第七章-免疫遗传学基础

1、第七章 免疫遗传学基础 （Immunogenetics）,免疫遗传:通过遗传学的方法对免疫现象进行遗传分析,包括抗原遗传、抗体遗传、补体遗传、免疫反应性、组织不相容性、免疫遗传标志和疾病关联、免疫缺陷症等 第一节 免疫学基本概念 第二节 免疫系统 第三节 免疫球蛋白 第四节 主要组织相容性复合体 第五节 补体系统,第一节 免疫学基本概念,一、免疫 免疫一词是从拉丁语“immunis”衍生而来 免疫具有识别“自身”与“非己”抗原，对自身抗原形成天然免疫耐受，对“非己”抗原产生排斥作用的一种生理功能 免疫：机体受到抗原物质刺激而产生特异性免疫应答的过程 免疫应答（immuneresponse）：抗

2、原进入机体后激发免疫细胞活化、分化和效应的过程,免疫的功能,免疫防御（Immunological defence)：是机体排斥外来抗原性异物的一种免疫保护功能 免疫自稳（immunological homeostasis）：是机体免疫系统维持内环境相对稳定的一种生理功能 免疫监视（immunological survillance）：是机体免疫系统及时识别、清除体内突变、畸变和病毒干扰细胞的一种生理保护作用,在与外界的“异己”一战过程中，机体往往不得不采取守势，利用坚固的防线将之消灭，那么这些防线都在哪里呢？,第一道防线,皮肤,呼吸道上的纤毛,免疫系统的三道防线,溶菌酶,吞噬细胞,第二道防线,

3、以上的两道防线由于是人人生来就有的, 对多种病原体都有防御作用,因此叫做非特异性免疫，或天然免疫。,如果在人体内的前两道防线都被突破了，那么在人体内最特殊的第三道防线便开始发挥作用，与前两道防线不同，这一防线是后天获得的专门识别、杀灭某一病原生物 特异性免疫（获得性免疫）：机体通过与外源性物质接触而被诱导和激活的特异性的免疫能力,艾滋病 （acquired immunodeficiency syndrome） 获得性免疫缺陷综合症AIDS：1981年于美国率先报道；是感染人类免疫缺陷病毒（简称HIV）后引起的一种致死性传染病。HIV主要破坏人体的免疫系统，使机体逐渐丧失防卫能力而不能抵抗外界的

4、各种病原体，因此极易感染一般健康人所不易患的感染性疾病和肿瘤，最终导致死亡,体液免疫：以B cells产生抗体来达到保护目的的免疫机制。属后天的免疫机制 细胞免疫：凡是由免疫细胞发挥效应以清除异物的作用即称为细胞免疫。由T细胞介导,二、体液免疫和细胞免疫,体 液 免 疫,相同抗原再次侵入,迅速、大量,细胞免疫,T细胞,刺激,记忆细胞,主动免疫是指在抗原的刺激下，免疫系统对抗原出反应，产生了专门对付该抗原的抗体，以后，如果再碰到这种抗原的话，抗体等免疫物质就会主动地去攻击这种抗原，保护人体不受侵害 打预防针就是主动免疫的方法之一 被动免疫则是直接将抗体类物质输入人体，不需身体的免疫系统“制造”抗

5、体。用于治疗 注射丙种球蛋白，就是被动免疫的一种,三、主动免疫和被动免疫,四、免疫应答的分期,1.识别期 指淋巴细胞表面特异性的抗原受体与抗原结合的过程 2.激活期 指识别特异性抗原后淋巴细胞的反应过程：增殖、淋巴细胞分化（由识别细胞分化为清除细胞） 3.效应期 指淋巴细胞被抗原激活后行使清除抗原的功能，在效应期发挥作用的细胞称为效应细胞,凡是能够刺激机体的免疫系统产生抗体或效应细胞，并且能够和相应的抗体或效应细胞发生特异性结合反应的物质，就叫做抗原。抗原特性:免疫原性（immunogenicity)、免疫反应性 (immunoreactivity) 抗原决定簇:抗原物质表面具有的某些特定的化

