1 免疫器官免疫器官是指实现免疫功能的器官和组织, 因为这些器官的主要成分是淋巴组织, 故也称淋巴器官 免疫器官 ( immunologic organ ), 按功能不同分为两类 : 中枢淋巴器官, 由骨髓及胸腺组成, 主要是淋巴细胞的发生 分化 成熟的场所, 并具有调控免疫应答的功能 ; 周围淋巴

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1 免疫学讲义 张顺利 免疫学起源于抗感染的研究, 成熟于免疫生物学的发展和对机体识别 自己 与 非己 功能的认识 11 世纪, 中国南宋时期, 人痘苗的创造性发明, 标志着一门新的学科 免疫学的诞生 ;18 世纪, 英国医生 Jerner 发明的牛痘苗使人类最终征服了天花, 并煅铸了生物制品历史的里程碑 之后, 她的科学和哲学思想, 在 Berhing( 德 ) Ehrlich( 德 ) Metchnikoff( 俄 ) Burnet( 澳 ) Jerne( 丹 ) Doherty( 美 ) Zinkernagel( 瑞 ) 等一代代免疫学家之间血脉承继, 薪火相传, 并推动着免疫学飞速发展, 日臻完善 但艾滋病 SARS 禽流感 排斥反应 肿瘤... 仍然是免疫学急需征服的重大问题 通过免疫应答的形式, 以识别和排除抗原性异物为己任的免疫系统, 不仅其内部存在着精细的调控机制, 而且也必然与神经系统和内分泌系统之间发生错综复杂的联系 ; 思考这种联系并就此进行的研究, 使我们进一步加深了对机体生理功能活动整体性的理解, 极大地丰富了对机体内环境稳定机制的认识 当前, 免疫学正以一种极富生命力的 基础研究 - 应用研究 - 高科技开发 的模式飞速发展 如果把她看作是一幅正在描绘的巨幅画卷, 站在她面前, 我们能时刻感受到她不断展现的精彩纷呈的变化, 我们也应该为她增辉添彩 本网络课程将带你去领略日新月异的免疫学知识之浩瀚 悠久的历史源远流长, 腾飞的今日举世瞩目, 辉煌的历程群星闪烁, 卓越的成就前景无限 祝你心情舒畅, 学习愉快 第一章绪论 简介 1979 年 10 月 26 日那是个极其特殊的日子, 因为在这一天世界卫生组织庄严宣告 : 全世界已经消灭了 天花 天花是一种由病毒引起的烈性传染病, 数千年来, 难以计数的人因天花而丧生 在这个病魔一次次肆虐的日子里, 无数的家庭妻离子散, 家破人亡 ; 无数的城市和乡村尸陈遍野, 白骨如山 今天, 由天花造成的那个 千村薜荔人遗尸, 万户萧疏鬼唱歌 的时代终于一去不复返了 人类之所以能消灭天花, 那是因为有了免疫学 第一节免疫学概念一 免疫与免疫学的基本概念免疫 ( immunity ) 一词来源于拉丁文 immunis, 其原意是 免除服役 或 免除税收 在微生物学和医学中引用时, 是指 免除疫患 之意, 即机体对传染病的抵抗力 免疫学起源于抗感染的研究, 是时, 主要研究传染病的免疫学诊断 治疗和预防等方面 进入 20 世纪后, 人们发现, 血型不符的两个个体输血时, 会出现严重的输血反应, 而两个个体血型相符者, 彼此则可以输血 ; 自体植皮成功, 异体植皮排斥 这种现象说明, 机体具有识别 自己 或 非己 物质的能力, 是自己的物质接受, 不是自己的物质排斥 ; 进人机体的抗原性异物, 除病原生物外, 亦可以是其他成分 ; 机体产生的免疫应答, 除免疫防御外, 也有对机体造成损害的一面 再者, 临床中出现的一些免疫性疾病, 仅用免疫防御也是无法解释的, 如青霉素半抗原进入体内与特异性抗体的免疫反应所引起的过敏, 显然不能应用抗感染免疫来解释 因此说, 传统免疫的概念是陈旧的 不全面的 现代免疫概念认为 : 免疫是机体识别和排除抗原性异物, 维持自身稳定和平衡的一种生理功能, 通常对机体有利, 某些条件下也可对机体造成损害 免疫学是研究机体免疫系统 ( immune system ) 组织结构和生理功能的一门基础科学, 内容包括免疫系统的组成与结构特点 免疫系统的生理功能 二 免疫系统的组成和功能 ( 一 ) 免疫系统的组成免疫系统包括免疫器官 无被膜淋巴组织 免疫细胞以及免疫分子等 免疫器官 免疫细胞和免疫分子相互关联 相互作用, 共同协调, 完成机体免疫功能 第 1 页共 61 页

2 1 免疫器官免疫器官是指实现免疫功能的器官和组织, 因为这些器官的主要成分是淋巴组织, 故也称淋巴器官 免疫器官 ( immunologic organ ), 按功能不同分为两类 : 中枢淋巴器官, 由骨髓及胸腺组成, 主要是淋巴细胞的发生 分化 成熟的场所, 并具有调控免疫应答的功能 ; 周围淋巴器官, 由淋巴结 脾脏及扁桃腺等组成, 成熟免疫细胞在这些部位执行应答功能 2 免疫细胞免疫细胞 ( immunpcyte ) 是泛指所有参与免疫反应的细胞及其前身, 包括造造血干细胞 淋巴细胞 单核巨噬细胞 树突状细胞和粒细胞等 免疫细胞可分为以下几大类 : ( 1 ) 淋巴细胞, 包括 T 细胞, B 细胞, NK 细胞等 ( 2 ) 辅佐细胞, 包括巨噬细胞, 树突状细胞 ( 既抗原提呈细胞 ) 等 ( 3 ) 其它细胞, 包括肥大细胞, 有粒白细胞等 3 免疫分子免疫分子分为膜型和分泌型两类, 膜型包括 BCR ( B 细胞识别抗原的受体 ), TCR ( T 细胞识别抗原的受体 ), MHC 分子 ( 主要组织相容性基因复合体 ), CD 分子 ( 白细胞分化抗原 ) 等 分泌型包括抗体 补体和细胞因子等 ( 二 ) 免疫系统的功能免疫系统的生理功能主要有免疫防御 免疫稳定和免疫监视 免疫防御是指机体的免疫系统在正常情况下, 能有效地抵御外来病原生物的侵袭, 并能消除感染 当这种抗菌素感染免疫反应强烈时, 可引起超敏反应, 过低时, 可引起持续感染或免疫耐受 免疫稳定, 是指机体的各种免疫细胞, 能清除自身体内的一些异常细胞, 消除其对机体正常生理功能的影响, 维持自身内环境的稳定性 当免疫稳定异常时, 可损伤正常组织出现自身免疫病 免疫监视指清除体内突变的细胞 该功能失调时, 机体可出现恶性肿瘤 第二节免疫学发展史免疫学科的形成与发展大致经历了四个时期 :1 免疫学经验时期 ( 11~17 世纪 ); 2 经典免疫学时期 ( 18 世纪末到 20 世纪中叶 );3 近代免疫学时期 ( 20 世纪中叶 );4 现代免疫学时期 ( 20 世纪 60 年代至今 ) 一? 免疫学经验时期我国早在南宋时期 ( 11 世纪 ), 就创造性地发明了人痘苗, 用人工轻度感染的方法, 达到预防天花的目的, 这是医学史上的一项伟大贡献 到了 16 世纪, 人痘法有了重大进展, 人们将人痘苗 ( 时苗 ) 反复传代, 连种 7 次, 即为种苗 种苗抗原性保存而毒性较弱, 使用时无甚危险, 却有预防天花的效果 到了 17 世纪, 不但我国已普遍使用人痘苗预防天花, 也很快传人俄国 朝鲜 日本等国 后又经俄国传人土耳其 1721 年, 英国驻 ± 耳其大使夫人 Montagu 将人痘法传人英国, 在英国曾进行了人体实验, 把接种人痘者移居天花流行区, 结果发现接种者均获得抵抗力 二? 经典免疫学时期对人体免疫功能的认识首先从抗感染免疫开始, 从 18 世纪末至 20 世纪中叶, 随着微生物学的发展, 人们对免疫功能的认识从人体现象的观察进入了科学实验时期 它的发展和微生物学的发展密切相关, 并成为微生物学的一个分支 这一时期重要成就有 : 1796 年, 英国人 Jerner 发明了牛痘苗 ; 1881 年, 法国的 Pasteur 发明了减毒疫苗 ; 1884 年, 俄国的 Metchnikoff 发现吞噬细胞 ; 1890 年, 德国的 Behring 发现抗体 ; 1895 年, 比利时的 Bordet 发现补体 三 近代免疫学时期 20 世纪中叶至 60 年代, 由于近代免疫生物学的进展和细胞系选择学说的提出, 使免疫学发展有了重大的转折和突破 这一时期的主要成就有 :1942 年, 英国的 Chase 揭示了特异性细胞的免疫功能 1945 年, 英国的 Owen 发现天然免疫耐受现象 ; 1953 年, 英国的 Medawar 发现获得性免疫耐受 ; 1956 年, 丹麦学者 Jerne 提出了天然抗体选择学说 ; 1957 年, 澳大利亚免疫学家 Burnet 提出了抗体生成的克隆选择学说 ( clonal selection theory ) 四 现代免疫学时期 20 世纪 60 年代后, 免疫学进入了现代免疫学时期, 近 40 年来, 免疫学的研究不断取得激动人心的巨大进展 自此, 免疫学开始发展成为一门独立于微生物学之外的重要学科 1957 年 Glick 发现早期摘除鸡的法氏囊 ( Bursa of Fabricius ), 可影响抗体的产生 1961 年 第 2 页共 61 页

3 Miller, 1962 年 Good, 分别在哺乳动物体内进行早期胸腺摘除术, 严重地影响了动物的免疫功能 1965 年, Gowan 证明了淋巴细胞是具有免疫功能的细胞 1969 年, Claman Miller 和 Mitchell 等人, 在淋巴细胞中区分了 T 和 B 两类淋巴细胞, 并证实了 T B 细胞在抗体产生中的协同作用 Cooper 等人证实了淋巴细胞在周围淋巴组织的分布 1969 年, Dumonde 等发现了淋巴因子 70 年代 Unanue 等证明了巨噬细胞在免疫应答中的作用 通过这些研究, 在器官 细胞和分子水平上, 揭示了机体存在一个十分重要的功能系统 免疫系统 该系统由中枢免疫器官 ( 胸腺 法氏囊 ) 外周免疫器官 ( 脾 淋巴结等 ) 免疫细胞 ( T B 细胞等 ) 和免疫分子 ( 抗体 淋巴因子 补体等 ) 组成 这一时期中, 许多新的生物学技术应用于免疫学研究, 如单克隆抗体标记技术 免疫转印技术 分子杂交技术 转基因技术 细胞融合技术等等 分子遗传学和分子生物学技术的应用, 促进了分子免疫学的发展, 分子免疫学已成为现代免疫学快速发展的领头学科 免疫学检测技术具有高度的特异性和灵敏度, 已成为生物学研究中超微量分析的重要手段和临床医学中快速 准确 简便的检测方法 第三节免疫学展望一 现代免疫学的研究特点传统的免疫学基础课题的研究, 仍然是免疫学今后研究的主要内容 基础理论的研究蕴藏着巨大潜力, 其成果可以推动科学的发展和人类社会的进步 运用免疫学理论和方法, 对免疫功能紊乱所致疾病的防治, 也是现代免疫学研究的重要领域 近年来, 另一个研究的明显趋势, 是与免疫基础研究相结合的生物高技术产业的兴起 基础免疫学研究的成果, 从实验室直接转向生物技术产品的开发, 这种转化正以惊人的速度进行着 免疫学的发展正以一种崭新的 基础研究 应用研究 高技术开发 模式, 将科学研究成果迅速转化为生产力, 这是现代免疫学发展的一个重要特点 二 免疫学在生命科学中的地位 ( 一 ) 免疫学与生物学免疫系统对 自己 与 非己 的识别, 对 自己 成分的免疫耐受, 对 非己 成分的免疫应答, 都涉及细胞间的信息传递 细胞内信号传递和能量转换等生命过程的基本特性, 对生命活动的研究有着重要意义 免疫遗传学的研究, 第一次揭开了生理功能系统的遗传控制机制 这对于在基因水平上对生物体进行生理功能研究, 具有重要意义 MHC 基因复合体的结构和功能研究 免疫球蛋白基因表达的等位排斥现象的研究 免疫球蛋白及其他免疫分子基因的研究 DNA 结合蛋白调节细胞因子表达的研究等, 大大丰富了分子生物学的研究内容, 促进了对真核细胞基因结构和表达调控的认识 免疫学技术的发展及其独特高效的检测方法, 为生命科学的研究提供了有力的手段 单克隆抗体的应用, 给生物学的发展带来了突破性的变革, 免疫组化技术与分子杂交技术的结合, 使基因及其表达的研究可达到定量 定性 定位的程度 免疫学技术很快地被应用于解剖学 组织学 细胞学 生物化学 遗传学 分子生物学 微生物学 动物学 植物学等各方面的研究中, 在生物学的发展中起着举足轻重的作用 ( 二 ) 免疫学与生物技术从免疫学的发展史中可以看出, 免疫学的每一步进展都推动着生物技术的发展 近年来, 免疫学的巨大进展在更深的层次和更广阔的范围内, 推动了生物高新技术产业的发展 用细胞工程产生的单克隆抗体, 用基因工程产生的细胞因子等, 为临床医学提供了一系列具有免疫调节作用的新型药物 目前, 以细胞因子和单克隆抗体为主要产品的生物高技术产业, 已成为具有巨大市场潜力的新兴产业部门 ( 三 ) 免疫学与医学免疫学在抗感染中的作用为人所共知, 在生殖控制和延缓衰老方面也有新的突破 生殖免疫学的研究, 也为不孕的治疗提供了可能 抗衰老的免疫药理学研究, 可能发现一类具有恢复和促进老年机体免疫功能的药物, 为延缓衰老做出贡献 免疫学在生命科学中的地位和作用也可由诺贝尔奖的颁发中反映出来 1901 年首次医学或生理学奖的获得者就是在免疫学领域有突出贡献的 von Behring 至今, 免疫学领域获奖的科学成果就占了 17 项, 为获奖次数的 20 %( 表 1 ) 这是生命科学领域中任何单一学科所不能比拟的 这一事实, 说明免疫学及其成就的重要性, 同时也反映了免疫学是生命科学领域中的一块肥沃的原野, 研究范围极为广阔 免疫学不仅其固有领域有待深入开发, 而且由于免疫学已渗透至生命科学的各个方面, 又受到后者的反渗透, 相互之间形成了众多的边缘学科, 亟待探索和研究的奥秘俯拾皆是, 从而吸引了大批科学家为之辛勤耕耘, 并不断结出硕果 在国际上, 将免疫学 分子生物学及神经生物学并重, 为指导生命科学发展的三大前沿学科 ; 在应用科 第 3 页共 61 页

