病原生物学和免疫学教案

第二章 免疫球蛋白与抗体 目的与要求： 掌握抗体、免疫球蛋白的概念；免疫球蛋白的生物学活性。 熟悉免疫球蛋白的基本结构、功能区及其功能；各类免疫球蛋白特性及免疫功能。 了解免疫球蛋白的抗原特异性；人工制备抗体的类型。 一、基本概念 1、抗体（antibody,Ab) 是 B 细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一类能与相应抗原特异性结合的球蛋白。主 要存在于血清等体液中。 2、免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig） 是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白 3、区别与联系 抗体和免疫球蛋白的关系: 抗体都是免疫球蛋白，并非所有免疫球蛋白都具有抗体活性。 抗体和免疫球蛋白的区别：抗体是生物学功能上的概念，免疫球蛋白是化学结构上的概念。 Ig 分为：分泌型 Ig(sIg)和膜型 Ig(mIg) 二、免疫球蛋白的分子结构 1.重链与轻链 （1）根据重链分类： 根据重链靠近羧基末端氨基酸组成及排列顺序不同，将重链分为种：、。由 它们组成的 Ig 分为五类：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE （2）根据轻链结构和抗原特异性不同分型：、 型 天然 Ig 分子中，重链同类，轻链同型 2.可变区与恒定区 （1）超变区（ HVR） 互补决定区（CDR） Ig 的抗原结合部位 Ig 的独特型决定簇 （2）骨架区（FR） 3、铰链区 位于 CH1 与 CH2 之间，含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白 酶等水解。 4、J 链和分泌片 J 链：是一条多肽链，富含半胱氨酸，由浆细胞合成，以二硫键的形式共价结合到 Ig 的重链上。 分泌片：由黏膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合到二聚体上，保护 IgA，使之不受环 境中酶的破坏，并介导 IgA 的转运 三、免疫球蛋白的功能区 1、概念： Ig 的 H 链、L 链每隔 110 个氨基酸即由链内二硫键连接形成一个能行使特定功能的球性单位， 称为 Ig 的结构域或功能区（domain） 。 2、主要作用： VH + VL：特异性结合抗原决定簇的部位 CH1+CL ：同种异型(Allotype)遗传标志 CH2 ： 补体结合位点; CH3 ： IgG Fc 受体, （IgE Fc 受体结合点） 四、免疫球蛋白的水解片段 木瓜蛋白酶(papain)水解 IgG：得到 2 个 Fab 段和 1 个 Fc 段。 胃蛋白酶(pepsin)裂解 IgG：得到一个具有双价活性的 F（ab）2 段和若干个小分子多肽碎片 （pFc） 五、抗体生物学活性 1、V 区的功能: （1）识别和结合特异性抗原 单体（IgG, IgE) 2 价 二聚体(分泌型 IgA) 4 价 五聚体(IgM) 10 价（5 价） （2）中和效应 中和毒素和病毒 （3）与 Ag 结合 促吞噬细胞吞噬 2、C 区的功能： （1）激活补体: Ab(IgM、IgG) + Ag C1q 补体经典途径 IgG4、IgA 和 IgE 的凝聚物 补体旁路途径 （2）结合细胞表面的 Fc 受体 1)调理作用：IgG + 抗原(颗粒性) FcR（单核、巨噬细胞及中性粒细胞） 促吞噬细胞吞 噬； 2)ADCC：IgG + 抗原(靶细胞) Fc R（NK 细胞） 杀伤靶细胞； 3)介导超敏反应：型、型和型超敏反应。 （3）穿过胎盘和黏膜：选择性传递 六、五类免疫球蛋白的特性与功能 1、IgG 多为单体，据重链（链）免疫原性 IgG 分 4 个亚型 血清含量最高(75%85%),也是丙种球蛋白的主要成分 半衰期较长（1624d） 主要的抗感染抗体(具有抗菌、抗病毒、中和毒素和免疫调理作用) 唯一能通过胎盘的 Ig，新生儿抗感染的重要因素。 参与 II、III 型超敏反应 能与 SPA 结合，发生凝集反应 2、IgM 激活补体、结合抗原、免疫调理作用比 IgG 强 天然血型抗体是 IgM 为五聚体，分子量最大，称巨球蛋白。 