6、学基团，抗原依此与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合，即抗原决定簇 兼备这两种性能的物质叫做完全抗原。如病原体、异种动物血清等。只具有反应原性而没有免疫原性的物质叫做半抗原。如青霉素、吗啡等,五、抗原（antigen, Ag）,一个多肽决定簇含56个氨基酸残基； 一个多糖决定簇含57个单糖； 一个核酸半抗原决定簇含68个核苷酸。 构象决定簇空间构象，不连续 顺序决定簇序列（一级结构），连续,抗原决定簇大小：,内源性抗原（endogenous antigen）在自身细胞内合成、并存在于细胞内的抗原。如： 胞内菌和病毒感染细胞所合成的细菌抗原、病毒抗原 肿瘤细胞合成的肿瘤抗原,外源性抗原（exo

7、genous antigen）被单核巨噬细胞吞噬、捕获，或与B细胞特异性结合，而后进入细胞内的抗原，均称为外源性抗原。 所有来自体外的微生物、疫苗、异种蛋白等； 自身细胞合成而释放于细胞外的非自身物质，如肿瘤相关抗原、FMDV的VIA抗原等。,第二节 免疫系统,由主宰或执行机体免疫功能的器官、组织、细胞和分子所组成的一个系统称为免疫系统（Immune System）。 哺乳动物能产生IgM, IgG, IgA; 人类则可产生全部五类免疫球蛋白：IgM, IgG, IgA, IgD, IgE。,免 疫 系 统,免疫器官,免疫细胞,免疫分子,中枢免疫器官,胸腺,骨髓,外周免疫器官,淋巴结,黏膜,脾

8、脏,淋巴细胞的发生、分化、成熟的场所，并具有调控免疫应答的功能,扁桃体,成熟免疫细胞在这些部位执行应答功能,淋巴细胞:T细胞, B细胞, NK细胞等,辅佐细胞:巨噬细胞,树突状细胞等,其它细胞:肥大细胞，有粒白细胞等,膜型 :BCR, TCR, MHC,CD分子等,分泌型 :抗体, 补体和细胞因子等,一、中枢免疫器官,1.骨髓 2.胸腺 3.腔上囊（鸟类）,1.骨髓,骨髓是各种免疫细胞的发源地。 是B细胞、K细胞、NK细胞成熟的场所。 抗体产生的主要部位。 与外周淋巴器官相比，骨髓可缓、持久地大量产生抗体。在再次免疫应答中发挥重要作用。,2.胸腺(Thymus),T细胞分化和成熟的场所。 生成

9、胸腺激素 胸腺素、胸腺生成素、淋巴细胞刺激因子等。 形成对自身抗原耐受性维持自身稳定,3.腔上囊,是位于禽类尾椎泄殖腔上方的一个囊状淋巴组织，也称法氏囊。 B细胞在腔上囊中分化成熟，切除会造成抗体缺陷。,二、外周免疫器官,1.淋巴结及淋巴小结 2.脾脏,1.淋巴结及淋巴小结,人体全身约有500-600个淋巴结（lymph node），主要位于非粘膜部位。 淋巴结内的淋巴细胞75%为T淋巴细胞，25%为B淋巴细胞。,淋巴管和淋巴结,淋巴小结,淋巴小结多在粘膜部位。 在未受抗原激刺前为初级淋巴滤泡，刺激后为次级淋巴滤泡。滤泡内主要为B细胞及其母细胞，还有巨噬细胞、树突状细胞和T细胞等。,2.脾脏,

