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1 免疫学和免疫学检验 一 免疫的概念 绪论 免疫学 (immunology) 是研究机体自我识别和对抗原性异物排斥反应的一门科学 传统免疫学起源于抗感染的研究, 在 19 世纪末 20 世纪初逐渐形成和发展起来 医学家借用拉丁语 immunis 表示免疫 (immunyty), 其原意为免除税役, 转意为免除瘟疫 在以后长在半个世纪的历史时期内, 免疫一直被理解为机体的抗感染能力, 被描述为宿主对病原微生物的不同程度的不感受性 20 世纪中期以后, 免疫学的发展逐渐突破了抗感染研究的局限 事实上, 机体不仅是对微生物, 而是对各种抗原都能够进行识别和排斥, 以维持正常的生命内环境 所以, 免疫是机体识别和排斥抗原性异物的一种生理功能 现代免疫学认为 : 人体内存在一个负责免疫功能的完整的解剖系统棗免疫系统, 与神经和内分泌等其他系统一样, 这个系统有着自身的运行机制并可与其他系统相互配合 相互制约, 共同维持机体在生命过程中总的生理平衡, 具体表现为以下几种生理功能 1. 免疫防御 (immunologicaldefence) 指机体排斥外源性抗原异物的能力 这是动物藉以自净 不受外来物质干扰和保持物种纯洁的生理机制 这种功能一是抗感染, 即传统的免疫概念 ; 二是排斥异种或同种异体的细胞和器官, 这是器官移植需要克服的主要障碍 这种能力低下时机体易出现免疫缺陷病, 而过高时易出现超敏反应性组织损伤 2. 免疫自稳 (immunololgicalhomeostasis) 指机体识别和清除自身衰老残损的组织 细胞的能力, 这是机体藉以维持正常内环境稳定的重要机制 这种自身稳定功能失调时易导致某些生理平衡的紊乱或者自身免疫病 3. 免疫监视 (immunologicalsurveillance) 指机体杀伤和清除异常突变细胞的能力, 机体藉以监视和抑制恶性促瘤在体内生长 一旦功能低下, 宿主易患恶性肿瘤 近几十年来, 免疫学以其辉煌的成就令人瞩目, 免疫学技术的优势有力地推动了医学和生物学各领域的研究, 并促进了临床医学的进步 目前, 免疫学已经成为医学和生物学领域的带头学科之一 二 免疫学发展简史

2 与其他学科一样, 免疫学也是随着社会的发展和科学的进步而逐渐发生 发展和成熟的 免疫学的发展可分为原始 传统和现代三个时期 1. 原始免疫学时期免疫学起源于中国 我国古代医师在医治天花的长期临床实践中, 发现康复后的天花患者及护理者, 或穿过沾染患者痘痂的衣服的人不再患天花, 于是就大胆创用了将天花痂粉吹入正常人鼻孔的方法来预防天花, 这是世界上最早的原始疫苗 据考证, 这种人痘苗在唐代开元年间 ( 公元 713~741 年 ) 就已出现, 至 10 世纪时已在民间广为流传, 并逐渐传播到国外 在约在 15 世纪, 人痘苗法传到中东 当地人把鼻孔吹入法改良为皮内接种法, 免疫效果更加显著 1721 年, 英国驻土耳其大使夫人 MaryMontagu 把这种接种法传入英国, 并且很快遍及欧洲 但是这种经验性的人痘苗虽然有一定免疫效果, 却不十分可靠, 而且还有人工感染的危险, 所以未能为人们普遍接受 到了 18 世纪末, 英格兰乡村医生 E.Jenner 从挤奶女工多患牛痘 ( 一种轻型的局部痘疹 ) 但不患天花的现象中得到启示, 经过一系列实验后, 于 1798 年成功地创制出牛痘苗, 并公开推行牛痘苗接种法 这是世界上第一例成功的疫苗, 为人类最终战胜天花做出了不朽的贡献 但当时微生物学尚未发展起来, 人们尚不认识天花和牛痘的病原体, 所以这种孤立的成功并未得到理论上的升华 此后一个世纪内, 免疫学一直停留在这种原始的经验状态 2. 传统免疫学时期 19 世纪后期, 微生物学的发展为免疫学的形成奠定了基础 1880 年, 法国微生物学家 L.Pasteur 偶然发现接种陈旧的鸡霍乱杆菌培养物可使鸡免受毒性株的感染, 转而成功地创制了炭疽杆菌减毒疫苗和狂犬病疫苗, 并开始了免疫机制的研究 1883 年, 俄国动物学家 E.Metchnikoff 发现了白细胞的吞噬作用并提出了细胞免疫 (cellularimmunity) 学说 1890 年, 德国医师 E.vonBehring 和日本学者北里发现了白喉抗毒素 1894 年比利时血清学家 J.Bordet 发现了补体 这此发现支持体液免疫 (humoralimmunity) 学说 两种学派曾一度论战不休, 直到 20 世纪初英国医师 A.Wright 发现了调理素, 德国学者 P.Ehrlich 提出侧链学说, 才将两种学说统一起来 1901 年, 免疫学 一词首先出现在 IndexMedicus 中,1916 年 JournalofImmunology 创刊 作为一门学科, 免疫学至此才正式为人们所承认 于此同时, 研究抗原体反应的学问棗血清学 (serology) 也逐渐形成和发展起来 1896 年 H.Durham 等人发现了凝集反应,1897 年 R.Kraus 发现了沉淀反应, 1900 年 K.Landsteiner 发现了人类 ABO 血型,J.Bordet 发现了补体结合反应 这些实验逐渐在临床检验中得到应用 此后的几十年中, 血清学研究代表了免疫学发展的主流 3. 现代免疫学时期 20 世纪中期以后, 免疫学众多新发现频频向传统免疫学观念挑战 1945 年 R.Owen 发现同卵双生的两只小牛的不同血型可以互相耐受, 1948 年 C.Snell 发现了组织相容性抗原,1953 年 R.Billingham 等人成功地进行了人工耐受试验,1956 年 Witebsky 等人建立了自身免疫病动物模型 这些免疫生物学现象迫使人们必须跳出抗感染的圈子, 甚至站在医学领域之外去看待免疫学

3 于是一个免疫学的新理论棗克隆选择学说 (cloneselectiontheory) 于 1958 年由澳大利亚学者 F.Burnet 提出 该学说认为 : 体内存在识别各种抗原的免疫细胞克隆 ; 抗原通过细胞受体选择相应的克隆重并使之活化和增殖, 变成抗体产生细胞和免疫记忆细胞 ; 胚胎时期与抗原接触的免疫细胞可被破坏或抑制, 称为禁忌细胞株 (forbiddenclone); 部分免疫细胞可因突变而与自身抗原起反应 这个理论虽不十分完善, 但解释了大部分免疫现象, 为多数学者所接受并被后来的实验所证明, 可以说是一个划时代的免疫学理论 嗣后, 细胞免疫以一个崭新的面貌再度兴起 1956 年 B.Glick 发现了腔上囊的作用,1961 年 J.Miller 发现了胸腺的功能,1966 年 H.Claman 等人区分出 B 细胞与 T 细胞, 并且发现了它们的免疫协同作用, 以后又相继发现了 T 细胞中不同的亚群及其鉴定方法, 以及免疫细胞间朴素作用的机制和主要组织相容性复合体限制性 同时, 体液免疫继续向纵深发展 自 40 年代初确认抗体是血清丙种球蛋白之后,1950 年 R.Porter 用蛋白酶水解获得了抗体的片段,G.Edelman 用化学断裂法得到了抗体的多肽链, 共同证明了抗体的分子结构 ;60 年代统一了免疫球蛋白的分类和名称 ;1957 年 G.Kǒhler 和 C.Milstein 等人用 B 细胞杂交瘤技术制备出单克隆抗体 ;1978 年 S.Tonegawa 发现了免疫球蛋白的基因重排 80 年代以来, 众多的细胞因子相继被发现 对它们的受体 基因及其生物活性的研究促进了分子免疫学的蓬勃发展, 有人称之为 分子免疫学时期, 但从理论上并未突破克隆重选择学说, 只是从技术手段上把免疫学研究推向一个新水平 三 免疫学的分支学科 免疫学的发展日新月异, 涉及的领域越来越广, 学科分支也越来越细, 主要可分为基础免疫学和临床免疫学两大类 ( 一 ) 基础免疫学 基础免疫学 (basicimmunology) 是研究免疫系统组织结构 生理功能及其调节的几个学科分支的统称 包括以下几个方面 1. 免疫生物学 (immunobiology) 是研究免疫系统组成 免疫应答发生的机制 类型及其调节的学科 目前已经大体清楚民淋巴样细胞各类群和单核巨噬细胞的发育过程 主要特征 免疫功能与检测方法, 以及它们在免疫应答中识别与递呈抗原 相互识别与协作的基本过程及机制 免疫生物学的成果可望能够对免疫应答进行特异性的人工调节, 克服超敏应答对机体的损害, 抑制器官移植的排斥反应, 使自身免疫病患者重近对自身抗原的免疫耐受状态 2. 分子免疫学 (molecularimmunology) 是研究免疫分子及其受体的化学结构 基因表达 生物活性及其检测的学科, 免疫化学 (immunochemistry) 的大部分内容可以包涵在这个学科中 免疫蛋白基因的研究 独特型抗体的发现 杂交

4 瘤单克隆抗体技术的创立 基因工和抗体的制备 免疫细胞因子的进展等使得分子免疫学成为整个免疫不中最活跃的一个分支 从微观入手研究整体效应可望取得意想不到的效果, 不久将会有更多的免疫分子应用到临床诊断和治疗以及疾病预防中 3. 免疫遗传学 (immunoginetics) 是从遗传学角度研究免疫应答发生及其调控的学科 人类的免疫应答主要受控于人类白细胞抗原 (HLA) 基因组棗人的主要组织相容性复合体 (MHC), 机体对某抗原是否产生应答 应答过程中免疫细胞间的相互识别与合作 Tc 细胞的杀伤活性等都受 MHC 的限制 器官移植排斥反应和某些变态反应都与 MHC 有关 ;MHC 还与多种疾病 与母胎关系和衰老等多种临床和生物学现象关联 免疫遗传学的研究正日益受到重视, 许多免疫学上的难题可望从遗传学方面找到答案 4. 免疫病理学 (immunopathology) 是研究免疫相关疾病的发生 发展和转归及其机制的学科, 是基础免疫研究通向临床医学的桥梁 目前对免疫炎症的发生机制已经基本了解, 过去许多原因不明 机制不清的疾病都已证明是自身免疫病或免疫相关性疾病 这些成果为有关疾病的诊断和治疗提供了理论基础 另外, 免疫系统本身的异常, 例如免疫缺陷病 ( 包括艾滋病 ) 和免疫增殖病等, 也都等到了较为深入的研究 ( 二 ) 临床免疫学 临床免疫学 (clinicalimmunology) 是利用免疫学理论与技术研究疾病的机制 诊断 治疗和预防的多个分支学科的总称 1. 感染免疫学 (infectionimmunology) 是研究病原生物与宿主相互关系从而控制感染的学科, 是传统免疫学的核心 现在已经对大多数传染病的诊断和治疗建立了一系列的方法, 尤其是在预防传染病方法取得了辉煌的成就 传染与免疫的研究进展将为人类最终战胜传染病做出巨大的贡献 2. 移植免疫学 (transplantationimmunology) 是研究移植物与宿主相互关系从而选择移植物和延长移植物存活的学科 目前已经能够通过检测 HLA 或其基因的办法来选择移植物, 并且可以通过一定的免疫学方法延缓排斥反应的发生 ; 移植器官的长期存活最终还要依赖移植免疫的研究 3. 肿瘤免疫学 (oncoimmunology) 是研究肿瘤与宿主的免疫相关性及其实验诊断和生物治疗的学科 免疫系统有免疫监督功能, 这种功能的降低与宿主发生肿瘤有很大的相关性, 有关这方面的研究尚未取得实用性成果 ; 但肿瘤的免疫诊断方法已经广泛地用于临床, 免疫治疗的研究也取得了令人瞩目的进展 4. 免疫性疾病 (immunologicdiseases) 包括变态反应病 自身免疫病 免疫缺陷病和免疫增殖病等, 是各种原因引起的机体免疫应答异常所致的疾病 现大已经明确了许多免疫性疾病的发病机制和诊断方法, 但对多数这类疾病的治疗和预防尚需进一步深入研究

5 此外, 尚有免疫药理学 (immunopharmacology) 预防免疫学 (prophylacticimmunology) 营养免疫学 (nutritionimmunology) 衰老免疫学 (agingimmunology) 和生殖免疫学 (reproductiveimmunlolgy) 等免疫学分支学科 所有这此分支学科都从不同角度促进了免疫学的整体发展, 已经并仍将为人类健康事业做出积极的贡献 四 免疫学检验 自 1896 年 G.Widal 和 A.Sicad 应用凝集反应诊断伤寒起, 免疫学就与医学检验结下不解之缘, 至今已经历了一个世纪 随着免疫学和免疫学技术的发展, 免疫学检验已成为医学检验中的一个重要部分 免疫学检验的检测对象是具有免疫活性的物质, 内容包括检测方法和临床意义 免疫学检验可分为细胞免疫检验和体液免疫检验两大类, 免疫活性细胞及其功能的检测属于前者, 抗原 抗体 补体等的检测属于后者 近年来免疫学检验飞跃发展, 在各种疾病的诊断和防治中起着日益重要的作用 ( 免疫性疾病的检验见本书第三篇 ) 免疫学检验在传染病的诊断中应用广泛, 大部分传染病病原体及其抗体的检测已在实验室中作为常规检验 有关内容参见 微生物学和微生物学检验 及 寄生虫学和寄生虫学检验 由于新技术的发展, 许多与免疫无关的物质亦可作为免疫原而制备其相应抗体并用于这些物质的测定 利用抗原体反应来测定标本中微量物质的方法称为免疫测定 (immunoassay) 免疫测定具有高度的特异性和敏感性, 在临床检验中已用于测定各种蛋白质 酶 激素 药物和毒品等 严格地说, 这些测定属于临床化学范畴 本书将在第二篇中详细叙述各种免疫学技术 免疫测定在临床化学中的应用及肿瘤标志的测定参见 临床生物化学和生物化学检验 第 Ⅰ 篇免疫学基础 第一章抗原 ( 陶义训尹学念 ) 抗原 (antigen,ag) 是指能刺激机体免疫系统诱导免疫应答并能与应答产生如抗体或致敏淋巴细胞发生特异反应的物质 一个完整的抗原应包括两方面的免疫性能 :1 免疫原性 (immunogenicity) 指诱导宿主产生免疫应答的能力, 具有这种能力的物质称为免疫原 (immunogen);2 免疫反应性 (immunoreactivity) 指抗原与抗体或致敏淋巴细胞发生特异性结合的能力, 亦称为反应原性 有些物质在独立存在时只具有反应原性而无免疫原性, 称为半抗原 (hapten); 而免疫原通常同时具有免疫反应能力 抗原是免疫应答的始动因子, 机体免疫应答的类型和效果都与抗原的性质有密切的关系

6 第一节免疫原性基础 免疫原性是抗原最重要的性质, 一种抗原能否成功地诱导宿主产生免疫应答取决于三方面的因素 : 抗原的性质 宿主的反应性和免疫方式 这里重点叙述抗原自身的因素 ( 一 ) 异物性 正常成熟机体的免疫系统能够区别宿主自身物质与非自身物质, 对自身物质一般不产生免疫应答, 只对非自身物质产生免疫应答 抗原通常是非自身的物质 对人, 病原微生物及其部分产物 动物血清蛋白及异体组织细胞等都是良好的抗原 这种免疫学识别不以物质的空间位置来判断, 而以淋巴细胞是否认识为标准 ; 所以有时自身的物质也可以成为抗原 不同物质之间的抗原性差别取决于它们化学上的异质性, 这是免疫识别的物质基础 一般, 物质来源的亲缘关系越远, 其化学结构差别越大, 抗原性也就越强 ; 而亲缘关系越近, 抗原性越弱 最好的例子是器官移植 : 异种移植物排斥强烈, 不能存活 ; 同种移植物排斥较弱, 可存活一定期限 ; 而自身移植物不排斥, 可长期存活 再如鸭血清蛋白对鸡是弱抗原, 而对家兔则是强抗原 ; 许多哺乳动物同源组织的蛋白, 例如甲状腺球蛋白 脑 睾丸和胎盘组织等均具有相同的器官特异性, 就是由于这些物质在种系进化过程中分化程度低, 结构差异较小的缘故 ( 二 ) 分子大小 分子大小可影响物质的免疫原性形成, 一个有效免疫原的分子量大多在 10kD 以上 ; 分子量越大, 免疫原性越强 这可能是因高分子物质在水溶液中易形成胶体, 在体内停留的时间较长, 与免疫细胞接触的机会较多, 有利于刺激机体产生免疫应答 另外, 大分子物质的化学结构比较复杂, 所含有效抗原基因的种类和数量也相对地多 蛋白质的分子量较大, 一般多在 10kD 之上, 有良好的免疫原性 糖类物质分子量较小, 多数单糖不具有免疫原性 ; 而聚合成多糖时可以成为抗原 但是分子量 10kD 不是一个绝对的界限, 例如明胶的分子量高达 100kD 但免疫原性极弱, 而胰岛素的分子量仅仅 5734, 却有免疫原性 ( 三 ) 化学结构 免疫原性的形成还要求分子的化学结构复杂 直链结构的物质一般缺乏免疫原性, 多支链或带状结构的物质容易成为免疫原, 球形分子比线形分子的免疫原性强 人工合成的单一氨基酸的线性聚合物 ( 例如多聚 L- 赖氨酸和多聚 L- 谷氨酸 ) 无免疫原性, 但多种氨基酸的随机线性共聚物可具有免疫原性, 且其免疫原性随共聚物中氨基酸种类的增加而增强, 加入芳香族氨基酸的效果更明显 上述大分子明胶就是无分支的直链结构, 又缺乏环状基团, 所以免疫原性微弱 ; 若在分子中连上 2% 的酪氨酸, 就会明显增强明胶的免疫原性