4 学中, 免疫学既往是 现在是 将来仍然是人类征服疾病 保障自身健康的最有效武器 第二章抗原 第一节概述 1888 年 P. P. Emile Roux 和 A. E. J. Yersin 在研究白喉发病机理时, 发现白喉杆菌能产生外毒素, 1890 年 Emil A. Von Behring 等人将白喉外毒素注射给动物, 发现在该动物血清中存在一种能中和白喉外毒素的物质, 他们称之为抗毒素 19 世纪末和 20 世纪初, 许多科学家先后发现了免疫血清在体内和试管中可以凝集细菌和溶解细菌, 并进而发展到对病原微生物的鉴定和传染病的诊断 把血清中与细菌或毒素起反应的物质统称为抗体, 引起抗体产生的刺激物质, 如细菌 病毒 毒素等称为抗原 ( antigen, Ag ) 随着免疫学研究的逐步深入, 如前所述, 抗原分子进入体内, 刺激免疫细胞 免疫基因 免疫分子等, 出现一系列复杂的生物学过程, 称之为免疫应答 免疫应答又分为对机体有利的免疫应答, 如抗感染免疫 ; 和对机体不利的免疫应答, 如超敏反应 因此, 现代免疫学认为 : 凡能刺激机体免疫系统产生抗体或致敏淋巴细胞, 并能与其相应抗体或致敏淋巴细胞在体内或体外发生特异性反应的物质, 统称为抗原 根据抗原的概念, 抗原有两种性能 : 1 免疫原性 ( immunogenicity ), 即抗原刺激机体免疫系统产生免疫应答的过程 该过程包括 : 抗原进入机体后, 刺激淋巴细胞活化 增殖 分化, 产生抗体或致敏的效应淋巴细胞 2 免疫反应性 ( immunoreactivity ), 即抗原与相应抗体或致敏的效应 T 细胞发生特异性反应的性能, 又称反应原性 ( reactogenicity ) 同时具有这两种性能的物质称为完全抗原 ( completeangigen ), 一般说的抗原即完全抗原, 如细菌 病毒 异种动物血清和大多数蛋白质等 只具有免疫反应性, 而单独使用不能刺激机体产生免疫应答的物质 ( 即不具有免疫原性 ), 为不完全抗原 ( incomplete antigen ) 或半抗原 ( hapten ) 如大多数的多糖 某些小分子的药物 ( 如青霉素 ) 和一些简单的有机分子 ( 分子量小于 4kD ), 它们本身无免疫原性, 不能刺激机体产生抗体或效应 T 细胞, 但能与已产生的抗体发生特异性反应 当半抗原与载体蛋白 ( 或具有免疫原性的载体 ) 结合后可成为完全抗原, 进入机体后可刺激免疫系统产生免疫应答 在不同情况下常把抗原称为不同名称, 如引起凝集反应的抗原称为凝集原 ; 引起沉淀反应的称为沉淀原, 引起超敏反应的抗原称为过敏原 ( 又称变应原, 即引起变态反应的抗原 ); 引起免疫耐受的抗原又称耐受原 第二节抗原的免疫原性一 抗原的理化特性 ( 一 ) 大分子物质并非所有的异物都具有免疫原性, 凡具有免疫原性的物质, 必须具有一定的化学组成和结构, 其分子量都较大, 一般在 10kD 以上 小于 10kD 者, 其免疫原性较弱, 低于 4kD 者, 一般不具有免疫原性 其原因一般认为 : 分子量越大, 其表面的抗原决定簇越多, 化学结构也较稳定 再者, 大分子物质不易被破坏而排除, 存留在体内的时间长, 有利于与免疫细胞接触, 从而刺激机体的免疫系统产生免疫应答 ( 二 ) 分子结构的复杂性仅分子量大, 若是结构简单的聚合物, 不一定具有免疫原性, 还要求有一定复杂的化学结构和化学组成 在蛋白质分子中, 凡含有大量芳香族氨基酸, 尤其是含有酪氨酸的蛋白质, 其免疫原性更强, 如蛋白质分子中含有 2 % 的酪氨酸, 即具有良好的免疫原性 而以非芳香族氨基酸为主的蛋白质, 其免疫原性弱 蛋白质和多糖抗原, 凡结构复杂的, 免疫原性强, 反之则较弱 其复杂性是由氨基酸和单糖的类型及数量等决定的, 如聚合体蛋白质分子较简单可溶性蛋白质分子的免疫原性强, 结构复杂的多糖, 如细菌的细胞壁 荚膜及红细胞血型抗原等, 均具有较强的免疫原性, 核酸 脂质无免疫原性, 但与蛋白质结合形成核蛋白 脂蛋白则具有免疫原性 在自身免疫病中, 天然核蛋白可诱导免疫应答, 产生抗 DNA 或抗 RNA 抗体 免疫原性的强弱也与抗原物质的物理性状有关, 球形蛋白质分子的免疫原性比纤维形蛋白质分子强 ; 聚合状态的蛋白质较其单体的免疫原性强 ; 颗粒性抗原较可溶性抗原的免疫原性强, 这是由于溶解蛋白易被蛋白酶降解的原因 因此, 许多免疫原性较低的蛋白质, 一经聚合或吸附在大的颗粒表面, 就可以增强其免疫原性 此外, 具有免疫原性的物质进入机体后能否诱导免疫系统产生免疫应答, 受动物种属的遗传属性和动物个体的生理状态的影响 ; 还受抗原的剂量 免疫的途径 免疫间隔的时间等多种因素的影响 二 异物性 第 4 页共 61 页

5 凡是化学结构与宿主成分不同的外来物质, 或者在胚胎期机体的淋巴细胞从未接触过的物质, 均属异物性物质 异物非专指异体物质, 除外来分子外, 还可是自身物质的分子结构发生改变 ( 如病毒感染的细胞 肝癌细胞等 ) 和胚胎期与淋巴细胞隔绝的自身组织物质 ( 如精于 眼晶状体蛋白等 ), 均属异物 正常情况下, T 和 B 淋巴细胞发育成熟的标志是细胞表面表达特异性抗原受体 在胚胎期, 这种带有特异性抗原受体的淋巴细胞首先接触的是机体自身的细胞和蛋白质, 淋巴细胞一旦与之结合, 该细胞克隆就被抑制, 不能继续分化发育, 有的干脆被杀死称克隆排除 于是通过这种负筛选的方法, 把不能与自身细胞 蛋白应答的淋巴细胞克隆筛选出来, 形成只对外来 ( 即非己 ) 抗原物质产生应答的免疫功能 即只有 非己 的 同种异体或异种的抗原物质才能诱导宿主的正免疫应答, 这是由于免疫系统在个体发育过程中, 对 自己 抗原产生耐受, 不能识别, 而对 非己 抗原能够识别所致 因此, 根据抗原来源与宿主的关系, 异物性抗原有 : 1 异种物质通常认为, 与宿主的生物学亲缘关系越远的物质, 其分子结构差异越大, 免疫原性也越强 如微生物抗原对人来说是强抗原, 马血清对人是强抗原, 对驴则是弱抗原, 说明种系关系越近的物质, 其免疫原性也越弱 如鸭血清蛋白对鸡呈弱免疫原性, 而对兔则表现为强免疫原性 2 同种异体物质同种不同个体之间的不同基因型物质, 其组织细胞成分不同, 分子结构也不相同, 相互具有免疫原性 如人类不同个体不同血型的红细胞表面的抗原 ; 除同卵双生子外, 不同个体间组织相容性抗原等 3 自身组织正常情况下, 自身组织对机体无免疫原性, 但若自身组织的结构发生改变, 或胚胎期淋巴细胞从未接触过的正常自身组织, 出生后淋巴细胞一旦与之接触, 也视为 非己, 而具有免疫原性 如机体受感染 电离辐射 外伤或药物等各种因素的影响下, 使自身物质的组织成分发生改变, 对机体自身产生免疫原性, 诱导机体的免疫应答称此物质为改变的自身抗原 终生与免疫系统隔绝的成分, 如眼球内的晶体蛋白 甲状腺球蛋白 精子等一旦释放入血, 会被免疫系统视为 非己 物质, 成为自身抗原, 称为隐蔽的自身抗原 自身抗原刺激免疫系统发生免疫应答, 可导致自身免疫病 第三节抗原的特异性一 决定抗原特异性的物质基础 抗原决定簇抗原抗体反应最重要的特点是具有高度的特异性, 而抗原的特异性又是以它本身的分子结构为基础的 实验表明, 抗原与抗体的特异性结合与抗原分子表面的特殊结构的化学基团有关, 称这种能与抗体特异性结合的, 抗原分子表面的特殊结构的化学基团, 为抗原决定簇 ( determinant ) 抗原决定簇与相应的淋巴细胞表面的抗原受体 ( SmIg 或 TCR ) 结合, 诱导机体产生免疫应答 ; 抗原决定簇与相应的抗体特异性结合发生免疫反应 因此, 抗原决定簇是免疫应答和免疫反应具有特异性的物质基础, 即抗原决定簇决定了抗原的特异性 抗原决定簇的化学基团 ( 对位上的酸基不同 ) 性质不同, 其抗原特异性就会有差别 抗原决定簇的空间构型 ( 羧基的邻位 间位和对位 ) 也影响抗原的特异性 由此可以证明, 天然蛋白质的抗原决定簇, 由于其氨基酸的数目 组成 排列顺序 空间构型的差异, 从而引起了抗原特异性的不同 2 抗原决定簇的类型 ( 1 ) 从结构上分 a 顺序决定簇 : 线性 AD, 连续性 AD b 构象决定簇 : 拓扑性 AD, 非连续性 AD ( 2 ) 从诱发免疫应答上分 a 功能性 AD : 分子表面, 易被识别 b 隐蔽性 AD : 分子内部 ( 3 ) 从被免疫细胞识别上分 a B 细胞决定簇 : 分子表面, 以构象 AD 为主 b T 细胞决定簇 : 分子内部, 以顺序 AD 为主 3 Ag 结合价是指能与 Ab 结合的 Ag 的 AD 二 抗原 抗体反应的特异性 1 半抗原和载体效应半抗原 ( hapten ) 指只具有免疫反应性, 而单独使用不能刺激机体产生免疫应答的物质 ( 即不具有免疫原性 ) 载体效应 : 初次与再次免疫时, 只有使半抗原结合在同一种载体上, 才能产生抗半抗原的再次免疫应答, 这种现象称为载体效应 第 5 页共 61 页

6 研究抗原抗体特异性常用方法是将半抗原 X 与作为载体的某一动物 ( 例如马 ) 的血清蛋白结合, 免疫另一种动物 ( 例如兔 ), 然后检测所得抗血清 由于这种结合抗原的抗血清含有两类抗体, 一是针对半抗原的, 另一是针对载体的, 所以直接用原来的结合抗原与抗血清反应, 不能反映半抗原的特异性 为了排除载体的影响, 可先将半抗原与另一载体即第三种动物的蛋白 ( 例如卵白蛋白 ) 结合后再与该抗血清进行反应, 如出现肉眼可见反应, 即证明是由结合在载体上的半抗原与抗血清中和半抗原相应的抗体发生特异性结合所致 2 交叉反应的真相复杂抗原具有多个抗原决定簇, 不同抗原之间存在相同或相似的抗原决定簇 第四节抗原的分类抗原的种类很多, 因研究工作或理论探讨的需要, 根据抗原某方面的特性, 采用不同的分类方法加以归类 一 根据抗原颗粒大小和溶解性分类 ( 一 ) 颗粒性抗原包括细菌 支原体 立克次氏体 衣原体 病毒 红细胞等, 它们相对颗粒较大, 与相应抗体特异性结合后可出现凝集反应 ( 如红细胞凝集 ) ( 二 ) 可溶性抗原包括蛋白质 多糖 脂多糖 结合蛋白 ( 糖蛋白 脂蛋白 核蛋白等 ) 它们作为大分子颗粒, 在水溶液中溶解形成亲水胶体 它们与相应抗体特异性结合后形成抗原抗体复合物, 在一定条件下出现可见的沉淀反应 可溶性抗原是抗原研究的主体, 它们存在于一切生物的细胞膜内外或体液中, 从分子水平看, 可溶性抗原存在于颗粒性抗原的细胞膜上, 是颗粒性抗原诱导机体产生免疫应答的分子基础 二 根据抗原性能分类 ( 一 ) 完全抗原既具有免疫原性又具有反应原性的物质均属完全抗原 完全抗原进入机体能诱导机体产生抗体或效应 T 细胞, 并能在体内外与相应的抗体或效应 T 细胞结合发生反应 例如, 大多数蛋白质 组织细胞 细菌外毒素 抗毒素 异种动物血清 各种疫苗等均是完全抗原 ( 二 ) 不完全抗原又称半抗原只具有免疫反应性而无免疫原性的物质称为半抗原 ( hapten ) 如多糖 类脂 核酸 某些药物等 半抗原因其分子量较小, 不具免疫原性, 但与大分子蛋白质载体结合后即成为完全抗原, 具有免疫原性 三 根据抗原的来源分类 ( 一 ) 外源性抗原指来自机体以外的物质 根据其制备的方法又分为 : 1. 天然抗原是指自然界存在的蛋白质 多糖和结合蛋白 这类抗原相对分子量大 结构复杂, 研究其免疫原性和反应原性的特异性有较大困难, 是疫苗 类毒素等研制的基础, 也是抗原诱导机体免疫应答的免疫学基本理论研究的重要内容 2. 人工抗原用化学合成法或基因重组法, 制备含有已知化学结构的决定簇的抗原, 称之人工抗原 ( 二 ) 内源性抗原指个体组织成分在一定条件下构成的抗原 这些抗原包括隐蔽的自身抗原和改变的自身抗原 四 根据抗原与宿主的亲缘关系分类 ( 一 ) 异种抗原来自异种动植物和微生物的抗原性物质称为异种抗原 ( xenoantigen ) 如各种病原微生物及其外毒素 异种动物血清 ( 如破伤风抗毒素 ) 异种蛋白 花粉等, 它们对人而言, 种属关系远, 为强抗原 ( 二 ) 同种异型抗原在同种动物不同个体间, 存在的各种组织成分的抗原性差异, 称为同种异型抗原 ( alloantigen ) 这种抗原受遗传支配, 它可在遗传性不同的个体间引起免疫应答 如血型不同 ( A B Rh 因子等 ) 引起的输血反应 ; 组织相容性抗原不同, 引起异体器官移植的排斥反应 ( 三 ) 自身抗原能引起免疫应答的自身组织成分称为自身抗原 ( autoantigen ) ( 四 ) 异嗜性抗原不同种属动物组织间的共同抗原, 称为异嗜性抗原 ( heterophil antigen ) 或称共同抗原 ( common antigen ) 五 根据免疫应答分类 ( 一 ) 胸腺依赖性抗原 ( thymus dependent antigen, TD 抗原或 TD Ag ) 绝大多数抗原需要 T 细胞 ( T H ) 辅助才能激活 B 细胞分化为浆细胞产生抗体, 称这类抗原为胸腺依赖性抗原 这类抗原还可诱导细胞免疫应答 TD 抗原大多数由蛋白质组成, 分子量大, 结构复杂, 表面的抗原决定簇种类多, 但缺乏同一决定簇分布均匀的多次重复出现 TD 抗原既具有表面的半抗原决定簇 ( B 细胞决定簇 ), 又具 第 6 页共 61 页

