第13章 适应性免疫应答的特点及其机制

1、.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 TelE-mail： QQ：705772657,.YJH,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。,.Y

2、JH,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。,.YJH,一、BCR多样性及其分子基础,.YJH,1、BCR胚系基因结构,基因库（链基因连锁群）第22号染色体,基因库（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,.YJH,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,.YJH,1、BCR胚系基因结构,编码轻链的基因还包括J基因片段,.YJH,1、BCR胚系基因结构

3、,重链基因除V、C、J基因外，还包括D基因片段,.YJH,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。,.YJH,1、BCR胚系基因结构,轻链V基因片段约30个，编码Ig轻链可变区CDR1、CDR2；,轻链J-C基因片段位于V基因下游，功能性片段约4个

4、，编码CDR3；,轻链基因的V、 J 、C基因群各含多个基因片段,.YJH,1、BCR胚系基因结构,轻链V基因片段约40个，编码Ig轻链可变区CDR1、CDR2；,轻链J-C基因片段位于V基因下游， 5个功能性和1个C，编码CDR3；,轻链基因的V、 J 、C基因群各含多个基因片段,.YJH,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,.YJH,（1）基因片段的重排,.YJH,.YJH,（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、

5、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。,.YJH,（2）重链轻链随机组合,理论上可产生：6000（120+200）=1.92 106个特异性Ig,.YJH,（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（junction diversity） ： 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

6、性，达3107个特异性Ig。,.YJH,（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 (affinity maturation）,.YJH,由 5 种6条多肽链组成，转导抗原激活信号,TCR- CD3复合分子,TCR识别抗原肽/MHC,免疫受体酪氨酸活化基序（immune receptor tyrosine-based activation motif，ITAM）,TCR复合物的组成,二、TCR多样性及其分子基础,.YJH,由 5 种6条多肽链组成，转导

7、抗原激活信号,TCR- CD3复合分子,TCR识别抗原肽/MHC,免疫受体酪氨酸活化基序（immune receptor tyrosine-based activation motif，ITAM）,TCR复合物的组成,二、BCR胚系基因结构,.YJH,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。,.YJH,TCR和BCR的相似之处,TCR结构与免疫球蛋白的Fab类似,.YJH,1、TCR胚系基因结构,.YJH,TCR的基因的组成方式与免疫球蛋白基因基本一样。 和链基因类似轻链，有V和J基因片段。 和链基因类似

8、重链，有VDJ基因片段。,TCR的胚系基因结构（ 、链基因在第7号染色体上， 、链基因在第14号染色体上）,.YJH,.YJH,TCR也是通过体细胞重排变为多样性的,.YJH,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。,.YJH,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。,.YJH,编码TCR 链的D基因片段有两处，这样会增加其有效重排的机会,.YJH,编码链的J基因片段有多个，也会增加有效重排的机会,.YJH,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

9、，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。,.YJH,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。,.YJH,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。,.YJH,2、Tm细胞的表性特征,CD45RO阳性 初始T细胞CD45RA阳性,.YJH,3、 Tm产生更快更强更有效的免疫效应,Tm细胞

10、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。,.YJH,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MHC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； 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。,.YJH,二、B细胞介导的免疫

11、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MHC类分子水平比初始B细胞高。 抗体亲和力和MHC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。,.YJH,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。,.YJH,第3节 免疫应答的耐受性,.YJH,一、免疫耐受的概念及特性,1、免疫耐受（immunolog

12、ical tolerance） 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。,.YJH,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）。,.YJH,（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（complete immunotolerance）； 不完全耐受：仅出现T细胞或B细胞耐受称为不完全耐受（partial immunotolerance）。,.Y

13、JH,T细胞耐受和B细胞耐受的比较,.YJH,（3）免疫耐受、免疫缺陷和免疫抑制,免疫耐受（Immunological tolerance）：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（Immunological Suppression）：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。,.YJH,免疫耐受与免疫抑制的区别,.YJH,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A

14、PC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。,.YJH,（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10100

15、 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。,.YJH,低带(low-zone)及高带(high-zone)耐受,.YJH,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。,.YJH,（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。,.YJH,（4）与抗原相关的其它因素,抗原辅以佐剂易诱导免

16、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。,.YJH,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,.YJH,（1）免疫系统发育成熟程度,胚胎期的免疫耐受,.YJH,（1）免疫系统发育成熟程度,新生期的免疫耐受,.YJH,（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。,.YJH,（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。,.YJH,

17、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。,.YJH,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,.YJH,免疫耐受机制的克隆清除学说,.YJH,阳性选择,CD4+CD8+T细胞,胸腺基质细胞表面MHC类分子,胸腺基质细胞表面MHC分子,胸腺基质细胞表面MHC类分子,结合,结合,不结合,CD8+T细胞,CD4+T细