7 ( 四 ) 其他因素 1. 宿主反应性不同种动物, 甚至同种动物的不同个体对同一种抗原的应答性差别很大, 这与不同的遗传性 ( 详见第六章 ) 生理状态 ( 见第七章 ) 及个体发育 ( 见第二十七章 ) 等因素有关 2. 免疫方式包括抗原进入的途径 剂量 次数和间隔时间以及免疫佐剂的使用等因素 ( 详见第十章 ) 也可影响免疫应答 总之, 只有用良好的抗原免疫机体, 并且宿主处于较好的生理状态, 免疫方式又较合适的情况下, 才能引起免疫应答 此时抗才真正具有了免疫原性 第二节抗原特异性基础 抗原的最大之一是其免疫效应具有特异性 (specificity), 这种特异性在其免疫原性和反应原性两方面都表现得非常突出 例如伤寒杆菌诱导的免疫应答只能针对伤寒杆菌 ; 志贺杆菌不能诱导出对伤寒杆菌的免疫力, 与抗伤寒杆菌抗体也不发生反应 这就是传统免疫学进行免疫预防和免疫诊断的基本依据 抗原的特异性与蛋白分子中的氨基酸种类 排列顺序 特殊基因和空间构形等因素有关, 甚至与其电荷性质及亲水性也有关系 但是其特异性不是平均地决定于整个分子, 而是取决于分子表面几个氨基酸残基组成的特殊序列及其空间结构, 称为表位 (epitope) 或抗原决定簇 (antigenicdeterminant) 正是这些表位被淋巴细胞识别而诱导免疫应答, 被抗体分子识别而发生抗原 - 抗体反应, 这是研究抗原特异性的基础 一 半抗原与载体 ( 一 ) 半抗原及其应用 免疫学先驱 Landsteiner 在本世纪初就已发现 : 某些不具有免疫原性的小分子物质可以与抗体结合, 如果将其结合到具有免疫原性的大分子蛋白上就可诱导针对小分子物质的抗体应答 他借用希腊语 haptien ( 原意为强加 抓牢 ) 称这种小分子为 hapten, 汉语译为半抗原 ; 而将半抗原赖以附着的蛋白质分子称为载体 (carrier) 结合到大分子载体上以后, 半抗原可以改变载体原有的表位, 也可以形成新的表位 半抗原在表位中是关键性的基团 抗原特异性的研究多是通过着抗原 - 载体复合物来进行的 将苯胺 对氨基苯甲酸 对氨基苯磺酸和对氨基苯砷酸等四种已知结构的半抗原分别以偶氮方式结合到大分子蛋白上, 然后用这些结合物分别免疫动物, 结果所产生的抗体能够精确地将上述结构相似的半抗原区别开来, 四种抗体只与相应的抗原发生反应 ( 表 1-1) 即使应用结构稍有差别的同一种物质, 例如对位 邻位和间位的三种氨基苯甲酸作为半抗原, 所产生的抗体也能将这些分子分出

8 来 利用这种方法不仅可制备出针对许多小分子物质的抗体, 甚至抗金属离子的抗体, 而且大大地促进了对抗原性质的研究 表 1-1 不同基团对抗原特异性的影响 抗苯胺 抗对氨基苯甲酸 抗对氨基苯磺酸 抗对氨基苯砷酸 ( 二 ) 半抗原 - 载体效应 在半抗原 - 载体复合物中, 载体分子虽有它本身的特异性, 却不干扰半抗原的特异性 但是载体特异性对半抗原诱导抗体应答的效果有明显的影响 将半抗原 2,4- 二硝基酚 (DNP) 共价交联于牛血蛋白 (BSA) 和卵白蛋白 (OVA) 等大分子载体上, 对不同组的动物用不同的抗原进行首次和再次免疫, 然后测定各组动物的抗 DNP 抗体, 所得结果见表 1-2 表 1-2 半抗原 - 载体反应 首次免疫 再次免疫 抗 DNP 抗体 DNP - OVA - OVA-DNP + OVA-DNP OVA-DNP ++++ OVA-DNP BSA-DNP + OVA OVA-DNP ++++ OVA BSA-DNP + 从以上实验可以看出 : 载体不仅赋于半抗原以免疫原性, 还与半抗原免疫应答的记忆性密切相关 进一步的研究证明, 半抗原的特异性被 B 细胞识别, 而载体特异性被 T 细胞识别 ; 只有 T-B 细胞协作, 才能启动对半抗原的抗体应答, 才能产生再次应答效应

9 二 天然抗原的表位 对天然表位的研究不象半抗原 - 载体复合物那样简单, 但是借助现代科学技术的进步, 目前对表位已经有比较深刻的认识 ( 一 ) 表位的构成 表位只是抗原分子中几个氨基酸残基组成的特殊结构, 在免疫效应中能全方位地与淋巴细胞或抗分子接触 抗体分子的抗原结合点并不很大, 所以表位一般只占有大约 3nm 1.5nm 0.7nm 的空间, 即 5~7 个氨基酸和单糖残基的大小, 至多不超过 20 个氨基酸残基 表位的构成方式至少有两种 :1 由某些氨基酸残基按一定顺序连续排列组成的线状序列, 称为顺序 (sequential) 表位或线性 (linear) 表位 ( 图 1-1) 顺序表位是蛋白分子的一级结构, 比较稳定, 不受蛋白质加热变性和空间构形改变的影响 2 由分子内不连续的 2~3 个氨基酸残基折叠排列所形成的三维结构构成, 称为构象 (conformational) 表位 ( 图 1-1); 有时候, 呈 α 螺旋式排列的连续肽链序列也可起到构象表位的作用 构象表位的抗体可用来研究蛋白分子在生理或病理过程中三维结构的变化 但是构象表位是蛋白质的二级或三级结构, 不太稳定, 在蛋白质受热或酶解变性后会彻底破坏, 不能恢复 因此分离和研究比较困难 ( 二 ) 表位的数目和定位 图 1-1 顺序表位和构象表位示意图 抗原分子上表位的数目可以用饱和情况下能够结合多少个抗体分子来测定, 一般情况下表位数目与抗原的分子量呈正相关 例如鸡卵蛋白的分子量为 42kD, 有 5 个表位 ; 甲状腺球蛋白的分子量 700kD, 有大约 40 个表位 一个表位能结合抗体分子上的一个抗原结合点, 所以可将抗原分子表位的数目称为抗原的结合价 例如上述鸡卵蛋白为 5 价, 甲状腺球蛋白为 40 价 虽然一个抗原分子上可以有多个表位, 但在诱导宿主免疫应答时可能有一种或一个表位起主要作用, 使宿主产生以该特异性为主的免疫应答 ; 这种现象称为免疫显性或免疫优势 (immunodominance); 起关键作用的表位称为显性表位 这个原则也适用于一个表位中不同的氨基酸残基, 在表位中也有所谓的显性基团存在, 如被置换会明显改变表位特异性 这种现象可能与表位在抗原分子中的位置或显性基团在表位中的位置有关 上述半抗原就是在表位中起到显性基团的作用 实验证明, 表位只有位于抗原分子的表面才能与淋巴细胞和抗体分子接触而发挥免疫效应 用多聚赖氨酸为骨架, 用丙氨酸 (A) 谷氨酸 (G) 和酪氨酸 (T)

10 序列为支链进行的研究能清楚地证明这一点 : 将 G 和 T 连在骨架外部, 使可诱导以针对 G 和 T 为优势的抗体产生 ; 将连续的 A 连在骨架外部, 便诱导以针对 A 为优势的抗体产生 ( 三 ) 共同表位与交叉反应 一个抗原分子上可能只有一种表位, 称为单纯抗原 ; 但是天然情况下很少发现单纯抗原, 多数抗原分子上都存在多种表位 一般地说, 不同的抗原物质具不同的表位, 故各具特异性 ; 但有时某一表位也会出现在不同的抗原上, 称为共同表位, 带有共同表位的抗原互称共同抗原 拥有共同抗原在自然界 尤其在微生物中是很常见的一种现象, 存在于同一种属或近缘种属中称为类属抗原, 存在于远缘不同种属中则称为异嗜性抗原 (heterophileantigen) 共同表位的例子很多, 例如沙门菌可根据其 O 抗原分为 40 多个血清组, 含 2000 多个血清型, 同一组成员都有共同的 O 表位, 是由特定的单糖决定的 再如人类 动物 植物和微生物之间也广泛存在着一种以发现者名字命名的抗原, 称为 Forssman 抗原, 其共同表位由共价交联于神经酰胺脂上的 N- 乙酰半乳糖胺 半乳糖和葡萄糖联合组成 有些共同表位只是结构相似, 所以又称相似表位 由某一抗原诱导产生的抗体, 也可以与其共同抗原结合, 这种现象称为交叉反应 (crossreaction) 这种交叉反应可用来解释某些免疫病理现象, 也可以用来诊断某些传染病 但是交叉反应总不如抗体与其诱导抗原之间的结合那么牢固 ; 在与交叉抗体结合时只能部分地吻合, 不能达到整个空间的完全相配 ( 四 ) 表位的细胞识别性 抗原免疫原性的体现首先是淋巴细胞对表位的识别 有证据表明, 细胞介导免疫和体液免疫是针对同一抗原分子的不同部分, 例如用人的高血糖素对小鼠进行免疫, 产生的抗体是针对其氨基酸, 而细胞介导免疫则是针对其羧基端 ; 结论是 T 细胞和 B 细胞识别的不是同一类表位 这样可以将表位分为两类 :B 细胞 ( 识别 ) 表位和 T 细胞 ( 识别 ) 表位 1.B 细胞表位供 B 细胞识别诱导抗体应答, 而 T 细胞不能识别的表位 对这类表位的研究资料较多, 以上所述几乎都是应用特异性抗体 针对 B 细胞表位进行研究而得出的, 此处不再赘述 2.T 细胞表位供 T 细胞识别诱导产生细胞介导免疫, 而 B 细胞不能识别的表位 T 细胞的抗原受体露出膜外部分较少, 不能象抗体分子那样结合游离的抗原, 只能识别由抗原递呈细胞 ( 见第四章 ) 递呈的与 MHC 结合的表位 所以被 T 细胞识别的抗原必须事先经过一定的处理, 从蛋白质降解为多肽, 再与 MHC 分子结合 因为构象表位在蛋白质降解时会遭到破坏, 无法被 T 细胞识别, 所以 T 细胞表位主要是顺序表位, 也不一定位于分子表面 象抗体分子一样,T 细胞也可以由共同抗原引起交叉反应, 但总不如与原诱导抗原的结合那么有效

11 T 细胞表位可以诱导细胞免疫应答, 作为细胞毒性 T 细胞攻击的靶子, 同时对诱导抗体应答也是必需的 ; 因为 B 细胞的活化需要活化 T 细胞的辅助, 而 T 细胞活化必须由 T 细胞表位来启动 由此看来, 每个抗原分子必须至少有一个 T 细胞表位, 才能使抗原具有免疫原性 只具有 B 细胞表位的分子可以作为抗体的靶子, 但本身不能诱导抗体应答 只有少数分子可能例外 第三节抗原的类型 自然界中各种生物 各种组织都有其各自特异性的抗原, 所以其数目多得无可胜计 根据任一性状都可对抗原进行分类, 因此分类方法也十分复杂 现按其主要性状分类, 叙述几种医学上有重要意义的抗原 一 诱导免疫应答的性能 根据抗原被淋巴细胞识别的特性和诱导免疫应答的性能, 可将抗原分成以下三类 : ( 一 ) 胸腺依赖性抗原 含有 T 细胞表位 需要 T 细胞参与才能诱导免疫应答的抗原称为胸腺依赖性抗原 (thymus-dependentantigen,td-ag) TD-Ag 可诱导细胞介导免疫和 ( 或 ) 抗免疫应答, 但无一例外地需要 T 细胞的参与 天然抗原的绝大多数都是 TD-Ag ( 二 ) 胸腺非依赖抗原 只含 B 细胞表位 可直接激活 B 细胞的抗原称为胸腺非依赖性抗原 (thymus-independentantigen,ti-ag) TI-Ag 的分子结构比较简单, 往往是单一表位规律而密集地重复排列 这样的结构可使 B 细胞表面受体发生广泛的交联, 从而象丝裂原一样直接使 B 细胞活化 但是这种抗原的免疫能力有限, 只能诱导 IgM 类抗体, 而且不能产生再次应答效应 近年的研究发现, 所谓 TI-Ag 也并非完全不要 T 细胞的帮助, 只是对胸腺的依赖性较弱 ; 因此称它们为胸腺增效性 (thymusefficient) 抗原也许更恰当些 ( 三 ) 超抗原 少量分子可使大量 T 细胞活化的高效能抗原称为超抗原 (superantigen, SAg) 这类抗原可使宿主 20% 的 T 细胞活化, 而通常的多肽抗原在初次免疫应答中只能使 0.001%~0.1% 的 T 细胞激活 超抗原被 T 细胞识别时虽然要与 MHCⅡ 类分子结合, 但不受 Ⅱ 类分子的限制, 可以直接活化 T 细胞而且效率特别高 ( 详见第七章 ) 近年来对超抗原的研究比较多, 已经发现的超抗原有小鼠乳腺瘤病毒编码的次要淋巴细胞刺激 (MLS) 抗原, 狂犬病病毒衣壳蛋白, 葡萄球菌肠毒素 A~E (SEA~E), 中毒性休克综合征毒素 1(TSST1), 表皮剥脱毒素 (EXT), 链球

12 菌 M 蛋白和致热性外毒素 A B C, 关节炎支原体丝裂原 (MAM), 小肠结肠炎耶尔森菌膜蛋白, 假单胞菌,HIV 及小鼠 Moloney 白血病病毒编码的某些蛋白质 超抗原的发现具有许多实际的免疫学意义, 为许多疾病的发生机制研究提示了新的线索 超抗原对宿主多有直接的毒性作用, 而且还与宿主多方面的免疫机制相关, 例如自身免疫病 免疫抑制作用 T 细胞在胸腺发育中的选择作用 某些抗感染和抗肿瘤作用等等 但是迄今为止对超抗原本身的结构及其与 MHCⅡ 类分子和 T 细胞受体之间的关系目前还不清楚 对超抗原的研究将有助于解开许多免疫学之谜 二 与宿主亲缘相关性 ( 一 ) 异种抗原 与宿主不是同一种属的抗原物质称为异种抗原 (xenoantigen) 通常情况下, 异种抗原的免疫原性比较强, 容易引起较强的免疫应答 与医学有关的异种抗原主要有以下几类 : 1. 病原微生物如细菌 病毒和其他微生物都是良好的抗原 这些微生物的个体结构虽然简单, 但抗原结构却很复杂, 是多种抗原的复合体 它们在引起宿主感染的同时, 也会诱导宿主产生特异性免疫应答和抗感染能力 因此可用免疫学方法对传染病进行诊断和防治 2. 细菌外毒素和类毒素它们都是很好的抗原, 在自然感染和免疫接种后都可产生较强的免疫力 常用于免疫预防的类毒素有白喉类毒素和破伤风类毒素 3. 抗毒素是用类毒素免疫动物 ( 常用马 ) 制备的免疫血清或精制抗体 抗毒素具有免疫二重性 : 既可中和相应外毒素 具有防治作用, 又可引起变态反应 所以在应用前必须做皮肤过敏试验 4. 异嗜性抗原有些微生物与人体某些组织有交叉反应性抗原, 可引起宿主发生自身免疫性疾病 例如溶血性链球菌与肾小球基底膜和心肌组织 大肠杆菌某些 O 抗原与结肠粘膜等可存在交叉抗原 在临床上也常借助异嗜性抗原对某些疾病作辅助诊断 例如诊断某些立克次体病的外 - 斐反应等 ( 二 ) 同种异型抗原 同种间不同个体的特异性抗原 (alloantigen) 例如人类的 ABO 和 Rh 血型抗原及主要组织相容性抗原等 这种个体间的抗原性差异虽不象异种抗原的免疫原性那么强, 但也可在同种间引起一定程度的免疫应答 例如 ABO 和 Rh 血型不符可引起输血反应, 而 HLA 除了可引起移植排斥反应之外, 还可调节机体的免疫应答 ( 详见第六章 ) ( 三 ) 自身抗原