10、为人体最大淋巴器官。 分为白髓和红髓。白髓、红髓交界处为移行区，是淋巴细胞和抗原物质进出的通道。 脾脏中B细胞占60%，T细胞约占40%。,三、免疫细胞,1.造血干细胞 2.淋巴细胞系 T细胞B细胞、NK细胞、LAK细胞、TIL细胞 3.单核吞噬细胞系统 4.其他抗原呈递细胞,B、T淋巴细胞,（1）B细胞： bone marrow中完成发育, 表达独特的抗原膜结合受体-一种抗体分子, 遇到抗原迅速分裂成子代：,a) 记忆细胞：长寿 表达与亲代细胞具有同一结合特性抗体,b) 效应细胞：浆细胞，存活几天 产生分泌型的可溶性抗体, B细胞受体单独识别抗原 但需要TH细胞提供信号才能分泌抗体,造血干细

11、胞,B细胞发育过程:,（2）T细胞： 迁移到thymus gland中完成后期发育, 表达抗原特异的膜受体T细胞受体 异二聚体 或两条蛋白链, 受与MHC结合的抗原刺激激活分化成： 记忆T细胞 各种效应T细胞, 两种：T助细胞或TH细胞（helper T cell） 激活后分泌淋巴因子激活B、Tc和吞噬细胞等 T胞毒细胞或Tc细胞（cytotoxic T cell） 监视病毒感染细胞、肿瘤和外来移植组织, T细胞识别与MHC结合的抗原,抗原,B细胞,浆细胞,识别抗原,增殖、分化,产生,与相应抗原特异性结合,抗体,第三节 免疫球蛋白,抗体（antibody, Ab）：是B细胞接受抗原剌激后增殖分

12、化为浆细胞，由浆细胞产生的一类能与相应抗原特异性结合的球蛋白 抗体的分布：主要分布于血清中，也分布于组织液及外分泌液中，如乳汁中，所以新生儿在一定时间内可由于获得母体乳汁内的抗体而获得免疫,免疫球蛋白（Ig）：具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白,一、免疫球蛋白的分子结构,（一）免疫球蛋白的基本结构,轻（L）链：每条由214个氨基酸组成,重（H）链：每条由450-550个氨基酸组成,二硫键,氨基端（N端）,羧基端（C端）,可变（V）区：LV、HV，各含3个 高变区（HVR）,恒定（C）区：CL、CH1、CH2、CH3,VL,VH,CL,CH1,CH2,CH3,绞链区：连接在CH1和CH2之

13、间,补体结合部位,Fc受体结合部位,抗体 ANTIBODY,CH,免疫球蛋白,（二）免疫球蛋白的功能区,L链可分为：VL、CL,H链可分为：VH、CH1、CH2、CH3、 （其中IgM、IgE还有CH4）,VL与VH：是结合抗原的部位。,CL、CH1：具有部分同种异型的遗传标志。,CH2或CH3：补体结合点，可激活补体经典 途经。,补体,抗原,CH3：可与细胞膜表面相应的Fc受体结合。,（三）免疫球蛋白（IgG）的水解片段,木瓜蛋白酶,Fab*2,Fc(可结晶片段),胃蛋白酶,F(ab,)2,pFc,（碎片）,Fab、 F(ab，) 2（抗原结合片段）,（四）抗体的分子类别 （Properti

14、es of Antibody Classes),可溶性(分泌型，sIg） ：体液中（血清、组织液、外分泌液）的可溶性抗体分子,膜结合型(membrane bound)：作为BCR作用于B细胞表面执行抗原识别、信号转导的功能。比sIg 多一个跨膜区和一个胞浆区。,IgG :分为IgG1、 IgG2、 IgG3和IgG4四个亚类。分子量最少（140-165KD）特性：血清中含量最高占Ig总量的75%-80%；半衰期最长约20-23天,Ab结合Ag后，Fab打开，暴露出补体结合部位,IgG是唯一能经胎盘输给胎儿的抗体,调理作用,参与ADCC,激活补体,通过胎盘,二、五类免疫球蛋白的特性与功能,IgM