7 有载体决定簇 ( T 细胞决定簇 ) TD 抗原可刺激淋巴细胞产生记忆性 T 细胞和记忆性 B 细胞, 即出现再次免疫应答 ( 又称回忆反应 ) 现象, 产生的抗体多为 IgG 类 ( 二 ) 非胸腺依赖性抗原 ( thymus independent antigen, TI 抗原或 TI Ag ) 这类抗原不需 T H 细胞辅助, 直接激活 B 细胞分化成浆细胞产生抗体 这类抗原多数为大分子多聚体, 在抗原分子上有大量重复出现的同一抗原决定簇, 降解缓慢, 能与 B 细胞表面的多个抗原受体 ( SmIg ) 结合形成交联, 从而直接激活 B 细胞, 产生 IgM 类抗体, 无 IgG 的转换, 不需 T H 辅助, 不产生免疫记忆 如细菌脂多糖 荚膜多糖 聚合鞭毛蛋白等属 TI Ag ( 三 ) 超抗原 ( supper antigen ) 是一类由细菌外毒素和逆转录病毒蛋白构成的抗原性物质 一般的多肽抗原, 正常时最多仅能激活 1 万个细胞中的一个 T 细胞, 而超抗原能同时激活大量的 T 细胞, 可使 5 个 T 细胞中的 1 个激活, 因此称这种能与多数 T 细胞结合并使之活化的抗原为超抗原, 以表示其作用强大 超抗原与普通抗原的不同是 : 1. 超抗原不需抗原递呈细胞加工处理 2. 超抗原可直接与抗原递呈细胞的 MHC Ⅱ 类分子结合, 结合部位不在抗原的结合槽沟中, 而是在 MHC Ⅱ 类分子的非多态区外侧, 故无 MHC 限制性 3. 超抗原除与 MHC Ⅱ 类分子结合外, 还能与 TCR Vβ 链结合, 且与 TCR 的 D 和 J 区无关, 与 TCR 的 α 链无关 超抗原与 TD 抗原一样, 主要与 CD4 + 的 T 细胞 ( T H ) 结合 超抗原 MHC Ⅱ 类分子复合物与 TCR 结合后, 导致 T 细胞活化增殖, 同时也使 B 细胞 单核细胞等活化 第三章抗体与免疫球蛋白 第一节概述一 抗体与免疫球蛋白的概念抗体 ( antibody, Ab ) 是由浆细胞合成并分泌的一类能与相应抗原特异性结合的含有糖基的球蛋白 抗体分布于体液 ( 血液 淋巴液 组织液及粘膜的外分泌液 ) 中, 主要存在于血清内 1964 年世界卫生组织召开会议, 将具有抗体活性及化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白 ( immunoglobulin, Ig ) 免疫球蛋白除分布于体液中之外, 还可存在于 B 细胞膜上 二 免疫球蛋白的理化性质免疫球蛋白是多链糖蛋白, 具有蛋白质的通性, 对物理及化学因素敏感, 不耐热, 在 60 ~ 70?? C 时即被破坏, 能被多种蛋白水解酶裂解破坏, 可在乙醇 三氯醋酸或中性盐类中沉淀 因此, 通常用 50 % 饱和硫酸铵或硫酸钠从免疫血清中提取抗体 第二节抗体的分子结构及其酶解片段一 酶解片段 1. 木瓜蛋白酶的水解片段 1959 年 Porter 用木瓜蛋白酶 ( papain ) 水解兔 IgG 分子, 将 IgG 从绞链区二硫键的近 N 端侧切断, 从而将免疫球蛋白裂解为三个片段, 即 2 个相同的 Fab 段和 1 个 Fc 段 每一个 Fab 段即抗原结合片段 ( fragment antigen binding, Fab ), 含有一条完整的 L 链和 H 链近 N 端侧的 1 / 2 每个 Fab 段结合抗原是单价的, 即只能结合一个抗原决定簇 因此不能连结成较大的抗原抗体复合物, 不出现凝集或沉淀现象 Fab 中的约 1 / 2 H 链部分称为 Fd 段, 约含 225 个氨基酸残基, 包括 V H C H 1 和部分绞链区 Fc 段在低温或低离子强度下可形成结晶, 故称为可结晶片段 ( fragment crystallizable, Fc ), Fc 段含有两条 H 链羧基端 ( C 端 ) 的一半, 包含 C H 2 和 C H 3 两个功能区, 它无抗体活性 Ig 在异种间免疫所具有的抗原性主要存在于 Fc 段, 同时 Fc 段还具有活化补体 亲细胞 通过胎盘和介导与细菌蛋白结合等生物学活性 ( 见图 3 11 ) 2. 胃蛋白酶水解片段 1960 年 Nisonoff 等最早用胃蛋白酶水解兔 IgG 分子, 可将 IgG 从绞链区重链间二硫键近 C 端切断, 将其裂解为大小不等的两个片段 大片段为 1 个 Fab 双体, 以 F ( ab' ) 2 表示 F ( ab' ) 2, 由一对 L 链和一对略大于 Fd 的 H 链 ( 称为 Fd' ) 组成 Fd ' 约含有 235 个氨基酸残基, 包括 V H C H 1 和绞链区 F ( ab' ) 2 结合抗原为双价, 可结合两个抗原决定簇, 其结合抗原的亲合力要大于单价的 Fab, 与抗原结合后可出现凝集或沉淀现象 由于 F ( ab' ) 2 保持了结合相应抗原的生物学活性, 又减少或避免了 Fc 段抗原性可能引起的副作用, 因而在生物制品中有实际应用价值 虽然 P ( ab' ) 第 7 页共 61 页

8 2 在与抗原结合特性方面同完整的 Ig 分子一样, 但由于缺乏 Ig 中的 Fc 部分, 故不具备固定补体及与细胞膜表面 Fc 受体结合的功能 小片段 Fc 可被胃蛋白酶继续水解为小分子多肽, 以 Fc ' 表示, 不再具有任何生物学活性 ( 见图 3 11 ) 二 轻链和重链 1 轻链 ( light chain, L 链 ) 由 214 个氨基酸残基组成, 通常不含碳水化合物, 分子量为 24KD, 有两个由链内二硫键组成的环肽, L 链可分为 : Kappa (κ) 与 lambda (λ) 2 个亚型 2 重链 ( heavy chain, H 链 ) 由 个氨基酸残基组成, 分子量 55 75KD, 含糖数量不同, 4 5 个链内二硫键, 可分为 5 类, μ γ α δ ε 链, 不同的 H 链与 L 链 (κ 或 λ) 组成完整的 Ig 分子 分别称为 : IgM, IgG, IgA, IgD 和 IgE 三 可变区和恒定区 1. 可变区 ( Variable region, V 区 ) L 链 N 端 1/2 处 ( VL ) 个氨基酸残基, H 链 N 端 1/5 1/4 处 ( VH ) 118 个氨基酸残基, V 区有一个肽环 个氨基酸残基 可变区可分为高变区 ( hypervariable region, HVR ) 和骨架区 ( framework region, FR ), VL 的 HVR 在 24 34, 50 56, 氨基酸位置 VH 的 HVR 在 31 35, 50 56, 氨基酸位置 分别称为 VL 和 VH 的 HVR1, HVR2, HVR3 高变区为抗体与抗原的结合位置, 称为决定簇互补区 ( complementarity determining region, CDR ), VL 和 VH 的 HVR1, HVR2, HVR3 又分别称为 CDR1, CDR2, CDR3, 其中 CDR3 具有更高的高变程度, H 链在与抗原结合中起重要的作用 2. 恒定区 ( constant region, C 区 ) L 链 C 端 1/2 处, 105 个氨基酸, H 链 C 端 3/4 4/5 处, 个氨基酸 在同一种属动物中是比较恒定的, 是制备第二抗体进行标记的重要基础 四 功能区链内二硫键折叠成球形区称为功能区 ( domain ) 约由 110 个氨基酸组成 氨基酸的顺序具有高度的同源性 1. L 链功能区 : 2 个,( VL, CL 各一个 ) 2. H 链功能区 : IgG, IgA, IgD, 4 个 ( V 区 1 个, C 区 3 个 ), IgM, IgE, 5 个 ( V 区 1 个, C 区 4 个 ) 3. 功能区的作用 : ( 1 ) VL 和 VH 是抗原结合的部位 ( FV 区 ) ( 2 ) CL 和 CH 上具有同种异型的遗传标记 ( 3 ) CH2 具有补体结合点 ( 4 ) CH3 具有结合单核细胞, 巨噬细胞, 粒细胞, B 细胞, NK 细胞, Fc 段受体的功能 第三节免疫球蛋白分子的抗原性免疫球蛋白是一群高度不均一性的复杂的大分子蛋白, 除具有各种抗体的生物功能外, 其本身还具有不同的抗原特异性 一 同种型同种型 ( isotype ) 是指同一种系所有正常个体都具有的 Ig 分子的抗原特异性标记 即同种型抗原存在种属差异, 在异种体内可诱导产生相应的抗体 同种型的抗原性主要存在于 Ig 的 C 区内, 包括 C H 和 C L, 同种型包括 Ig 的 H 链的类 亚类和 L 链的型和亚型抗原 1. Ig 的类和亚类 ( classes and subclasses ) ( 1 ) 类, 决定 Ig 不同类的抗原性差异存在于 H 链的恒定区 ( CH ) ( 2 ) 亚类, 同一类 Ig 中, 存在于铰链区氨基酸组成和二硫键数目的差异 2. 免疫球蛋白的型和亚型 ( types and subtypes ) 第 8 页共 61 页

9 ( 1 ) 型, 决定 Ig 型的抗原性差异存在于 L 链的恒定区 ( CL ) ( 2 ) 亚型, 按 λ 轻链恒定区 ( C2 ) 个别氨基酸的差异又可分为 λ 1, 2, 3, 4, 四个亚型 ( 1 ) 类决定 Ig 不同类的抗原性差异存在于 H 链的恒定区即 C H 上 根据 C H 抗原性的差异, 即氨基酸组成 排列 空间构型 二硫键数目等的不同, 将 H 链分为 μ γ α δ 和 ε 链五类, 与 L 链组成完整的 Ig 分子, 分别为 IgM IgG IgA IgD 和 IgE ( 2 ) 亚类在同一类 Ig 中, H 链结构并非完全相同, 其氨基酸的组成和序列的差异也必然反映出其抗原性的不同, 据此可用血清学方法再进一步分成亚类 人类 IgG 有 4 个亚类 : IgG1 IgG2 IgG3 和 IgG4 ; IgM 有 2 个亚类 : IgM1 和 IgM2 ; IgA 也有 2 个亚类 : IgA1 和 IgA2 2 Ig 的型和亚型 ( types and subtypes ) ( 1 ) 型各类 Ig 根据 L 链恒定区 ( CL ) 抗原性差异 ( 氨基酸的组成 排列和空间构型的不同 ) 分为 κ 和 λ 两型 ( 2 ) 亚型按 λ 轻链恒定区 ( C2 ) 个别氨基酸的差异又可分为 λ 1, 2, 3, 4, 四个亚型 二 同种异型同种异型 ( allotype ) 是指同一种属不同个体间的 Ig 分子抗原性的不同, 在同种异体间免疫可诱导免疫反应 1. γ 链上的同种异型 ( 重链上 ) 2. α 2 链上的同种异型 ( 三 ) 独特型独特型 ( idiotype ) 为每一种特异性 IgV 区上的抗原特异性 独特型的抗原决定簇称为独特位 ( idiotope ), 可在异种 同种异体以及自身体内诱导产生相应的抗体, 称为抗独特型抗体 ( antiidiotypic antibody ) 独特型和抗独特型抗体可形成复杂的免疫网络, 在机体免疫调节中占有重要地位 第四节免疫球蛋白的功能免疫球蛋白是血清中最主要的特异性的免疫分子, Ig 的重要生物学活性由 Fab 段和 Fc 段分别执行, Fab 段能特异地结合抗原, Fc 段可介导一系列生物效应, 包括激活补体 亲细胞而导致吞噬 介导 Ⅰ 型超敏反应 通过胎盘等 一 特异性结合相应抗原 Ig 最显著的生物学特点就是能够特异性地与抗原结合, 这种特异性结合抗原特性是由其 V 区 ( HVR ) 的空间构型决定的 Ig 的抗原结合点由 L 链和 H 链超变区组成, 与相应抗原上的表位互补, 借助静电力, 氢键以及范德华力等次级键相结合, 这种结合是可逆的, 并受到 ph 温度和电解质浓度的影响 不同的抗原可能有相同的抗原决定簇, 一种抗体可以与两种或两种以上的抗原发生反应, 同一克隆的浆细胞产生的不同类别 Ig 具有相同的特异性 二 活化补体 1. IgM, IgG1, IgG2 和 IgG3 可通过经典途径活化补体 2. 凝聚的 IgA1, IgG4, IgE 等可以通过替代途径活化补体 三 结合 Fc 受体 1. 介导 I 型变态反应 IgE 诱导的细胞脱颗粒, 释放组胺, 合成由细胞质来源的介质引起 I 型变态反应 2. 调理吞噬作用调理作用 ( opsonization ) 是指抗体, 补体等调理素 ( opsonin ), 促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原 由于补体对热不稳定, 称热不稳定调理素 ( heat labile opsonin ), 抗体又称为热稳定调理素 ( heat stable opsonin ) 3. 发挥抗体依赖的细胞介导细胞毒作用 ( antibody dependent cell mediated cytotoxicity, ADCC ) 四 通过胎盘 IgG 是唯一可通过胎盘从母体转移给胎儿的 Ig 是一种重要的自然被动免疫, 对于新生儿的抗感染有重要作用 第五节五类免疫球蛋白的特点一 IgG IgG 主要由脾 淋巴结中的浆细胞合成和分泌, 以单体形式存在, 是人类血清中的主要抗体, 其含量约占成人直清 Ig 总量的 75 % ~ 80%, 其中 IgG1 含量最多 IgG 半寿期约 20 ~ 23 天, 为再次免疫 第 9 页共 61 页

10 应答的主要抗体, 通常为高亲和力抗体 IgG 是唯一能通过胎盘的抗体, 在新生儿抗感染中起重要作用 IgG 是抗感染的主要抗体, 大多数抗菌 抗病毒抗体和抗毒素都为 IgG 类 IgG 通过经典途径活化补体, 其固定补体的能力依次是 IgG>IgG1>IgG2>IgG4 IgG 还具有调理吞噬 介导 ADCC 结合 SPA 和结合链球菌 G 蛋白的作用 二 IgA IgA 主要由粘膜相关淋巴样组织产生 IgA 占血清 Ig 总量的 15 %( 5 %~ 25 %) 左右 IgA 有 IgAl 和 IgA2 两个亚类 IgA 在结构上有单体和多聚体两种形式 IgA 的半衰期约 5 ~ 6 天, 婴儿出生后, 4 ~ 6 个月开始合成 IgA, 4 ~ 12 岁血清中含量达成人水平 产生顺序是第 3 IgA 的单体分子量为 160kD, 双体分子量为 390kD 产妇可通过初乳将分泌型 IgA 传递给婴儿, 这也是一种重要的自然被动免疫 嗜酸性粒细胞 中性粒细胞和巨噬细胞都表达 FcaR, 血清型单体 IgA 可介导调理吞噬和 ADCC 作用 IgA 不能固定补体, 聚合的 IgA 可活化补体的旁路途径 此外, SIgA 具有免疫排除功能, IgA 不能通过胎盘 三 IgM IgM 是分子量最大的 Ig, 为 970kD, 沉降系数为 19S, 称为巨球蛋白 在血清中, IgM 由五个单体聚合成花环状多聚结构 在种系发育 个体发育 人工免疫或病原体感染中, 最早合成的抗体均是 IgM 在个体发育过程中, 无论是 B 淋巴细胞表面的膜 Ig, 还是合成和分泌到血清中的 Ig, IgM 都是最早出现的 Ig 膜表面 IgM 是 B 细胞抗原受体 (B cell receptor, BCR) 的主要成分 只表达 migm 是未成熟 B 细胞的标志, 记忆 B 细胞表面的 migm 逐渐消失 四 IgD IgD 在正常人血清中含量很低, 约有 20 ~ 50μg/ml, 占血清总 Ig 的 1 % 以下, 半衰期为 3 天 IgD 为单体结构, 分子量为 175kD, 主要由扁桃体 脾脏等处的浆细胞合成和分泌 SmIgD 可能在 B 细胞对抗原处理中具有特殊作用, 可能通过 IgD 和抗原结合后被细胞内吞, 由于 IgD 的长绞链区极易被水解, 从而释放出抗原, 使其接受进一步处理 另外也有实验表明, SmIgD 在调节 B 细胞向抗体形成细胞增殖分化方面发挥作用 在 B 细胞分化过程中, 成熟 B 细胞同时表达 SmlgM 和 SmIgD, 对抗原的刺激出现正应答 ; 不成熟的 B 细胞只表达 SmIgM, 抗原刺激后表现为免疫耐受 成熟 B 细胞活化后, 或者变成记忆 B 细胞时, SmIgD 逐渐消失 所以, IgD 是成熟 B 细胞的标志 五 IgE 正常人血清中 IgE 含量极低, 约为 0.1 ~ 0.4μg/ml, 仅占 Ig 总量的 % 以下, 含量较稳定 IgE 半衰期也较短, 仅为 2.5 天, 所以一直到 1966 年才被 Ishizaka 首先发现 IgE 水平与个体遗传性和抗原性质密切相关, 血清 IgE 含量在人群中波动很大, 在特应性过敏症和寄生虫感染者中, 血清 IgE 浓度相对较高 IgE 在个体发育中合成较晚, 主要由鼻咽部 扁桃体 支气管和胃肠道等粘膜固有层的浆细胞产生 这些部位常是变应原入侵和超敏反应发生的场所 IgE 也是单体结构, 相对分子量约为 188kD, IgE ε 链的分子量为 72kD IgE 在防御寄生虫的感染中的作用是很重要的 在人和动物感染蠕虫 ( 如血吸虫 ) 后, 产生相当高的 IgE 巨噬细胞和嗜碱性粒细胞具有 FcεR Ⅱ 受体, IgE 与巨噬细胞结合后, 使巨噬细胞激活, 释放溶酶体酶, 对原虫进行攻击 IgE 和嗜酸性粒细胞结合介导 ADCC 的细胞毒效应 IgE 不能通过胎盘, 不能激活补体的经典途径, 但可激活补体的旁路途径 第六节 lg 的基因和抗体的多样性产生的遗传原理一 Ig 的基因的定位和结构免疫球蛋白的每一条肽链的 C 区和 V 区, 分别由 C 基因和 V 基因编码 任何一个 B 细胞内部, 都存在三组 Ig 基因库, 即两组轻链基因库 ( κ 和 λ ) 和一组重链基因库构成 Ig 的基因 它们以独立的连锁基因群分别位于相应的染色体上, 轻链基因库位于第 2 号染色体 2P12, L 基因库位于第 22 号染色体上 2qll, H 链基因库位于第 14 号染色体上 14q32 3 在每个基因库中, 有许多分别控制 Ig 多肽链 V 区和 C 区合成的基因, 控制 V 区的基因有 2 种 ( 在 L 链 ) 或 3 种 ( 在 H 链 ), 这些基因统称为种系基因 在 B 细胞分化成熟过程中, 这些种系基因被随机选择和 DNA 重排, 成为具有单一特异性的不同 第 10 页共 61 页

