免疫系統(tǒng)與功能

普通生物學(xué)授課教師：劉勇yliu@11.免疫系統(tǒng)與免疫功能人體對(duì)抗感染的非特異性防衛(wèi)適應(yīng)性免疫（免疫應(yīng)答）免疫系統(tǒng)的功能異常免疫(Immunity)：機(jī)體針對(duì)外源物質(zhì)的一種反應(yīng)，其作用是識(shí)別和排除抗原性異物，以此維持機(jī)體的生理平衡。免疫系統(tǒng)（immunesystem）:是由具有免疫功能的組織、器官、細(xì)胞及免疫活性分子等組成，是機(jī)體免疫機(jī)制發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。免疫和免疫系統(tǒng)英國(guó)醫(yī)生Jenner在1796年首創(chuàng)接種牛痘預(yù)防天花。

據(jù)記載，宋朝（1000s）就接種“人痘”預(yù)防天花。

1870s,巴斯德和柯赫系統(tǒng)地用弱毒疫菌接種,預(yù)防羊炭疽病，雞霍亂，狂犬病等傳染病。

1978年世界衛(wèi)生組織宣布，人類(lèi)消滅了天花。2011年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家布魯斯·博伊特勒、生于盧森堡的法國(guó)籍科學(xué)家朱爾斯·霍夫曼和加拿大科學(xué)家拉爾夫·斯坦曼發(fā)現(xiàn)免疫系統(tǒng)激活的關(guān)鍵原理非特異性免疫的定義:是機(jī)體的一般生理防衛(wèi)功能,是在種系發(fā)育過(guò)程中形成的，由先天遺傳而來(lái)，是防衛(wèi)任何外界異物對(duì)機(jī)體的侵入而不需要特殊的刺激或誘導(dǎo)。非特異性免疫的種類(lèi)：生理的屏障結(jié)構(gòu)、吞噬細(xì)胞的吞噬功能、正常組織和體液中的抗菌物質(zhì)、保護(hù)性炎癥反應(yīng)11.1人體對(duì)抗感染的非特異性免疫11.1.1人體對(duì)病原體的第一道防線

——體表的屏障屏障結(jié)構(gòu)：皮膚與粘膜：物理屏障、化學(xué)防御a.機(jī)械的阻擋和排出b.分泌物中化學(xué)物質(zhì)有局部抗菌作用c.正常菌群的拮抗作用皮膚和屏障結(jié)構(gòu)皮膚表面的環(huán)境不適合病原體生長(zhǎng)或生存：角質(zhì)化、油脂、酸堿度、溶菌酶，這主要是靠皮膚表面的代謝特性和共生的微生物菌群。11.1.2人體對(duì)病原體的第二道防線

——體內(nèi)的先天免疫局灶性炎癥反應(yīng)補(bǔ)體系統(tǒng)干擾素1局灶性炎癥反應(yīng)炎癥反應(yīng)：機(jī)體對(duì)局部感染所產(chǎn)生的非特異性反應(yīng)?，F(xiàn)象：疼痛、發(fā)紅、腫脹和發(fā)熱。炎癥是機(jī)體的一種抗病反應(yīng)對(duì)機(jī)體有利方面局部更多的氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；組織代謝和抗擊力增加；稀釋或中和毒素；不利方面機(jī)體損傷功能受損滲出的纖維蛋白原凝結(jié)而成假膜；吞噬細(xì)菌和壞死崩解的細(xì)胞碎屑；修復(fù)缺損。原因：細(xì)菌入侵，組織釋放舒緩激肽和組織胺，通透性增加，皮膚變紅。蛋白質(zhì)和體液滲到組織間隙，局部腫脹。吞噬細(xì)胞受損傷部位吞噬細(xì)菌，產(chǎn)生膿（致病原、組織細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞等的混合物）。體溫升高，吞噬作用加強(qiáng)。破損細(xì)胞釋放組織胺炎癥局部出現(xiàn)紅、腫、熱、痛白細(xì)胞吞噬細(xì)菌溫度反應(yīng)發(fā)熱(fever)：巨噬細(xì)胞與入侵微生物相遇，會(huì)釋放一種調(diào)節(jié)因子白細(xì)胞介素1