13 能诱导宿主发生自身应答的物质称为自身抗原 (autoantigen) 正常情况下免疫系统对自身物质不作为抗原来对待, 但当机体受到外伤或感染等刺激时, 就会使隐蔽的自身抗原暴露或改变自身的抗原结构, 或者免疫系统本身发生异常, 这些情况均可使免疫系统将自身物质当作抗原性异物来识别, 诱发自身免疫应答, 引起自身免疫病 ( 详见第二十五章 ) 三 其他分类方法 ( 一 ) 根据化学性质分类 按照抗原分子的化学性质, 可将抗原分成蛋白抗原 多糖抗原和核酸抗原等许多类型 天然蛋白质的分子组成都比较复杂, 且具有二级和三级结构, 因此多是良好的抗原 多糖的免疫原性一般较弱, 但某些结构复杂的多糖, 例如人类 ABO 血型抗原等, 也具有较强的免疫原性 核酸和脂类多无免疫原性, 与蛋白质结合后形成核蛋白或脂蛋白时可成为良好的抗原 ; 在系统性红斑狼疮等自身免疫病患者体内可发现抗 DNA 或抗 RNA 的抗体, 所以核酸也许是一种天然的半抗原 ( 二 ) 根据制备方法分类 按照应用抗原的制备方法, 可将抗原分成天然抗原 人工抗原和合成抗原三种类型 天然抗原是不加修饰的天然物质, 例如微生物 BSA 和绵羊红细胞等 人工抗原是经人工修饰的天然抗原, 例如碘化蛋白 偶氮蛋白等 合成抗原是经化学合成的高分子氨基酸聚合物, 例如多聚赖氨酸等 由一种氨基酸组成的聚合物称为同聚物, 由两种或两种以上氨基酸合成的聚合物称为共聚物 ( 三 ) 根据生物来源和体内定位分类 按照抗原的生物来源和在生物体内存在的位置进行命名是一种自然的方法, 可以将抗原分成无数不同的类型 ; 这虽不是一种规范的分类方法, 却是一种十分实用的命名方式 例如小鼠 MHC 抗原 病毒表面抗原和细菌鞭毛抗原等 另外, 根据抗原的免疫效果还可以分成完全抗原和半抗原, 或免疫原 变应原和耐受原等 ; 根据抗原与宿主的位置关系还可分成内源性抗原和外源性抗原等 第二章免疫球蛋白 ( 尹学念 ) 免疫球蛋白 (immunoglobulin,ig) 通常是指一组具有抗体活性和 ( 或 ) 抗体样结构的球蛋白 Ig 由浆细胞产生, 存在于血液和其他体液 ( 包括组织液和外分泌液 ) 中, 约占血浆蛋白总量的 20%; 还可分布在 B 细胞表面 Ig 的结构具

14 有不均一性, 可分为不同的类型 ; 多数 Ig 具有抗体活性, 可以特异性识别和结合抗原, 并引发一系列生物学效应 第一节免疫球蛋白的化学 免疫球蛋白具有蛋白质的通性, 能被多种蛋白水解酶裂解 ; 可以在乙醇 三氯醋酸或中性盐类中沉淀, 常用 50% 饱和硫酸铵或硫酸钠从免疫血清中提取抗体球蛋白 血清电泳时免疫球蛋白主要分布于 γ 区, 因而以往曾称抗体为 γ 球蛋白 其实具抗体活性的球蛋白除存在于 γ 区外, 也可延伸到 β 区, 甚至 α 2 区, 这反映了抗体由不同细胞克隆产生的不均一性和结构的多样性 自从发现骨髓瘤患者尿中的本周蛋白是 Ig 的轻链以后, 对其氨基酸顺序的研究大大促进了对 Ig 化学性质的了解 ( 一 )Ig 的基本结构 Ig 分子由 4 条肽链组成,2 条长链称为重链 (heavychain,h), 由大约 440 个氨基酸残基组成, 分子量约 50~70kD;2 条短链称为轻链 (lightchain,l), 由大约 220 个氨基酸组成, 分子量约 22.5kD 4 条肽链通过链间二硫键 (-S S-) 连在一起 其结构模式见图 2-1 Ig 分子肽链的 N 端, 在 L 链 1/2 和 H 链 1/4 处 ( 约在 110 位前 ) 氨基酸的种类和顺序各不相同, 称为可变区 (variableregion,v 区 ); 肽链 C 端其余部分的氨基酸, 在种类和顺序上彼此间差别不大, 称为稳定区或恒定区 (constantregion,c 区 ) V 区位于 N 端,H 链和 L 链各有 3 个高变区 (hypervariableregion), 其中的氨基酸残基种类和顺序特别多变 这此都与识别抗原直接有关, 为 Ig 分子的抗原结合部位, 故亦称为互补决定区 (complementaritydeterminingregion,cdr) 可变区中的其他氨基酸残基称为构架区 (frameworkregion,fr), 大约占整个 V 区近 75%, 其顺序很少变化 ( 约 5%) FR 的功能为支持 CDR, 并维持 V 区三维结构的稳定性 H 和 L 链的 FR 在某些位置上具有相同的氨基酸残基 根据 VH/VL 氨基酸顺序同源程度的差异, 可将 Ig 分为群和亚群

15 ( 二 )Ig 的三维结构 图 2-1 免疫球蛋白 (IgG) 结构模式图 Ig 分子的每一条肽链, 都由链内二硫键将相邻的二级结构单元折叠成球形局部性区域 ( 图 2-2); 每个球形区约由 110 个氨基酸残基组成, 不同 Ig 分子对应球形区的氨基酸残基顺序具有高度的相似性, 因此称为同源区 (domain) IgG IgA 和 IgD 分子共有 12 个同源区, 其中 Lκ 或 Lλ 各 2 个 :VL 和 CL;H 链各 4 个 :VH CH1 CH2 和 CH3 IgM 和 IgE 分子各有 14 个同源区, 因为其 H 链上多一个 CH4 虽然 H 链和 C 区的不同区域彼此同源, 并且与 L 链的 CL 同源, 但它们与 V 区的氨基酸排列顺序极少相同, 说明 V 区和 C 区是由不同的基因 (V 基因和 C 基因 ) 分别编码的 每个同源区担负着一定的免疫功能, 因而也称为功能区 (fumctionalregion) 可变区中的氨基酸排列顺序呈高度变异性, 其高变区对应的 VL 和 VH 形成袋状, 随氨基酸残基的不同形状各异, 以能与多种多样的抗原决定簇相适应, 构成抗体特异性的分子基础 同时 CH 和 CL 区的氨基酸排列顺序相对稳定, 又适应其发挥许多特定的生物学效应, 如固定补体和调节 Ig 分解代谢率等功能位于 CH2, 而亲和细胞的功能则在 CH3 或 CH4

16 图 2-2 免疫球蛋白 (IgG) 的功能区示意图 在重链 CH1 和 CH2 之间的区域富含脯氨酸和半胱氨酸和半胱氨酸, 这两类氨基酸的游离基团少, 几乎不与邻近的区域形成固定的二级或三级结构 这一自由柔曲的肽段称为铰链区 (hingeregion) 该区结构的柔韧性允许抗体分子的抗原结合部位随意改变方向, 使抗体分子结合抗原的能力大大增强 同时也因 Ig 变构而使补体结合点暴露出来 ( 三 )Ig 的水解片段 Ig 分子可被许多蛋白酶水解, 产生不同的片段 ; 免疫学研究中常用的酶是木瓜蛋白酶 (papain) 和胃蛋白酶 (pepsin) 木瓜蛋白酶在生理 ph 下将 IgG 分子从 H 链二硫键 N 端 219 位置上断裂, 生成两个相同的 Fab 片段和一个 Fc 片段 ( 图 2-3) Fab 段即抗原结合片段 (antigenbindingfragment), 含 1 条完整的 L 链和 H 链的一部分 (Fd) 段, 分子量为 45kD;Fab 段仍具有抗原结合活性, 但结合能力较弱, 只有一价 Fc 段即可结晶片段 (crystallizablefragment), 为 2 条 H 链 C 端剩余的部分, 分子量 55Kd, 在一定条件下可形成结晶 Fc 段不能与抗原结合, 但具有许多其他生物学活性, 如固定补体 亲和细胞 ( 巨噬细胞 NK 细胞和粒细胞等 ) 通过胎盘 介导与细菌蛋白 ( 如蛋白 A 和 G) 的结合, 以及与类风湿因子反应等

17 图 2-3IgG 分子的水解片段模式图 胃蛋白酶于于低 ph 下可将 IgG 分子从 H 链间二硫键 C 端 232 位置切断, 形成含 2 个 Fab 段的 F(ab') 2 片段和 1 个较小的 pfc' 片段 F(ab') 2 段即双价抗体活性片段, 经还原后可得 2 个 Fab' Fab' 的分子量略大于 Fab, 而生物活性与 Fab 相同 pfc' 比 Fc 分子量小, 虽然仍保持亲和巨噬细胞及与某些类风湿因子结合的能力, 但失 Fc 片段原有的固定补体等活性 ( 四 )Ig 的辅助成分 1. 连接链除了 H 链和 L 链外, 多聚体形式的 Ig 分子如 IgA 和 IgM 尚含 1 分子连接链 (joiningchain,j 链 ); 但单体 IgA 或 IgM 单体均无 J 链 J 链在连接单体形成多聚体 Ig 分子中并非必要, 但可能与保持已形成的多聚体的稳定性有关 人类 J 链的分子量约 15kD, 与其他物种的 J 链有高度同源性 J 链基因并不是 Ig 基因簇的一部分, 它定位于 15 号染色体 J 链有仅产生于合成 IgA 和 IgM 的浆细胞, 而且也产生于合成 IgG 的未成熟浆细胞, 但它并不与 IgG 分子结合 2. 分泌片在分泌型 IgA 分子中还含有 1 个分泌成分 (secretorycomponent, SC), 或称分泌片 (secretorypiece,sp), 是上皮细胞上的多免疫球蛋白受体 (polyimmunoglobulinreceptor,poly-igr) 的一部分,Poly-IgR 为免疫球蛋白超族 )Igsuper-family) 的一个成员 此受体由上皮细胞产生后, 与多聚体 IgA 牢固结合 ;IgA-poly-IgR 复合物由上皮细胞内输出的过程中, 受体分子被蛋白酶裂解, 仍附着于 Ig 的剩余部分即为分泌片 游离分泌片的分子量为 80Kd, 借二硫键与 SigA 共价结合 分泌片的功能是保护 SigA 分子不被分泌液片内的蛋白酶降解, 从而使 SigA 在粘膜表面保持稳定和有利于其发挥生物活性 第二节免疫球蛋白的血清型

18 免疫蛋白为大分子蛋白质, 具备抗原的各种性质, 对异种 同种异体, 甚至宿主自身都是良好的抗原, 而且是一个抗原复合体, 带有多种抗原决定簇 Ig 分子的这种异质性反映了抗体形成细胞的遗传性差异, 代表抗体分子在不同水平上的遗传变异性 ; 通常可用血清学方法检测出来, 并据此将 Ig 及其肽链 (H 和 L 链 ) 分成不同的血清学类型 需要指出的是, 在正常状态下,1 个 Ig 分子的 2 条 H 链是均一的,2 条 L 链也是均一的, 在任何层次上都不会出现 2 条链不同类或不同型的情况 ( 一 ) 同种型 同种间所有正常个体都具有的 Ig 抗原特异性, 称同种型 (isotype) 包括 IgH 链的类和亚类及 L 链的型和亚型, 以及 VH/VL 的群和亚群的抗原 ; 亦即同种生物所有正常个体都有各类 亚类及不同型别 群和亚群等多种 Ig 的变异体 这种同种型变异体并不具有个体特异性 1. 类和亚类依 H 链 C 区的结构和抗原性的不同, 可将 H 链分为 α γ δ ε 和 μ5 类, 相应 Ig 分子也分为 5 类, 分别为 IgA IgG IgD IgE 和 IgM 有的同类 H 链 C 区之间的氨基酸顺序仍有一些差别, 再分成若干亚类 ; 例如 IgG 可以分为 4 个亚类 :IgG1 IgG2 IgG3 和 IgG4;IgA 可分成 2 个亚类 :IgA1 和 IgA2( 表 2-1) 表 2-1Ig 的类型及其理化特点 性状 IgG IgA IgM IgD IgE 分子量 (kd) , 沉降系数 (S) 7 7, 电泳位置 γ γ~β γ~β γ γ 含糖量 (%) 重链类别 γ α μ δ ε 重链亚类 γ1~4 α1,α 重链同种异型 Gm(>20) Am(2) - - Em(1) 2. 型和亚型根据 L 链和 C 区的结构和抗原性的不同, 可将 L 链分为 κ 和 λ 两型 λ 类 κ 链只有 1 个同种异型 ; 但 λ 链至少有 4 种非等位 ( 同种型 ) 基因的产生, 为 λ 链上一定位置的 1 个氨基酸置换而形成的变异体 例如 Kern (+) 指链上第 150 位是甘氨酸, 而 Kern(-) 则为丝氨酸 ;Oz(+) 为第 190 位上是赖氨酸,Oz(-) 为精氨酸 ( 二 ) 同种异型 同种不同个体间 Ig 结构和抗原性的差异称同种异型 (allotype) 与同种型的区别在于, 同种异型的特异性只存在于同种的某些个体中, 而同种型的特异

19 性则普遍存在同一物种的所有个体 同种异型表位在 C 区, 由同一基因位点上几个等位基因控制, 反映在 CH 和 CL 上只有 1~2 个氨基酸的差异 这此关键氨基酸构成的同种异型抗原称为遗传标志 它包括与 H 链相关的 Gm Am Em 系统和与 L 链相关的 Km 系统 Gm 是 γ 链 (γ4 除外 ) 上的同种异型标志, 由许多种不同抗原决定簇组成, 用字母或数字命名 Am 为 IgA2 亚类 α2 链标志, 有 2 种 Am 特异性 Km 有 Km1 Km2 Km3 三种, 是 κ 链 C 区 153 和 191 位氨基酸残基置换的结果 在入 λ 链中尚未发现同种异链标志 ( 三 ) 独特型 同一种属某一个体产生的抗体分子具有独特的抗原决定簇, 不但与其他个体受同一抗原刺激产生的特异性抗体不同, 而且与自身其他特异性抗体也有区别, 称为独特型 (idiotype) 独特型是单克隆的, 其抗原决定簇位于 V 区, 与高变区决定簇的互补空间相关联, 反映 Ig 分子高变区抗原决定簇的差异 独特型抗原可用抗独特型抗体直接特异性检出 抗独特型抗体有两型, 一为直接与抗体分子的抗原结合部位决定簇反应, 从而能阻断抗原结合, 成为抗原内影像, 可作为抗独特型抗体疫苗 ; 另一针对抗原结合部位以外的 V 区其他决定簇 虽然 Ig 分子 V 区球形构象提示抗体高变区 抗体的抗原结合部位和抗体的独特型决定簇三者关系密切, 但不完全重合 一些独特型抗原与抗体活性无关 抗独特型抗体可因单独的 H 和 L 链或肽链的 V 而产生, 亦即独特型决定簇或称独特位 (idiotope), 可完全位于 H 和 L 链的结合体 Ig 分子的独特型抗原具有自身免疫原性, 在正常免疫应答过程中产生抗独特型抗体 (Ab2), 这种抗抗体再生引发另一 B 细胞产生抗 Ab2 抗体 (Ab3), 如此继续下去, 独特型和抗独特型将整个抗体产生系统联成一个网络, 称为独特型网络 (idiotypicnetwork) 独特型网络在免疫应答的调控中起重要作用 第三节免疫球蛋白的生物学活性 免疫球蛋白的重要生物学活性为特异性结合抗原, 并通过重链 C 区介导一系列生物学效应 ( 表 2-2), 包括激活补体 亲和细胞而导致吞噬 胞外杀伤及免疫炎症, 最终达到排除外来抗原的目的 ( 一 ) 抗原结合作用 抗体分子在结合抗原时, 其 Fab 片段的 V 区与抗原决定簇的立体结构 ( 构象 ) 必须吻合, 特别与高变区的氨基酸残基直接有关, 所以抗原 - 抗体的结合具有高度特异性 尽管某些氨基酸残基在肽链的氨基酸顺序上相距很远, 但由于肽链沿功能区长轴平行方向往返折叠, 使他们能紧紧接近, 形成一双层排布的凹形或袋状包围抗原的活性部位, 双层间存在许多硫水氨基酸侧链 抗体分子与抗原的相互作用靠各种非共价力, 如氢键 静电引力和 VanderWaal 力等, 是一种可逆性反应 抗体与抗原结合后才能激活效应功能, 天然 Ig 分子不能起这种作用 但在无抗