11 类型的 B 细胞 ( 一 ) Ig V 区的基因结构 1 L 链可变区的基因 L 链 ( κ 或 λ ) V 区, 是由两个基因片段经过重排后连接在一起的基因区段编码的, 它们含有两个片段 :V 和 J 基因片段 重排后使 V 基因包括两个外显子, 一个外显子编码大部分信号序列, 另一个编码其余的信号序列和成熟 L 链的全部可变区 2 H 链可变区的基因结构 H 链可变区是由 V D 和 J 三种基因片段重排后组成 ( 1 ) V 基因片段该片段包含两个编码区, 一个编码可变区的大部分信号序列 ; 另一个编码信号序列的最后 4 个氨基酸残基和可变区靠近 N 端的 98 ~ 100 个氨基酸残基 即 V 基因编码 CDRl 和 CDR2 的氨基酸残基 小鼠约有 250 ~ 1000 个 V H 基因片段, 人的 V H 基因约有 100 个 ( 2 ) D 基因片段 D ( diversity ) 是指多样性 该片段是一个在 L 链基因中未发现过的附加基因片段 D 基因编码第三高变区 ( CDR3 ) 中的大部分氨基酸残基 小鼠 D H 共有 12 个片段, 人的 D H 数目还不十分清楚, 可能有 10 ~ 20 个左右 ( 3 )J 基因片段 J H 是连接 V 基因和 C 基因的片段 J 基因编码 CDR3 剩下的部分和第四骨架区 V H 的 J 区比 V L 的 J 区稍长一些 小鼠 J H 基因有 4 个, 人有 J H 片段 9 个, 其中 6 个是有功能的 H 链 V 区重排后, 3 个基因片段连在一起所形成的可变区基因, 也含有两个外显子, 一个编码大部分信号序列, 另一个编码全部 H 链的 V 区 这两个外显子片段由 100bp 的内含子隔开 ( 二 ) Ig 恒定区的基因结构每条免疫球蛋白肽链 ( H L ) 的稳定区都是由 C 基因编码 C 基因片段位于一个或多个 J 基因片段的下游, 至少间隔 13kb L 链 ( Cκ 和 Cλ ) 恒定区由一个单个的外显子 Cκ 或 Cλ 编码 重链恒定区 C H, 由 3 ~ 7 个外显子编码 编码不同重链的 C 基因片段是连接在一起的 决定 Ig 类或亚类的, 是 C H 的氨基酸组成 排列顺序 空间构型和二硫键数目的不同 在一个 B 细胞分化过程中, V 基因不变, 即识别抗原的特异性相同, 而 C H 基因发生不同的重排, 即出现不同的类或亚类的 Ig 这种 IgH 链类或亚类的转换机理目前尚不清楚, 可能有几种不同的模式 ( 1 ) H 链 C 区基因的重排 ( 2 ) 初级 mrna 的加工引起类型转换 ( RNA 剪接 ) ( 3 ) 细胞因子及环境影响二 Ig 的等位基因排除现象巳知一个成熟的 B 细胞只表达一种 H 链和一种 L 链, 而其他类型的 H L 链都处于阻遏状态不能表达, 这种现象称为特异基因激活现象或类型排除现象 对于一个 B 细胞的二个同源染色体上编码 H 链或 L 链的两个等位基因, 发现仅有其中的一个基因得到表达, 这种现象称为等位基因排除现象 胚系状态的 Ig 基因, 无论是 V 或 C 基因都不能作为一个独立单位进行表达, 只有经过 v / J V / D / J 重排后基因才有可能得到表达 但并非进行重排后都能形成功能性基因 如 V / J 重排后, 在连接成 V H 片段时不符合读码框架规则, 重排就投有功能 这种非功能重排发生后, 就促使另一同源染色体基因发生重排 ; 如第一次重排是有功能的, 则抑制同一细胞另一同源染色体上基因的重排 实验证明, B 细胞 V 区基因的激活和重排首先在 H 链基因族中发生, 然后是基因, 基因的激活在最后 因为在所有研究过的 κ 链的人 B 细胞中, λ 基因组仍处于未重排结构状态 而几乎所有分泌链的人 B 细胞中, κ 链基因组无例外地巳发生了无效重排, 表明 κ 基因重排先于 λ 基因 三 抗体多样性的遗传学基础外界环境中种类繁多的抗原刺激机体产生特异性的抗体 抗体的多样性主要由基因调控, 尤其是编码 H L 链 V 区的基因调控与抗体产生的多样性关系更为密切 1. 抗体多样性的胚系基因在胚系中, 尚未重排的 Ig 基因片段数量相当多, 这是生物在长期进化过程中形成的 Ig 的 H 链和 L 链都可由多种胚系 V 基因所编码, 产生具有不同序列 不同特异性的抗体 D 和 J 基因也参与编码抗原结合部位的部分序列, D J 基因片段的多样性增加了抗体的多样性 机体存在一个规律, 即免疫球蛋白某一部分引起的多样性与这个部位胚系基因的片段数目成正比 2. 重排产生的多样性 Ig DNA 重组使不同的 V D J 基因片段相连, 因而产生大量不同特异性抗体 重组子最大可能数目是 V D ( H 链 ) 和 J 外显子数目的乘积 第 11 页共 61 页

12 3. 连接产生的多样性同一套 V D J 基因, 在它们的连接处也会产生不同的氨基酸序列 这种方式产生的抗体多样性通常有两个途径 : 第一个途径是不精确的 DNA 重排 第二个途径是在重组子的接合点处插入一个短的核苷酸, 称为 N 区分化 ( N region diversification ) 4. 体细胞突变很早就有人提出, 体细胞的基因突变可导致抗体的多样性, 突变主要发生在 V 基因中, 在 C 区中很少发生突变 5. H 链和 L 链蛋白质的组合不同 H 和 L 链蛋白质的组合也有助于产生多样性, 因为每一链的 V 区都参与识别抗原 第七节抗体的制备一 多克隆抗体 第一代抗体由多个免疫淋巴细胞分泌的抗体二 单克隆抗体 第二代抗体由一个克隆的 B 淋巴细胞分泌的, 只结合一种抗原决定簇的均一抗体 ( 一 ) 优点 1 制备时不需纯化抗原就可得到纯抗体 2 有很高的效价 3 有高度的单一性 均一性 4 产量高, 且可连续生产 ( 二 ) 基本原理 ( 三 ) 制备过程 : 1 制备抗原 2 免疫动物 3 免疫脾细胞和骨髓瘤细胞的制备 4 细胞融合 5 杂交瘤细胞的选择培养 6 杂交瘤细胞的的筛选 7 杂交瘤细胞的克隆化 8 单克隆抗体的检定 9 分泌单克隆抗体杂交瘤细胞系的建立 10 单克隆抗体的大量制备 动物体内诱生法和体外培养法三 基因工程抗体 第三代抗体? 嵌合抗体 2 重构抗体 3 小分子抗体四 单克隆抗体的应用? 诊断试剂? 研究用的探针? 制备生物导弹 4 放射免疫测定法第四章补体系统 第一节概述一 概念补体系统 (complement system) 是由补体级联反应固有成分 补体调节蛋白 补体受体等 30 余种糖蛋白组成的, 具有精密调控机制和自限性的酶解系统 它是与免疫有关 具有酶活性 血清含量相对稳定的一组非特异性的免疫物质 补体可被抗原 抗体复合物或其他途径激活, 产生溶细胞 炎症反应以及促进巨噬细胞的吞噬等多种功能, 是机体防御机能的重要组成成分 二 补体系统的组成构成补体系统的各种成分按其生物学功能可以分为三类 : 1 补体的固有成分指存在于体液中 参与补体激活级联反应的补体成分, 包括 ( 1 ) 经典激活途径的 C1q C1r C1s C4 C2 ;( 2 ) 甘露聚糖结合凝集素 ( mannan binding lectin, MBL ) 激活途径 第 12 页共 61 页

13 的 MBL 丝氨酸蛋白酶 ( serine protease );( 3 ) 旁路激活途径的 B 因子 D 因子 ;( 4 ) 上述三条途径的共同末端通路的 C3 C5 C6 C7 C8 和 C9 2 以可溶性或膜结合形式存在的补体调节蛋白包括备解素 C1 抑制物 I 因子 C4 结合蛋白 H 因子 S 蛋白 Sp40/40 促衰变因子 膜辅助因子蛋白 同种限制因子 膜反应溶解抑制因子等 3 介导补体活性片段或调节蛋白生物效应的受体补体受体 ( CR ) 包括 CR1 ~ CR5 C3aR C2aR C4aR 等 体内多种组织细胞均能合成补体蛋白, 其中肝细胞和巨噬细胞是补体的主要产生细胞 三 命名由于补体系统组成和功能的复杂性, 其命名较为复杂, 一般有以下规律可循 : 参与补体经典激活途径的固有成分, 按其被发现的先后分别命名为 C1(q r s) C2 C9 ; 补体系统的其他成分以英文大写字母表示, 如 B 因子 D 因子 P 因子 H 因子 ; 补体调节蛋白多以其功能命名, 如 C1 抑制物 C4 结合蛋白 促衰变因子等 ; 补体活化后的裂解片段, 以该成分的符号后面附加小写英文字母表示, 如 C3a C3b 等 ; 具有酶活性的成分或复合物, 在其符号上划一横线表示, 如 ; 灭活的补体片段, 在其符号前加英文字母 i 表示, 如 ic3b 四 补体成分的合成已证明多个器官和多种细胞合成补体成分, 其中肝细胞和巨噬细胞是合成大多数补体成分的主要细胞, 见表 4 1 表 4 1 补体各成分的合成部位补体成分合成部位补体成分合成部位 C1 小肠上皮细胞 脾 巨噬细胞 C8 脾 肝 肺 小肠 肾 C2 巨噬细胞 肝 脾 肺 骨髓 C9 肝 C3 肝 淋巴组织 巨噬细胞 骨髓 B 因子巨噬细胞 肝 C4 巨噬细胞 肝 脾 肺 D 因子巨噬细胞 血小板 C5 骨髓 肝 肾 脾 肺 P 因子巨噬细胞 C6 肝 巨噬细胞 I 因子巨噬细胞 C7? H 因子巨噬细胞 血小板五 补体系统的特性 1 补体蛋白多为糖蛋白, 占血清蛋白总量的 10% 左右 2 补体含量相对稳定, 不因免疫而增加, 仅在某些疾病时有所变动 3 补体一般以无活性形式存在于血清中 4 在补体系统中, C3 含量最高, D 因子含量最低 5 补体主要在血液和肝脏中代谢, 半衰期约 1 天 6 补体性质不稳定, 56 30min 即失去活性 第二节补体的激活正常情况下, 补体系统以酶原或无活性形式存在于体液中, 一旦被某种因素激活, 补体各组分便被转化为具有酶活性状态, 产生一系列连锁的酶促反应, 又称级联反应 这种活化过程称为补体系统的激活 补体的激活主要有 : 一 经典途径 F 经典途径 (classical pathway) 因激活过程首先是从 C1 开始被活化, 所以又称 C1 途径 能激活补体经典途径的激活剂, 主要是抗原与 IgG IgM 类抗体形成的免疫复合物, 其次, 具有 Clq 受体的某些 RNA 病毒 核酸 粘多糖 肝素和鱼精蛋白等, 均可与 Clq 结合, 产生激活补体效应 纤溶酶或组织蛋白酶可激活相当数量的 Clr 和 Cls, 然后沿经典途径激活补体其他成分 经典途径的激活过程可分为识别阶段 活化阶段和膜攻击阶段 1 识别阶段即经典途径的启动, 是 C1 识别免疫复合物并活化形成 C1 酯酶阶段 C1 是由 C1q C1r 和 C1s 分子组成的多聚体复合物 C1q 为六聚体, 呈球形, 其每一亚单位的头部乃 C1q 与 Ig 结合的部位 C1r 和 C1s 与 C1q 相连 当两个以上的 C1q 头部被 IC 中 IgM 或 IgG Fc 段结合固定后,C1q 6 个亚单位的构象即发生改变, 导致 C1r 被裂解, 所形成的小片段即为激活的 C1r, 它可裂解 C1s 成为两个片段, 其中小分子片段 (C1s) 也具有蛋白酶活性, 它依次裂解 C4 与 C2 第 13 页共 61 页

14 2. 活化阶段即 C3 转化酶和 C5 转化酶形成阶段 C1s 作用于 C4, 所产生的小片段 C4a 释放入液相 ; 大片段的 C4b 可与胞膜或抗原 抗体复合物结合 在 Mg2+ 存在的情况下, C2 可与附着有 C4b 的细胞表面结合, 继而被 C1s 裂解, 所产生的小片段 C2a 被释放入液相, 而大片段 C2b 可与 C4b 形成复合物, 后者即经典途径 C3 转化酶 中的 C4b 可与 C3 结合,C2b 可水解 C3, 所产生的小片段 C3a 释放入液相, 大片段为 C3b 大部分 C3b 与水分子作用, 不再参与补体级联反应 ; 10% 左右的 C3b 分子可与细胞表面的结合, 形成复合物, 后者即是经典途径的 C5 转化酶 3. 膜攻击阶段即形成攻膜复合物 (membrane attack complex, MAC) 使抗原性细胞溶解阶段 二 MBL 途径 ( 凝集素途径 ) MBL 途径是指细菌和病毒表面的甘露糖蛋白与血清中的 MBL 结合, 进而激活 C4 C2 C3 的活化途径 MBL 是一种钙依赖性糖结合蛋白, 属于凝集素家族, 可与甘露糖残基结合 正常血清中 MBL 水平极低, 在急性期反应时, 其水平明显升高 MBL 首先与细菌的甘露糖残基结合, 然后与丝氨酸蛋白酶结合, 形成 MBL 相关的丝氨酸蛋白酶 ( MBL associated serine protease, MASP 1 MASP 2 ) MASP 具有与活化的 C1q 同样的生物学活性, 可水解 C4 和 C2 分子, 继而形成 C3 转化酶, 其后的反应过程与经典途径相同 这种补体激活途径被称为 MBL 途径 ( MBL pathway ) 此外, C 反应蛋白也可与 C1q 结合并使之激活, 然后依次激活补体其他成分 三 替代途径该途径越过 C1 C4 C2 直接激活 C3, 故又称 C3 途径或旁路途径 1. 激活剂革兰氏阴性菌的内毒素, 革兰氏阳性菌的肽聚糖, 细菌, 真菌和酵母菌多糖葡萄糖, 磷壁截, 病毒及病毒感染的细胞, 某些蛋白水解酶, IgA IgE IgG 的聚合物等 2. 参与替代途径的激活与调节因子 B 因子 D 因子 P 因子为激活因子 ; H 因子 I 因子为抑制与调节因子 3. 激活途径 C3 是启动旁路途径并参与其后级联反应的关键分子 在经典途径中产生或自发产生的 C3b 可与 B 因子结合 ; 血清中 D 因子继而将结合状态的 B 因子裂解成小片段 Ba 和大片段 Bb Ba 释放入液相, Bb 仍附着于 C3b, 所形成的复合物即是旁路途径的 C3 转化酶, 其中的 Bb 片段具有蛋白酶活性, 可裂解 C3 极不稳定, 可被迅速降解 血清中的备解素 (properdin, P 因子 ) 可与结合, 并使之稳定 旁路途径 C3 转化酶水解 C3 生成 C3a 和 C3b, 后者沉积在颗粒表面并与结合形成 ( 或称 ), 该复合物即旁路途径的 C5 转化酶, 其功能与经典途径的 C5 转化酶类似, 能够裂解 C5, 引起相同的末端效应 四 补体活化的共同末端效应 1 溶膜复合物 ( membrane attack complex, MAC ) 的形成 2 溶膜复合物的效应 ( 溶胞机制 ): MAC 在胞膜上形成的小孔使得小的可溶性分子 离子以及水分子可以自由透过胞膜, 但蛋白质之类的大分子却难以从胞浆中逸出, 最终导致胞内渗透压降低, 细胞溶解 此外, 末端补体成分插入胞膜, 可能使致死量钙离子被动地向胞内弥散, 并最终导致细胞死亡 第三节补体激活的调节一 经典途径的调节 1. C 1 ( ) 酯酶抑制因子 (C 1 ( ) inhibator,c 1 ( ) INH) 是相对分子量 104kD 的高度糖基化的血清糖蛋白,C 1 ( ) INH 可和 C1r 或 ClS 结合, 使 Clr Cls 不能激活成 C l ( ) r ( ) 或 C l ( ) s ( ), 使其不能裂解 C4 和 C2 形成 C3 转化酶 当 Clr 和 Cls 和抗原抗体复合物结合后, C 1 ( ) INH 就释放出来 C 1 ( ) INH 在血清中的浓度比 C1 高数倍, 是目前所知唯一的 Clr 或 Cls 抑制剂 遗传性 C 1 ( ) INH 缺乏或功能低下时, 导致 C4 C2 无控制活化, 产生的 C4a 使血管道透性增加, 患者在外伤 手术或严重应激状态下, 发生以急性暂时性水肿为特征的遗传性血管神经性水肿 2. C4 结合蛋白和 I 型补体受体 C4b 结合蛋白 (C4bP) 和 I 型补体受体 (CR1) 都能竞争性结合 C4b, 从而抑制 C2b 与 C4b 的结合, 阻止 C 4 ( ) b ( ) 2 ( ) b ( ) 形成, 并且能使已形成的 C 4 ( ) b ( ) 2 ( ) b ( ) 迅速降解 此外, 它还是 I 因子的配基, 促进 I 因子对 C4b 的水解 3. I 因子 I 因子又称 C3b 灭活因子, 能裂解 C3b, 使其成为无活性的 C3bi 因而使 C 4 ( ) b ( ) 第 14 页共 61 页

