课件：医学免疫学教学课件汇编-8固有免疫系统-wpz.ppt

1,固有免疫,北京大学医学部免疫学系 2014年11月,免疫系统,免疫器官,中枢淋巴器官(胸腺、骨髓),周围淋巴器官(淋巴结、脾等),免疫细胞：,免疫分子：,T/B淋巴细胞、抗原呈递细胞 及粒细胞、NK细胞、肥大细胞等,补体，抗体，细胞因子，免疫细胞膜分子，信号转导分子等,2,3,免疫系统的作用: 对外: 抵御病原微生物和异己成分 对内: 清除突变、衰老死亡的细胞或有害成分 内环境稳定,包括： 固有/天然免疫系统（Innate Immune System） 适应性/获得性免疫系统（Adaptive/Acquired Immune System）,4,机体与生俱有的抵御微生物或外来异物侵袭的能力，是生物体在长期种系进化过程中形成的一系列防御机制。 固有免疫系统主要由组织屏障、固有免疫细胞和固有免疫分子组成。 固有免疫应答(innate immune response)：是指机体固有免疫细胞和分子在识别病原体及其产物或体内衰老损伤、畸变细胞等抗原异物后，迅速活化有效吞噬杀伤、清除病原体或体内“非己”抗原性异物，产生非特异性免疫防御、监视、自稳等保护作用的过程，又称非特异免疫应答(non-specific immune response)。,固有免疫的概念,5,识别的相对特异性,识别病原微生物和寄生虫的特征分子，对不同微生物的识别和反应方式相同；没有免疫记忆；故为非特异性免疫。,6,7,第一节 固有免疫系统组成,组织屏障+固有免疫细胞+固有免疫分子 机体的第一道防线 皮肤、粘膜、体表分泌液(体表屏障） 血脑、血胎等组织屏障 吞噬细胞、DC、NK细胞、固有样淋巴细胞（NKT、T、B1细胞）等 补体、细胞因子、其他抗菌物质 数分钟内启动96h 非特异性抗感染，限制微生物迅速扩增 启动、调节适应性免疫应答，协助适应性免疫应答发挥效应。,组织屏障,固有免疫系统,8,（一）固有免疫屏障,皮肤粘膜屏障 物理屏障 皮肤、粘膜组织的机械屏障；呼吸道纤毛定向摆动及分泌液的冲洗作用 化学屏障 皮肤、粘膜分泌的杀菌抑菌物质：不饱和脂肪酸（皮肤）、乳酸（汗液）、胃酸（胃液）、溶菌酶、抗菌肽、乳铁蛋白等 微生物屏障 皮肤、粘膜表面的正常菌群通过多种方式抗御病原体感染 （大量长期使用抗生素引起菌群失调） 体内屏障 血-脑屏障：阻挡血液中病原体和其他大分子进入脑组织和脑室 血-胎屏障：阻止母体内病原体进入胎儿，不妨碍物质交换,9,汗腺分泌的乳酸、 皮脂腺分泌的脂肪酸,呼吸道的纤毛颤动,皮肤与粘膜的阻挡,泪液、唾液、乳汗和呼吸道分泌物中的溶菌酶,10,吞噬细胞（Phagocytes） 单核-巨噬细胞 (Macrophage, M） 中性粒细胞（Neutrophil, Neu) NK细胞（Natural Killer, NK） T细胞 B-1细胞 NK T 细胞 肥大细胞（Mast cell） 树突状细胞 （dendritic cell） 嗜酸性粒细胞 嗜碱性粒细胞 上皮及其附属物,（二）固有免疫细胞,11,病原微生物,病原微生物复制,上皮细胞层,吞噬细胞,树突状细胞,NK细胞,树突状细胞,12,固有免疫细胞不表达特异性抗原识别受体，可通过模式识别受体或有限多样性抗原识别受体对病原体及其感染细胞或衰老损伤、畸变细胞表面某些共有特定表位分子的识别结合，产生非特异性抗感染等免疫保护作用，同时参与适应性免疫应答的启动和效应过程。,13,模式识别受体（pattern recognition receptor, PRR）：存在吞噬细胞、DC等多种免疫细胞表面、胞内器室膜上和血清中的一类能够直接识别病原体及其产物或宿主凋亡细胞、衰老细胞损伤细胞表面某些共有特定分子结构的受体。 直接识别 多糖(岩藻糖、甘露糖等寡糖结构） 脂多糖（LPS） 热休克蛋白（HSP） 鞭毛蛋白 病毒双链RNS/dsRNA，ssRNA 细菌或病毒非甲基化的CpG DNA, 病原相关模式分子（pathogen associated molecular patter, PAMP）:病原体或其产物所共有的高度保守、可被模式识别受体识别结合的特定分子。PAMP种类有限，病原体中广泛分布而不表达正常组织细胞表面。,模式识别受体,14,PRR与PAMP,衰老细胞表面乙酰化低密度脂蛋白，凋亡细胞磷脂酰丝氨酸,TLR1，2，4，5，6：细胞膜 TLR3，7，8，9：胞内器室/内体，溶酶体,15,16,Dectin-1 was the first PRR outside of the TLR family that was found to be capable of inducing its own intracellular signals. Co-stimulation of Dectin-1 and TLR can amplify the production of cytokines, including TNF, IL-23, IL-10 and IL-6 while downregulating the production IL-12, influencing the resultant generation of adaptive immunity. Current Opinion in Immunology 2009, 21:30,16,2011年诺贝尔医学奖,Bruce A. Beutler,Jules A. Hoffmann,Ralph M. Steinman,发现模式识别受体及其功能，揭示了固有免疫的识别特异性,发现树突状细胞及其功能，揭示了适应性免疫活化的过程,图片引自百度图片,固有免疫细胞（如吞噬细胞）除表达直接识别受体外，还表达能够结合补体成分、MBP、LBP、IgG （FcgRI、FcgRII和FcgRIII）等分子的间接识别受体。