18、胞,分化,分化,发生凋亡被清除,胸腺皮质,.YJH,2、T细胞发育的阴性选择,胸腺基质细胞表面MHC类分子,胸腺基质细胞表面MHC分子,结合,结合,发生凋亡被清除,进入胸腺髓质,CD8+T细胞,CD4+T细胞,经阴性选择清除自身反应性T细胞克隆获中枢性免疫耐受,.YJH,1、中枢发育,.YJH,克隆流产,Nossal1974年提出B细胞克隆流产学说： 骨髓B细胞发育早期，若前B细胞在发育为B细胞之前接触抗原，则B细胞发育即终止，导致B细胞中枢耐受。 Vitta1975年提出BCR抑制学说： 未成熟的B细胞表面表达mIgM接触抗原可启动胞内抑制信号，抑制mIgM继续表达，使抗原特异性B细胞虽未死

19、亡，但不再对相应抗原产生应答，形成克隆失能。,.YJH,2、外周免疫耐受,概念： 是指成熟的T及B细胞遇内源性或外源性抗原，不产生正免疫应答，而显示免疫耐受。,.YJH,克隆清除及免疫忽视,克隆清除（deletion）： T细胞克隆的TCR对组织特异自身抗原具有高亲和力，且这种组织特异自身抗原浓度高者，则经抗原提呈细胞（APC）提呈，致此类T细胞克隆清除。 免疫忽视（immunological ignorance）： T细胞克隆的TCR对组织特异自身抗原的亲和力低，或这类自身抗原浓度很低，经APC提呈，不足以活化相应的初始T细胞，这种自身应答T细胞克隆与相应组织特异抗原并存，在正常情况下，不引

20、起自身免疫病的发生。,.YJH,克隆失能的机制,.YJH,（二）外周耐受机制 在外周免疫器官，成熟的T和B淋巴细胞遇到自 身或外源性抗原形成的耐受。 产生机制： 1.自身反应性淋巴细胞的克隆无能； 2.活化诱导自身反应性淋巴细胞死亡； 3.调节性T细胞的作用； 4.独特型网络的致耐受作用； 5.淋巴细胞移行限制。,.YJH,1.自身反应性淋巴细胞的克隆无能 T和B细胞的活化需要包括来自抗原、共刺激分子和细胞因子等多种刺激信号的作用。其中某种活化刺激信号的缺失或无功能，均可导致T、B细胞不能活化，处于无能状态。 （1）T细胞克隆无能,.YJH,.YJH,T细胞克隆无能,.YJH,（2）B细胞克隆

21、无能 在无T细胞辅助情况下,自身反应性B细胞对外周可溶性自身抗原处于免疫无能状态。,B细胞克隆无能,.YJH,2.活化诱导自身反应性淋巴细胞死亡 (activation induced cell death, AICD),.YJH,3.调节性T细胞的作用 外周自身反应性T，B细胞的活化受调节性T细胞的抑制，维持自身耐受。,调节性T细胞的抑制作用,.YJH,4.独特型网络的致耐受作用 可能机制： 大量抗id抗体能造成独特型阳性B细胞耗尽。 独特型抗体可作用于T、B细胞上的独特型抗原决定簇，使T、B细胞耐受。 自身抗id抗体还可与B细胞上的抗原受体结合而抑制抗体产生。 大量抗id抗体的存在可诱导T

22、reg产生抑制性细胞因子。,.YJH,5. 淋巴细胞移行限制 （1）未活化的自身反应性淋巴细胞仅表达L-选择素和CD45RA等黏附分子不能穿过血管壁进入外周组织,自身反应性淋巴细胞很少有机会接触外周组织中的自身抗原。 （2）与自身抗原接触的B细胞失去进入淋巴滤泡的能力，从而失去产生针对自身抗原的抗体能力。,.YJH,.YJH,三、免疫耐受的临床意义,免疫耐受与临床疾病的发生、发展及转归密切相关。生理性的免疫耐受对自身组织抗原不应答，不发生自身免疫疾病；病理性的免疫耐受，对感染的病原体或肿瘤细胞抗原不产生特异免疫应答，不能执行免疫防卫功能，则疾病发展及迁徙。为临床治疗目的，打破或建立免疫耐受，多处于临床前实验阶段。,.YJH,建立免疫耐受 治疗移植排斥反应和自身免疫病等 1.口服免疫原 口服免疫原，可致局部肠道粘膜特异免疫，而抑制全身免疫应答。 应用： 口服 自身碱性髓鞘蛋白(MBP)缓解EAE 口服 热休克蛋白HSP65诱导Treg细胞 治疗类风湿性关节炎(RA),.YJH,.YJH,建立免疫耐受 2.静脉注射抗原 静脉注射单体抗原，能诱导免疫耐受。 3.移植骨髓及胸腺 在T及B细胞分化发育阶段，接触适量抗原，可通过阴性选择，诱导耐受。 剌激造血，增强阴性选择；恢复中枢耐受。 4.转染基因 将供者同种异型基因转染入受者骨髓干细胞，移植此类供者器官，则不被排斥。,.YJH,5.