20 原存在时, 某些物理处理 ( 例如加热 凝聚等 ) 也可模拟 Ig 分子构象的变化而起激活效应机制的作用 ( 二 ) 补体活化作用 补体 C1q 与游离 Ig 分子结合非常微弱, 而与免疫复合物中的 IgG 或 IgM( 经典途径 ) 或凝集 Ig( 替代途径 ) 结合则很强 C1q 与 IgGFc 段的 CH2 功能区起反应, 其结合位点在 3 个氨基酸侧链上 所有 IgG 亚类的单独 Fc 片段对 C1q 具同样的亲和性 ; 但完整蛋白则主要是 IgG1 和 IgG3 才能结合 C1q 结合的影响有关 IgM 激活补体能力最强 IgG 至少需两紧密并列的分子才能有效地激活 C1q, 而 IgM 单个分子在结合抗原后即可激活补体 循环 IgM 仅显示低亲和性的单个 C1q 结合点, 与 IgG 的效能相近似 ; 但当 IgM 分子与大分子抗原的多个决定簇结合后, 改变其构象呈钩环状, 以致暴露了原来被相近亚单位隐蔽的 C1q 结合点而增强了激活补体的能力 IgG4 IgA1 和 IgA2 虽不能通过经典途径激活补体, 但其 Ig 聚合物均可激活 C3 旁路 ( 三 ) 亲细胞作用 IgG 分子能与细胞表面的 Fc 受体结合 这些受体均属 Ig 超族成员, 主要有 FcγRⅠ(CD64) FcγRⅡ(CD32) 和 FcγRⅢ(CD16) FcγRⅠ 在单核细胞表面很丰富, 中性粒细胞受适当细胞因子调节以后也可表达此受体 ;FcR 为一高亲和性受体, 与 IgG1 和 IgG3 有很强的结合性, 与 IgG4 也可作用, 但与 IgG2 则不能结合 FcγRⅡ 和 FcγRⅢ 受体在很多细胞上都存在, 包括中性粒细胞 嗜酸性粒细胞和血小板, 与 IgG1 和 IgG3 有低亲和相互作用 活化 B 细胞表面有一个 IgM 结合蛋白 (FcμR), 但在 T 细胞 单核细胞或粒细胞都没有 在单核细胞和中性粒细胞表面有 FcαR, 因而 IgA 亦有调理素作用 近年有 T 细胞上存在 IgD 受体的报道, 但其意义仍不基清楚 FcεRⅠ 受体存在于肥大细胞和嗜碱性粒细胞上 ; 在 B 细胞 巨噬细胞 嗜酸性粒细胞和血小板上有 FcεRⅡ, 它们的相互作用与调节 IgE 应答有关 细胞通过表面 Fc 受体与相应 Ig 结合后, 可诱发一系例的生物效应, 不同细胞的效应不同 例如在单核 - 巨噬细胞和中性粒细胞可促进其吞噬功能, 称为调理作用 (opsonization); 在 NK 细胞和巨噬细胞或诱导抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用 (ADCC); 在肥大细胞和嗜碱性粒细胞可诱导 Ⅰ 型变态反应等等 ( 四 ) 其他生物活性 1. 结合 A 蛋白和 G 蛋白人类 IgG1 IgG2 和 IgG4 的 Fc 段可结合葡萄球菌 A 蛋白, 其结合位点在 IgG 的 CH2~CH3 之间 ; 黄种人的 IgG3 也可结合 A 蛋白, 而在白种人则不能, 可能因为其 IgG3 的组氨酸被精氨酸置换 链球菌 G 蛋白可与人 IgG 的个亚类结合, 也可与几乎所有哺乳动物的 IgG 结合, 其结合能力远比葡萄球菌 A 蛋白强 但是这两种蛋白对其他类的 Ig 均无亲和力

21 2. 透过细胞膜人的 IgG 可通过胎盘传递至胎儿的血液循环, 这不是被动的扩散, 而是由 IgG 的 Fc 段选择性地与胎盘微血管发生可逆结合透过 ; 这种特性仅为 γ 链所特有, 其他类 Ig 不具备这种能力 IgA 通过与分泌成分的结合可以从粘膜下转运至外分泌液中, 例如转运至肠道和乳汁中 第四节各类免疫球蛋白的特点 五类免疫球蛋白都有结合抗原的共性, 但它们在分子结构 体内分布 血清水平及生物活性等方面又各具特点 ( 表 2-2) 表 2-2 五类 Ig 的代谢 分布及生物活性 性状 IgG IgA IgM IgD IgE 血清含量 (mg/dl) 相对含量 (%) 75~85 10~15 5~ 合成率 (mg/kg d) 分解率 (%/d) 半衰期 (d) 血管内分布 (%) 外分泌液中 - + ± - + 结合补体 透过胎盘 与肥大细胞结合 (IgG4) 与 Mφ 和 B-C 结合 ( 一 )IgG IgG 为标准的单体 Ig 分子, 含 1 个或更多的低聚糖基团, 电泳速度在所有血清蛋白中最慢 IgG 是再次免疫应答的主要抗体, 具有吞噬调理作用 中和毒素作用 中和病毒作用 介导 ADCC 激活补体经典途径 并可透过胎盘传输给胎儿 ;IgGFc 片段可结合类风湿因子及其他抗 γ 球蛋白抗体, 致敏异种 ( 豚鼠 ) 皮肤 ; 还有抗核抗体 抗 Rh 抗体 肿瘤封闭抗体等均属 IgG; 因而 IgG 有多能免疫球蛋白之称 IgG 合成速度快 分解慢 半衰期长, 在血内含量最高, 约占整个 Ig 的 75 %; 各亚类所占比例大约为 :IgG160%~70%,IgG215%~20%,IgG35%~10 %,IgG41%~7%, 各亚类的比例随年龄及遗传背景而有变化 ; 同时各亚类的生物学和免疫学性质也不尽相同 ( 表 2-3) 表 2-3IgG 各亚类的生物活性

22 性状 IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 激活补体 透过胎盘 结合 FcγRⅠ 结合 FcγRⅡ 结合 FcγRⅢ 结合 A 蛋白 ± +++ 结合 G 蛋白 结合类风湿因子 致敏异种皮肤 中和毒素 抗 Rh 抗体 ( 二 )IgM IgM 为五聚体, 是 Ig 中分子最大者 分子结构呈环形, 含一个 J 链, 各单位通过 μ 链倒数第二位的二硫键与 J 链互相连接 结构模式见图 2-4 μ 链含有 5 个同源区, 其 CH3 和 CH4 相当于 IgG 的 CH2 和 CH3, 无铰链区

23 图 2-4 免疫球蛋白多聚体结构 从化学结构上看,IgM 结合抗原的能力可达 10 价, 但实际上常为 5 价, 这可能是因立体空间位阻效应所致 当 IgM 分子与大颗粒抗原反应时,5 个单体协同作用, 效应明显增大 IgM 凝集抗原的能力比 IgM 大得多, 激活补体的能力超过 IgG1000 倍 ; 由于吞噬细胞缺乏 IgM 的特异受体, 因而 IgM 没有独立的吞噬调理作用 ; 但当补体存在时, 它能通过 C3b 与巨噬细胞结合以促进吞噬 虽然 IgM 单个分子的杀菌和调理作用均明显高于 IgG 抗体, 但因其血内含量低 半衰期短 出现早 消失快 组织穿透力弱, 故其保护作用实际上常不如 IgG 血型同种凝集素和冷凝集素的抗体类型是 IgM, 不能通过胎盘, 新生儿脐血中若 IgM 增高, 提示有宫内感染存在 在感染或疫苗接种以后, 最先出现的抗体是 IgM; 在抗原的反复刺激下, 可通过 Ig 基因的类转换而转向 IgG 合成 当分泌物中 IgA 缺陷时,IgM 也和 IgA 一样可结合分泌片而替代 IgA IgM 也是 B 细胞中的主要表面膜 Ig, 作为抗原受体而引发抗体应答 ( 三 )IgA IgA 分为血清型和分泌型两种类型

24 大部分血清 IgA 为单体, 大约 10%~15% 为双聚体, 也发现少量多聚体 IgA 功能区的分布与 IgG 十分相似, 两个亚类 (IgA1 和 IgA2) 的最大差异在铰链区 IgA2 缺少 H-L 链间二硫键区域, 容易被解离分开 从含量 稳定性和半衰期看, 血清型 IgA 虽不如 IgG, 但高于其他类 Ig IgA 可以结合抗原, 但不能激活补体的经典途径, 因此不能象 IgG 那样发挥许多的生物效应, 所以过去曾误以为血清型 IgA 的意义不大 ; 近年的研究发现, 循环免疫复合的抗体中有相当比例的 IgA, 因而认为 : 血清型 IgA 以无炎症形式清除大量的抗原, 这是对维持机体内环境稳定的非常有益的免疫效应 分泌型 IgA(SigA) 为双聚体, 沉降系数 11S, 分子量 400kD 每一 SigA 分子含一个 J 链和一个分泌片 ( 图 2-4) α 链 L 链和 J 链均由浆细胞产生, 而分泌片由上皮细胞合成 J 链通过倒数第二位二硫键将 2 个 IgA 单体互相连接 ; 结合分泌片后 SIgA 的结构更为紧密而不被酶解, 有助于 SIgA 在粘在粘膜表面及外分泌液中保持抗体活性 外分泌液中的高浓度 IgA 主要为局部合成, 特别是在肠相关淋巴样组织 (GALT) 内 分泌型 IgA 性能稳定, 在局部浓度大, 能抑制病原体和有害抗原粘附在粘膜上, 阻挡其进入体内 ; 同时也因其调理吞噬和溶解作用, 构成了粘膜第一线防御机制 ; 母乳中的分泌型 IgA 提供了婴儿出生后 4~6 月内的局部免疫屏障 ; 因此常称分泌型 IgA 为局部抗体 有关 SIgA 的免疫作用参见第七章 ( 四 )IgD IgD 的分子结构与 IgG 非常相似, 有明显的铰链区, 其蛋白质高度糖基化 IgD 性能不稳定, 在分离过程中易于聚合, 又极易被酶裂解 虽然有些免疫应答可能与特异性 IgD 抗体有关, 但它并不能激活任何效应系统 某些自身免疫病及过敏反应病患者血中存在 IgD 类抗核抗体或抗青霉素 IgD 抗体 正常人血清内 IgD 浓度很低, 但在血循环内 B 细胞膜表层可检出 IgD, 其功能主要是作为 B 细胞表面的抗原受体 在 B 细胞发育的某些阶段, 膜 IgD 的合成增强 大部分慢性淋巴细胞白血病病人 B 细胞表面带膜 IgD, 并常同时有膜 IgM ( 五 )IgE IgE 为单体结构, 分子量大于 IgG 和单体 IgA, 含糖量较高,ε 链有 6 个低聚糖侧链 象 IgM 一样,IgE 也有 5 个同源区,CH2 功能区置换了其他类重链的铰链区 正常人血清中 IgE 水平在 5 类 Ig 中最低, 分布于呼吸道和肠道粘膜上的 IgE 稍多, 可能与 IgE 在粘膜下淋巴组织内局部合成有关 IgE 水平与个体遗传性和抗原质量密切相关, 因而其血清含量在人群中波动很大, 在特应性过敏症和寄生虫感染者血清中 IgE 水平可升高 IgE 不能激活补体及穿过胎盘, 但它的 Fc 段能与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的受体结合, 介导 Ⅰ 型变态反应的发生, 因此又称亲细胞抗体

25 第五节免疫球蛋白的基因及抗体形成 免疫球蛋白反应的特异性和分子的多样性是受基因支配 ; 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 细胞都有 3 个独立的 Ig 基因簇 :1 个 H 链基因簇和 2 个 L 链基因簇 (κ 和 λ), 构成 Ig 的结构基因 ; 在 B 细胞分化成熟过程中进行基因重排, 进而转录与翻译, 形成抗体 ( 一 )Ig 基因的结构 1. 重链基因人类重链基因位于第 14 号染色体上, 基因结构非常复杂, 分为 4 个不连续的基因节段, 从着丝点 5' 末端起依次为 : 可变区 (VH) 基因 多样性区 (diversityregion,dh) 基因 接合区 (JH) 基因和稳定区 (CH) 基因 ( 图 2-5) V 区基因分成 6 个亚群, 在 2500kD 的区域内排列有 100~200 个基因 某些大亚群如 VHⅢ 含有约 25~30 个基因, 而某些小亚群如 VHⅤ 或 VHⅥ 仅含一个或几个基因 每个 V 基因由一个大的外显子和一个位于前导顺序后的内含子 ( 约 100~150bp) 组成, 前导顺序编码一种疏水肽, 指引 Ig 肽链的转膜作用,V 基因 3 末端是重组酶信号 在 VH 座内还有一些不具表达功能的假基因 C 基因结构约 200kb, 含有 11 个基因 第一个 CH 为 Cμ, 以后依次为 :Cδ Cγ3 Cγ1 φε1 Cα1 φγ Cγ2 Cγ4 Cε Cα2 其中 φε1(φε2 不在第 14 号染色体上 ) 和 φγ 是两个假基因 除 Cδ 基因外, 其他 CH 基因上游都有一个转换 (S) 顺序, 负责 H 链的类转换 临床正常个体的 CH 座位内可有大片缺失, 这种无免疫缺陷症状的个体可能是通过细胞选择在免疫应答中补偿这种基因缺失

26 图 2-5Ig 重链基因及重组示意图 每个 CH 基因的外显子分别编码相应 H 链的功能区, 由内含子将其隔开 如 Cμ 基因有 4 个外显子各自编码链 C 区上的 Cμ1 Cμ2 Cμ3 和 Cμ4 四个功能区 除上述主要的 CH 基因外, 还有其他编码不同形式 Ig 分子的基因, 例如分别编码分泌 IgM 和膜 IgM 的 μs 和 μm 基因 ; 前者是 Cμ45' 端的外加部分, 编码 μs 链 C 端 20 个氨基酸 ; 后者位于 Cμ 基因下游, 含 2 个外显子, 共同编码 μm 链 C 端 41 个氨基酸 V 和 C 基因被中间的另两个基因节段分开, 即 D 基因和 J 基因 J 区有 6 个功能基因和 3 个假基因 ;D 区的基因数目尚未确定, 但至少不下 20 个 D 和 J 基因参与重链 V 区的编码, 负责其羧基端的一段氨基酸顺序 2. 轻链基因轻链的基因比重链的基因结构简单, 仅有 V 区和 J 区而无 D 基因节段 κ 链和 λ 链的基因互不相同 ( 图 2-6) 人类 κ 链基因位于第 2 号染色体上 Cκ 基因只有一个, 邻近上游的 J 区座位内有 5 个 Jκ 基因,Vκ 基因节段大约有 80 个 Vκ 基因, 约一半以上可能是假基因 λ 链基因位于第 22 号染色体上 Cλ 基因簇比 Cκ 基因复杂得多, 至少有 6 个非等位基因, 其中 2 个为假基因 ; 每个功能 Cλ 基因前均有一个 ( 或更多 ) 相关的 Jκ 基因 ; 对 Vλ 基因库目前所知甚少, 其基因数目尚不清楚