15 2 ( ) b ( ) 和 C 3 ( ) b ( ) B ( ) b ( ) 不能与与 C3b 结合形成 C5 转化酶 I 因子还能裂解 C4b, 产生 C4c 和 C4d, C4c 释放到液相中, C4d 仍结合于膜上, 但 C4d2b 无 C3 转化酶活性 4. 膜辅助蛋白 (membrane cofactor protein,mcp) 此蛋白存在于白细胞 上皮细胞和成纤维细胞膜上, 它是 I 因子的配基, 辅助裂解 C3b 和 C4b, 但它不能使 c 4 ( ) b ( ) 2 ( ) b ( ) 解离 5. 衰变加速因子 (decay accelerating factor, DAF) 该因子是一跨膜糖蛋白, 存在于血细胞 内皮细胞和各种粘膜上皮细胞上 它能与 C2 竞争结合 C4b, 阻止 C 4 ( ) b ( ) 2 ( ) b ( ) 的形成, 并能加速 C 4 ( ) b ( ) 2 ( ) b ( ) 的降解 ; 它不同于 C4 结合蛋白, 不是以 I 因子配基形式发挥作用的 它能与旁路途径中的 B 因子竞争结合 C3b, 并可使 Bb 从 C 3 ( ) b ( ) B ( ) b ( ) 中解离出来, 导致 C 3 ( ) b ( ) B ( ) b ( ) 失活 二 替代途径的调节该途径的调节主要表现在抑制 C3 转化酶和 C5 转化酶的生成 H 因于是 C3b 灭恬因子的促进因子, 相对分子量 150kD, 是单链的可溶性蛋白 H 因子不仅可以促进 I 因子灭活 C3b 的速度, 也可与 B 因子竞争结合 C3b, 还能使 C3b 从 C 3 ( ) b ( ) B ( ) b ( ) 中置换出采, 从而加速 C 3 ( ) b ( ) B ( ) b ( ) 的灭活, 阻断 C3 转化酶生成 另外 CRl 和 DAF 也可竞争结合 C3b, 或者促进 H 因子与 C3b 结合 I 因子裂解 C3b 产生 C3bi, 不仅阻断了经典途径, 也阻断了旁路途径的 C5 转化酶的形成 补体的激活还有正向调节, 如在经典途径激活中产生的 C3b, 可激活替代途径, 生成 C 3 ( ) b ( ) B ( ) b ( ) 和 C 3 ( ) b ( ) B ( ) b ( ) 3 ( ) b ( ), 备解素与 C 3 ( ) b ( ) B ( ) b ( ) 的结合可起到稳定作用, 延缓其衰变 三 自身细胞的保护作用除前面述及的 MCP CRl DAF 对自身细胞的保护外, 还有 S 蛋白和 C8 结合蛋白的保护作用 S 蛋白能干扰 C5b67 与细胞膜结合, C5b67 虽能与 C8 C9 结合, 这种复合体不与细胞膜 ( 靶细胞和邻近的自身细胞 ) 结合, 就不会使细胞裂解 C8 结合蛋白, 又称同源性限制因子 (homologous restriction factor, HRF), C5b6 与 C7 结合形成 C5b67, 该复合体可插入细胞膜的双层结构中, 但两者结合之前可在体液中自由流动, 因此, C5b67 也可结合在自身的细胞膜上, 引起补体激活部位的临近自身细胞的裂解 C8 结合蛋白和 CD59 分子都表现出同源限制的作用, 即一旦 C5b67 与自身细胞 ( 即同源细胞 ) 结合, 它们可阻止 C5b678 中的 C8 与 C9 结合, 有效地抑制攻膜复合体的形成, 保护补体激活部位邻近细胞不受裂解 第四节补体的生物学功能补体是人及其他动物长期进化而获得的 极为重要的非特异免疫成分, 一方面免疫系统以抗体为导向, 以补体作杀伤手段, 来抵御病原微生物的入侵 另一方面, 补体又可以通过替代途径, 在抗体未形成前的感染早期, 直接由革兰氏阴性菌的内毒素和革兰氏阳性菌的肽聚糖激活 C3, 将病原溶解, 使补体单独产生抗感染效应 补体的生物功能主要包括上述攻膜复合体对靶细胞的裂解作用和补体水解片段的的生物学效应 补体成分及其裂解片段的生物学功能见表 4 6 一 细胞毒作用补体通过经典途径和旁路途径的激活导致靶细胞的溶解 这种补体介导的溶菌 溶细胞作用是机体抵抗病原微生物感染的重要防御手段 补体系统激活后可使各种血细胞 病毒感染细胞及病原微生物等各种靶细胞裂解 其中对革兰氏阴性苗的溶菌作用比对革兰氏阳性菌的溶菌作用大得多, 这可能与其细胞的结构有关 某些自身免疫病可引起自身细胞的裂解, 从而导致自身组织的损伤, 也与补体的参与有关 二 调理作用和免疫粘附作用抗原和抗体形成免疫复合物后, 可与两条激活补体的途径中形成的 C3b 结合, 即抗原 抗体 C3b, 再借助吞噬细胞和红细胞表面的 CR 而与细胞结合, 即 C3b 一端与免疫复合物结合, 另一端与具有 C3bR 的细胞结合, C3b 在抗原 ( 靶细胞 ) 和吞噬细胞或红细胞之间起到桥梁作用 这种免疫复合物粘附到细胞表面, 形成较大复合物的现象称为免疫粘附 这种较大的聚合物, 便于吞噬细胞的捕获和吞噬清除 如果 C3b 使免疫复合物与吞噬细胞结合, 则能促进吞噬细胞的吞噬作用, 称之为补体的调理作用 这种调理作用对于全身性感染的细菌和真菌, 可能是主要的防御作用机制之一 免疫复合物通过 C3b 介导的免疫粘附作用结合到红细胞上, 随血流进入肝 脾, 经其中的巨噬细胞 ( 肝脏的枯否氏细胞 ) 吞噬清除 清除免疫复合物后红细胞仍具生命力, 参加再循环 循环中的红细胞数量大, 第 15 页共 61 页

16 受体丰富 ( 体内 90 % 的 C3bR 存在于红细胞上 ), 因而是清除免疫复合物的重要途径 同时, 补体还可以干扰免疫复合物的形成 三 补体的中和及溶解病毒的作用抗体与病毒结合后加入补体, 能显著地增强抗体对病毒的中和作用, 阻止病毒对宿主细胞的吸附和穿入. 近来发现, 不依赖特异性抗体, 只有补体即可出现溶解病毒的现象. 如由补体介导引起 RNA 肿瘤病毒溶解的现象. 所有 C 型 RNA 病毒, 均能被灵长类动物新鲜血清所溶解. 据认为, 这是由于这类病毒的胞膜上含有 C1 受体, 其相对分子量为 150KD, 对 C1q 明显的亲和力, 因此可以激活补体的经典途径, 使病毒溶解 四 炎症介质作用补体的裂解片段 C2a C3a C4a C5a 等, 以炎症反应方式调动机体的各种防御因素, 达到协同作战, 消灭病原微生物之目的 同时这些裂解片段, 还主要表现有激肽作用 过敏毒素样作用和趋化作用, 造成炎症局部毛细血管扩张和组织细胞的损伤 1. 激肽样作用 C2a C3a 具有细胞的激肽样作用, 可增高血管通透性, 引起炎性渗出 水肿, 称为补体激肽 补体激肽的作用不为抗组胺药物所抑制 如果机体先天缺乏 C1INH, 血中 C2a C4a 水平增高, 便会出现遗传性血管神经性水肿 2. 过敏毒素 C5a C3a C4a 可使肥大细胞 嗜碱性粒细胞释放组胺, 引起血管扩张 毛细血管道透性增加, 以及使平滑肌收缩和支气管痉挛等过敏症状, 故称其为过敏毒素 C5a 是上述效应最强的作用因子, 效率为 C3a 的 20 倍, C4a 作用最弱 C5a 还能提高吞噬细胞内的 cgmp 水平, 有利于溶酶体与胞膜融合, 促进释放溶酶体内的各种酶类 它们的过敏毒素作用均可被抗组织胺类药物所抑制 C5a C3a C4a 能被血清中存在的羧肽酶 (carboxvpepfi dase B), 又称过敏毒素灭活因子的灭活 它的作用机制是将 C5a C3a C4a 肽链分子羧基端的精氨酸水解下来而灭活 3. 趋化作用 C5a C3a 能吸引吞噬细胞向炎症部位聚集, 是一种趋化因子 当补体激活产生的 C5a C3a, 以及炎症部位蛋白酶直接裂解 C5 C3 产生的 C5a C3a, 向炎症外组织扩散时, 形成由浓到稀的梯度, 吞噬细胞根据 C5a C3a 浓度的不同, 由稀向浓的方向游走而到达炎症部位 吞噬细胞的这种聚集能更好地发挥吞噬 处理病原微生物的作用 五 补体对免疫细胞的活化作用抗原与 B 细胞膜上的 SmIg 特异性结合后, 对 B 细胞产生一种特异性的抗原刺激信号, 人类 B 细胞膜上有 C3b 受体, 当 C3b 与 B 细胞膜上 CRl 结合后, 又产生一种非特异性的活化信号 根据 B 细胞活化的双信号理论, 此时的 B 细胞将开始增殖 活化, 而产生分泌抗体的浆细胞 第五章细胞因子 第一节细胞因子的研究简史一 细胞因子的概念细胞因子 ( cytokine, CK ) 是由免疫细胞和非免疫细胞合成和分泌的小分子多肽类因子, 是免疫应答中免疫细胞间相互作用的介质, 具有介导和调节免疫应答的多种生理功能 二 细胞因子的研究简史 1 发现时期 ( 50 年代 70 年代中期 ) 细胞因子的研究对免疫应答及调节 免疫细胞之间的信息传递和相互关系等都有重要意义, 是当今免疫学 遗传学 细胞学以及分子生物学研究最活跃的领域之一 1961 年 Bloom Bennett 和 David 等人在阐明迟发型超敏反应机理的研究中, 发现淋巴细胞活化后, 可分泌一种完全不同于免疫球蛋白的可溶性分子, 它不仅介导迟发型超敏反应, 还介导各种其他型的细胞免疫 1962 年 Ceorge 和 Vaughan 首次发现免疫动物的巨噬细胞在体外培养时, 因特异性抗原和免疫动物淋巴细胞的存在, 巨噬细胞的移动受到抑制 1966 年 David Bloom 和 Bennett 等, 分别证实特异性抗原刺激淋巴细胞活化, 分泌一可溶性因子称巨噬细胞移动抑制因子 ( MIF ) 1969 年 Dumonde 将这种由活化淋巴细胞合成和分泌的 在免疫反应和炎症反应中有多种生物学活性的 非免疫球蛋白的可溶性因子, 称之为淋巴因子 ( lymphokines, LKs ) 除淋巴细胞能合成和分泌 LKs 外, 单核 巨噬细胞 成纤维细胞 大颗粒琳巴细胞等, 也能合成和分泌 LKs 样因子, 称之为单核细胞因子 ( monokines,mks ) 它们在免疫吞噬和炎症反应中同样起重要作用 1977 年 Chohen 将 LKs 和 MKs 统称为细胞因子 ( cytokines, CKs ) 迄今为止, 科学家们已从各自的研究中描绘出 100 余种细胞因子, 而且还在不断发现之中 第 16 页共 61 页

17 2 70 年代中后期 80 年代初期细胞因子的早期 ( 70 年代 ) 研究工作, 因 CKs 含量极微, 难以提纯获得足够数量和纯度, 且 CKs 的相应抗体特异性差, 而难以鉴别 加之只限于按生物活性特点命名, 引起名称上的混乱 如白细胞介素 1 ( IL 1 ) 就有如下许多不同的名称 : 内源性致热原, 白细胞内源性介导因子, 单校细胞因子, B 细胞激活因子, 软骨折断诱导因子, 破骨细胞激活因子, 肌蛋白水解因子, 淋巴细胞激活因子等 同时, 又因为细胞因子功能的多样性和一种因子可被多种不同的细胞产生等复杂情况, 于是限制了对 CKs 基础理论的深入研究和临床应用研究 3 80 年代中期至今进人 80 年代, 由于 DNA 重组技术和单克隆抗体技术的建立和应用, 自 1979 年 β 干扰素的 cdna 克隆成功后, 随着分子克隆技术的不断进展, 一个又一个细胞因子的 cdna 被克隆成功, 形成细胞因子研究的黄金时代 到 1999 年为止, 包括 IL 1 至 IL 18 CSF ( 克隆刺激因子 ) IFN ( 干扰素 ) TNF ( 肿瘤坏死因子 ) TGF ( 生长转化因子 ) SCF ( 干细胞生长因子 ) LIF ( 白细胞抑制因子 ) MCP ( 膜辅助蛋白 ) MIP ( 巨噬细胞炎性蛋白 ) 等 20 余种与免疫有关的细胞因子被发现和克隆, 极大地促进了细胞因子的结构与功能研究 90 年代以来, 细胞因子克隆化速度似乎在减慢, 这可能是体内相对高含量的细胞因子数目有限, 且较易于克隆化, 差不多都已被发现 那些含量甚微或只有在病理条件下才出现的细胞因子, 其克隆化按常规技术不易成功, 这就限制了新细胞因子的发现速度 目前, 仍有不少实验室在致力于新细胞因子的分子克隆化, 特别是递减杂交技术和 PCR 技术的应用, 可能在新细胞因子的克隆化中发挥较大作用 第二节细胞因子的分类细胞因子可被分为白细胞介素 干扰素 肿瘤坏死因子 集落刺激因子 生长因子和趋化性细胞因子等六类 一 白细胞介素 ( Interleukin, IL ) 最初是指由白细胞产生又在白细胞间发挥作用的细胞因子, 虽然后来发现白细胞介素可由其他细胞产生, 也可作用于其他细胞, 但这一名称仍被广泛使用着 目前已报导的白细胞介素已有 23 种 ( IL 1 ~ 23 ) 二 干扰素 ( Interferon, IFN ) 干扰素是最先发现的细胞因子, 因其具有干扰病毒感染和复制的能力故称干扰素 根据来源和理化性质, 可将干扰素分为 α β 和 γ 三种类型 IFN α/β 主要由白细胞 成纤维细胞和病毒感染的组织细胞产生, 也称为 Ⅰ 型干扰素 IFN γ 主要由活化 T 细胞和 NK 细胞产生, 也称为 Ⅱ 型干扰素 三 肿瘤坏死因子 ( Tumor necrosis factor, TNF ) 肿瘤坏死因子是 Garwell 等在 1975 年发现的一种能使肿瘤发生出血坏死的物质 肿瘤坏死因子分为 TNF α 和 TNF β 两种, 前者主要由活化的单核 - 巨噬细胞产生, 抗原刺激的 T 细胞 活化的 NK 细胞和肥大细胞也分泌 TNF α TNF β 主要由活化的 T 细胞产生, 又称淋巴毒素 ( lymphotoxin, LT ) 具有生物学活性的 TNF α/β 为同源三聚体分子 四 集落刺激因子 ( Colony stimulating facter, CSF ) 集落刺激因子是指能够刺激多能造血干细胞和不同发育分化阶段的造血干细胞进行增殖分化, 并在半固体培养基中形成相应细胞集落的细胞因子 目前发现的集落刺激因子有粒细胞 巨噬细胞集落刺激因子 ( GM CSF ) 单核 巨噬细胞集落刺激因子 ( M CSF ) 粒细胞集落刺激因子 ( G CSF ) 此外, 红细胞生成素 ( erythropoietin, EPO ) 干细胞生长因子 ( stem cell factor, SCF ) 和血小板生成素 ( thrombopopoietin, TPO ), 也是重要的造血刺激因子 五 生长因子 ( Growth factor, GF ) 生长因子是具有刺激细胞生长作用的细胞因子, 包括转化生长因子 β ( TGF β ) 表皮细胞生长因子 ( EGF ) 血管内皮细胞生长因子 ( VEGF ) 成纤维细胞生长因子 ( FGF ) 神经生长因子 ( NGF ) 血小板源的生长因子 ( PDGF ) 等 六 趋化性细胞因子 ( Growth factor, GF ) 趋化性细胞因子 ( chemokine ) 是一个蛋白质家族, 此家族由十余种结构有较大同源性, 分子量多为 8 ~ 10kD 的蛋白组成 这些蛋白在氨基端多含有一或两个半胱氨酸 根据半胱氨酸的排列方式, 将趋化性细胞因子又分为亚家族 两个半胱氨酸按 Cys X Cys ( 半胱氨酸 - 任一氨基酸 - 半胱氨酸 ) 方式排列的趋 第 17 页共 61 页