15、:为五聚体，分子量最大（970KD），结合抗原多，活化补体和调理吞 噬的能力强于IgG。 产生最早，有助于感染性疾病的早期诊断和早期防御。,IgM由五个单体经J链连接成五聚体。,一个IgM可接合5-10个相应抗原决定基,由于产生最早，有助于早期诊断胎儿宫内感染,天然血型抗体为IgM，错误输血会导致溶血反应,IgA：分为血清型IgA（单体）和分泌型sIgA（二聚体） sIgA主要存在于胃肠道和支气管分泌液、初乳、唾液和泪液中，在粘膜局部抗感染中发挥重要的作用。并可通过母乳输给婴儿,sIgA的生成过程,分泌型IgA（sIgA）,哺乳,IgD：（单体）血清中浓度很低。其确切功能尚不清楚。 是B淋巴细

16、胞分化发育成熟的标志。,mIgM,mIgD,IgD为单体 功能不清,未成熟B细胞 仅表达mIgM,成熟B细胞可同时表达mIgM与mIgD,IgE：（单体）正常人血清中含量最少，半衰期最短（2天），产生最晚 。可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的Fc受体结合，引发I型超敏反应。 有抗寄生虫感染作用,单体,抗寄生虫感染,I型超敏反应 当过敏原初次进入机体，即可剌激B细胞产生IgE，并与细胞表面的IgE Fc受体结合；当相同过敏原再次进入机体，与IgE Fab结合即可导致细胞脱颗粒并释放生物活性物质，引发I型超敏反应。,Ig是蛋白质，可成为抗原，即具有抗原性 Ig分子本身也包含有多种不同的抗原表位，呈现

17、不同免疫原性（血清型） 由此Ig具有三种血清型：,三、抗体的抗原性(Antigenicity of Ig),同种型（isotype） 同种异型（allotype） 独特型（idiotype）,同种型（isotype）：是指在同一种动物不同个体之间同时存在不同类型的Ig，不表现出抗原性，只是在异种动物之间才表现出抗原性。,主要由C区决定，如Ig的类、亚类、型、亚型,同种异型（allotype）：指Ig在同种动物不同个体之间呈现出的抗原性。 由C区决定,是Ig的稳定遗传标志，可用于亲子鉴定。,独特型（idiotype）：又称个体基因型。是指由抗体分子的可变区（V区）呈现的抗原性。,四、人工制备抗体

18、的类型,由单一细胞增殖形成的细胞体群即为细胞克隆。,多克隆抗体 单克隆抗体,B细胞识别相应抗原决定基,活化增殖,分化,细胞克隆,产生,相应抗体,多克隆抗体的产生机理,用包含多种抗原决定基的抗原免疫动物，剌激多个B细胞克隆，即能产生针对多种抗原决定基的不同抗体的混合物，称为多克隆抗体。,单克隆抗体制备过程,由一个B细胞克隆产生的只识别一种抗原决定基的同源抗体，称单克隆抗体（McAb）。,五、免疫球蛋白基因及基因重排,（一）Ig的基因定位和结构 （二）Ig基因的重排和表达 （三）重排的机制,（一）Ig的基因定位和结构,1. Ig的基因定位 Ig基因有三个独立的多基因家族分别编码两种类型轻链（和）、

19、一个重链（H）,（小鼠6、16和12号染色体） （人类2、22和14号染色体）,人类Ig的重链根据稳定区的分子结构和抗原特异性的不同分别分为五类,2.Ig的基因结构,轻链基因家族的组成：L、V、J、C四类基因片段 Lleader segment V variable segment Jjioning segment Cconstant segment 重链家族：L、V、D、J、C五类片段 Ddiversity segment 高变区,Human antibody genes,（二）Ig基因的重排和表达,除B细胞以外的所有细胞都含有处于胚胎构象的免疫球蛋白基因，只有骨髓干细胞在分化为成熟B细胞的