，與一種細(xì)菌外毒素致熱原隨血液循環(huán)到腦的下丘腦部位，升高正常的溫度調(diào)節(jié)點(diǎn)（37℃），導(dǎo)致發(fā)熱。發(fā)熱刺激機(jī)體的吞噬作用，減少血液中鐵的含量。2補(bǔ)體系統(tǒng)補(bǔ)體：存在于正常人和動(dòng)物血漿中的一組與免疫有關(guān)的、具有酶活性的球蛋白。因其是抗體發(fā)揮溶細(xì)胞作用的必要補(bǔ)充條件，故被稱(chēng)為補(bǔ)體。補(bǔ)體以酶原形式存在，能被任何抗原和抗體的復(fù)合物所激活。補(bǔ)體系統(tǒng)：由約20種不同的蛋白質(zhì)組成，包括補(bǔ)體、參與補(bǔ)體激活的各種成分和其激活過(guò)程中其調(diào)節(jié)作用的各種因子。激活后的補(bǔ)體，具有溶解細(xì)胞膜、殺滅病毒、促進(jìn)吞噬細(xì)胞的吞噬和釋放組胺促進(jìn)炎癥反應(yīng)等多項(xiàng)功能。甘露糖結(jié)合凝集素MBL補(bǔ)體的活化3干擾素在病毒入侵后細(xì)胞產(chǎn)生干擾素，作用于同種細(xì)胞,使后者獲得抗病毒能力。干擾素：具有廣譜的抗病毒作用。脊椎動(dòng)物的細(xì)胞內(nèi)存在有合成干擾素的基因，病毒感染后會(huì)誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生干擾素。能抑制病毒復(fù)制增殖。干擾素的作用機(jī)理受感染細(xì)胞核中干擾素基因表達(dá)產(chǎn)生干擾素活化相鄰細(xì)胞表達(dá)抗病毒蛋白，阻止病毒在該細(xì)胞中的復(fù)制和增殖11.1.3淋巴系統(tǒng)在抗感染時(shí)的決定性作用1免疫器官骨髓:各種血細(xì)胞生成場(chǎng)所。胸腺：T淋巴細(xì)胞成熟場(chǎng)所。脾臟：貯存淋巴細(xì)胞的場(chǎng)所。淋巴結(jié)和淋巴管：構(gòu)成淋巴細(xì)胞貯存運(yùn)輸系統(tǒng)。

中樞免疫器官中樞免疫器官是免疫細(xì)胞發(fā)生、分化和成熟的場(chǎng)所骨髓:多能造血干細(xì)胞(HSC),分化為髓樣干細(xì)胞和淋巴干細(xì)胞。淋巴干細(xì)胞分化:Ｔ淋巴細(xì)胞、Ｂ淋巴細(xì)胞（亦稱(chēng)Ｔ、Ｂ細(xì)胞）、NK細(xì)胞及部分樹(shù)突狀細(xì)胞。髓樣干細(xì)胞分化出單核巨噬細(xì)胞、粒細(xì)胞、血小板、紅細(xì)胞等。胸腺：是T細(xì)胞分化和成熟的地方，分化成輔助性Ｔ細(xì)胞（Ｔh）和細(xì)胞毒性Ｔ細(xì)胞（Ｔc）。外周免疫器官外周免疫器官包括淋巴結(jié)、脾臟、扁桃體、腸系粘膜及皮膚淋巴系統(tǒng)等。T、B淋巴細(xì)胞的定居場(chǎng)所、免疫應(yīng)答部位。中樞免疫器官產(chǎn)生的T、B淋巴細(xì)胞在外周免疫器官——脾臟和淋巴結(jié)等處定居，遇抗原刺激后開(kāi)始增殖、分化為致敏淋巴細(xì)胞或產(chǎn)生抗體的漿細(xì)胞，以執(zhí)行其免疫功能。淋巴細(xì)胞再循環(huán)初始T、B淋巴細(xì)胞(未接觸抗原，骨髓和胸腺)血液循環(huán)經(jīng)毛細(xì)血管外周淋巴組織淋巴管血液。免疫細(xì)胞免疫細(xì)胞來(lái)自于骨髓中造血干細(xì)胞的兩大譜系：即淋巴干細(xì)胞和骨髓干細(xì)胞譜系。前者發(fā)育成各種淋巴細(xì)胞。后者分化發(fā)育成粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、單核吞噬細(xì)胞。除了T細(xì)胞、B細(xì)胞外，還有K細(xì)胞和NK細(xì)胞執(zhí)行殺傷異物，保護(hù)機(jī)體的任務(wù)。此外還有各種粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、單核吞噬細(xì)胞。免疫細(xì)胞