27 轻链的 J 基因参与 V 区肽链的编码, 大约负责十几个氨基酸的顺序 ( 二 )Ig 基因的重排 胚系状态的 Ig 基因, 无论是重链基因还是轻链基因, 都不能作为一个独立的单位进行表达, 只有经过重排以后才能成为具有表达功能的基因 在成熟 Ig 基因的产生过程中,Ig 基因的重排需遵循一定的顺序, 先由 V-J 连接或 V-D-J 连接, 然后由 VJ 或 VDJ 与 C 区基因连接 ( 图 2-5) 在重链, 还可以发生类转换 图 2-6Ig 轻链基因及其重组 A:λ 基因 ;B:κ 基因 1.V-J 或 V-D-J 连接轻链的 V-J 连接和重链的 V-J-D 连接都是在 DNA 水平发生, 均由重组酶介导 V-J 或 V-D-J 的组合都是随机的 ; 重组后的 V-J 编码轻链的 V 区,V-D-J 编码重链的 V 区

28 V-J 基因重排是通过 V 区 3' 端和 J 区 5' 端旁的特殊顺序使 V-J 靠扰并提供酶切信息, 实现 V 基因和 J 基因结合成为 V-J 基因单位 这种 V-J 重排是随机性的 V 基因节段中任何一个 V 基因可与任何一个 J 基因重排结合 被结合的 J 基因上游的 J 基因丢失, 下游的 J 基因保留 V-D-J 重排中, 除 V3' 端和 J5' 端旁侧外,D 两侧亦有上述特殊识别顺序在起作用 V-D-J 连接中往往是 DJ 结合先于 VD 结合 与 V-J 连接一样,V-D-J 重排也具有不精确性 还有严重排为功能性连接的 VH 被其中游胚系状态 ( 未重排 ) 的 VH 所替换 这可能是扩大基因容量和保证胚系状态的 VH 基因能全部利用的一种机制 在 B 细胞成熟过程中,Ig 基因存在重排的等级 (hierarchy) 现象 在多能造血干细胞分化发育成为幼稚 B 细胞 ( 又称前 B 细胞 ) 时, 就发生 V-D-J 重排, 开始表达 H 链, 邻近 J 基因的 Cμ 自然随之表达, 这是顺序优先的结果 由于 Cμ 基因和 Cδ 基因间的距离很短, 两者可以同时得以转录 ;V-D-J 在 RNA 水平既可与 C 结合, 也可与 Cδ 结合, 使 IgM 和 IgD 在单个 B 细胞上协同表达, 而并非缺失性类转换 以后 κ 基因开始 Vκ 和 Jκ 重排, 产生 κ 链 2. 重链类转换类转换是在 DNA 水平上 V-D-J 与 CH 基因连接由 Cμ 和 Cδ 转换成其他 CH 基因的过程, 是其他 CH 基因上游的 S 顺序间发生重组的结果 S-S 重组导致重组 S 顺序间的所有 DNA 基因丢失, 例如 Sμ 与 Sγ1 间发生转换, 则 Cμ Cδ 和 Cγ3 基因及其侧面的顺序均一起丢失, 使 V-D-J 连接由一个 CH 重新定位于另一个 CH 类转换只变换 Ig 的类别, 不改变抗体的特异性 ( 三 )Ig 基因的表达及 Ig 分子的分泌 Ig 的合成过程与一般蛋白质合成相似 在细胞内有表达功能的 V-J 或 V-D-J 基因单位重组完成后, 与 C 基因簇一起被转录成初级 RNA, 经过加工剪接, 去除内含子, 生成 mrna, 最后分别翻译成各种肽链, 装配成 Ig 分子, 分泌出体外 Ig 基因在表达时存在等位排斥 (allelicexclusion) 和同型排斥 (isotypicexclusion) 现象, 可能是 V-D-J 连接或 V-J 连接的不精确性所造成的结果, 以致许多重排无转录产物 一个 B 细胞不会同时表达 κ 链和 λ 链, 称同型排斥 κ 基因重排总发生在 λ 基因重排之前, 当 Vκ-Jκ 重排形成有表达功能的基因后,λ 基因重排即被抑制 ; 在 λ 链产生细胞内, 常有 κ 基因缺失 象其他的基因一样,Ig 基因的表达过程中也有启动子与增强子来启动和调节基因的转录 B 细胞在接受抗原刺激后迅速分化增殖, 除一部分分化记忆细胞外, 其余分化为浆细胞 浆细胞在内质网和多聚糖体均显著增加, 大量合成 Ig 分子 合成 L 与 H 链的粗面内质网多聚核糖体是不同的 L 链在 190~200S 的多聚核糖体 ( 含 4~5 个核糖体 ) 上合成,H 链在 270~300S 的多聚核糖体 ( 含 11~18 个核糖体 ) 上合成 作为一条完整的多肽链, 它们从一个起始点 (N 端 ) 开始 ( 向 C 端 ) 依次合成 游离的 L 和 H 链少数在多聚核糖体上就有非共价结合或共价结合, 大部分转移至内质网的贮池中, 并装配成完整的 Ig 分子, 然后依赖 N 端疏水性前导

29 顺序进入高尔基复合体, 再分泌至细胞外 在此移动过程中糖残基通过结合在膜上的糖转化酶按一定顺序逐步加到 Ig 分子上 ( 四 ) 抗体分子的多样性 一个机体何以能产生多达 10 6 ~10 8 种具有不同抗体特异性的 Ig 分子, 其机制至今虽未完全清楚, 但从基因的结构组成及重排中可找到一些答案 众多 V 区基因和一个或少数几个 C 区基因不连续地排列在染色体上, 它们在 DNA 水平随机地结合是 Ig 分子多样性的基础, 而体细胞突变又可增大 V 区的库容 多样性程度可以通过 Ig 基因在染色体内重组时 V-J 与 V-D-J 的乘积来计算 : 当 100 个 Vκ 和 5 个 Jκ 重组时所产生的多样性至少是 100 5= 个 ;V-D-J 重排时 100 个 VH 与 10 个 DH 和 6 个 JH 连接所的生的多样性至少有 = 同时连接这些基因时还会发生不精确性而使多样性增加, 因而由 κ 链和 H 链组成的抗体分子的多样性最少有 = 之多 另外, 在 V-J V-D-J 连接过程中发生的碱基缺失和插入又扩大了多样性的程度 第三章补体系统 第一节补体系统的组成和性质 ( 尹学念 ) 补体 (complement,c) 是存在于人和脊椎动物血清及组织液中的一组具有酶样活性的球蛋白, 加上其调节因子和相关膜蛋白共同组成一个反应系统棗补体系统 补体系统参与机体的抗感染及免疫调节, 也可介导病理性反应, 是体内重要的免疫效应系统和放大系统 ( 一 ) 补体系统的组分及命名 补体系统包括 30 余种活性成分, 按其性质和功能可以分为三大类 :1 在体液中参与补体活化级联反应的各种固有成分 ;2 以可溶性形式或膜结合形式存在的各种补体调节蛋白 ;3 结合补体片段或调节补体生物效应的各种受体 1968 年 WHO 命名委员会对补体系统进行了统一命名 参与补体激活经典途径的固有成分按其被发现的先后顺序分别称为 C1 C2 C9,C1 由 C1q C1r C1s 三种亚单位组成 ; 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 因子等 ; 补体调节成分多以其功能进行命名, 如 C1 抑制物 C4 结合蛋白 衰变加速因子等 ; 补体活化后的裂解片段以该成分的符号后面加小写英文字母表示, 如 C3a C3b 等 ; 具有酶活性成分或复合物在其符号上划一横线表示, 如 C1 C3bBb 等 ; 灭活的补体片段在其符号前面加英文字母 i 表示, 如 ic3b 等 ( 二 ) 补体组分的理化性质

30 补体的大多数组分都是糖蛋白, 且多属于 β 球蛋白 ;C1q C8 等为 γ 球蛋白,C1s C9 为 α 球蛋白 正常血清中各组成分的含量相差较大,C3 含量最多, C2 最低 各种属动物间血中补体含量也不相同, 豚鼠血情中含有丰富的补体, 故实验室多采用豚鼠血作为补体来源 补体性质不稳定, 易受各种理化因素影响, 例如加热 65 30min 即被灭活 另外紫外线照射 机械振荡或某些添加剂等理化因素均可能破坏补体 所以补体活性检测标本应尽快地进行测定, 以免补体失活 补体系统各组成分的主要理化性质见表 3-1 表 3-1 补体成分及其主要理化性质 分子量 (kd) 血清浓度 (μg/ml) 电泳位置 肽链数目 经典途径成分 C1q γ 18 C1r β 1 C1s α 2 1 C ~500 β 1 3 C β 1 1 C ~1200 β 1 2 C β 1 2 C β 2 2 C β 2 1 C γ 1 C α 1 替代途径成分 B 因子 β 1 1 D 因子 25 1~2 α 1 备解素 γ 1 可溶性调节蛋白 C1 抑制物 α 2 1 I 因子 β 2 H 因子 β 1 S 蛋白 β 1 Sp40/ α 2 C4 结合蛋白 (C4Bp) γ 8 或 10 过敏毒素灭活因子 300 α

31 膜结合调节蛋白 促衰变因子 (DAF) 70 1 膜辅助蛋白 (MCP) 45~70 1 同种限制因子 65 膜反应溶解抑制因子 18 ( 三 ) 补体成分的分子结构 1.C1 是由 C1q C1r C1s 三个糖蛋白亚单位组成, 有 Ca 2+ 存在时形成巨分子复合体, 病理状态下可有单体形式存在 C1q 是补体成分中最大的分子, 分子量为 410kD, 化学组成为胶原蛋白, 由 18 条多肽链组成, 肽链间借二硫键相连接, 多肽链的末端呈球形, 每 3 条不同的多肽链 (α,β,γ) 组合在一起形成 6 个亚单位, 可与 6 个 IgG 分子结合, 其结合部位在球状的头部 ( 图 3-1) 图 3-1 C1 分子模式图 C1r 是一种 β 球蛋白, 正常时以无活性的酶原样形式存在, 有二条相同的非共价键连接的多肽链,C1r 常与 C1s 紧密相联在一起, 同时 C1r 还是 C1q 和 C1s 的联桥 C1s 是一种 α2 球蛋白, 单链, 可被 C1r 激活,C1s 具有酶样活性, 在 Mg 2+ 存在时激活 C4 和 C2 2.C4 是一种 β 球蛋白, 由 3 条多肽链组成 (α,β,γ), 分子量分别是 95kD 78kD 和 33kD C1s 可将 3 条链中最大的 α 链裂解, 释放出一较小的多肽 C4a, 余下的大部分结合在靶细胞上, 进行补体的下一步活化程序

32 3.C2 是一种 β 球蛋白, 单链, 是血清中含量最少的补体成分 激活的 C2 极不稳定, 易衰变, 形成补体系统中的一种自身调节机制, 以控制补体的激活过程 4.C3 是一种 β 球蛋白, 由 α 和 β 两条多肽链组成 ( 图 3-2), 分子量分别是 110kD 和 75kD α 链有 998 个氨基酸残基,β 链有 669 个氨基酸残基 ; 两链间以氢键 疏水键及二硫键相连, 相互平行 α 链参与 C3 活化, 链的第 77 位精氨酸和 78 位丝氨酸之间的肽键是 C3 裂解酶的作用部位 C3 裂解后产生小片段 C3a 和大片段 C3b;C3b 受 H 因子 I 因子和 CR1 的协同作用降解为无活性的 ic3b;ic3b 可以被水解为 C3c 和 C3dg,C3dg 还可被进一步降解成 C3d 和 C3g 图 3-2 C3 分子及其裂解产物示意图 C3 呈多样性, 有 30 多种异构型 完整的 C3 分子含糖约 2.2%, 主要是甘露糖和岩藻糖 C3 在血清中含量甚高, 可达 550~120μg/ml C3 是补体系统中起关键作用的一种成分, 所有的补体激活途径均需 C3 的参与 5.C5 是一种 β 球蛋白, 由 2 条多肽链组成, 与 C3 相似 α 链被裂解后游离出一小分子具有特殊生物活性的 C3a, 其余大部分片段 C5b 参与后续的补体活化 ( 四 ) 补体的细胞受体 补体受体 (complement receptor,cr) 是细胞膜上能与补体成分或补体片段特异性结合的一种表面糖蛋白 许多类型的细胞膜上都具有补体受体, 而且在同一细胞膜上可含有不同的受体 现将已发现的几种主要补体受体作简单介绍 1.C1q 受体在中性粒细胞 单核细胞 多数 B 细胞等一些细胞的表面发现有 C1q 受体, 该受体不与完整 C1 分子中的 C1q 相互作用, 但 C1 被 C1NH 解离后则可结合 C1q 受体在结合 C1q 后可活化各种细胞的相应功能, 例如氧化代谢 吞噬功能及某些抗体非依赖性的细胞毒作用等

33 2.C3 受体研究最多的是 C3 系列片段受体, 最先命名的 CR1~CR4 都是 C3 片段的受体 ( 表 3-2) 这些受体不能识别循环中的 C3 分子, 只选择性地结合 C3 裂解后的片段 ; 而且这种结合作用不能被正常血浆蛋白所封闭 不同片段的受体分布于不同类型的细胞, 以 CR1(C3b 受体 ) 的分布较广, 可发现在人类红细胞 中性粒细胞 单核 - 巨噬细胞和 B 细胞上 ;CR2(C3d 受体 ) 只表达在淋巴母细胞及淋巴细胞上 ; 而 CR3(iC3b 受体 ) 只表达在吞噬细胞上 如果 C3 片段结合在抗原抗体复合物上, 则 C3 受体就是抗原与细胞结合的桥梁 ; 如果结合到吞噬细胞表面, 则将促进吞噬细胞对抗原的吞噬, 故 CR1 和 CR3 均是吞噬过程中的重要物质 同时,CR1 和 CR2 均是血清酶 I 因子裂解 C3 片段的协同因子 ;CR3 和 CR4 还是整合素 (integrin) 家族的成员, 在细胞吸附过程中具有重要作用 ;CR3 缺乏患者血中的吞噬细胞的吸附和吞噬功能明显异常, 经常性软组织及皮肤感染, 特别是链球菌和铜绿假单胞菌感染 表 3-2 C3 片段的细胞受体 受体蛋白结构结合片段分布细胞主要功能 CR1 单链 15~40kD C4b/C3b ic3b CR2 单链 140kD C3d CR3 双链 265kD ic3d CR4 双链 254kD ic3b,c3d C3aR? C3a,C4a C3eR? C3e 红细胞, 吞噬细胞, 嗜酸性粒细胞等 B 细胞, 少数其他淋巴细胞吞噬细胞 枯否细胞, 其他吞噬细胞 MN,T-C, 平骨肌, 肥大细胞单核细胞等中性粒细胞 促吞噬作用, 辅助裂解 C3b 成 C3dg B 细胞分化,EB 病毒受体 促吞噬, 辅助 C3bi 降解 不详 免疫调节, 过敏毒素 引起骨髓中 PMNS 释放 补体的可溶性调节蛋白和细胞膜相关蛋白是补体系统的重要组成部分, 其主要成分的理化性质见表 3-1; 对补体活化的调节作用见表 3-3 第二节补体系统的活化与调控 补体系统的各组分在体液中通常以非活性状态 类似酶原的形式存在, 当受到一定因素激活, 才表现出生物活性 补体的激活途径主要有两种, 即经典途径 (claasicalpathway) 和替代途径 (alternativepathway) ( 一 ) 经典途径 经典途径是以结合抗原后的 IgG 或 IgM 类抗体为主要激活剂, 补体 C1~C9 共 11 种成分全部参与的激活途径 现发现除抗原抗体复合物外, 还有许多因子