18 化性细胞因子属 α 亚家族, 也称 CXC 趋化性细胞因子 ; 以 Cys Cys 方式排列的趋化性细胞因子属 β 亚家族, 也称 CC 趋化性细胞因子 近年来, 又发现了氨基端只有一个半胱氨酸 ( Cys ) 的趋化性细胞因子, 这种趋化性细胞因子被命名为 γ 亚家族趋化性细胞因子, 也称 C 趋化性细胞因子 趋化性细胞因子主要由白细胞与造血微环境中的基质细胞分泌, 可结合在内皮细胞的表面, 具有对中性粒细胞 单核细胞 淋巴细胞 嗜酸性细胞和嗜碱性细胞的趋化和激活活性 IL 8 是 α 亚家族系的代表, 对中性粒细胞有趋化作用 单核细胞趋化蛋白 1 ( monocyte chemotactic protein 1, MCP 1 ) 是 β 亚家族的代表, 可趋化单核细胞 淋巴细胞趋化蛋白 ( lymphotactin ) 是 γ 亚家族的代表, 对淋巴细胞有趋化作用 第三节细胞因子的共同特性近年来由于基因工程重组细胞因子的问世, 给细胞因子的生物活性研究提供了大量的资料, 证明了每一种细胞因子都有独特的生物学活性, 但所有细胞因子又有其共有的特性 细胞因子的共有特性有 : 一 理化特性 1 细胞因子是糖蛋白, 分子量大小不等, 为 8 80kD, 大多数为 15 30kD 2 多数以单体形式存在 3 细胞因子之间缺乏明显的同源性 二 分泌特性 1 以旁分泌 ( paracrine ) 自分泌 ( autocrine ) 或内分泌 ( endocrine ) 的方式发挥作用 细胞因子通常在内质网中合成, 在高尔基氏体内糖基化, 然后大多通过自分泌形式作用于自身细胞和旁分泌方式作用于邻近细胞, 其作用方式是短暂地产生并在局部发挥作用 也有的可以通过循环系统作用于远处细胞, 即内分泌形式 2 短时自限性 细胞因子的合成和分泌是一个短促的 自我限量的过程 当淋巴细胞与刺激剂一起温育时, 6 8h 后, 在培养上清液中即可检出细胞因子, 24 ~ 72h 时 CKs 可达最高水平, 但 CKs 引发的细胞响应却是缓慢的 3 一种细胞因子可由多种细胞产生 如 IL 1 的产生细胞包括免疫活性细胞, 如 B 细胞 ; 抗原递呈细胞, 如巨噬细胞 树突状细胞 星形细胞等 ; 此外还有内皮细胞 滑膜细胞 平滑肌细胞等 三 作用特点 1 由受体介导, 高亲和力 细胞因子需与靶细胞膜上的特异性的 高亲和力的受体结合后, 才能介导生物效应 细胞因子与其受体的解离常数 KD ~ mol / L, 比抗原抗体的结合 ( KD 10 7 ~ mol / L ) 和 MHC 肽段的结合 ( KD 10 6 mol / L ) 的亲和性显然要高得多 2 非特异性, 不受 MHC 限制 大部分细胞因子, 包括由特异性抗原诱生的细胞因子, 均以非特异方式起作用, 既不与抗原反应, 也不表现抗原特异性 它们的作用不受组织相容性抗原 ( 包括 MHC I Ⅱ 类分子 ) 的限制, 也不与组织相容性抗原 抗免疫球蛋白抗体和抗独特型抗体相互作用 3 高效性 细胞因子有很强的生物学活性, 在极微量 ( ~ mol / L ) 水平就能发挥明显的生物学作用 4 多效性, 重叠性或拮抗性 细胞因子繁多的产生途径, 扩大了细胞因子的多效性, 而且多种细胞产生同一种细胞因子, 为细胞因子之间的相互作用提拱了物质基础, 构成一个复杂的 开放式的细胞因子网络 单一的刺激, 如抗原 丝裂原 病毒感染等, 又可使同一细胞产生多种细胞因子, 而一种细胞因子又可作用于不同类型的靶细胞 F 5 细胞因子影响和作用的靶细胞是多种多样的, 包括淋巴细胞 单核 巨噬细胞 多形核细胞 胸腺细胞 NK 细胞 骨髓细胞 血小板 成纤维细胞 破骨细胞和内皮细胞等 6 一种细胞因子可具有多种生物学活性, 但多种细胞因子也常具有某些相同的生物学活性 ( 表 5 2 ) 不同的细胞因子具有相同生物学活性的原因, 可能是受体后效应相同之故, 8. 细胞因子的基因多为单一拷贝, 约有 4 个外显于组成, 含有信号肽序列和富含 AT 的 3 ' 端为非翻译区 7 细胞因子常具有生理和病理的双重作用, 如 IL 6, 参与抗体形成 B 细胞分化及增殖的调节, 并具有较强的抗病毒活性, 还参与炎症反应 影响血细胞生成 8 细胞因子的功能不仅能调节免疫系统, 而且还在免疫系统与神经内分泌系统之间发挥重要的桥梁作用 第四节细胞因子的生物学活性 ( 一 ) 介导天然免疫此类细胞因子主要由单核巨噬细胞分泌, 表现为抗病毒和细菌感染的作用 抗病毒的细胞因子有 : IFN 第 18 页共 61 页

19 a / b ; IL 12 ; IL 15 抑制和排除细菌的细胞因子 ( 前炎症细胞因子 ) 有 : TNF a ; IL 1 ; IL 6 ; 趋化性细胞因子及 IL 10: 天然免疫的负调节因子 ( 二 ) 介导和调节特异性免疫应答介导和调节特异性免疫应答的细胞因子主要由抗原活化的 T 淋巴细胞分泌, 调节淋巴细胞的激活 生长 分化和发挥效应 在受到抗原的刺激后, 淋巴细胞的活化受到细胞因子的正负调节 如 IFN γ 通过刺激抗原提呈细胞表达 MHC II 类分子促进 CD4+ 细胞的活化 ; TGF β 可抑制巨噬细胞的激活 在免疫应答的过程中, 有多种细胞因子可刺激免疫活性细胞的增殖, 如 IL 2 和 IL 4 是 T 细胞的自分泌生长因子, 也是 B 细胞的旁分泌生长因子 ; IL 4 和 IL 3 协同刺激肥大细胞的增殖 ; IL 5 刺激嗜酸性粒细胞的生长 在免疫应答的过程中, 也有多种细胞因子刺激免疫活性细胞的分化 IL 12 促进初始 CD4+T 细胞分化成 Th1 细胞, IL 4 促进初始 CD4+T 细胞分化成 Th2 细胞 B 细胞在分化过程中发生的类别转换也是在细胞因子的作用下实现的, 如 IL 4 刺激 B 细胞产生 IgE ; IFN γ 刺激 B 细胞产生 IgG ; TGF β 刺激 B 细胞产生 IgA 从这个意义上讲, 细胞因子决定了 B 细胞产生的免疫球蛋白的类别, 使其介导不同的效应功能 在免疫应答的效应阶段, 多种细胞因子刺激免疫细胞对抗原性物质进行清除 Th1 细胞分泌 IFN γ 和 IL 2,IFN γ 是一种重要的巨噬细胞激活因子 (MAFs), 它激活单核吞噬细胞杀灭微生物 IFN γ 和 IL 2 都可增强 NK 细胞的细胞毒活性 IFN γ 促进 CTL 成熟, IL 2 刺激 CTL 的增殖与分化, 并杀灭微生物, 尤其是胞内寄生物 Th2 细胞分泌的 IL 4 和 IL 5 刺激嗜酸性粒细胞分化, 使其能够杀伤蠕虫 有些细胞因子如 TGF β 在一定条件下也可表现免疫抑制活性 它除可抑制巨噬细胞的激活外, 还可抑制 CTL 的成熟 分泌 TGF β 的 T 细胞表现抑制性 T 细胞的功能 某些肿瘤细胞因分泌大量的 TGF β, 而逃避机体免疫系统的攻击 ( 三 ) 诱导凋亡 IL 2 诱导抗原活化的 T 细胞凋亡, 限制免疫应答的强度 ; TNF 可诱导肿瘤细胞凋亡 ( 四 ) 刺激造血在免疫应答和炎症反应过程中, 白细胞 红细胞和血小板不断被消耗, 因此机体需不断从骨髓造血干细胞补充这些血细胞 由骨髓基质细胞和 T 细胞等产生刺激造血的细胞因子在血细胞的生成方面起重要作用 SCF 作用于造血干细胞后, 使其对多种集落刺激因子具有应答性 GM CSF M CSF 和 G CSF 刺激粒细胞和单核细胞的产生 IL 4 加 GM CSF 刺激朗格汉斯细胞分化为树突状细胞 IL 7 刺激未成熟 T 细胞前体细胞的生长与分化 EPO 刺激骨髓红细胞前体使之分化为成熟红细胞 IL 11 和血小板生成素 ( thrombopoietin, TPO ) 均能具可刺激骨髓巨核细胞的分化 成熟和血小板的产生 第五节细胞因子的受体细胞因子的受体 ( receptor ) 为跨膜蛋白, 与相应细胞因子结合, 启动细胞因子的信号转导, 而发挥作用 一 细胞因子受体的分类 ( The classification of cytokine receptors ) 根据细胞因子的结构可将其分为五个家族 1. 免疫球蛋白基因超家族这类受体的细胞膜外区有一或多个免疫球蛋白 ( Ig ) 样结构域 IL 1 IL 6 M CSF SCF PDGF 和 FGF 受体都属此类 2.I 型细胞因子受体家族这类受体又称红细胞生成素 (EPO) 受体家族或造血因子受体家族 ( hematopoietin receptor family ), 其胞膜外区有两个不连续的半胱氨酸残基和 WSXWS 基序 ( W 代表色氨酸, S 代表丝氨酸, X 代表任一个氨基酸 ) IL 2 ~ 7 IL 9 IL 11 IL 13 IL 15 GM CSF 和 G CSF 受体属此类 IL 6 受体既含 Ig 样结构域, 又含半胱氨酸残基和 WSXWS 基序, 因此它既可以归类于免疫球蛋白基因超家族, 又可归类于 I 型细胞因子受体家族 3.II 型细胞因子受体家族这类受体是干扰素的受体, 其胞膜外区有四个不连续的半胱氨酸残基 4.III 型细胞因子受体家族这类受体又称肿瘤坏死因子受体家族, 有富含半胱氨酸的基序 TNF 受体 神经生长因子受体 CD40 和 Fas 分子属此类受体 5. 趋化性细胞因子受体家族 (chemokine receptor, CKR) 这一家族的受体是 G 蛋白偶联受体, 由七个疏水性的跨膜区组成, 此类受体与相应的配体结合后, 经偶联 GTP 结合蛋白而发挥生物学效应 趋化性细胞因子如 IL 8 和 MCP 受体属此类 趋化性细胞因子受体可分为 CC CKR 和 CXC CKR 等类别, 第 19 页共 61 页

20 CC CKR 是 CC 亚家族趋化性细胞因子的受体, CXC CKR 是 CXC 亚家族趋化性细胞因子的受体 二 多亚单位受体和共用亚单位 ( The poly subunit receptors and the mutual subunit ) I 型细胞因子受体家族受体的多数成员属多亚单位受体, 其中一种亚单位是细胞因子结合亚单位, 另一种是信号传递亚单位 多种 I 型细胞因子受体有共用的相同的信号传递亚单位 如人 IL 3 IL 5 和 GM CSF 受体均由 α 和 β 亚单位组成, 其中 α 亚单位是细胞因子结合亚单位, 结构各异, β 亚单位是同一种 150kD 的信号传递亚单位 因此, IL 3 IL 5 和 GM CSF 在功能 y 上有很大的重叠性, 如均可作用于造血干细胞 IL 6 受体由 α 和 β 亚单位组成, 其信号传递亚单位是一种 130kDa 的跨膜糖蛋白 ( gp130 ), IL 11 和 IL 6 受体有相同的 gp130 信号传递亚单位 IL 2 受体由 α β γ 三个亚单位组成, β 链和 γ 链为信号传递亚单位 IL 2 IL 4 IL 7 IL 9 和 IL 15 受体都有相同的 γ 链 第六节细胞因子的应用细胞因子有广泛的生物学作用, 是重要的生物应答调节剂 ( biological response modifier, BRM ), 用于治疗某些疾病 国外已批准用于临床的细胞因子基因产品有 : EPO, IFN, G CSF, GM CSF, IL 2, IL 11 等 一 感染性疾病 ( Immunity to infectious disease ) 细菌性脓毒血症休克 ( bacterial septic shock, BSS ) 可在感染细菌后数小时发生 细菌细胞壁内毒素刺激巨噬细胞产生过量的 IL 1 和 TNF α 是 BSS 发生的重要原因 给 BSS 患者注射重组 IL 1 受体拮抗剂或有中和活性的 TNF α 单克隆抗体可明显降低其死亡率 干扰素已被用于病毒性感染如病毒性肝炎 角膜炎和感染性生殖器疣的治疗 IFN γ 对利什曼原虫和弓形虫感染也有疗效 此外, IL 5 可被用于寄生虫感染 ; IL 12 可被用于纠正艾滋病 (AIDS) 病人 Th1 细胞的进行性减少 二 肿瘤 ( Immunity to tumors ) 由 IL 2 活化的 NK 细胞被称为淋巴因子激活的杀伤细胞 (LAK) LAK 细胞具有广谱的肿瘤杀伤活性 根据这一性质, 人们进行了在体外用 IL 2 诱生 LAK 细胞, 然后回输到患者体内治疗 3 恶性肿瘤的尝试, 这一疗法在某些肿瘤患者取得了使肿瘤缩小的效果 近年发现用组合细胞因子 (IL 1 IL 2 IFN) 加抗 CD3 mab 诱导的杀伤细胞, 称 CIK(cytokine induced killers), 其杀瘤作用强于 LAK 将 IL 2 和肿瘤疫苗一起使用能明显增强 CTL/NK 细胞的活性, 提高机体的抗肿瘤功能 拮抗 IL 2 或 IL 2 受体的制剂也可用于 T 细胞性白血病的治疗 IL 6 是浆细胞瘤细胞的自分泌生长因子, 促进多发性骨髓瘤的形成和发展 高水平表达 IL 6 的 IL 6 转基因小鼠表现广泛的 致死性的浆细胞增殖 应用 IL 6 的单克隆抗体可抑制体外培养浆细胞的增殖和多发性骨髓瘤的发展 IFN α 因可抑制细胞的增殖对毛细胞白血病和艾滋病相关的 Kaposi's 肉瘤有疗效 三 移植物的排斥 ( Inhibit the rejection of implant ) 抗 IL 2 或 IL 2 受体的制剂可抑制同种移植物的排斥 在动物实验中, 用偶联白喉毒素的 IL 2 选择性杀伤活化的 T 细胞, 可抑制肾及心脏移植后的排斥反应 注射重组 IL 1 受体拮抗剂可明显延长动物心脏移植物的存活 四 血细胞减少症 ( Therapy of haemolytic anaemias ) 多种细胞因子可被应用于血细胞减少症的治疗 可用 GM CSF M CSF 和 G CSF 治疗白细胞减少症, EPO 治疗红细胞减少症, IL 11 治疗血小板减少症 五 超敏反应 ( Inhibiting hypersensitivity ) IL 4 和 IL 13 可诱导 B 细胞发生免疫球蛋白重链的类别转换而分泌 IgE 因此, 抑制 IL 4 和 IL 13 可能预防 治疗 I 型超敏反应 六 治疗自身免疫性疾病 ( Therapy of the autoimmunnity diseases ) IL 10 可能治疗由 Th1 细胞引起的自身免疫性疾病 中和 IL 2 或 IL 2 受体的制剂可能用于某些自身免疫性疾病的治疗 抗 TNF 的中和抗体可以减轻类风湿关节炎患者的关节损伤 第七节几种细胞因子的简介一 白细胞介素 1 IL 1 是 1972 年 Croy 等发现的, 主要由活化的单核巨噬细胞产生 IL 1 的生物学活性有 : 1. 参与免疫调节, 促进 T 细胞活化 第 20 页共 61 页