B－細(xì)胞T－細(xì)胞

來(lái)源

骨髓骨髓

成熟

骨髓胸腺

壽命

幾天至十幾天幾年

占白細(xì)胞總數(shù)

20％80％

功能

體液免疫（抗體）細(xì)胞免疫T淋巴細(xì)胞:Ｔ淋巴細(xì)胞執(zhí)行細(xì)胞免疫的任務(wù)。經(jīng)抗原致敏后才能成為成熟的效應(yīng)細(xì)胞細(xì)胞毒T細(xì)胞(cytotoxicTcell,Tc)輔助性T細(xì)胞(helperTcell,Th)B細(xì)胞：在骨髓（bonemarrow)內(nèi)分化成熟。Ｂ細(xì)胞被抗原致敏后分化成二種細(xì)胞：漿細(xì)胞、記憶細(xì)胞。每一種B細(xì)胞只能認(rèn)識(shí)一種抗原。

B細(xì)胞活化后成為漿細(xì)胞T－細(xì)胞攻擊并殺死癌細(xì)胞免疫分子：免疫細(xì)胞的表面蛋白主要組織相容性復(fù)合體(MHC)，是一組特異的糖蛋白分子，分為I、II類(lèi)抗原—人體細(xì)胞的”自我”標(biāo)志。MHC-I和MHC-II類(lèi)具有抗原提呈功能，直接涉及T細(xì)胞的激活和分化，參與調(diào)控特異性免疫應(yīng)答。白細(xì)胞分化抗原（CD分子）T細(xì)胞抗原識(shí)別受體（TCR)B細(xì)胞抗原識(shí)別受體（BCR)11.2適應(yīng)性免疫（免疫應(yīng)答）