34 可激活此途径, 如非特异性凝集的 Ig 细菌脂多糖 一些 RNA 肿瘤病毒 双链 DNA 胰蛋白酶 纤溶酶 尿酸盐结晶 C- 反应蛋白等 经典活化途径可人为地分成识别 活化和膜攻击 3 个阶段 1. 识别阶段在抗体结合抗原形成复合物后, 与 C1q 结合 IgG1 IgG2 IgG3 的补体结合位点在 CH2 区内, 而 IgM 补体结合位点在 CH3 区内,IgG4 IgA IgD 和 IgE 不能结合补体 电镜下观察发现,C1q 的球形结构与抗体结合后, 进一步激活 C1r 和 C1s,C1s 具有酯酶活性, 继之进入下一步的连续反应 ( 图 3-3) 研究还发现激活 C1q 的球形分子必须具有 2 个以上紧密相邻的 IgG 分子,IgM 只需 1 分子即可, 故单分子 IgM 比 IgG 激活补体的能力大得多, 在补体介导的抗体溶细胞反应中, 同量的 IgM 比 IgG 更有效 2. 活化阶段此阶段主要形成 2 种重要的转化酶 :C3 转化酶 C4b3b 和 C5 转化酶 C4b2b3b C4 和 C2 均为 C1 酯酶的天然底物,C1 使 C4 裂解成 C4b 和游离的 C4a 两个片段 C4bα 链断端上暴露的硫酯键高度不稳定, 可与细胞表面的蛋白质或糖形成共价酰胺键或酯键, 在 Mg 2+ 存在时 C1 和 C4b 一起将 C2 裂解成大片段 C2b 和游离的小片段 C2a C2b 和 C4b 结合可形成 C4b2b(C3 转化酶 ), 将 C3 裂解成大片段 C3b 和游离的小片段 C3a 继而 C3b 结合至 C4b2b 附着的邻近细胞膜上, 形成 C4b2b3b 三分子复合物, 即 C5 转化酶 3. 膜攻击阶段此期形成膜攻击复合物 (membraneattackcomplex,mac) 使靶细胞溶解 C5 转化酶将 C5 裂解为 C5b 和游离的小分子 C5a,C5b 与细胞膜结合, 继而结合 C6 和 C7 形成 C5b67 三分子复合物,C5b67 吸附 C8,C8 是 C9 的吸附部位, 可以与 1~18 个 C9 分子结合, 并催化 C9, 使之聚合成内壁亲水的管状跨膜通道, 使胞内物质释放出来, 水进入细胞, 细胞破裂 补体经典途径激活过程见图 3-3 图 3-3 补体经典激活途径

35 ( 二 ) 替代途径 替代途径或称旁路途径, 与经典途径的不同之处主要是越过 C1 C4 和 C2, 直接激活补体 C3, 然后完成 C5~C9 的激活过程 ; 参与此途径的血清成分尚有 B D P H I 等因子 替代途径的激活物主要是细胞壁成分, 如脂多糖 肽糖苷及酵母多糖等 1. 旁路 C3 转化酶的形成在生理条件下, 血中的 C3 可受蛋白酶的作用水解少量的 C3b,C3b 可与邻近的细胞膜结合 如结合的物质是细胞壁上的脂多糖, 则 C3b 的半衰期延长, 足以使其与 B 因子结合形成 C3bB 复合物 B 因子为 C3 激活剂前体 (C3proactivator,C3PA), 与结合在膜上的 C3b 构成 C3PA 复合物后, 使其对 D 因子的作用更为敏感 D 因子为 C3PA 转化酶原, 炎症时增多, 在 Mg 2+ 存在时转化为活性形式, 能使 C3bB 中的 B 因子裂解出无活性的小碎片 Ba, 剩余的 C3bBb 即旁路 C3 转化酶 C3bBb 与正常血清中活化的 P 因子 (properdin,p) 结合成 C3bBbP, 而使其趋于稳定, 减慢衰变 生理条件下 C3bBb 和 C3bBbP 使补体系统处于准激活状态, 对补体的全面激活具有重要意义 2.C5 激活替代途径的激活物如细菌脂多糖或酵母脂多糖出现时, 为 C3b 和 C3bBb 提供了可结合的表面, 并保护它们不受 I 因子和 H 因子的迅速灭活, 这时 C3 激活即由准备状态进入激活状态 C3bBb 裂解 C3 产生 C3a 和 C3b,C3b 可与上述的 C3bBb,C3bBbP 形成多分子的复合物,C3bnBb 或 C3bnBbP, 此即 C5 转化酶, 其作用类似经典途径中的 C4b2b3b, 可使 C5 裂解为 C5a 和 C5b, 至此以后的补体激活过程与经典途径相同 ( 图 3-4) 3.C3 正反馈循环补体活化过程中形成的 C3 转化酶不断使 C3 裂解, 生成大量的 C3b; 新产生的 C3b 又可与 B 因子结合, 扩大进一步的活化, 构成了一个正反馈的循环圈, 放大了补体的激活作用 不论是经典途径, 还是替代途径, 只要有 C3 活化, 就可以进入 C3 正反馈循环, 产生放大效应

36 图 3-4 旁路激活途径 ( 三 ) 补体活化的调控 补体系统被激活后, 进行系统有序的级联反应, 从而发挥广泛的生物学效应, 参与机体的防御功能 但如果补体系统活化失控, 可形成过多的膜攻击复合物面产生自身损伤, 或过多的炎症介质也会造成病理效应 正常机体的补体活化处于严密的调控之下, 从而维持机体的自身稳定 1. 补体的自身调控补体激活过程中生成的某些中间产生非常不稳定, 成为补体级联反应的重要自限因素 如 C3 转化酶 C4b2b 和 C3bBb 均易衰变, 从而限制了 C3 的裂解及其后的酶促反应, 与细胞膜结合的 C4b C3b 及 C5b 也易衰变, 可阻断级联反应 此外, 只有细胞表面形成的抗原抗体复合物才能触发经典途径, 而旁路途径的 C3 转化酶则仅在特定的物质表面才具有稳定性, 故正常机体内一般不会发生过强的自发性补体激活反应 2. 调节因子的作用体内的存在多种可溶性膜结合的补体调节因子, 它们以特定方式与不同的补体成分相互作用, 使补体的激活与抑制处于精细的平衡状态, 调节蛋白的缺失有时是造成某些疾病发生的原因 目前发现的补体调节蛋白有十余种, 按其作用特点可分为三类 :1 防止或限制补体在液相中自发激活的抑制剂 ;2 抑制或增强补体对底物正常作用的调节剂 ;3 保护机体组织 细胞免遭补体破坏作用的抑制剂 主要的补体调节因子及其功能见表 3-3 表 3-3 主要补体调节蛋白及其活性 分布 靶分子 功能 血清 丝氨酸蛋白酶抑制剂,C1r,C1s 与无活 C1 抑制物 C1r,C1s 性 C1 结合, 抑制激肽释放酶 纤溶酶和凝血因子 XIa,XIIa 血清 加速 C4b2b 衰变, 辅 C4 结合蛋白 C4b 助 I 因子介导的 C4b 裂解 血清 加速 C3bBb 衰变, 辅 H 因子 C3b 助 I 因子介导的 C3b 裂解 I 因子 血清裂解 C3 和灭活 C4b,C3b C3b,C4b 血清 水解末端精氨酸残 过敏毒素灭活 C3a,C4b,C5a 基, 灭活过敏毒素因子 S 蛋白 血清 C5b67 防止 MAC 插入细胞膜

37 SP40,40 CR1(CD35) 膜辅助蛋白 (MCP CD46) 血清 多数血细胞 肥大细胞 促衰变因子 (DAF) 多数血细胞 同源限制因子 (HRF,C8bp) 膜反应溶解抑制因子 (MIRL) C5b~9 C3b,C4b,iC3b 血细胞, 上皮细胞等 C3b,C4b 多数血细胞 多数血细胞 调节 MAC 形成膜结合蛋白 加速 C3 转化, 辅助 I 因子介导 C3b 和 C4b 降解 辅助 I 因子介导 C3b 和 C4B 降解 C4b2b,C3bBb 加速 C3 转化酶降解 C8,C9 C7,C8 第三节补体系统的生物活性 抑制旁观细胞溶解, 防止 C9 与 C8 结合, 防止 MAC 引起自身细胞溶解 抑制旁观细胞溶解, 防止 C7,C9 与 C5b,C6 结合, 防止 MAC 形成及其溶细胞作用 补体是机体重要的免疫效应系统之一 补体系统活化可以溶解细胞, 在活化过程中产生的中间复合物及某些片段也具有多种多样的生物活性 ; 所以补体系统结机体的作用是多方面的, 既可参与机体的防御效应和自身稳定, 亦可引起免疫损伤 ( 一 ) 溶细胞作用 不论何种途径活化, 补体系统都能对其粘附的细胞产生溶解作用 在经典活化途径中, 抗体的作用只是特异性地定位靶细胞和活化补体, 而靶细胞的溶解则是补体系统的作用结果 对不同种类的靶细胞, 补体的溶解效果亦不相同 ; 例如革兰阴性杆菌 支原体 异体红细胞和血小板对补体很敏感 ; 革兰阳性菌对补体不敏感 补体的溶细胞反应不仅可以抗菌, 也可抵抗其它微生物及寄生虫的感染 病毒在与相应的抗体结合后, 补体的参与可显著增强抗体结病毒的灭活作用, 其机制可能是直接溶解有包膜的病毒, 防止病毒对易感细胞的吸附和穿入, 或干扰病毒在细胞内的增殖 补体缺陷的病人, 机体易受病原微生物的侵害 另一方面, 补体也常常引起病理性反应, 例如异型输血时的溶血反应, 自身免疫病时的细胞损伤等都可由补体系统引起 ( 二 ) 免疫复合物清除作用

38 补体在活化过程中生成的中间产物, 例如 C3b 和 C4b 等, 对抗原抗体复合物有很强的亲和力, 可共价结合到免疫复合物上, 然后通过补体的其他效应对免疫复合物产生抑制或清除作用 1. 吞噬调理作用人及哺乳类动物的单核 - 巨噬细胞和中性粒细胞表面都在 C3b 和 C4b 受体, 能与带有补体成分的免疫复合物相结合, 将两者连接起来, 促进吞噬细胞对免疫复合物的吞噬作用 在这种意义上, 补体也可称为非特异性调理素 (opsonin) 补体成分 C3b C4b ic3b 均有调理作用, 这种调理作用在机体的抗感染过程中具有重要意义 2. 免疫粘附作用带有补体成分的免疫复合物还可通过 C3b 受体结合到红细胞和血小板的表面 ( 免疫粘附作用 ) 被粘附的免疫复合物在肝中得到处理, 或者通过吞噬作用促进其清除 3. 免疫复合物抑制作用 C3 和 C4 对免疫复合物的共价结合可导致如下结果 : 1 阻碍免疫复合物相互结合形成大的网格而易于在组织中沉积 ;2 阻止免疫复合物激活补体而诱发一系列的病理损伤 ;3 可破坏免疫复合物的空间结构而使其溶解 上述作用对免疫复合物病有抑制效果, 在补体活性降低或补体缺乏时, 易发生免疫复合物病或使病情加重 ( 三 ) 炎症介质作用 补体是机体重要的炎症介质之一, 可通过许多途径引起不同的炎症 1. 过敏毒素作用 C5a 和 C3a 可以作用到肥大细胞和嗜碱性粒细胞的细胞膜上, 使细胞脱颗粒, 释放组胺 白三烯及前列腺素等活性介质, 引起类似过敏反应的病理变化 ( 见第八章 ), 所以将 C5a 和 C3a 称为过敏毒素 (anaphylatoxin); 现已发现 C4a 亦有较弱的过敏毒素作用 这类作用可被抗组胺药物封闭 2. 趋化作用 C4a C5a C3a 和 C5b67 是中性粒细胞和单核 - 巨噬细胞的趋化因子 (chemotaxin), 可使这些吞噬细胞向炎症部位聚集, 加强对病原体的吞噬和消除, 同时引起炎症反应 3. 激肽样作用 C2a C4a 等具有激肽样活性, 能增强血管的通透性, 引起炎性充血 补体各成分及其片段的生物活性总结在表 3-4 表 3-4 补体成分的生物学活性 补体成分 C1~C9 C3b,C4b C3b 生物活性溶菌, 杀菌和溶细胞作用吞噬调理作用免疫粘附作用

39 C1q,C4 C2a,C4a C3a,C5a,C4a C3a,C5a,C5b67 C3,C4,CR1 中和与溶解病毒作用激肽样作用过敏毒素作用趋化因子溶解和清除免疫复合物 ( 一 ) 补体的编码基因 第四节补体的合成及代谢 补体系统的成分非常复杂, 各成分的编码基因也分散在不同的染色体上, 其中的大多数基因已被成功地克降出来, 其产物的氨基酸顺序也得到测定 补体成分的许多蛋白质分子具有同种异构现象, 显示其具有遗传多态性 几乎所有的补体蛋白均为单位点常染色体等显性遗传 编码人 C4 C2 及 B 因子的基因在第 6 对染色体短臂上, 与 MHC 系统的基因相邻, 被命名为 Ⅲ 类组织相容性基因, 此种排列的意义尚不清楚 但有趣的是, 第 6 对染色体上各有 2 个 C4 基因位点, 分别编码 C4A 和 C4B, 两者具有不同的生物活性 现已清楚 C4 基因中至少有 1 个无效等位基因 (nullallele) 可能与自身免疫的发病有关 与 C4 和 C3 反应的许多调节蛋白的基因被组合在一起, 在第一对染色体上形成 1 个超基因家族 (superfamily) 此超基因家族编码的蛋白现已知的有 :H 因子 C4bp DAF CR1 CR2 等 ; 这些产物都有 1 个 60 个氨基酸残基组成的反复重复排列的同源区, 可能来自同 1 个基因前体 ( 二 ) 补体合成的器官和细胞 人类 2 周龄胚胎已具有补体溶血活性, 出生时其脐血中的补体溶血活性已达成人的一半, 出生后 1 周时即接近其母体水平 由于补体的产生比抗体产生早, 故补体对机体的早期抗微生物感染具有重要意义 肝是产生补体的主要器官, 大部分补体可在肝细胞内合成 其他的一些器官和组织也能产生不同的补体成分, 主要细胞是巨噬细胞 ( 表 3-5) 表 3-5 补体的产生部位 补体成分 C1 C2 C3 C4 产生部位小肠上皮细胞 脾 巨噬细胞巨噬细胞 肝 脾 肺 骨髓肝 淋巴组织 巨噬细胞 骨髓巨噬细胞 肝 脾 肺

40 C5 C6 C7? C8 C9 ( 三 ) 补体的代谢平衡 骨髓 肝 肾 肺 脾 肝 巨噬细胞 肝 脾 肺 小肠 肾 肝 和其他血蛋白一样, 补体在机体内受各种因素的调节, 维持其含量的相对平衡 补体成分可被血中的蛋白酶直接降解, 在病理情况下补体的代谢速率反映补体的激活程度 补体活化后的酶解片段迅速在体液中失活, 并很快地从循环中清除, 沉着于细胞表面及组织中会被消耗或分解, 例如 C3 在 C3 转化酶的作用下, 生成有活性的 C3a 和 C3b,C3b 降解为无活性的 ic3b, 再裂解为 C3c 和 C3dg, 最后降解为 C3d 和 C3g 血中的其他补体成分也有相似的代谢方式 在不同疾病的进展过程中, 补体的代谢速度变化非常大 临床观察补体含量时应取不同时期的标本进行动态观察, 才能了解补体的动态变化 另外, 补体的正常水平存在很大的个体差异, 补体成分的更新也较快, 故单凭测定补体成分含量, 有时很难反映补体系统的激活情况, 现主张应用测定补体单个成分及其相应裂解产物的方式, 例如测定血清 C3a C5c C3d 等 补体碎片的连续测定, 对预报有关疾病活动情况是很有价值的 补体血清水平的变化对有关疾病的诊断具有重要意义, 例如系统性红斑狼疮和肾小球肾炎时, 由于补体系统被免疫复合物过度激活, 导致 C3 接近耗竭, 其他补体成分也减少 ; 临床症状改善后, 其含量又回升 遗传性血管神经性水肿时由于 C1INH 缺陷导致 C4 过度消耗, 造成补体含量下降 ; 肝病患者由于肝功能障碍导致蛋白合成能力下降, 出现低补体血症 这些患者均有不同程度的对传染病和化脓性细菌的易感性增高 ; 另一方面在发生感染时, 常出现代偿性的血液补体含量升高, 以抵抗外来微生物的侵入 第四章免疫系统 ( 尹学念 ) 免疫系统 (immunesystem) 是由具有免疫功能的器官 组织 细胞和分子组成, 是机体免疫机制发生的物质基础 免疫系统内的各种淋巴样器官和细胞在机体的整体免疫功能中分别担负着不同的角色, 根据其功能不同可将整个系统分成 3 个组织层次 :1 中枢免疫器官 ;2 外周免疫器官 ;3 免疫细胞 各层次不同类型的组织与细胞又有着不同的作用, 通过淋巴细胞再循环和各种免疫分子将各部分的功能协调统一起来 与机体的其它系统一样, 免疫系统虽有着一系列的内部调节机制, 但不是完全独立运行, 而是与其它系统互相协调, 尤其是受神经体液调节, 又可进行反馈影响, 共同维持机体的生理平衡