21 2. 介导炎症反应, 内源性致热原 3. 影响组织代谢 二 白细胞介素 2 IL 2 是在 1976 年 Morgan 等发现的, 主要由活化的 T H 细胞产生 IL 2 是一种自分泌和旁分泌因子, 不进入血液 人 IL 2 是由 133 个氨基酸残基组成的糖蛋白, 成熟的 IL 2 分子大小不等, 这是由于糖基程度所致 IL 2 由单个基因编码, 其基因定位于第 4 号染色体上, 它编码一个有 133 个氨基酸残基的多肽链和一个 20 个氨基酸残基的信号序列 IL 2 含有数目可变的 O 连接的糖基 人和小鼠 IL 2 基因 DNA 序列有 72 % 同源性 IL 2 的主要生物学活性有 : 1. IL 2 能维持 T 细胞在体外生长 2. 诱导活化的 T 细胞 ( LAK ) T C 等杀伤细胞的分化和效应功能, 诱导这些细胞产生 IFN γ IFN α 等细胞因子 3. 增强 NK 细胞的活性 4. 促进 B 细胞的增殖和分泌抗体 三 白细胞介素 4 IL 4 是 Howard 等于 1982 年首次发现的, 由活化的 T H 细胞产生 IL 4 的生物学活性 : 1. IL 4 是迄今发现的唯一能使休止期 B 细胞增殖的细胞因子 IL 4 有抑制前 B 细胞生长的调节 IL 4 可刺激活化的 B 细胞合成 IgGl 和 IgE ; 抑制活化的 B 细胞合成 IgM IgC3 Ig2a 和 IgG2b, IL 4 可使活化的 B 细胞增强 Ige 低亲和力受体的表达 2. IL 4 能诱导胸臆细胞增殖, 对成熟的 T H 和 CTL 细胞也有促增殖作用, 可增强 CTL 的细胞毒活性 此外 IL 4 还抑制 IL 2 刺激 CTL 和 LAK 的活性 单独使用 IL 4 或与其他细胞因子联用, 可刺激 T 细胞系增殖 3. IL 4 是巨噬细胞激活因子, 增强巨噬细胞表达 MHC Ⅱ 类分子 4. IL 4 是肥大细胞生长因子, 它与 IL 3 协同刺激肥大细胞增殖 5. IL 4 与 IL 2 协同刺激肿瘤浸润淋巴细胞 ( TlL ), 增强其杀瘤活性 它与 G CSF ( 粒细胞克隆刺激因子 ) 或红细胞生成素协同作用, 可增强多型核白细胞或红细胞的生长 6. IL 4 可抑制程序性淋巴细胞死亡 四 干扰素干扰素 ( interferon, IFN ) 是诱生蛋白, 是由微生物或其他干扰素诱生剂刺激细胞产生的, 由多个基因编码的一组蛋白质 干扰素可分为三型 : IFN α IFN β 和 IFN γ 1957 年, Isaacs 和 Lindemann 通过实验证实了干扰素的存在 1965 年 Wheelock 和 1969 年 Green 又先后发现, 免疫活性细胞对丝裂原或抗原刺激后产生的一类对酸敏感的干扰素, 称为免疫干扰素 以后又将耐酸的干扰素称为干扰素 I, 对酸敏感的称之干扰素 Ⅱ 根据干扰素产生细胞不同, 又将干扰素 I 分为两种 ; 由白细胞产生的为 IFN α 和由成纤维细胞产生的称为 IFN β 干扰素 Ⅱ 只有一种称为 IFN γ 干扰素的生物学活性包括 : 1. 抗病毒作用当干扰素与其受体结合后, 可诱导细胞产生多种具有酶活性的抗病毒蛋白, 抑制其他多种病毒的复制 干扰素抗病毒的作用是广谱的 非特异性的 2. 免疫调节作用干扰素可增加细胞表达 IgG 的 FcR, 提高机体的免疫反应能力 IFN α 和 IFN β 可增强细胞表达 MHC I 类分子 T C 和 NK 细胞识别与 MHC I 类分子结合的抗原, 达到溶解病毒感染细胞和肿瘤细胞的作用 IFN γ 具有较强的免疫调节作用, 对巨噬细胞 T 细胞 B 细胞等均具有免疫调节作用, IFN γ 可增强 MHC Ⅱ 类分子的表达 3. 抗肿瘤免疫干扰素可暂时抑制某些基因, 特别是那些前癌基因和其他有丝分裂有关的基因的转录, 有效地抑制正常和恶性细胞的生长 五 肿瘤坏死因子 第 21 页共 61 页

22 肿瘤坏死因子 ( tumor necrosis factor, TNF ) 是由单核巨噬细胞产生的一种仅对肿瘤细胞有细胞毒作用, 而不影响正常细胞的非种属特异性因子 1975 年美国的 Gorswell 等在先用卡介苗致敏, 再用脂多糖攻击的动物血清中, 发现了 TNF 另外一种由激活的 T 细胞产生的淋巴毒素 ( Iymphotoxin, LT ) 也表现出肿瘤坏死活性, 后来证实 LT 和 TNF 有许多共同的生物活性, 且结合到相同的细胞受体上, 因此 LT 也称为 TNF β, 而 TNF 称为 TNF α TNF 的主要生物学活性有 : 1. 对多种转化细胞或病毒感染的细胞产生生长抑制或细胞毒作用 2. 对某些正常的或转化的细胞起有丝分裂原作用 如激活 T 细胞和刺激 B 细胞产生抗体 ; 诱导骨髓性白血病细胞分化作用 ; 诱导某些细胞呈现抗病毒状态等 3. 对内皮细胞表面特性的调控作用 如介导血管内皮细胞粘附白细胞, 使中性粒细胞 单核细胞 淋巴细胞等在炎症部位聚集 ; 诱导血管内皮细胞和成纤维细胞合成克隆刺激因子 4. 刺激其他类细胞如单核 巨噬细胞 成纤维细胞等产生细胞因子 ( IL 1 IL 6 IFN γ 等 ) 5. 激活中性粒细胞杀死微生物 ; 增加嗜酸粒细胞对寄生虫的毒性作用 ; 刺激破骨细胞的骨吸收作用等 同时 TNF 还能抑制胶原生成, 刺激胶原分解 6. TNF 在体内 外均有直接杀伤肿瘤细胞的活性 在体内肿瘤组织中心的细胞更易被 TNF 杀伤, 导致肿瘤组织中心部位坏死和生长抑制现象 第六章主要的组织相容性系统 第一节小鼠的主要组织相容性抗原一 小鼠 MHC H 2 复合体 1936 年 Gorer 在鉴定近交系小鼠血型抗原时发现小鼠主要组织相容性抗原 1948 年 Gorer 和 Snell 又确定了表达 H 2 抗原的基因存在于第 17 对染色体短臂上 H 2 复合体由彼此独立又紧密连锁的一些基因位点组成, 包括 K I S L D 等几个亚区, 可分为三类 : 1 I 类基因即 H 2K H 2D 和 H 2L 基因, 各含 20 个以上的复等位基因, 决定排斥反应是否发生 2 II 类基因 ( 免疫应答基因, immune response gene, Ir 基因 ) 指 I 区基因, 包括 I A 和 I E 等 Benacerraf 等通过实验证明, II 类基因与免疫应答和免疫调节有关, 它所编码的产物称为 I 区相关抗原 ( I region associated antigen ) 或免疫相关抗原 3 Ⅲ 类基因, 指 H 2S 区的基因, 包括 C4 C2 Bf 基因等 各种动物 MHC 的作用基本相似, 包括 :1 MHC 编码的抗原广泛分布于淋巴细胞和其他有核细胞的表面 ; 与同种内移植排斥有关, 也是刺激混合淋巴细胞反应 ( MLR ) 和移植物抗宿主反应 ( GVHR ) 的主要刺激抗原 2 控制机体对抗原的免疫应答或免疫抑制, 以及免疫活性细胞之间相互作用 3 编码补体系统中的某些组分 4 MHC 中某些抗原出现的频率与对某些疾病的易感性有关 第二节人类的 MHC HLA 人类主要组织相容性抗原常称为人类白细胞抗原 ( human leucocyte antigen, HLA ) 一 人类 MHC HLA 复合体人类的 MHC, 即编码 HLA 的基因群, 称为 HLA 复合体, 与小鼠 H 2 为同源结构, 定位于第 6 号染色体短臂 ( 一 ) HLA 复合体的命名和结构 HLA 复合体占人体整个基因组的 1 / 3000, DNA 片段长度约 kb 其结构如图 7 2 所示 HLA 复合体中约有 100 个座位 ( 主要的 HLA I Ⅱ 类基因座位见表 7 1 ), 按其编码产物的结构 表达方式 组织分布与功能可将这些基因分为三类 1. HLA I 类基因在 I 类基因区内, 存在多达 31 个 I 类基因座位, 已识别并命名的有 8 个基因, 其中 HLA A HLA B HLA C 为经典的 HLA I 类基因 2. HLA Ⅱ 类基因 HLA Ⅱ 类基因区包括约 30 个基因座位, 经典的 Ⅱ 类基因一般指 HIA DR DP 和 DQ, 它们编码的产物均为双肽链 ( α β ) 分子 3. HLA Ⅲ 类基因现已发现 HLA Ⅲ 类基因区至少有 36 个基因座位 其中 C2 C4A C4B Bf 座位编码相应的补体成分, 另外包括 21 羟化酶基因 ( CYP21A B ) 肿瘤坏死因子基因 ( TNFA B ) 以及热休克蛋白 70 ( heat shock protein70, HSP70 ) 基因等 ( 图 7 4 ) 第 22 页共 61 页

23 4. 非 HLA 基因近年来, 还发现了一些位于 Ⅱ 类基因区的新基因座位, 其中部分基因的产物及功能已清楚, 它们包括 : ( 1 ) 肽链转运基因即 TAPl 和 TAP2, 它们的产物与细胞内的肽转运有关, 已被命名为抗原处理相关的转运蛋白 ( transporter associated with antigen processing, TAP ) 或抗原肽链转运肽 ( transporter of antigen peptide ) ( 2 ) 蛋白酶体相关基因 ( proteasome related gene ) 即 LMP2 和 LMP7, 其产物参与内源性抗原处理和递呈, 已被命名为低分子量多肽 ( low molecular weight polypepetide, LMP ) 或巨大多功能蛋白酶 ( large multifunctional protease ) ( 二 ) HLA 复合体的遗传特征 1. 单体型遗传方式 HLA 复合体是一组紧密连锁的基因群 这些连锁在一条染色体上的 HLA 上等位基因的组合称为单体型 ( haplotype ) 单体型遗传指连锁在一条染色体上的等位基因很少发生同源染色体间的交换, 在遗传过程中, HLA 单体型作为一个完整的遗传单位由亲代传给子代 人是二倍体 ( diploid ) 生物, 每一细胞均有两个同源染色体组, 分别来自父母双方 当亲代遗传信息传给子代的时候, HLA 单体型作为一个单位遗传下去 子女的 HLA 染色体中, 子女和父母之间的 HLA 总是有一半相同, 也只能有一个单体型相同 在兄弟姐妹之间比较 HLA 单体型型别只会出现下列三种可能性 :1 两个单体型完全相同的机率为 25 % 2 两个单体型完全不同的机率为 25 % 3 有一个单体型相同的机率为 50 % 这一遗传特点可应用于器官移植中供者的选择和法医中的亲子鉴定 2. 多态性现象多态性 ( polymorphism ) 是指在一随机婚配的群体中, 染色体同一基因座位有两种以上基因型, 即可能编码二种以上的产物 HLA 的多态性现象乃由于下列原因所致 : ( 1 ) 复等位基因 ( multiple alleles ) 由于群体中的突变, 同一座位的基因系列称为复等位基因 HLA 复合体的每一座位均存在为数众多的复等位基因, 这是 HLA 高度多态性的最主要原因 由于各个座位基因组合是随机的, 故人群中 HLA 的基因型可达 10 8 之多 ( 2 ) 共显性 ( codominance ) 一对等位基因同为显性, 称为共显性 HLA 复合体中每一对等位基因均为共显性 共显性大大增加了人群中 HLA 表型的多样化, 达到 10 7 数量级 3. 连锁不平衡 HLA 多基因座位组成单体型时, 连锁的基因不是随机组合在一起的, 而是某些基因总是较经常在一起出现, 而另一些又较少地在一起出现 这种单体型基因非随机分布的现象称为连锁不平衡 ( lindage disequilibrium ) 例如, 在北欧白人中 HLA A1 和 HLA B8 频率分别为 0.17 和 0.11 若随机组合, 则单体型 A1 B8 的预期频率应为 0.17x0.11=0.019 但实际所测得的 A1 B8 单体型频率是 0.088, 即 A1 B8 处于连锁不平衡 实测频率与预期频率间的差值 ( = =0.069 ) 为连锁不平衡参数 连锁不平衡如何产生, 并如何维持, 人们尚不清楚, 推测可能与自然选择有关, 提示某个单体型有利于生存, 但尚需深入探讨 多态性与连锁不平衡以一对矛盾形式在群体中存在 多态性使群体中的个体保持其个体特异性以相互区别, 连锁不平衡则造成某些个体间的相似甚至完全相同 第三节 HLA 抗原系统一 HLA 分子的结构 HLA 分子的基本功能是结合递呈抗原以供 T 细胞识别 这个过程的基本方式是细胞由它自己少量的蛋白质和入侵生物的蛋白质制造的分子复合体表达在细胞表面, 以供免疫细胞识别 1987 年 Bjorhman 等首先借助 X 射线晶体衍射技术弄清了 HLA A2 分子的立体结构 之后, 又对 HLA AW68 HLA B27 及 H 2K b 分子的 X 射线晶体结构进行了分析, 对 HLA Ⅱ 类分子结构的研究也取得进展, 从而为解释这些分子的生物学功能及 MHC 限制性现象提供了有力的依据 ( 一 ) HLA I 类分子所有的 HLA I 类分子均含有二条分离的多肽链, 一条是由 HLA 基因编码的 α 链或重链 ( 44kD ); 另一条为非 HLA 基因编码的 β 链或轻链 ( 12kD ) 根据氨基酸顺序和三维结构分析, 可将 I 类分子分为胞外多肽结合区 类免疫球蛋白区 跨膜区和胞内区 4 个不同的区域 ( 图 7 6 ) 1. 胞外多肽结合区该区位于 α 链的氨基端, 伸出于细胞外, 由二个相似的各包括 90 个氨基酸残基的片段组成, 分别称为 α1 和 α2 HLA I 类分子与抗原结合的部位以及 I 类分子被 T 细胞识别的部位即位于 α1 和 α2 片段 I 类分子的三维结构显示一个独特的构型 ( 图 ) α1 和 α2 各从其 N 端开始均先经 4 次 β 折叠, 然后形成一条 α 螺旋 这两条 α 螺旋构成抗原结合部位的两个侧面, 第 23 页共 61 页