——第三道防線免疫應(yīng)答：抗原進(jìn)入機(jī)體刺激免疫細(xì)胞活化、增殖、分化，產(chǎn)生免疫物質(zhì)發(fā)揮免疫效應(yīng)，將抗原破壞、清除的整個(gè)過(guò)程?？乖嚎梢允箼C(jī)體產(chǎn)生適應(yīng)性免疫應(yīng)答的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、大分子多糖等，相對(duì)分子量在1萬(wàn)以上。適應(yīng)性免疫：是生物體在與外來(lái)侵害物作用之后才獲得的免疫性。這種獲得的免疫性對(duì)誘發(fā)的抗原有特異性，所以又稱(chēng)獲得的特異性免疫。包括B細(xì)胞產(chǎn)生的抗體介導(dǎo)的體液免疫和T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫。適應(yīng)性免疫的特點(diǎn)特點(diǎn)：專(zhuān)一性（識(shí)別自身和外物）記憶性放大性記憶性的來(lái)源是因?yàn)榧せ詈蟮拿庖呒?xì)胞中一部分變成記憶細(xì)胞。適應(yīng)性免疫的過(guò)程感應(yīng)階段：識(shí)別異己反應(yīng)階段：淋巴細(xì)胞增殖效應(yīng)階段：效應(yīng)細(xì)胞、記憶細(xì)胞兩種免疫機(jī)制細(xì)胞免疫：靠T淋巴細(xì)胞（產(chǎn)生抗體）進(jìn)行免疫的方式。體液免疫：靠B淋巴細(xì)胞進(jìn)行免疫的方式。11.2.1細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答（細(xì)胞免疫）T細(xì)胞是細(xì)胞免疫的主要細(xì)胞，由T細(xì)胞直接完成免疫反應(yīng)。直接針對(duì)入侵的病原體、被病原體感染的細(xì)胞和癌細(xì)胞、器官移植的異體細(xì)胞。分類(lèi)：Tc細(xì)胞，Th細(xì)胞和抑T細(xì)胞。免疫的機(jī)理：巨噬細(xì)胞完成抗原呈遞作用后，T細(xì)胞識(shí)別不同于自身的MHC，從而進(jìn)行攻擊。Tc細(xì)胞分泌蛋白質(zhì)性質(zhì)的穿孔素，使靶細(xì)胞溶解而死亡。其作用是消滅抗原。助T細(xì)胞（誘導(dǎo)細(xì)胞），可識(shí)別與巨噬細(xì)胞MHC結(jié)合的外來(lái)抗原。結(jié)合的結(jié)果是巨噬細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素Ⅰ，刺激助T細(xì)胞產(chǎn)生白細(xì)胞介素Ⅱ，刺激產(chǎn)生更多的胞毒T細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞。抑T細(xì)胞在抗原消滅殆盡時(shí)，發(fā)揮作用，抑制淋巴細(xì)胞（B淋巴細(xì)胞和其他T細(xì)胞）的活動(dòng)。11.2.2抗體介導(dǎo)的免疫應(yīng)答（體液免疫）體液免疫應(yīng)答是也稱(chēng)B淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，是指B淋巴細(xì)胞在抗原刺激下活化、增殖為漿細(xì)胞產(chǎn)生抗體所發(fā)生的特異性免疫效應(yīng)的過(guò)程。病原體侵入血液、淋巴液或組織液時(shí)（即細(xì)胞外），體液免疫起關(guān)鍵作用。主要對(duì)細(xì)胞外的病原體和毒素。體液免疫步驟第一步：B細(xì)胞活化產(chǎn)生漿細(xì)胞和記憶細(xì)胞第二步：在巨噬細(xì)胞和助T細(xì)胞的作用下，B細(xì)胞更強(qiáng)烈的產(chǎn)生漿細(xì)胞和記憶細(xì)胞。特點(diǎn):產(chǎn)生高效而短命的漿細(xì)胞，產(chǎn)生壽命長(zhǎng)的記憶細(xì)胞漿細(xì)胞產(chǎn)生抗體記憶細(xì)胞主要與二次免疫反應(yīng)有關(guān)。反應(yīng)更快更強(qiáng)特異性免疫反應(yīng)的專(zhuān)一性和記憶性抗體抗體：是機(jī)體免疫系統(tǒng)受抗原刺激后產(chǎn)生的，并能與抗原特異性結(jié)合的球蛋白。存在：主要存在與血清中，在淋巴液和外分泌液中也存在。分類(lèi)：按重鏈恒定區(qū)的成分、結(jié)構(gòu)和抗原性不同，分為IgG、IgA、IgM、IgD、IgE五類(lèi)?？贵w分子電鏡三維圖結(jié)構(gòu)：“Y”形分子，4個(gè)肽鏈，兩重兩輕，以二硫鍵聯(lián)合，分變異和恒定部分，但結(jié)構(gòu)有差異?？贵w的種類(lèi)IgG：血清含量最高（75%），分子量最小，唯一通過(guò)胎盤(pán)的Ig，新生兒抗感染抗體、參與自身免疫、超敏反應(yīng)。IgM：合成最早，分子量最大，具有強(qiáng)大的調(diào)理、激活補(bǔ)體及殺菌吞噬作用，參與自身免疫、超敏反應(yīng)。IgA：存在于乳汁、唾液及外分泌液中，進(jìn)入黏膜表面，中和感染因子，因此為粘膜局部免疫，母乳中含量最多。IgE：引起速發(fā)型過(guò)敏反應(yīng)。IgD：為B細(xì)胞的分化受體?？贵w的功能抗體本身并不直接殺死入侵的病原物，它是通過(guò)活化互補(bǔ)的蛋白質(zhì)系統(tǒng)和作為分子標(biāo)記而使病原體成為免疫細(xì)胞攻擊的目標(biāo)，最終使病原體分解。初次免疫應(yīng)答弱，產(chǎn)生記憶細(xì)胞。再次免疫應(yīng)答激活B記憶細(xì)胞，免疫應(yīng)答強(qiáng)?？贵w與抗原形成特異結(jié)合，再通過(guò)下列反應(yīng)消滅抗原：中和反應(yīng)：抗體結(jié)合抗原以便吞噬細(xì)胞吞噬。聚集反應(yīng)：抗體是雙價(jià)的，可以使抗原聚集，以便吞噬。沉淀反應(yīng)：抗體結(jié)合后，使可溶性抗原大分子沉淀，以便吞噬。活化補(bǔ)體：抗體結(jié)合在細(xì)菌細(xì)胞表面，F(xiàn)c結(jié)合并活化一系列補(bǔ)體，活化了的補(bǔ)體分子在細(xì)菌細(xì)胞膜上打個(gè)洞，使后者裂解死去。

