第13章 适应性免疫应答的特点及其机制

生命科学学院微生物学教研室－YJH第13章

适应性免疫应答的特点生命科学学院微生物学教研室杨继红

Tel-mail：cdcyang@QQ：705772657第1节免疫应答的特异性免疫应答的特异性具有双重含义：免疫应答有特异性抗原刺激启动；应答的产物只能识别并结合该特异性抗原特异性贯穿免疫应答的始终：经APC处理的特异性抗原与特定MHC分子结合为复合物并表达于细胞表面，被TCR特异性识别（或BCR直接识别抗原的特异性B细胞表位）而启动、传递活化信号；活化的抗原特异性T细胞或B细胞发生单克隆扩增，产生特异性抗体和（或）特异性致敏淋巴细胞；特异性抗体仅与特异性抗原发生反应。免疫应答特异性的本质BCR和TCR的特异性识别：一种BCR或TCR只能识别一种抗原表位，自然界存在数量巨大、特异性各异的抗原表位；BCR和TCR在结构上具有多样性，是集体对多种抗原表位进行识别并产生特异性应答的分子基础。一、BCR多样性及其分子基础1、BCR胚系基因结构λ基因库（λ链基因连锁群）第22号染色体κ基因库（κ链基因连锁群）第2号染色体H基因库（重链基因连锁群）第14号染色体1、BCR胚系基因结构C基因片段编码恒定区V基因片段编码可变区1、BCR胚系基因结构编码轻链的基因还包括J基因片段1、BCR胚系基因结构重链基因除V、C、J基因外，还包括D基因片段1、BCR胚系基因结构重链基因的V、D、J、C基因群各含多个基因片段重链VH基因片段约40个，编码Ig重链可变区CDR1、CDR2；重链DH基因片段位于VH和JH基因簇之间，功能性片段约25个，编码大部分CDR3；重链JH基因片段位于DH基因下游，约6个功能性片段，编码小部分CDR3和FR4；重链CH基因由多个外显子组成，每个外显子编码一个结构域，铰链区由单独的外显子编码。1、BCR胚系基因结构轻链Vλ基因片段约30个，编码Ig轻链可变区CDR1、CDR2；轻链Jλ-Cλ基因片段位于Vλ基因下游，功能性片段约4个，编码CDR3；λ轻链基因的V、J、C基因群各含多个基因片段1、BCR胚系基因结构轻链Vκ基因片段约40个，编码Ig轻链可变区CDR1、CDR2；轻链Jκ-Cκ基因片段位于Vκ基因下游，5个功能性和1个Cκ，编码CDR3；κ轻链基因的V、J、C基因群各含多个基因片段2、BCR多样性机制（1）基因片段的重排（2）重链轻链随机组合（3）基因片段连接的多样性（4）体细胞突变（1）基因片段的重排（1）基因片段的重排每一个IgH链（或L链）基因分别由V、D、J、C（或V、D、C）基因片段群中个选择一个基因片段组合形成。V、D、J、C（或V、D、C）每个基因片段群由多个功能性基因片段组成；V、D、J、C（或V、D、C）基因片段选择具有随机性；从而形成组合得多样性。功能性基因胚系基因数HλκV403040D2500J645组合多样性6000120200（2）重链轻链随机组合功能性基因胚系基因数HλκV403040D2500J645组合多样性6000120200理论上可产生：6000×（120+200）=1.92×106个特异性Ig（3）基因片段连接的多样性在V-D-J基因重排过程中V-D-J基因连接具有多样性（junctiondiversity）：V-D-J基因不一定是准确地连在一起的，也可在连接时在同一连接点上增加（插入，insertion）和减少（缺失，deletion）数个核苷酸或出现倒转（inversion），导致DNA的读框受到破坏，使BCR呈现多样性，达3×107个特异性Ig。（4）体细胞突变指发育后期和经抗原刺激后，滤泡生发中心内成熟B细胞已重排基因的若干核苷酸发生替换突变。纯系三组BALB/c小鼠免疫抗原后对特异性抗体可变区的序列分析

抗体的亲和力成熟(affinitymaturation）由5种6条多肽链组成，转导抗原激活信号-S-S-VaCaVbCbged

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TCR-abCD3复合体zhzz

-S-S-e胞膜胞浆ITAM糖基

TCR-CD3复合分子TCR识别抗原肽/MHC免疫受体酪氨酸活化基序（immunereceptortyrosine-basedactivationmotif，ITAM）TCR复合物的组成二、TCR多样性及其分子基础由5种6条多肽链组成，转导抗原激活信号-S-S-VaCaVbCbged