24 8 条 β 折叠肽段构成抗原结合部位的底面, 从而形成一长 2.5nm 宽 lmn 深 1.1nm 的槽状结构, 可与伸展的 8 肽或螺旋 12 肽组成的抗原多肽结合 α1 及 α2 可变区的槽内面约有 20 个位点的氨基酸种类易发生变化, 这与 MHC I 类分子能选择性地结合抗原密切相关, 只有与 MHC I 类分子抗原结合部位构型最吻合的抗原多肽才能与之结合, 并把抗原递呈给 CD8 + T 细胞的 TCR 深槽外部的氨基酸残基则是 MHC I 类分子被 TCR 直接识别的部位 每一 MHC 分子仅包含一个肽结合位点, 而且每次只能结合一个肽, 由细胞纯化的 MHC 分子是含有肽的混合物 2. 类免疫球蛋白区该区又称为重链的 α3 片段, 包括 90 个氨基酸残基, 其序列高度保守, 与免疫球蛋白恒定区具有同源性 I 类分子与 T 细胞表面 CD8 分子的结合部位即在 α3 片段 I 类分子的 β 链分子量为 12kD, 折叠成球形, 电泳时位于 β 2 区, 故称 β 2 微球蛋白 ( β 2 m ) β 2 m 不是 MHC 编码的产物, 而是由人第 15 号染色体的基因编码, 它以非共价键与重链的胞外部分相互作用, 不插入细胞膜而游离于细胞外, 以非共价键附着于 α3 功能区上 β 2 微球蛋白与 α1 α2 α3 片段的相互作用对维持 I 类分子天然构型的稳定性及其分子表达十分重要 3. 跨膜区该区由 25 个氨基酸残基组成, 它们形成螺旋状穿过细胞膜的脂质双层, 并由此将 I 类分子锚定在膜上 图 7 8 HLA I 类分子三维结构顶面观 4. 胞内区 I 类分子 α 链的羧基末端部分含有约 30 个氨基酸, 位于胞浆中, 其性质高度保守 胞内区结构可能参与调节 HLA I 类分子与其他膜蛋白或细胞骨架成分间的相互作用, 也与细胞内外信号传递有关 ( 二 ) HLA Ⅱ 类分子所有的 Ⅱ 类分子均由二条以非共价键连接的多肽链即 α 链与 β 链组成 二条多肽链的基本结构相似, 氨基端在胞外, 羧基端在胞内, 胞外部分占整条链的 2 / 3 α 链和 β 链分子量分别为 34kD 和 29kD Ⅱ 类分子二条链由不同的 HIA 基因编码, 且与 I 类分子不同, 二条链均具有多态性 Ⅱ 类分子二条多肽链也可分为四个区 ( 见图 7 6 ) 1. 胞外多肽结合区 α 链与 β 链的胞外部分均可再分为二个各含 90 个氨基酸残基的片段, 分别称为 α1 α2 和 βl β2 多肽结合区是由 α1 与 β1 互相作用而成 α1 与 βl 折叠形成一个 8 个线状折叠片的底, 以支持 2 个分别由 α1 和 β1 功能区形成的 α 螺旋 Ⅱ 类分子结合的抗原肽较大, 可达 14 个氨基酸的肽链 Ⅱ 类分子的多态性残基主要集中在 α1 和 βl 片段, β1 更具多态性, 像 Ig 的高变区, 在抗原结合中更为重要 这种多态性决定了多肽结合部位的生化结构, 也决定了 HLA Ⅱ 类分子与多肽结合以及被 T 细胞识别的特异性和亲和力 2. 类免疫球蛋白区此区由 α2 和 β2 片段组成, 二者均含内双硫键, 并属于 Ig 基因超家族 在抗原递呈过程中, T H 细胞的 CD4 分子与 Ⅱ 类分子特异结合的部位即位于该 Ig 样非多态区域 3. 跨膜区和胞内区跨膜区含有 25 个氨基酸残基, 所形成的二肽链盘绕成螺旋样, 借助一个很短的疏水区与胞外部分相连, 并将整条多肽链固定在胞膜上 Ⅱ 类分子的羧基端游离在胞浆中, 含有 10 ~ 15 个氨基酸残基 胞内区可能参与跨膜信号的传递 二 HLA 分子的组织分布 1 HLA I 类分子 HLA I 类分子广泛分布于体内各种有核细胞表面, 包括血小板和网织红细胞 成熟的红细胞一般不表达 HLA 抗原, 但某些特殊血型的红细胞也能检出 I 类抗原 不同的组织细胞表达 I 类抗原的密度也各不相同 外周血白细胞和淋巴结 脾脏淋巴细胞所表达的 I 类抗原量最多, 其次为肝 肾 皮肤 主动脉和肌肉细胞 神经细胞和成熟的滋养层细胞不表达 I 类抗原 2 HLA Ⅱ 类分子 HLA Ⅱ 类分子主要表达在某些免疫细胞表面, 如 B 细胞 单核 / 巨噬细胞 树突状细胞 激活的 T 细胞等 : 内皮细胞和某些组织的上皮细胞也可检出 HLA Ⅱ 类抗原 在不同类型细胞或同一类细胞的不同分化阶段, 各种 Ⅱ 类抗原的表达情况也各异 HLA I Ⅱ 类抗原主要分布在细胞表面, 但也可能出现于体液中, 血清 尿液 唾液 精液及乳汁中均已检出游离的 HLA I Ⅱ 类抗原 HLA Ⅲ 类抗原一般指几种补体成分, 它们均分布于血清中 第四节 MHC 的功能 第 24 页共 61 页

25 MHC 抗原作为代表个体特异性的主要组织抗原, 在排斥反应中起关键作用 一 约束免疫细胞间相互作用 MHC 限制性 ( MHC restriction ) 具有同一 MHC 表型的免疫细胞间才能有效地相互作用 巨噬细胞 ( MΦ ) 与 T H 细胞间的相互作用受 MHC Ⅱ 类分子的限制, 即 T H 只能被具有相同 MHC Ⅱ 类分子的抗原递呈细胞所激活 外来抗原进入机体, 被 MΦ 摄取 处理, 然后抗原的关键性片段以配位 ( agretope ) 与 MΦ 内 MHC Ⅱ 类分子的肽结合区形成复合物, 后者转运至 MΦ 膜表面 TCR 识别并结合抗原片段的表位 ( epitope ) 以及 MHC Ⅱ 类分子 α2 β2 功能区的非多态性决定簇, 由此启动免疫应答 因此, 只有 MHC Ⅱ 类抗原阳性的 APC ( 如单核 / 巨噬细胞 树突状细胞等 ) 才能将抗原递呈给 CD4 + T 细胞, 且 APC 表面 Ⅱ 类分子密度与其抗原递呈能力呈正相关 T C 细胞与病毒感染的靶细胞间相互作用受 MHC I 类抗原的限制 T C 细胞 TCR 联合识别靶细胞表面的病毒抗原及 MHC I 类分子 α1 和 α2 功能区的多态性决定簇 同时, T C 细胞表面的 CD8 分子识别 I 类分子 α3 区的非多态性决定簇 一种例外的情况是, T C 细胞对同种异体靶细胞的杀伤作用不受自身 MHC 的约束 二 参与对抗原的加工处理有两种蛋白参与 MHC I 类分子对细胞内抗原的递呈, 即大的多功能蛋白酶 ( large multi functional proteinase, LMP ) 及转运蛋白 ( transporter associated with antigen processing, TAP ) 这两种蛋白的基因与 MHC Ⅱ 类基因紧密连锁于 lkb DNA 序列中 LMP 是细胞原浆中的分子集团 ( 1500kD )), 由许多低分子蛋白聚合而成, 具有蛋白水解酶的性质, 能参与各种蛋白基质的降解 该分子集团中有多个催化位点, 可使同一基质蛋白同步产生多种适合 MHC I 类分子结合的肽段, 例如具有疏水性羧基末端的 9 肽 TAP 是内质网上的异源性二聚体, 由 TAP 1 及 TAP 2 基因编码, 其功能是将胞浆中 LMP 加工后的抗原片段转运至内质网, 并在内质网腔内组装免疫原性多肽 MHC I 类分子复合体 与抗原肽结合的 MHC I 类分子其稳定性增加 LMP 及 TAP 均具多态性, 在不同个体中 LMP 有不同的蛋白结合位点, 催化水解的位点不同, 产生的肽段及抗原决定簇也不同 TAP 的多态性能使不同的肽转运至内质网内 因此, 不同个体的 MHC I 类分子对同一大分子递呈的抗原片段可不同, 从而使不同机体对同一抗原的免疫应答可表现出个体差异, 或产生保护性免疫, 或产生免疫耐受, 或有自身免疫倾向, 或表现出 MHC 相关疾病 三 参与对免疫应答的遗传控制机体对某种抗原物质是否产生应答以及这种应答的强弱是受遗传控制的 Benacerraf 首先证实豚鼠和小鼠对人工合成抗原的免疫应答能力受单个常染色体显性基因的控制, 并将这种控制免疫应答的基因称为 Ir 基因 其后证实, Ir 基因位于小鼠 H 21 区内 随着研究工作的不断深入, 对 Ir 基因的认识已逐渐扩展 : 首先, 已发现 Ⅱ 类基因区内还存在着所谓免疫抑制基因 ( Is 基因 ), 它控制 Ts 细胞对免疫应答的抑制性调节功能 ; 其次, 有证据表明, 某些 I 类基因也参与对免疫应答的遗传控制 四 参与免疫调节 MHC 分子可参与抗原递呈并制约免疫细胞间的相互作用, Ir 基因可控制免疫应答的发生及其强度, 这表明 MHC 在多个方面参与了免疫调节 此外还发现, 非 T 细胞 ( MO B 细胞等 ) 在体外能诱导自身 T 细胞发生增殖反应, 称为自身混合淋巴细胞反应 ( auto logous mixed lymphocyte reaction, AMLR ) 在 AMLR 中非 T 细胞表面的刺激决定簇是 HLA DQ 抗原 自身反应性 T 细胞激活后可表达 HLA DR 抗原, 后者又可作为刺激决定簇激活某些 T 细胞 一般认为, AMLR 代表体内免疫细胞间的一种调节机制, 有助于维持免疫自稳, 故 MHC Ⅱ 类分子通过诱发 AMLR 而参与免疫调节 五 参与免疫细胞分化 MHC 分子参与早期 T 细胞在胸腺中的分化过程 HLA I Ⅱ 类分子阳性细胞分别与 CD8 + T 细胞和 CD4 + T 细胞的分化发育有关 综上所述, MHC 从多方面参与了机体免疫应答的发生和调节, 尤其是 MHC 分子参与对抗原的处理, 与之结合并将其递呈给 T 细胞, 这是免疫应答的诱导和调节的最基本点 第五节 MLA 的意义 HLA 系统作为高度多态性的遗传标志, 使人类具有个体独特性, 其抗原频率 等位基因频率 单倍型组合和分布频率均成为区别群体中个体差异遗传基础的极好材料, 并具有重要实际意义 一 HLA 与器官移植 第 25 页共 61 页

26 器官移植是现代医学重要的治疗手段之一 移植排斥反应的本质是免疫应答, 故移植器官的长期存活关键取决于供者和受者之间的 HLA 型别是否相符, 即 HLA 各基因位点上相同的等位基因数目 在肾脏移植中, 各 HLA 座位配合的重要性依次为 HLA DR HLA B HLA A 在骨髓移植中, 为预防移植物抗宿主反应, 一般要求从同胞中选择 HLA 完全相同的个体作为供者 二 HLA 与疾病的相关性研究 HLA 与疾病的关系, 实质上是研究疾病发生发展的遗传倾向, 因此必须首先明确两个基本概念 一是关联 ( association ), 指两个遗传学性状在群体中同时出现时呈非随机性分布 若无关联呈随机性分布 二是连锁 ( 1inkage ), 指在一条染色体上, 不同座位的基因结合在一起遗传的频率不同于按分离率所期望的频率 基因的连锁表示它们处在同一染色体上, 而且其座位是很靠近的 家系分析表明双亲的 HLA 各座位的基因总是以特定的单体型为单位一起遗传给后代而很少发生交换, 若病人的单体型呈现非随机性分布, 即连锁不平衡, 说明此病与 HLA 有连锁 关联和连锁是两个不同的概念, 与 HLA 有关联的疾病不一定有连锁, 反之, 与 HLA 有连锁的疾病在群体中不一定查得出有明显的关联 在评估 HLA 与疾病的相关性时须注意下面几点 :1 发现 HLA 与某种疾病有关联, 并不意味着携带某抗原一定患某病 HLA 抗原一般并不是病因, 而仅仅是一种遗传标志 2 HLA 抗原在群体中的分布与民族 人种 地理环境等有关, 在研究与疾病的关联时应综合分析才有参考价值 3 研究对象须是随机选择, 无亲缘关系的 ; 对照组与疾病组应取自同一地区, 其籍贯 性别分布应相似 4 样本数应足够多 三 HLA 与人类学 HLA 系统的多态性是人类进化的产物, 因此各人种 各民族的 HLA 抗原分布 基因频率 单体型组合及频率能为研究民族和种族的起源 演变 进化和迁移提供极为有价值的信息, IHWC 已组织两次以上世界范围内的不同水平上的 HLA 抗原及等位基因调查, 并绘制了系统树 我国 HLA 工作者也已对中国大陆南北汉族的 HLA 多态性分布进行了调查, 发现高加索人种起源的 HLA 抗原 ( A1 A3 B7 B8 B14 ) 在华北人中有较高频率而向着南方降低, 而起源于东南亚的 HLA 抗原 ( All B46 ) 则在华南人中有较高频率而向着北方降低的梯度分布 根据遗传距离聚类分析, 表明中华民族包含华北 华南两大群体, 提出中华民族双重起源学说 对我国西双版纳傣族群体 HLA Ⅱ 类的基因分析, 也发现 DR DQ DP 等位基因频率与连锁不平衡单体型明显有别于白种人及其他人种而具有该民族的独特性 四 HLA 与母胎关系成熟的胎盘滋养层细胞不表达 HLA I 类抗原, 从而保护了携带父方 HLA 单体型的胎儿不被母体排斥 另一方面, 原因不明的习惯性流产也被认为与 HLA 有关 其机理可能是父母双方 HLA 不相容性过弱, 不能产生胎儿保护性抗体而使胎儿流产 这一现象与排斥反应的机理相矛盾 目前已有报道, 采用输入第三者或丈夫的淋巴细胞以激发孕妇同种异体反应的方法治疗习惯性流产 五 HLA 与法医 HLA 分子是每一个体的特异性生物学标志, 且终生不变 同时, 由于 HLA 系统的高度多态性, 在无血缘关系的人群中, HLA 表现型完全相同者是极其罕见的 在同一家庭内 HLA 的遗传是以单体为单位从亲代遗传给子代, 子代的两个 HLA 单体型各来自双亲一方, 因此, 借助 HLA 基因型或表型的检测分型技术, 可以肯定有否亲子关系 ; 在法医学上亦能判断罪行与某个体间的关系 HLA 或 MHC 的意义绝不应低估在上述几个方面, 而应从其参与免疫识别的重要性上理解为天生万物所以能演变至今日的一个重要基础 第七章白细胞分化抗原 白细胞分化抗原是指白细胞 ( 也包括血小板 内皮细胞等 ) 在分化发育不同阶段以及活化过程中, 出现或消失的细胞膜表面分子 CD ( cluster of differentiation ) 的概念 : 将来自不同实验室识别同一种白细胞分化抗原的单克隆抗体群称为 -- CD 单抗 ; 而将该 CD 单克隆抗体所识别的白细胞分化抗原称为 CD 分子 人的 CD 编号已从 CD1 命名至 CD247 第一节概述粘附分子 ( adhesion molecule, AM ) 是泛指介导细胞与细胞间 细胞与细胞外基质 ( extracellular matrix, ECM ) 间相互接触和结合的一类糖蛋白 它们是 CD 分子中重要的组成部分 一 粘附分子的种类 第 26 页共 61 页