中和反應(yīng)聚集反應(yīng)沉淀反應(yīng)活化補(bǔ)體抗體的多樣性編碼抗體L鏈可變區(qū)的基因，有三組基因:

V基因有400種拷貝

J基因有5種拷貝

C基因有2種拷貝

這樣，L鏈可變區(qū)的編碼基因可能有的組合方式400x5x2＝4x103

種編碼H鏈可變區(qū)的基因，有四種基因:

V基因有400種拷貝

J基因有5種拷貝

D基因有10種拷貝

C基因有8種拷貝

這樣，H鏈可變區(qū)的編碼基因可能有的組合方式：400x5x10x8＝1.6x105

種

L和H合在一起，可能出現(xiàn)的組合方式：4x103x1.6x105＝6.4x108種

再加上個(gè)體可能發(fā)生的突變，各種組合總數(shù)可達(dá)：109－1010種

這樣天文數(shù)字的可能的抗體結(jié)構(gòu)，足以應(yīng)付各種抗原結(jié)構(gòu)。

抗體多樣性的基因基礎(chǔ)免疫學(xué)的實(shí)際應(yīng)用1、人工免疫和生物制品

通過(guò)注射、口服等方法使人體攝入抗原類(lèi)或抗體類(lèi)物質(zhì)，使人體增強(qiáng)對(duì)外來(lái)入侵的免疫能力，稱(chēng)為人工免疫。人工自動(dòng)免疫——生物制品促使人體產(chǎn)生特異免疫能力

注射抗原，使人體“主動(dòng)地”產(chǎn)生特異抗體。持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)?？ń槊纭装倨埔呙?、傷寒疫苗、脊髓灰質(zhì)炎疫苗、人工被動(dòng)免疫生物制品——向人體提供特異的或非特異的免疫能力。

注射含抗體成份的抗血清，使人體“被動(dòng)地”獲得特異的或非特異的抵抗能力。作用快，持續(xù)時(shí)間短。抗狂犬病毒血清抗乙肝病毒血清抗破傷風(fēng)毒素血清胎盤(pán)球蛋白2.免疫技術(shù)用于疾病治療器官移植要求免疫抑制

環(huán)胞菌素作為良好的免疫抑制劑，已廣泛用于器官移植。癌癥的免疫治療免疫活性細(xì)胞在治療癌癥發(fā)揮威力發(fā)揮威力：黑色素瘤病人病灶中取出癌塊，從中分離T－細(xì)胞。培養(yǎng)增值后，將T細(xì)胞再注回病人體內(nèi)。兩個(gè)月后，療效顯示出來(lái)。

3.單克隆抗體是實(shí)驗(yàn)室和臨床中的強(qiáng)有力的工具克隆抗體：由單一克隆B細(xì)胞或者雜交瘤細(xì)胞產(chǎn)生的、只作用于某一種抗原表位的高度特異性抗體稱(chēng)為單克隆