白和葡萄球菌肠毒素A等特异性免疫诱导剂(可诱生γ干扰素)第三十三页，共105页。干扰素的诱导过程和作用机制第三十四页，共105页。第三十五页，共105页。应用情况：•干扰素诱生剂普遍具有毒性或抗原性，无法用于临床。•外源性干扰素因其毒性低、同种间无抗原性、反复注射 无耐受现象，以及有起效时间快等优点，所以其制备方 法发展很快。•目前，人α、β干扰素已经用于临床。第三十六页，共105页。第三节特异性免疫特异性免疫的特点： 后天获得性：生物个体在后天活动中接触抗原后而获得 的，故又称获得的特异性免疫。 特异性：其产物与相应的刺激物之间具有针对性。 包括体液免疫系统和细胞免疫系统。 同种生物的不同个体间或同一个体在不同条件下有很大的 差别。第三十七页，共105页。特异性免疫的获得方式第三十八页，共105页。免疫应答：指一类发生在活生物体内的特异性免疫的系列反应过程。这是一个从抗原的刺激开始，机体内的抗原特异性淋巴细胞识别抗原后，发生了活化、增殖、分化等一系列变化，并表现出一定的体液免疫或（和）细胞免疫的过程。突出特征：识别异己、特异性、记忆性。第三十九页，共105页。免疫应答的类型①细胞免疫：机体受到抗原刺激后，一类依赖胸腺 的T淋巴细胞发生增殖、分化，直接攻击靶细胞或 间接地释放一些淋巴因子，这类免疫作用称为细 胞免疫。②体液免疫：机体受到抗原刺激后，来源于骨髓的

小淋巴细胞—B细胞进行增殖和分化为浆细胞，它 可合成称为抗体的各类免疫球蛋白，并把它们释 放到体液中去发挥作用，称为体液免疫。第四十页，共105页。免疫应答三个阶段过程和两大类型第四十一页，共105页。第四十二页，共105页。第四十三页，共105页。中枢免疫器官外周免疫器官一、免疫器官

骨髓胸腺法氏囊淋巴结脾脏其他淋巴组织第四十四页，共105页。第四十五页，共105页。二、免疫细胞及其作用免疫细胞：涵义很广，包括各类淋巴细胞(T、B、N、K和NK等细胞)、单核细胞、巨噬细胞和粒细胞等一切与免疫有关的细胞。免疫活性细胞：仅指能特异地识别抗原，即能接受抗原的刺激，并随后进行分化、增殖和产生抗体或淋巴因子，以发挥特异性免疫应答的一类细胞群。T淋巴细胞和B淋巴细胞是最主要的免疫活性细胞。第四十六页，共105页。1.Ｔ细胞：即Ｔ淋巴细胞，一 种具有免疫活性的小淋巴细 胞。其功能是执行细胞免 疫。2.Ｂ细胞：即B淋巴细胞，又称骨髓依赖性淋巴细胞。主要功能是执行体液免疫。3.其他淋巴细胞：①Ｋ细胞：能专一性杀伤被IgG抗体覆盖的靶细胞。②NK细胞：主要发挥抗肿瘤免疫作用。T细胞（左）与肿瘤细胞（右）密切接触第四十七页，共105页。三、免疫分子及其在体液免疫中的作用（一）抗原1.基本概念

抗原是一类能诱导机体发生免疫应答并能与相应抗 体或T淋巴细胞受体发生特异性免疫反应的大分子物质。

免疫原性：刺激机体产生免疫应答的能力反应原性：与免疫应答的产物发生特异反 应的能力两个特性第四十八页，共105页。完全抗原：同时具备两个特性。大多数常见的抗原都是完全抗原，例如，大多数蛋白质、细菌细胞、细菌外毒素、病毒和动物血清等。抗原分类

半抗原：只具有免疫反应性而无免疫原性 的物质。例如，分子量小的简单有机分 子（大多数多糖、类脂、核酸及其降解 物以及部分药物等）。第四十九页，共105页。2.免疫原性的物质基础分子量大：一般都大于1×104Da，一般其分子量越大则抗原性越强。低于1×103Da的物质，一般不具抗原性。少数物质例外，主要是其氨基酸成分及肽链结构使然。结构复杂：蛋白质>复杂多糖>核酸(一般只是半抗原)>类脂物质(一般不具抗原性)。异物性：种族关系越远，组织结构间差异越大，抗原性越强。第五十页，共105页。3.抗原决定簇