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TCR-abCD3复合体zhzz

-S-S-e胞膜胞浆ITAM糖基

TCR-CD3复合分子TCR识别抗原肽/MHC免疫受体酪氨酸活化基序（immunereceptortyrosine-basedactivationmotif，ITAM）TCR复合物的组成二、BCR胚系基因结构TCR和BCR的相似之处TCR结构类似免疫球蛋白，与免疫球蛋白有30-35%同源性。与BCR一样，两种TCR都含可变区和恒定区。TCR和BCR的相似之处TCR结构与免疫球蛋白的Fab类似1、TCR胚系基因结构TCR的基因的组成方式与免疫球蛋白基因基本一样。

α和γ链基因类似轻链，有V和J基因片段。β和δ链基因类似重链，有VDJ基因片段。TCR的胚系基因结构（β、γ链基因在第7号染色体上，α、δ链基因在第14号染色体上）TCR也是通过体细胞重排变为多样性的TCR的重排的机制与免疫球蛋白一样，也具有7核苷酸和9核苷酸的重组识别信号，并遵守12/23碱基规则。TCR也具有连接多样性。因为TCR具有更多的J基因片段和更多的N区插入，TCR在连接处的变化更大。编码TCRβ链的D基因片段有两处，这样会增加其有效重排的机会编码α链的J基因片段有多个，也会增加有效重排的机会第2节免疫应答的记忆性免疫记忆性：是指机体对特异性抗原初次应答后，所接受的活化信息和产生的效应信息可村流域机体免疫系统；若概抗原再次进入机体，则存留的活化和效应信息被迅速调动，出发比初次应答更为迅速、强烈、持久的特异性免疫应答。免疫记忆的物质基础增强的抗原提呈能力；经抗原初次刺激后亲和力增强的特异性TCR和BCR；极少量处于静止状态的记忆性T、B细胞等。一、T细胞介导的免疫记忆1、记忆性T细胞的来源：尚不清楚；可能：来源于少量激活的T细胞；由部分效应T细胞受局部微环境影响分化形成。2、Tm细胞的表性特征CD45RO阳性初始T细胞CD45RA阳性3、Tm产生更快更强更有效的免疫效应Tm细胞比初始T细胞更易被激活，相对较低浓度的抗原即可激活Tm细胞；Tm细胞再活化对共刺激信号（如CD28/B7）的依赖性比初始T细胞低；Tm细胞比初始T细胞分泌更多的细胞因子，且对细胞因子的敏感性也比初始T细胞高。4、CD8+T细胞产生和维持的机制记忆性CD8+T细胞的产生不需要T细胞所分泌的细胞因子参与；记忆性CD8+T细胞的维持无需抗原持续刺激和B细胞参与，也不需要CD4+T细胞辅助，但有赖于与MHCⅠ类分子相互接触，有可能也需要T细胞共刺激信号（B7/CD28）持续存在；Ⅰ型干扰素及IL-15等细胞因子在维持CD8+记忆性T细胞中发挥重要作用。二、B细胞介导的免疫记忆1、记忆性B细胞的特征：Bm细胞经抗原再次刺激后数量可增长10-100被，所产生抗体的亲和力也远高于初始B细胞，并发生抗体类别转换；Bm细胞表达膜IgG、IgA或IgE以及MHCⅡ类分子水平比初始B细胞高。抗体亲和力和MHCⅡ类分子水平增高有利于抗原摄取和提呈，使Bm细胞在较低抗原浓度刺激下，即可激活Th细胞并接受Th细胞的辅助。这种特点有利于机体抵抗病原微生物，也是疫苗防止传染病的理论基础。2、Bm细胞的产生与维持产生与特异性抗原刺激有关；维持也有赖于抗原存在。第3节免疫应答的耐受性一、免疫耐受的概念及特性1、免疫耐受（immunologicaltolerance）是指机体免疫系统接触抗原后所表现出的特异性免疫无应答现象。2、免疫耐受的类型（1）天然免疫耐受和后天获得性免疫性耐受天然免疫耐受：天然形成，如机体对自身组织抗原的自身耐受；后天获得性免疫性耐受：后天获得，如人工注射某种抗原后又到的获得性耐受。