41 免疫系统是伴随着生物种系发生和发展过程中逐步进化而建立起来的 无脊椎动物仅有吞噬作用和炎症反应, 到了脊椎动物才开始有腔上囊, 出现特异性抗体, 至哺乳动物才逐渐产生较多种类的免疫球蛋白 进化程序不同的动物中免疫球蛋白类型出现的多少不一 免疫系统各成分的系统发生顺序为吞噬细胞 细胞介导免疫 体液免疫 ; 在体液免疫中抗体产生的顺序是 IgM IgG IgA IgD 和 IgE( 图 4-1) 图 4-1 免疫应答的种系进化示意图 第一节免疫器官 免疫器官 (immuneorgan) 是指实现免疫功能的器官或组织 根据发生的时间顺序和功能差异, 可分为中枢神经免疫器官 (centralimmuneorgan) 和外周免疫器官 (peripheralimmuneorgan) 两部分 一 中枢免疫器官 中枢免疫器官又称一级免疫器官, 包括骨髓 胸腺 鸟类法氏囊或其同功器官 中枢器官主导免疫活性细胞的产生 增殖和分化成熟, 对外周淋巴器官发育和全身免疫功能起调节作用 ( 一 ) 胸腺 1. 胸腺的组织结构胸腺位于前纵隔 胸骨后 胸腺分为左右两叶, 外包结缔组织被膜 ; 被膜伸入胸腺实质内形成隔膜, 将胸腺分成许多小叶 ; 小叶的外周部分称为皮质, 中央部分称为髓质 ; 相邻的小叶髓质彼此相连 ( 图 4-2)

42 图 4-2 胸腺结构示意图 胸腺的细胞分为淋巴样细胞和非淋巴细胞两类 淋巴细胞包括原始 T 细胞向成熟 T 细胞分化过程中各种不同阶段的细胞, 统称为胸腺细胞 ; 胸腺细胞是胸腺内的主体细胞, 其分布从皮质到髓质逐渐减少 非淋巴细胞包括上皮细胞 巨噬细胞 树突状细胞 抚育细胞 皮纤维细胞和网状细胞等 这些细胞一方面构成胸腺组织的支架, 另一方面构成胸腺细胞营养和分化的微环境, 统称为基质细胞 胸腺皮质的毛细血管内皮细胞连接紧密, 与网状细胞共同形成血液 - 胸腺屏障, 使循环中的抗原物质不能进入胸腺 血液 - 胸腺屏障是体内为数不多的几个生理屏障之一, 其意义目前尚不清楚 胸腺髓质的毛细血管内皮细胞之间有间隙, 抗原性物质可进入髓质, 在髓质内还可见多层扁平上皮细胞呈同心圆状排列成的 Hassall 小体, 或称胸腺小体 直径约 25~50μm, 其功能尚不清楚 2. 胸腺的免疫功能长期以来对胸腺的功能不甚了解, 直到 60 年代初 Miller 和 Good 分别用切除新生小鼠和家兔胸腺的办法证明了胸腺的免疫功能 (1) 训化 T 细胞 : 在骨髓初步发育的淋巴细胞经由血液循环迁移至胸腺, 定位于胸腺的皮质外层 ; 这些形体较大的细胞为双阴性 (CD4 - /CD8 - ) 细胞, 约占胸腺细胞总数的 10% 外层细胞在胸腺微环境中迅速增殖, 并推动细胞不断向内层迁移, 个体形态逐渐变小 ; 内层细胞为双阳性 (CD4 + /CD8 + ) 细胞, 约占胸腺细胞总数的 75% 双阳性细胞为过渡态细胞, 其中 90% 以上在皮质内凋亡或被巨噬细胞吞噬 ; 据认为, 死亡细胞可能是针对自身抗原进行应答的细胞 少数胸腺细胞继续发育并迁移至髓质, 成为单阳性 (CD4 + 或 CD8 + ) 细胞, 约占胸腺细胞总数的 15% 只有这些单阳性细胞才是成熟的 T 细胞, 通过髓质小静脉进入血循环

43 (2) 分泌胸腺激素 : 胸腺上皮细胞能产生多种激素, 如胸腺素 胸腺生成素和胸腺体液因子等 这些激素可以诱导活化未成熟胸腺细胞的末端脱氧核苷转移酶, 促进 T 细胞的分化成熟 ; 不同的激素作用于不同的细胞发育阶段, 有选择地发挥免疫调节功能 胸腺激素的作用没有种属特异性, 所以目前临床应用的胸腺素都是从动物胸腺中提取出来的 (3) 其他 : 胸腺还可促进肥大细胞发育, 调节机体的免疫平衡, 维持自身的免疫稳定性 新生动物摘除胸腺, 可引起严重的细胞免疫缺陷和总体免疫功能降低 由此可见胸腺在免疫系统中的地位 3. 胸腺的发育过程胸腺于胚胎第 6 周时就在第三对咽囊的腹侧面形成胚基, 至第 7 周形成胸腺雏形, 至第 20 周时便已发育成熟 出生时胸腺重量仅约为 20g, 青春期达顶峰, 约 40g; 以后随年龄增长而逐渐萎缩, 至老年时仅剩 10g 左右, 且多为脂肪组织替代 机体的免疫功能与胸腺的生长周期相关 ( 二 ) 腔上囊 腔上囊又称法氏囊 (bursaoffabricius), 是鸟类动物特有的淋巴器官, 位于胃肠道末端泄殖腔的后上方 与胸腺不同, 腔上囊训化 B 细胞成熟, 主导机体的体液免疫功能 将孵出的雏鸡去掉腔上囊, 会使血中 γ 球蛋白缺乏, 且没有浆细胞, 注射疫苗亦不能产生抗体 人类和哺乳动物没有腔上囊, 其功能由相似的组织器官代替, 称为腔上囊同功器官 ; 曾一度认为同功器官是阑尾 扁桃体和肠集结淋巴结, 现在已证明是骨髓 ( 三 ) 骨髓 骨髓是成年人和动物所有血细胞的唯一来源, 各种免疫细胞也是从骨髓的多能干细胞发育而来 骨髓的主要功能是产生血细胞, 近来证明骨髓还是腔上囊同功器官 在骨髓异常时, 累及的不单是体液免疫, 其他免疫功能也发生障碍 二 外周免疫器官 外周免疫器官包括淋巴结 脾和粘膜相关淋巴组织 (mucosaassociatedlymphoidtissue,malt) 等, 是免疫细胞聚集和免疫应答发生的场所 ( 一 ) 淋巴结 1. 淋巴结的结构淋巴结为近乎圆形的网状结构, 表面有一层结缔组织被膜, 略凹陷处为门, 有输出淋巴管和血管出入 被膜向外延伸有许多输入淋巴管 ; 向

44 内伸入实质形成许多小梁, 将淋巴结分成许多小叶 淋巴结的外周部分为皮质, 中央部分为髓质 ( 图 4-3) 图 4-3 淋巴结结构示意图 皮质区有淋巴小结, 又称淋巴滤泡 ; 受抗原刺激后出现生发中心 ; 此区内富含 B 细胞和滤泡树突状细胞 (follicledendritic,fdcs), 所以又称非胸腺依赖区 皮质深层和滤泡间隙为副皮质区, 因富含 T 细胞又称胸腺依赖区 ; 此区是淋巴细胞再循环的门户, 有大量 T 细胞和巨噬细胞分布在滤泡周围, 是传递免疫信息的场所 髓质区的 B 细胞 浆细胞和网状细胞集结成索状, 称髓索 ; 在髓索这间为髓窦 ; 此区是滤过淋巴液的场所 2. 淋巴结的功能 (1) 滤过和净化作用 : 淋巴结是淋巴液的有效滤器, 通过淋巴窦内吞噬细胞的吞噬作用以及体液抗体等免疫分子的作用, 可以杀伤病原微生物, 清除异物, 从而起到净化淋巴液, 防止病原体扩散的作用 (2) 免疫应答场所 : 淋巴结中富含各种类型的免疫细胞, 利于捕捉抗原 传递抗原信息和细胞活化增殖 FDCs 表面有丰富的 Fc 受体, 具有很强的捕获抗原体复合物的能力, 通过这种方式可将抗原长期保留在滤泡内, 这对形成和维持 B 记忆细胞 诱导再次免疫应答很有意义 B 细胞受刺激活化后, 高速分化增殖, 生成大量的浆细胞形成生发中心 ;T 细胞也可在淋巴结内分化增殖为致敏淋巴细胞 不管发生哪类免疫应答, 都会引起局部淋巴结肿大

45 (3) 淋巴细胞再循环基地 : 正常情况下, 只有少数淋巴细胞在淋巴结内分裂增殖, 大部分细胞是再循环的淋巴细胞 血中的淋巴细胞通过毛细血管后静脉进入淋巴结副皮质, 然后再经淋巴窦汇入输出淋巴管 众多的淋巴结是再循环细胞的重要补充来源 ( 二 ) 脾 1. 脾的组织结构脾是体内形体最大的淋巴器官, 结构类似淋巴结 脾的表面有结缔组织被膜, 实质比较柔脆, 分为白髓和红髓 白髓是淋巴细胞聚集之处, 沿中央小动脉呈鞘状分布, 富含 T 细胞, 相当于淋巴结的副质区 白髓中还有淋巴小结, 是 B 细胞居留之处, 受抗原刺激后可出现生发中心 脾中 T 细胞约占总淋巴细胞数 35%~50%,B 细胞约占 50%~65% 红髓位于白髓周围, 可分为脾索和血窦 脾索为网状结缔组织形成的条索状分支结构 ; 血窦为迂曲的血管, 其分支吻合成网 红髓与白髓之间的区域称为边缘区, 中央小动脉分支由此进入, 是再循环淋巴细胞入脾之处 与淋巴结不同, 脾没有输入淋巴管, 只有一条平时关闭的输出淋巴管与中央动脉并行, 发生免疫应答时淋巴细胞由此进入再循环池 2. 脾的功能脾在胚胎期是重要的造血器官 ; 出生后造血功能停止, 但仍然是血细胞尤其是淋巴细胞再循环池的最大储库和强有力的过滤器 ;1 与淋巴结相似, 脾还是发生免疫应答的重要基地 此外, 脾还有两个显著的特点 : 产生抗体, 脾富含 B 细胞和浆细胞, 因此是全身最大的抗体产生器官, 尤其是产生 IgM 和 IgG, 其数量对调节血清抗体水平起很大作用 所以当自身抗体产生过多导致严重疾病时, 曾用切除脾的办法进行缓冲治疗 ; 但脾切除后机体的抗感染能力显著降低 2 分泌体液因子, 脾可以合成补体 (C5 和 C8 等 ) 和备解素等重要的免疫效应分子 ; 还能产生一种白细胞激肽, 促进粒细胞的吞噬作用 ( 三 ) 粘膜相关淋巴组织 在各种腔道粘膜下有大量的淋巴组织聚集, 称为粘膜相关淋巴组织 (MALT); 其中最重要的是胃肠道粘膜相关淋巴组织 (GALT) 和呼吸道粘膜相关淋巴组织 (BALT) GALT 包括阑尾 肠集合淋巴结和大量的弥散淋巴组织 ;BALT 包括咽部的扁桃体和弥散的淋巴组织, 构成呼吸道和消化道入口处的防御机构, 称为 Waldeyer 环 除了消化道和呼吸道外, 乳腺 泪腺 唾液腺以及泌尿生殖道等粘膜也存在弥散的 MALT 与淋巴结和脾不同, 粘膜相关淋巴组织没有包膜, 不构成独立的器官, 通过广泛的直接表面接触和体液因子与外界联系 ;MALT 中的 B 细胞多为 IgA 产生细胞, 受抗原刺激后直接将 SigA 分泌到附近粘膜, 发挥局部免疫作用 ; 粘膜靠一种特殊的机制吸引循环中的淋巴细胞,MALT 中的淋巴细胞也可输入到淋巴细胞再循环池, 某一局部的免疫应答效果可以普及到全身的粘膜 ( 详见第七章 ) 三 淋巴细胞再循环

46 各种免疫器官中的淋巴细胞并不是定居不动的群体, 而是通过血液和淋巴液的循环进行有规律的迁移, 这种规律性的迁移为淋巴细胞再循环 (lymphocyterecirculation) 通过再循环, 可以增加淋巴细胞与抗原接触的机会, 更有效地激发免疫应答 ; 并不断更新和补充循环池的淋巴细胞 1. 再循环的细胞淋巴干细胞从骨髓迁移至胸腺和腔上囊或其功能器官, 分化成熟后进入血液循环的定向移动过程不属于再循环范围 再循环是成熟淋巴细胞通过循环途径实现淋细胞不断重新分布的过程 再循环中的细胞多是静止期细胞和记忆细胞, 其中 80% 以上是 T 细胞 这些细胞最初来源于胸腺和骨髓 ; 成年以后, 再循环池手细胞主要靠外周免疫器官进行补充 受抗原刺激而活化的淋巴细胞很快定居于外周免疫器官, 不再参加再循环 2. 再循环的途径血液中的淋巴细胞在流经外周免疫器官 ( 以淋巴结为例 ) 时, 在副皮质区与皮质区的连接处穿过高内皮毛细血管后静脉 (HEV) 进入淋巴结 ;T 细胞定位于副皮质,B 细胞主要定位于皮质区 ; 以后均通过淋巴结髓窦迁移至输出淋巴管, 进入高一级淋巴结 ; 经过类似的路径, 所有外周免疫器官输出的细胞最后都汇集于淋巴导管 ; 身体下部和左上部的汇集到胸导管, 从左锁骨下静脉角返回血循环 ; 右侧上部的汇集到右淋巴管, 从右锁骨下静脉返回血循环 ( 图 4-4) 再循环一周约需 24~48 小时 图 4-4 体内淋巴细胞迁移路线示意图 3. 细胞定居选择淋巴细胞从血循环进入淋巴组织具有高度的选择性, 这是因为淋巴细胞上具有特殊的受体分子, 称为归巢受体 (homingreceptor) 现已发现的归巢受体包括 CD44 LFA-1 VLA-4 和 Mel-14/LAM-1 等 ; 其中 Mel-14/LAM-1

47 是定居淋巴结的受体, 识别淋巴结内的高内皮细胞 ;VLA-4 的 α 亚单位是定居 MALT 的受体, 识别粘膜表面的配体 第二节淋巴细胞 参与应答的细胞 ( 免疫细胞 ) 可以分为三大类 : 第一类是指在免疫应答过程中起核心作用的免疫活性细胞, 即淋巴细胞 ; 第二类是指在免疫应答过程中起辅佐作用的单核 - 巨噬细胞 ; 第三类是指单纯参与免疫效应的其他免疫细胞 由于免疫细胞的种类较多 为便于初学者掌握, 将常用的细胞简称和略语列于表 4-3 淋巴细胞 (lymphocyte) 是受免疫系统的主要细胞, 按其形成大小可分为大 (11~18μm) 中 (7~11μm) 小 (4~7μm) 三类 ; 按其性质和功能可分为 T 细胞 B 细胞和 NK 细胞 不同类型的淋巴细胞很难从形态学上分辨, 只能通过其不同的表面标志和不同的反应性进行区分 一 T 细胞 T 细胞是在胸腺中成熟的淋巴细胞, 故称胸腺依赖性淋巴细胞 (thymus-dependentlymphocyte), 简称 T 淋巴细胞或 T 细胞, 是血液和再循环中的主要淋巴细胞 ( 一 )T 细胞的表面标志 在 T 细胞发育的不同阶段, 细胞表面可表达不同种类的分子, 这些分子与细胞功能有关, 也可作为签别 T 细胞甩其活化状态的表面标志 1.T 细胞受体 (Tcellreceptor,TCR) 又称 T 细胞抗原受体, 可表达于所有成熟 T 细胞表面, 是 T 细胞识别外来抗原并与之结合的特异受体 TCR 由 α 和 β 两个肽链组成, 两肽链之间由二硫键连接, 其结构和功能均类似 IgG 分子的一个 Fab 段 α 链与 IgG 的轻链相似, 由 V J 和 C 区 3 个基因片段重组的基因进行编码 ;β 链类似于 IgG 重链的 V 区和 CH1 区, 由 V D J 和 C 区 4 个基因片段重组的基因进行编码 在 T 细胞发育过程中, 编码 α 及 β 链的基因经历突变和重排, 因此 TCR 具有高度的多态性, 以适应千变万化的抗原分子 与 B 细胞表面的 Ig 分子一样,TCR 能特异性地与抗原结合 与 Ig 分子不同的是,TCR 一般只结合与 MHC 分子连接的抗原, 这是由于 TCR 与抗原的结合力较弱, 并且常常只有 α 链或 β 链单独表达的缘故 TCR 识别抗原的这种特点构成了 MHC 限制性的基础 TCR 与抗原结合后不能直接活化 T 细胞, 而是依赖与其邻接的 CD3 分子向细胞内部传递活化信息 ;CD4 和 CD8 分子能够协同和加强这种作用 一小部分成熟 T 细胞的表面 TCR 不是由 α/β 链组成, 而是由 γ/δ 链组成 ; γ/δ 链与 α/β 链有高度同源性, 而且 δ 基因正好位于 α 基因的位点上, 其意义仍然不甚明确