概念：又称抗原表位，是指抗原表面决定其特异性的特定化学基团，是决定抗原反应高度特异性的物质基础。 抗原结合价：能与抗体分子相结合的抗原决定簇的总数。大多数抗原的抗原结合价是多价的，少数抗原是单价的。第五十一页，共105页。第五十二页，共105页。4.两类半抗原①复合半抗原无免疫原性，但具有免疫反应性即能在试管中与相应抗体发生特异性结合，并产生可见反应。例如细菌的荚膜多糖等。②简单半抗原既无免疫原性，也无免疫反应性。但能与抗体发生不可见的结合，阻止了抗体再与完全抗原或复合半抗原间的可见反应。例如肺炎链球菌荚膜多糖的水解物即为简单半抗原或称阻抑半抗原。第五十三页，共105页。5.细菌的抗原第五十四页，共105页。6.共同抗原与交叉反应特异性抗原：在一个同时存在有多种抗原的复杂抗原系统中，只有该系统自身特有的抗原称为特异性抗原。共同抗原：在一个同时存在有多种抗原的复杂抗原系统中，为多种复杂抗原系统所共有的抗原称为共同抗原。交叉反应：由于甲、乙两菌存在共同抗原而引起甲菌抗原（或抗体）与乙菌的抗体（或抗原）间发生较弱的免疫反应。凝集吸收反应：在制备诊断用的单价特异抗血清时，常利用交叉反应原理，把某一多价特异抗血清与其共同抗原反应，再把此抗原抗体复合物去除，即可去除其中的共同抗体，此即吸收反应。若所用共同抗原是颗粒状的，则称凝集吸收反应。第五十五页，共105页。第五十六页，共105页。第五十七页，共105页。第五十八页，共105页。（二）抗体1.基本概念

高等动物在抗原物质的刺激下，由浆细胞产生的一类能与相应抗原物质发生特异性结合的免疫球蛋白。第五十九页，共105页。作为抗体的基本条件①只有脊椎动物的浆细胞才能产生②必须要由抗原物质的刺激③能与相应的抗原发生特异性的结合④其化学本质是一类具有免疫功能的球状蛋白质第六十页，共105页。

凡具有抗体活性以及与抗体有关的球蛋白统称为免疫球蛋白，WHO(1968年)根据理化性质及免疫学特性，把目前已在人类等血清中纯化的Ig分成五类，并统一命名为IgG、IgA、IgM、IgD和IgE。免疫球蛋白第六十一页，共105页。2.Ig的化学结构（Y形分子）第六十二页，共105页。VC四链：两长两短，两重两轻三区：恒定区区、可变区区和铰链区第六十三页，共105页。第六十四页，共105页。第六十五页，共105页。Ig的抗原结合价•抗原结合价：即每一Ig分子上能与抗原决定簇相结合部位的数目。•Fab一价，F(ab’)2二价，Fd或Fd’零价，Ig的单体二价，双体四价。•IgM是五体，只有五价。可能的解释是．空间限制。第六十六页，共105页。４.产抗体细胞的激活和抗体的形成必须有三种细胞同时参与：抗原递呈细胞（APCs）：主要是巨噬细胞，处理和传递抗原，激活T细胞，但无特异识别抗原的功能。T细胞：在抗体形成过程中起着调节细胞的作用，有特异识别抗原的功能。B细胞：是产生抗体的效应细胞，也有特异识别抗原的功能。第六十七页，共105页。５.机体产生抗体的两次应答规律第六十八页，共105页。６.抗体形成的机制(1)几个有代表性的学说第六十九页，共105页。（2）克隆选择学说第七十页，共105页。（3）抗体多样性的分子生物学机制种系学说体细胞突变学说第七十一页，共105页。７.单克隆抗体与淋巴细胞杂交瘤技术（1）多克隆抗体及其缺点多克隆抗体：在正常机体内所存在的．由于多种B细胞克隆分别接触相应抗原而产生的多种抗体的总和。缺点：具有明显的异质性，细胞遗传性杂、产品杂、某一抗体纯度低以及难以纯化等。