IgM 激活补体、结合抗原、免疫调理作用比 IgG 强，高效能 天然 ABO 血型抗体、类风湿因子均 IgM 类抗体 IgM 是个体发育中最早产生的抗体，胚胎晚期已能合成，且不通过胎盘，新生儿脐带血中若 IgM 水平升高，提示胎儿曾有宫内感染 IgM 是抗原刺激后出现最早的抗体，半衰期短， IgM 水平升高，提示近期感染，故检测 IgM 水平可用于传染病的早期诊断。 mIgM 是 B 细胞抗原受体（BCR）的主要成分 也可参与 II、III 型超敏反应 3、IgA 分为血清型和分泌型两种。 血清型 IgA 主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生，为单体。而分泌型 IgA（sIgA）是由呼吸 道、消化道、泌尿生殖道等处的固有层中浆细胞产生，多为双体、少三体。 sIgA 主要存在于唾液、泪液、以及呼吸道、消化道和泌尿生殖道黏膜表面的分泌液中。 IgA 的特点 sIgA 参与皮肤粘膜的局部抗感染作用 初乳中含有高浓度的 sIgA-母乳喂养 通过替代途径激活补体 参与型超敏反应 4、IgD 是 B 细胞的重要表面标志 B 细胞的分化过程中首先出现 mIgM，mIgD 的出现标志着 B 细胞成熟 对防止免疫耐受有一定作用 含量较低，半衰期短 5、IgE 血清中含量最低 亲细胞抗体，可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力 Fc 受体（FcR）结合，引起 型超敏反应 FcR分布于巨噬细胞、B 细胞、嗜酸粒细胞 过敏性疾病和某些寄生虫感染患者血清中特异性 IgE 水平增高 七、人工制备抗体 多克隆抗体 单克隆抗体 基因工程抗体 噬菌体抗体 第三章 补体系统（Complement, C） 目的与要求： 1、掌握补体的概念及生物学功能。 2、熟悉补体三条激活途径及特点。 3、了解补体的组成、命名及理化性质；补体的异常。 基 本 内 容 一、概述 二、补体的激活途径 三、补体激活的调节 四、补体的生物学作用 五、补体的异常与疾病 一、概述 1、补体的定义 补体：是存在于正常人和动物血清中的一组经活化后具有酶活性的蛋白质，包括 30 多种可溶 性蛋白和膜结合蛋白，故被称为补体系统。在机体免疫系统中发挥抗感染、免疫调节作用，也 参与免疫病理反应。 2、补体的组成和命名 （1）补体系统的组成 补体的固有成分：参与经典激活途径的成分（C1-C4） ；参与旁路激活途径的成分（D、B 因子） ；参与 MBL 途径的成分（MBL，丝氨酸蛋白酶） ；末端通路成分（C5-C9） 参与调节的成分（C1 抑制物、I 因子、P 因子、H 因子、C4 结合蛋白等） 补体受体：CR1-5、C3aR、C2aR、C4aR （2）补体系统的命名 固有成分：用 C 后加阿拉伯数字表示，如 C1,C4,C2 等。 其他成分：用英文大写字母表示，如 B 因子、D 因子、P 因子、H 因子等。 裂解片段：小片段用 a 表示,如 C3a;大片段用 b 表示,如 C3b。 酶活性成分：符号上划一横线,如 C3bBb。 灭活补体片段：符号前加 i 表示，如 iC3b。 （3）补体的理化性质 主要产生细胞为肝细胞和巨噬细胞。 多数组分为糖蛋白。 血清中各成分含量不等，C3 含量最多，D 因子最少。 正常生理情况下，以非活化形式存在。 性质不稳定，加热 56，30min 失活。 二、补体系统的激活与调节 1、补体系统的激活 （1）经典激活途径:由抗原抗体复合物结合 C1q 启动。 1.激活剂 Ag-Ab 复合物( IgG、IgM ) 2.参与成分 C1C9 3.激活过程（三个阶段） 1）识别阶段 C1q 分子的 C 端球形结构是与 Ig 上的补体结合位点相结合的部位，它的启动可使 C1r 构型改 变，成为具有活性的 C1r 并诱导 C1s 的活化，成为具有酯酶活性的 C1s,在 Mg+存在下可启动 补体活化的经典途径。 2）活化阶段 3）膜攻击阶段 膜攻击复合体（C5b6789n）形成 细胞裂解 （2）MBL 激活途径:由 MBL 结合至细菌启动。 1.激活剂：急性期蛋白 MBL(mannan-binding lectin) C 反应蛋白 （3）旁路激活途径:由病原微生物等提供接触表面，而从 C3 开始激活。 1.激活剂 酵母、细菌的多糖成分（LPS） ；凝聚的 IgA、IgG4 等。 2.参与成分 B、 D、 P 因子、C3、C5C9 3.