48 2. 簇分化抗原 (clusterofdifferentiation,cd)t 细胞在分化成熟过程中, 不同的发育阶段和不同亚类的淋巴细胞可表达不同的分化抗原, 这是区分淋巴细胞的重要标志 所以 1986 年世界卫生组织命名委员会建议应用 CD 系列来统一命名白细胞分化抗原, 包括淋巴细胞和其它白细胞 目前已经鉴定出 CD 抗原 70 余种, 部分重要 CD 抗原列在表 4-1 表 4-1 部分 CD 抗原及其分布和性质 抗原 别名 分布细胞 主要性质和功能 CD2 T1,E 受体 T,NK 结合 CD58, 转递信号 CD3 T3,Leu4 T T 系标志, 转导信号 CD4 T4,Leu3a T H,Mφ 等 EBV MHCⅡ 类分子受体,HIV 受体传递信号,T H 标志转化的 B CD5 T1 T, 部分 B 结合 CD72, 部分 B 标志 CD7 Leu9 T,NK 及前体 传递信号 CD8 T8,Leu2a Tc I 类分子受体,Tc 标志 CD10 CALLA B 前体 内肽酶, 急性淋巴细胞白血病的标志 CD11a LFA-1α T,B,NK,M 整全素, 介导细胞粘附 CD16 FcγRⅢ NK,Mφ,N 低亲和 IgGFc 受体,NK 标志 CD19 B4 B 传递信号 CD21 CR2,B2 B C3d CD23 和 EBV 受体 CD22 B 结合 CD45RO, 传递信号 CD23 FcεRⅡ 活化 B,Mφ 等低亲和 IgEFc 受体,CD21 配体 CD25 IL-2Rα 活化 T,B;M 低亲和 IL-2R,L-C 活化标志 CD28 活化 T H 结合 B7, 介导协同刺激信号 CD32 FcγRⅡ B,Mφ,N,Eo 中亲和 IgGFc 受体, 传递信号 CD35 CR1 B,M,N,NK C3b 受体 CD40 B 结合 CD40, 传递 T H 辅助信号 CD45 WBC-Ag 全部 WBC PTP, 传递 TCR 信号 CD54 ICAM-1 活化 L-c 结合 LFA-1 或 CD23 CD56 N-CAM NK NK 标志,NK 粘附作用 CD64 FcγRⅠ M,Mφ 高亲和性 IgGFc 受体 T 细胞主要的 CD 抗原有以下几类 (1)CD2: 分子量约 49kD 的糖蛋白, 表达于全部人 T 细胞和 NK 细胞表面 ; 由 3 种抗原性不同的分子 (CD2-1,CD2-2,CD2-3) 组成 CD2-1 及 CD2-2 表达于静止细胞表面,CD2-3 表达于活化的 T 细胞表面 应用抗 CD2-2 及抗 CD2-3 可

49 直接活化静止的 T 细胞, 这是成熟 T 细胞活化的旁路途径 CD2 是粘附分子之一, 顺抗原递呈过程中起辅助作用 CD2 分子还可与绵羊红细胞 (SRBC) 结合, 又称绵羊红细胞受体 在一定条件下, 将外周血淋巴细胞与 SRBC 混合, 则血 T 细胞能结合若干 SRBC, 染色后在显微镜下观察呈玫瑰花环状, 故称 E 花环形成试验 ; 临床上可用于测定外周血 T 细胞总数 (2)CD3: 为 6 肽复合分子, 表达在全部 T 细胞表面, 是 T 细胞共同的表面标志 CD3 分子与 TCR 分子紧密连接, 但 CD3 分子的肽链伸入胞浆的部分比 TCR 长得多, 所以 CD3 可将 TCR 与抗原结合所产生的活化信号传递到细胞内部并激活细胞 ; 因此应用抗 CD3 单克隆抗体也可直接活化 T 细胞 CD3 与 TCR 的关系见图 4-5 (3)CD4/CD8: 是相互关联 但意义不同的 2 个分子, 是 T 细胞亚群的表面标志 表达 CD4 的主要是辅助性 T 细胞, 表达 CD8 的主要是细胞毒性 T 细胞 CD4 和 CD8 分子可增强 CD3-TCR 对 MHC 抗原的亲和力,CD4 分子增强对 MHCⅡ 类抗原的结合,CD8 分子则增强对 MHCⅠ 类抗原的结合 在再次免疫应答中, 由于 TCR-CD3 与外来抗原 -MHC 复合分子结合的亲和力提高, 即使细胞表面的 CD4 或 CD8 分子丢失, 亦可发生免疫应答 图 4-5TCR 与 CD3 结构及相关性示意图 (4) 其他 CD 分子 :CD7 也是 T 细胞的共同标志, 而且较早地出现在细胞表面, 还可发现在 NK 细胞和少数其他淋巴样细胞前体上 某些 T 细胞亚群 (T H ) 表达 CD28, 该分子可传递同刺激信号, 与细胞活化相关

50 3. 其他表面标志主要包括以下几类 : (1) 组织相容性抗原 :T 细胞主要表达 MHCⅠ 类抗原, 个别活化的 T 细胞可表达 MHCⅡ 类抗原 ;MHC 及其意义见第六章 (2) 致有丝分裂原受体 : 致有丝分裂原 (mitogen) 简称丝裂原, 可通过相应受体刺激静止期淋巴细胞转化为淋巴母细胞, 发生有丝分裂而增殖 丝裂原种类很多, 常见的有植物血凝素 (phytohemagglutinin,pha) 刀豆素 A (concanavalina,cona) 等 因此可利用 PHA 和 ConA 等活化 T 细胞, 也可借此进行淋巴细胞转化试验, 判断细胞免疫的功能状态 (3) 病毒受体 : 淋巴细胞表面还存在病毒受体, 例如麻疹病毒受体和人类免疫缺陷病毒 (HIV) 受体等, 通过这类受体, 病毒可以选择性地感染某个 T 细胞亚群 ; 例如 HIV 可以通过 CD4 感染辅助性 T 细胞引起艾滋病 另外,T 细胞表面尚有多种白细胞介素受体 ( 见第五章 ) 绵羊红细胞受体 (CD2) 整合素 (integrin) 受体 转铁蛋白 (transferrin) 受体等 ; 还有多种粘附分子, 例如 LFA-1 和 CD2 等 ; 这些均与 T 细胞活化有一定的相关性 ( 二 )T 细胞的亚群及其功能 虽然 T 细胞有表达 TCR 和 CD2 CD3 CD7 等共性, 但这是一个非均一性的复杂群体 ; 可以分化为表达不同 CD 分子 具有不同免疫活性的亚群 (subset), 其中较为明确的两个亚群是辅助性 T 细胞和细胞毒性 T 细胞 T 细胞的这种分化是不可逆的 1. 辅助性 T 细胞 (helptcell,t H ) 是能够帮助 B 细胞分化成抗体产生细胞和放大细胞免疫应答的一个细胞群, 表达 CD4 但不表达 CD8 T H 活化后可释放细胞因子, 可以调节 T 细胞 B 细胞 单核 - 巨噬细胞和其他免疫细胞的活性 T H 表面的 CD4 分子主要是与 MHCⅡ 类分子相关, 而不是与辅助功能相关 ; 因此部分 CD4 + 细胞有细胞毒活性, 而某些 CD8 + 细胞有辅助作用 根据产生细胞因子的不同,T H 可被分成 3 型 :T H1,T H2 和 T H0 T H1 产生 IL-2 和 IFNγ, 可以增强细胞免疫应答, 促进 B 细胞合成 IgM 和 IgG2, 活化巨噬细胞 ; T H2 产生 IL-4 和 IL-5, 增强 IgG1 和 IgE 的合成, 增加局部和循环中嗜酸性粒细胞的数量 ;T H0 产生中述 4 类细胞因子, 兼具 T H1 和 T H2 的生物活性 不同的抗原诱导的免疫应答可以由不同类型的 T H 控制, 例如蠕虫感染的免疫应答由 T H2 控制, 导致 IgE 血清水平升高和嗜酸性粒细胞数量增加 ; 而原虫 ( 如利什曼原虫 ) 感染的免疫应答则由 T H1 控制, 产生细胞免疫应答和清除原虫的感染 免疫应答的控制选择和 T H 类型分化的机制目前尚不清楚, 但细胞发育过程中的局部环境可影响细胞的分化, 例如已经证明 IL-4 可促进 T H2 应答, 而 IFNγ 可抑制 T H2 型应答

51 2. 细胞毒性 T 细胞 (cytotoxictcell,tc 或 CTL) 能特异性溶解靶细胞的一个细胞亚群, 表达 CD8 但不表达 CD4 Tc 能够杀伤所有表达 MHCⅠ 类分子并向其递呈抗原的靶细胞 ; 这种杀伤是抗原特异性的 NHCⅠ 类分子限制性的和卓有成效的 Tc 细胞在杀伤一个细胞后, 可以转向另一个靶细胞, 反复行使这种杀伤功能 因此 Tc 细胞在抗病毒感染 抗肿瘤免疫 移植排斥反应和某些自身免疫病中起重要作用 3. 其他 T 细胞亚群以往的免疫学文献曾描写过其他重要的 T 细胞亚群, 但随着免疫学技术的进步, 这些亚群很难得到证实或者已证明是别的亚群 (1) 抑制性 T 细胞 (suppressortcell,ts): 被描述为专门行使免疫抑制作用的 T 细胞亚群 当 1960 年首次报道某些淋巴细胞有免疫抑制作用以后,30 多年来有大量的文献描述了 Ts 的活性, 但至今没有人分离出只有免疫抑制作用的特征性 T 细胞群 所以目前认为 : 所谓抑制性 T 细胞, 可能就是 T H1, 因为 T H1 除了能引起细胞免疫应答外, 它分泌的 IFNγ 还可抑制 IgG1 的产生 (2) 迟发型超敏反应性 T 细胞 (delayed-typehypersensitivitytcell,t DTH ): 被描述为可引起迟发型超敏反应的 T 细胞 有关喧个亚群的文献资料相对少些, 更无人证明存在专门诱导迟发型超敏反应的 T 细胞群 实际上, 迟发型超敏反应就是由 T H 和 Tc 所引起的 (3)γ/δT 细胞 : 表面 TCR 由 γ 和 δ 链组成 而非通常 α/β 链的细胞群 这群细胞数量很少, 不超过 T 细胞总数的 5%; 它们可以是 CD4 - /CD8 -, 也可以是 CD4 - /CD8 + ; 具有细胞毒活性, 也能释放细胞因子 ; 在皮肤中存在较多, 其意义有待进一步证明 ( 三 )T 细胞的发育与分布 T 细胞来源于骨髓干细胞, 在胸腺内发育成熟 迁移至胸腺的初期, 这些胸腺细胞只表达 T 细胞系的早期特征 CD2 和 CD7, 不表达 CD4 或 CD8, 称为双阴性胸腺细胞 在此期间,TCR 基因开始重排 ; 当重排的结果产生了 α 和 β 链时, TCR 和 CD3 便开始低水平地协同表达在细胞表面 这时 CD4 和 CD8 也开始表达, 并且同时出现在细胞膜上, 这样的细胞称为双阳性胸腺细胞 因双阳性胸腺细胞已经表达 TCR 和 CD3, 故能够识别与自身 MHC 连接的抗原 ; 但是这时的 TCR 刺激不是诱导细胞增殖, 而是诱导细胞凋亡 ( 见第七章 ) 由于在此期间能遇到的抗原通常都是自身物质, 所以死亡的细胞基本上都是自身反应细胞 这种现象称为阴性选择 (negativeselection) 另一方面, 能识别非自身抗原的双阳性细胞得以继续发育, 其 TCR 和 CD3 分子的表达增强, 并且丢失 CD4 或 CD8 分子中的一个, 分化为只表达 CD4 或 CD8 的单阳性胸腺细胞, 即成熟的 T 细胞 这种选择称为阳性选择 (positiveselection) T 细胞在胸腺内的主要发育特点见图 4-6 难以理解的是, 阳性选择时并没有外来抗原与 TCR 结合, 而且所选择的非自身反应性细胞却也能识别自身的 MHC

52 图 4-6T 细胞在胸腺内的发育过程 成熟的 T 细胞离开胸腺进入血循环, 分布于外周免疫器官的胸腺依赖区, 例如淋巴结的副皮质区等, 受抗原刺激后参与免疫应答 T 细胞是淋巴细胞再循环的主要细胞, 在血液中约占 60%~70%, 在淋巴结约占 65%~85%, 在胸导管中占 90% 以上 当胸腺发育不全时,T 细胞发育受阻, 外周血淋巴细胞显著减少, 外周淋巴器官的胸腺依赖区萎缩 二 B 细胞 B 细胞是在鸟类法氏囊或其同功器官 ( 骨髓 ) 内发育成熟的细胞, 因此称为法氏囊或骨髓依赖的淋巴细胞 (bursaorbonemarrowdependentlymphocyte), 简称 B 淋巴细胞或 B 细胞 B 细胞受抗原刺激后可产生抗体的浆细胞 ( 一 )B 细胞的表面标志 1. 表面免疫球蛋白 (surfaceimmunoglobulin,slg) 是 B 细胞最具特征性的表面标志 成熟 B 细胞膜表面表达 SIgM 和 SigD, 早期 B 细胞只表达 SIgM 分子 ;SIg 的肽链结构与 Ig 相同, 但 SIgM 是单体分子 一个 B 细胞表面可有上万个 SIg 分子, 其特异性都与细胞分泌的 Ig 分子相同 由于细胞在分化过程中基因突变和 Ig 基因重排的结果, 一个正常人体内至少有 个可产生不同抗体分子的细胞克隆 SIg 的功能是为 B 细胞表面的抗原受体, 可与相应抗原特异性结合, 并将抗原作内摄处理 这种受体介导的结合是 B 细胞捕获抗原的主要方式 SIgM 或 SIgD 分子的羧基端插入细胞膜, 但只有几个氨基酸的深度 ; 所以象 TCR 一样,SIg 自身不能独立地向细胞内传递刺激信号, 必须依赖与其紧密相关的其他两种跨膜糖蛋白棗 Ig-α 和 Ig-β 这两种蛋白靠二硫键连在一起, 各有一个大的肽段伸入细胞浆, 因此可以象 T 细胞表面的 CD3 协同 TCR 一样辅助 SIg 向细胞内传递刺激信号

53 2.MHC 和 CD 抗原成熟的 B 细胞表面表达 MHCⅡ 类分子, 这可使 B 细胞作为抗原递呈细胞, 与其免疫活性相关 ( 详见第七章 ) B 细胞在分化成熟过程中可表达不同的 CD 分子, 其中某些可作为 B 细胞的标志, 某些还与细胞功能相关 CD10 只出现在 B 前体细胞,CD19 从原始至成熟的 B 细胞都存在, 而 CD22 只在成熟 B 细胞表达, 都是经常检测的标志 ;CD21 和 CD35 是补体受体 ;CD23 和 CD32 则是 Ig 的 Fc 受体 ;CD40 可与 T H 细胞上的配体相结合, 从而接受 T H 的辅助作用 3. 其他标志及作用 (1)Fc 受体 :B 细胞表面有 IgG 的 Fc 受体 (CD32), 与 B 细胞活性有关 Fc 受体还可与抗体包被的红细胞相结合形成 EAC 玫瑰花环, 是鉴别 B 细胞的传统方法之一 (2) 补体受体 :CR 表达于成熟 B 细胞的表面,CR1 可与 C3b 和 C4b 结合, 促进 B 细胞活化或抑制补体活化 ;CR2 受体 (CD21) 可与 C3d 结合, 同时也是 EB 病毒的受体 (3) 丝裂受体 :B 细胞的致有丝分裂原主要是脂多糖 (LPS), 受丝裂原活化后 B 细胞也可以分化增殖 另外,B 细胞表面还有多种细胞因子 ( 如 IL-1,IL-2,IL-4, 和 IFNγ 等 ) 的受体, 与不同细胞因子的结合可使 B 细胞产生相应的生物活性 B 细胞与 T 细胞的比较见表 4-2 表 4-2T 细胞 B 细胞与 NK 细胞的性状比较 性状 T 细胞 B 细胞 NK 细胞 分化成熟部位 胸腺 骨髓? 表面标志表面膜 Ig TCR HLAⅡ 类抗原 极少数 + - CD CD CD19,CD CD16,CD CR - + 部分 FCγR 细胞分布 (%)