单克隆抗体：由一纯系B淋巴细胞克隆经分化、增殖后的浆细胞所产生的单一成分、单一特异性的免疫球蛋白分子。第七十二页，共105页。（2）淋巴细胞杂交瘤技术淋巴细胞杂交瘤是由B淋巴细胞和骨髓瘤细胞两者融合而成的一种既能在体内外大量增殖又能产生大量单克隆抗体的杂种细胞。B淋巴细胞虽可被外来的抗原激活并产生相应的特异抗体，但却无法在体外繁殖和传代。骨髓瘤是一种癌变的浆细胞。特征：①具有快速的增殖能力；②能产生大量匀质、单克隆的任何一类免疫球蛋白，但绝大部分都不能与抗原进行特异结合。第七十三页，共105页。制备淋巴细胞杂交瘤的方法第七十四页，共105页。（3）单克隆抗体的应用第七十五页，共105页。在基础研究中的应用：为研究抗体结构提供材料；为研究Ig生物合成的机制和调节提供了条件；为研究抗原与抗体间的结合机理提供了科学保证。第七十六页，共105页。在实践中的应用：•用于精确地诊断疾病；•提供高效的治疗剂(如抗病毒抗体)；•用其制成的固相系统可提纯相应的抗原；•用其制成“药物导弹”可用于治疗深层的肿瘤。第七十七页，共105页。第四节免疫学方法及其应用一、抗原抗体反应的一般规律①特异性②可逆性③定比性：抗原决定簇多价、抗体双价④阶段性：第一阶段时间短，不可见，第二阶段，时间长，可见。⑤条件依赖性：PH＝6～8，T＝37～45℃第七十八页，共105页。第七十九页，共105页。二、主要的抗原抗体反应（一）凝集反应

颗粒性抗原（完整的细菌细胞或红细胞等）与相应的抗体在合适条件下反应并出现肉眼可见的凝集团的现象，称凝集反应。凝集反应中的抗原称凝集原，抗体称凝集素。第八十页，共105页。第八十一页，共105页。第八十二页，共105页。（二）沉淀反应

可溶性抗原（蛋白质、多糖或类脂溶液，血清，细菌抽提液，组织浸出液等）与其相应的抗体在合适条件下反应并出现肉眼可见的沉淀物的现象，称为沉淀现象。第八十三页，共105页。①环状沉淀反应②絮状沉淀反应１.测沉淀反应的经典方法第八十四页，共105页。２.测沉淀反应的现代方法①单、双向琼脂扩散法②对流免疫电泳法③火箭电泳法④双向免疫电泳法第八十五页，共105页。（三）补体结合试验

一种有补体参与，并以绵羊红细胞和溶血素（红细胞的特异抗体）是否发生溶血反应作指示的一种高灵敏度的抗原与抗体结合反应。第八十六页，共105页。基本原理①补体可与任何抗原抗体的复合物相结合。②指示系统遇游离补体后会出现肉眼可见的溶血反应。第八十七页，共105页。基本操作第八十八页，共105页。优点：①②③

既可测未知抗体，也可测未知抗原； 既可测沉淀反应，也可测凝集反应；尤其适宜测定微量抗原与抗体间出现的肉眼看不见

的反应，提高了血清学反应的灵敏度。缺点：

操作复杂，影响因素多。第八十九页，共105页。（四）中和试验

特异性抗体抑制多种抗原的生物学活性(如细菌外毒素的毒性，酶的活性，病毒的感染性等)的反应，称为中和试验。第九十页，共105页。三、现代免疫标记技术免疫标记技术是指将抗原或抗体用小分子的标记剂如荧光素、酶、放射性同位素或电子致密物质等加以标记，借以提高其灵敏度和便于检出的一类新技术。优点：特异性强，灵敏度高，应用范围广，反应速度快，易观察，能定性、定量甚至定位。第九十一页，共105页。1.免疫荧光技术将结合有荧光素的荧光抗体进行抗原抗体反应的技术，称为免疫荧光技术或荧光抗体法。常用的荧光素有异硫氰酸荧光素、罗丹明等。它们可与抗体球蛋白中赖氨酸的氨基结合，在蓝紫光激发下可分别出现黄绿色及玫瑰红色。由于荧光抗体与相应抗原结合后仍能发出荧光故能提高灵敏度和便于显微镜观察。第九十二页，共105页。第九十三页，共105页。2.免疫酶技术概念：用酶标记的抗体或抗抗体来进行的抗原抗体反应的高灵敏度的免疫标记技术，称为酶免疫