20、过程中才出现免疫球蛋白基因的体细胞重排。 这种重排具有严格的顺序，也是B细胞不同成熟阶段的标记。,第一次重排,第一次重排发生在前B细胞中，由编码免疫球蛋白重链可变区的基因片段参与，使在种系中相互分离的片段，经重排后相互连接在一起，称为V-D-J连接，形成V-D-J复合体。 重链重排后，接着是轻链可变区基因的重排，形成V-J复合体。重轻链重排后转录成初级mRNA，经过加工剪切形成成熟的mRNA，并翻译成免疫球蛋白。,重链基因的重排、 RNA处理和蛋白 质表达的过程,轻链基因的重排、RNA处理 和蛋白质表达的过程,第二次重排抗体类别转换（antibody class awitching）,成熟B细

21、胞经抗原刺激后，分化发育成浆细胞，分泌抗体，所合成抗体可变区不变（即结合抗原的特异性相同），但其重链类别（恒定区）发生改变，即首先合成IgM，在多种因素影响下可转变为合成IgG、IgA或IgE等其他类别或亚类 Ig。 经过类别转换之后抗体亲和力增高（亲和力成熟）。 产生记忆B细胞。, C区导致的抗体类型的转换,免疫球蛋白产生的总结图,1、DJ重组,重链,轻链,5、VJ重组,8、膜IgM 膜IgD,9、分泌型IgM,10、换成IgG 或 IgA 或 IgE,等位基因排斥,是指一条染色体上Ig重链基因的有效重排，抑制另一条同源染色体重链基因重排的现象。,轻链同型排斥,当一个细胞中，链的基因发生功能

22、性重排后， 链的基因重排就被阻断的现象。,体细胞突变, 在体细胞原型球蛋白基因序列上发生的单个碱基突变, 、轻链和重链都发现有体细胞突变,（三）重组的分子机制, 利根川进（Tonegawa S） 1987 Nobel prize,1） 重组位点, 轻重链重组涉及相同的机理（特异位点）, V下游、J上游、D两侧存在保守的重组信号序列（RSS）, RSS: 共同的回文七核苷酸CACAGTG（与基因连接） 固定长度的间隔序列12bp或23bp 共同的富含A的九核苷酸ACAAAAACC, 轻链中：链V下游与J上游的RSS方向相反 (间隔序列12、23), D下游和J上游的RSS也有同样关系（12、23

23、）, 重链中：V下游与D上游的RSS方向相反(间隔序列23、12),链(间隔序列12、23),2）重组机制, 涉及链的断裂和重接, 重组酶基因 rag(recombination activating gene) 编码蛋白质RAG1和RAG2, RAG1和RAG2识别RSS之间所形成的二级结构, 重组只发生在间隔为12bp与23bp的不同RSS之间 1223规则,RAG1/RAG2识别的二级 结构, 不同的V片段与J-C的重组 （H链 V与D、D与J-C） 导致Ig多样性,组织相容性是指器官或组织移植时供者与受者相互接受的程度。 导致排斥反应的抗原称为组织相容性抗原。 （MHA） 能够对此抗原

24、进行快而强的排斥反应的免疫系统称为主要组织相容性系统MHS 人类MHA又称人类白细胞抗原（HLA）可表达于有核细胞表面。,第四节 主要组织相容性复合体（Page212）,编码MHS的基因群为主要组织相容性复合体MHC 同样，引起慢而弱的排斥反应的基因群称为次要组织相容性复合体mHC 编码HLA的基因群称为HLA复合体,MHC的意义,抗原特异性淋巴细胞不能识别游离或溶解状态的抗原，只识别MHC分子非共价结合的抗原。当抗原与MHC分子结合形成复合物并呈递到T细胞表面时，T细胞才能与带有MHC-抗原复合物的细胞相互作用，并被激活。抗原与类还是类分子结合，决定为激活的T细胞种类，也因此出现不同性质的免