替代途径激活过程 启动阶段-C3 转化酶 激活阶段-C5 转化酶 效应阶段-共同末端通路 补体三条激活途径的比较补体三条激活途径的比较 经典激活途径经典激活途径旁路激活途径旁路激活途径MBL 途径途径 激活物质激活物质抗原抗体复合物抗原抗体复合物细菌的肽聚糖、酵母细菌的肽聚糖、酵母 多糖、多糖、 脂脂多糖、凝脂脂多糖、凝 聚的聚的 IgA MBL 相关的丝氨酸蛋相关的丝氨酸蛋 白酶（白酶（ MASP ） 起始分子起始分子C1q C3C4 、 C2 参与成分参与成分C1 、 C4 、 C2 、 C3 、 C5C9 C3 、C5C9 、 B 因子、因子、 D 因子因子 、 C2C9 所需离子所需离子Ca2+ 、Mg2+Mg2+Ca2+ C 3 转化酶转化酶C4b2bC3bBbC4b2b C 5 转化酶转化酶C4b2b3b C3bnBbC4b2b3b 生物学作用生物学作用参与特异性免疫效应，参与特异性免疫效应， 感染后期发挥作用。感染后期发挥作用。 参与非特异性免疫效参与非特异性免疫效 应，感染早期发挥作应，感染早期发挥作 用。用。 参与非特异性免疫效应，参与非特异性免疫效应， 感染早期发挥作用。感染早期发挥作用。 2、补体激活的调节 （1）自行衰变调节 补体激活过程中的一些中间产物极不稳定，成为级联反应的重要自限因素。 C3 转化酶和 C5 转化酶不稳定 C3b,C4b,C5b 不稳定 （2）调节因子的作用 按其作用特点可分为三类： 防止或限制补体在液相中自发激活的抑制剂 抑制或增强补体对底物正常作用的调节剂 保护机体组织细胞免遭补体破坏作用的抑制剂 三个环节：C1 活化、C3 转化酶形成、MAC 组装 (C1INH、H、I 等） 三、补体系统的生物学活性 补体系统的功能可分为两大方面： 1、补体在细胞表面激活并形成 MAC，介导溶细胞效应； 2、补体激活过程中产生不同的蛋白水解片段，从而介导各种生物学效应。 （1）调理作用与免疫粘附 （2）炎症介质作用 过敏毒素作用 过敏毒素 C5a、C3a 和 C4a C5a、C3a 肥大细胞和嗜碱性粒细胞（C5aR、C3aR) 释放活性介质( 如组胺、白三烯 及前列腺素等) 过敏反应性病理变化。 趋化作用 趋化因子 C5a、C3a、 C4a 和 C5b67 吞噬细胞向感染部位聚集 炎症反应。 激肽样作用 C2a、C4a 能增强血管的通透性 炎性渗出、水肿。 （3）清除免疫复合物 Ag-Ab 复合物（可溶性） C3b 或 C4b 与血细胞（如红细胞、血小板）CR 结合 吞噬 清除。 （4）免疫调节作用 C3b 捕捉、固定抗原，促吞噬细胞等抗原提呈细胞处理和提呈； C3b 与 B 细胞表面 CR1 结合促 B 细胞增殖分化。 增强杀伤细胞的 ADCC 效应 四、 血清补体异常与疾病 1、补体的遗传缺陷 （1）C1、C2、C4 缺损发生系统性红斑狼疮。 （2）C1INH 缺陷遗传性血管神经性水肿。 （3）I 因子缺陷导致严重的反复细菌感染。 2、补体含量增高 炎症、肿瘤 3、补体含量降低 （1）补体消耗过多：血清病、肾小球肾炎、SLE、类风湿关节炎。 （2）补体大量丧失：肾病综合症、大面积烧伤 （3）补体合成不足：肝硬化、慢活肝。 第五章 主要组织相容性复合体 （major histocompatibility complex, MHC) 目的与要求： 1、掌握主要组织相容性复合体及主要组织相容性抗原的概念。 2、熟悉 HLA 复合体的基因组成；HLA 的结构、分布与功能。 3、了解 HLA 在医学上的意义。 基本内容 概述 HLA 复合体的基因结构 HLA 复合体的遗传特点 HLA 分子结构及其分布 MHC 的生物学功能 HLA 与医学 一、 概述 20 世纪 40 年代发现 小鼠近交系之间皮肤移植的排斥反应 移植抗原或组织相容性抗原引起的免疫应答 其中能引起强而迅速排斥反应的抗原被称为主要组织相容性抗原 组织相容性抗原分布在不同染色体上的多个基因决定。 基本概念： MHC（主要组织相容性复合体）：是脊椎动物某一染色体上编码主要组织相容性抗原、控制 免疫细胞间相互识别、调节免疫应答的一组紧密连锁的基因群。 小鼠的 MHC：H-2 复合体 人的 MHC：HLA 复合体 人的 MHC：HLA 复合体 HLA（human leukocyte antigen) : 最初在人的白细胞上发现的 HLA：即人类白细胞抗原，是人的 MHC 编码的抗原。 概念区分： MHC、H-2 复合体、HLA 复合体-基因 MHC 分子、H-2 分子、HLA 分子-抗原 二、人类 HLA 复合体的基因结构 （一）定位 第 6 号染色体短臂（6p21,3） （二）分成三类基因区 1.类基因 经典：B、C、A 位点 非典型：E、F、G 位点等 2.类基因 经典：DP、DQ