诱导耐受形成的免疫原称为耐受原（tolerogen）。（2）T细胞耐受和B细胞耐受完全耐受：机体同时发生TB细胞耐受称为完全耐受（completeimmunotolerance）；不完全耐受：仅出现T细胞或B细胞耐受称为不完全耐受（partialimmunotolerance）。T细胞耐受和B细胞耐受的比较（3）免疫耐受、免疫缺陷和免疫抑制免疫耐受（Immunologicaltolerance）：机体免疫系统接触某种抗原后，针对该抗原的特异性无应答现象。免疫抑制（ImmunologicalSuppression）：机体在后天外界因素的影响下，对所有抗原的免疫应答能力下调或丧失。免疫缺陷（Immunodeficiency）：非特异性低应答或无应答状态。免疫耐受与免疫抑制的区别二、免疫耐受的诱导条件1、抗原因素（1）抗原性质：与机体遗传背景接近或分子量小而且结构简单得抗原，易诱发免疫耐受。颗粒性大分子蛋白易被APC摄取、处理和有效提呈，为良好免疫原；可溶性小分子抗原易成为耐受原。（2）抗原剂量Mitchison于1964年报导，他给小鼠不同剂量的牛血清白蛋白（BSA），观察Ab产生，发现注射低剂量（10-8M）及高剂量（10-5M）BSA均不引起Ab产生，只有注射适宜剂量（10-7M）才致高水平的Ab产生。Mitchison将抗原剂量太低及太高引起的免疫耐受，分别称为低带(low-zone)及高带(high-zone)耐受。抗原剂量过低，不足以激活T及B细胞，不能诱导免疫应答，致（抗原）低带耐受。以T细胞活化为例，抗原提呈细胞(APC)表面必须有10～100个相同的抗原肽-MHC分子复合物，与相应数目的TCR结合后，才能使T细胞活化，低于此数目，不足以使T细胞活化。抗原剂量太高，则诱导应答细胞凋亡，或可能诱导抑制性T细胞活化，抑制免疫应答，呈现为特异负应答状态，致高带耐受。低带(low-zone)及高带(high-zone)耐受致耐受所需抗原剂量因抗原种类、动物种属及年龄而异：TI抗原可诱导B细胞高带耐受；低、高剂量TD抗原均易诱导耐受。（3）抗原免疫途径经口服和静脉注射的抗原通常易诱导免疫耐受；皮下及肌肉内注射易诱导免疫应答。（4）与抗原相关的其它因素抗原辅以佐剂易诱导免疫应答，而单独的抗原刺激易致耐受；低剂量抗原长期在体内存在易诱导免疫耐受。2、机体因素机体免疫功能状态免疫系统发育成熟程度遗传背景（1）免疫系统发育成熟程度胚胎期的免疫耐受（1）免疫系统发育成熟程度新生期的免疫耐受（2）免疫功能状态单独应用抗原难以诱导健康个体产生耐受；联合应用放射线照射、抗淋巴细胞抗体等免疫抑制手段或免疫抑制剂，可认为破坏已成熟的淋巴系统，造成类似新生期的免疫不成熟状态，使诱导免疫耐受成为可能。（3）遗传背景大小鼠在各时期均易诱生耐受；而兔、猴及有蹄类动物一般在胚胎期才能诱导免疫耐受。二、免疫耐受的形成机制1、中枢免疫耐受——克隆清除及克隆流产（1）概念：中枢免疫器官（胸腺和骨髓）内未成熟的T、B淋巴细胞，识别自身抗原的细胞克隆被清除而形成的自身耐受。克隆清除学说胚胎期的免疫细胞存在着无数具有不同反应特异性的细胞克隆某一克隆在胚胎期与相应抗原接触后，即被破坏清除或被抑制成为克隆禁忌该个体出生后再接触同一抗原产生，即表现为对此抗原的无反应性免疫耐受机制的克隆清除学说阳性选择CD4+CD8+T细胞胸腺基质细胞表面MHCⅠ类分子胸腺基质细胞表面MHC分子胸腺基质细胞表面MHCⅡ类分子结合结合不结合CD8+T细胞CD4+T细胞分化分化发生凋亡被清除胸腺皮质2、T细胞发育的阴性选择胸腺基质细胞表面MHCⅠ类分子胸腺基质细胞表面