25、疫应答,一、MHC基因区,分成三类基因区： 类基因：经典：B、C、A位点 非典型：E、F、G位点等 类基因：经典：DP、DQ、DR位点 非典型：DN、DM、DO位点等 类基因： C4、C2、B因子、TNF、HSP70等,定位：第6号染色体短臂（6p21,3）,根据编码分子不同分成三类： 类基因： K、D、L位点 -编码类分子的链 类基因： I位点 I-A亚区 - 编码类分子A和A链 I-E亚区 - 编码类分子E和E链 III类基因： S区（I区与D区之间）- 编码C4、C2、B因子及 TNF等 Ir基因 （免疫应答基因）：位于区 Ia抗原（I区相关抗原）：Ir基因编码产物,二、MHC分子的结构

26、,两条结合肽链,第五节 T淋巴细胞,来源：骨髓的淋巴样干细胞，在胸腺内 发育成熟，故称胸腺依赖性淋巴细胞。 功能：不仅负责细胞免疫，对B细胞参与的由TD-Ag诱导的体液免疫应答也起辅助和调节作用。,TCR-CD3复合物 CD4和CD8,一、T淋巴细胞表面分子及其作用,（一）TCR-CD3复合物,1. 概念：TCR-CD3复合物是T细胞抗原受体与一组CD3分子以非共价键结合而形成的复合物，是T细胞识别抗原和转导信号的主要单位 2. 功能：TCR特异识别由MHC分子提呈的抗原肽，而CD3转导T细胞活化的第一信号。,MHC参与加工提呈抗原,抗原提呈细胞,T淋巴细胞,HLA,抗原肽,T细胞受体,抗原,

27、3. TCR构成,四种肽链、构成的异二聚体 TCR（大多数） TCR（少数） 在末梢血主要为T细胞可占95%，而T细胞只占1%10%。T细胞为主要参予免疫应答的T细胞，两者特性和功能均不相同。,TCRT和TCRT细胞,TCR 分布 表型 识别抗原 MHC限制 功能,TCRT TCRT,极大多样性 60-70,外周淋巴组织 成熟CD2CD3CD4/CD8 817aa 经典MHC Th、Tc,较少多样性 5-15,粘膜上皮 成熟大多数CD2CD3 简单多肽、 HSP、脂类、多糖 MHC样分子 Tc,（二）CD4和CD8分子,CD4、CD8分子分别存在于不同的成熟T细胞的表面，属T细胞辅助受体(co

28、-receptor)。据此，T细胞可分成两大亚群：CD4+T细胞和CD8+T细胞。,二、T细胞的抗原识别,1.对APC表面递呈的MHCI类分子递呈肽复合物的识别 - 内源性抗原的递呈过程： 指胞浆内的抗原，经酶降解成小的肽片段，与MHC I类分子结合成复合物，然后转送到细胞膜表面，供CD8+ 杀伤性T细胞（Tc细胞）识别的过程。,内源性抗原处理与提呈,2.对APC表面递呈的MHC II类分子递呈肽复合物的识别 - 外源性抗原的递呈过程： 指抗原在囊泡系统内被酶降解成小肽片段，与MHCII类分子结合，运送到细胞表面，供CD4 辅助性T细胞（ Th细胞）识别的过程。,补体：存在于人或脊椎动物血清、

29、组织液及细胞膜表面，经活化后具有酶活性的一组蛋白质 含量约占血清总蛋白质的10%，且相对稳定，不受免疫剌激的影响因由30余种可溶性蛋白质与膜结合蛋白组成，故称为补体系统,第六节 补体（Complemnt;C）系统,补体的由三部分组成： 补体的固有成分：参与经典激活途径的成分（C1、C4、C2）；甘露聚糖结合凝集素激活途径的MBL；丝氨酸蛋白酶；参与旁路激活途径的成分（P、D、B因子）；共同：C3、C5C9 参与调节的成分（C1抑制物、I因子、H因子、C4结合蛋白等） 补体受体：CR1 5、C3aR、C2aR、C4aR,补体的组成,补体成分命名,固有成分：用C后加阿拉伯数字表示，如：C1,C4,C2等； 其他成分：用英文大写字母表示。如：B因子、D因子、P因子、H因子等； 裂解片段：小片段用a表示 - 如：C3a； 大片段用b表示 - 如：C3b,酶活性