,固有免疫细胞的间接识别,18,1、吞噬细胞（Phagocytes）,具有较强的变形运动和吞噬、消化异物的能力，包括血液中的单核细胞、中性粒细胞和组织器官中的巨噬细胞（M），为固有免疫的主要效应细胞。,在不同组织中，M有不同的称谓 ： Kupffer cells (liver) Microglia (brain) Alveolar macrophages (lung) Osteoclast (bone),19,Kupffer cells (liver) Attacking E.coli,Alveolar Macrophage Attacking E. coli,Monocyte (blood) Attacking E.coli,20,吞噬细胞三阶段,吞噬 消化,21,巨噬细胞受体,多种模式识别受体（甘露糖受体、清道夫受体、Toll样受体等） 调理性受体：Fc受体、补体受体 细胞因子受体/趋化因子受体,22,巨噬细胞表面受体,CKRs,补体,CD16a（FcgR III A） CD32 （FcgR II） CD64 （FcgR I）,CD11b/CD18 (CR3） C5aR,IL-1, 8, MCP-1, TNF,抗体,岩藻糖 甘露糖,CD14,LPS/LBP,CD35 (CR1） CD11b/CD18 (CR3） CD11c/CD18 (CR4）,乙酰化低密度脂蛋白 G-菌的LPS G+菌的阴离子聚合体 凋亡细胞的PS,SR,MR,PRR识别抗原,募集细胞至感染局部,补体,调理吞噬,TLR,G+菌的肽聚糖 G+磷壁酸 HSP-60 G- LPS（间接）,23,吞噬细胞识别异物 胞膜隆起包裹异物 内吞 形成吞噬小体 与溶酶体融合 吞噬溶酶体形成 消化异物,24,巨噬细胞功能,1）杀伤清除病原体 氧依赖性杀菌机制 反应性氧、氮中间产物：超氧阴离子、游历羟基、过氧化氢、单态氧、NO，等 氧非依赖性杀菌机制 乳酸等酸性环境、溶菌酶、抗菌肽等,25,2）杀伤胞内寄生菌和肿瘤等靶细胞 受体Th反馈刺激、被LPS或IFN-，GM-CSF等激活；ADCC作用杀伤肿瘤细胞、病毒感染的靶细胞 3）参与炎症：IL-8，MCP-1、MIP-1/ 4）加工提呈抗原启动适应性免疫应答 5）免疫调节作用 IFN-上调APC表达MHC分子 IL-12，IL-18促进T细胞增殖分化，增强NK细胞活性，促进Th1分化 IL-10抑制M和NK活化，下调APC表达MHC-II类分子和共刺激分子等,26,27,中性粒细胞(neutrophil),占白细胞：6070% 产生快（1x107个/min） 存活23天 含髓过氧化物酶（MPO）、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、溶菌酶和防御素等杀菌物质 MPO杀菌为其特异（巨噬细胞不具备） 吞噬杀伤病原体、调理吞噬、ADCC等,28,2、树突状细胞 （Dendritic cells),一类成熟时具有许多树突样突起，能够识别、摄取和加工外源性抗原并将抗原肽提呈给初始T细胞并诱导T细胞活化增殖、功能最强的抗原提呈细胞。 参与固有免疫应答，固有免疫和适应性免疫的“桥梁” 经典DC（conventional DC, cDC）：髓样DC，可再分为不同亚群，主要参与适应性免疫应答的诱导和启动 浆细胞样DC（plasmacytoid DC, pDC）：活化后产生大量I型干扰素，参与抗病毒作用；也可提呈抗原 调节性DC（regulatory DC）：负向调控免疫应答、维持免疫耐受,29,FDC：生发中心,不表达MHC-II类分子,不具备抗原提呈能力,不属于DC；在激发体液免疫应答，产生和维持记忆B细胞具有关键作用,滤泡树突细胞 （folicular DC, FDC）,30,未成熟DC：存在各组织器官，摄取抗原或受刺激（如LPS、TNF）后迁移进入外周免疫器官并发育成熟 成熟DC：高表达MHC-II类分子和共刺激分子,iDC：皮肤郎格汉斯细胞(Langerhans cell, LC) 非免疫器官组织间质的间质DC(interstitial DC),31,32,识别和摄取加工抗原，参与固有免疫 抗原提呈与免疫激活：唯一能直接活化初始T细胞的专职APC 免疫调节作用：如IL-12诱导Th1分化 免疫耐受诱导和维持：胸腺DC；未成熟DC参与诱导外周免疫耐受,33,B细胞主要以BCR识别、浓缩和内化抗原，或胞饮方式摄取抗原； 以抗原肽-MHC II类分子复合物形式表达细胞表面，提呈给Th细胞； 激活Th的同时，其自身也受Th的辅助而活化并对TD抗原应答产生抗体,34,NK细胞的一般特征： 骨髓中分化、发育 人NK表型：TCR-,BCR-,CD3-,CD4-,CD8-,CD16+,CD56+ 不表达抗原识别受体，通过表面活化性受体和抑制性受体对“自身”与“非己”进行识别 体积大、胞浆含有大颗粒，又称大颗粒淋巴细胞； 功能上具有CD4、CD8T细胞的双重特征： 以MHC非限制性方式直接杀伤肿瘤细胞和病毒感染细胞,3、自然杀伤细胞 （Natural killer cell, NK cell ),35,杀伤细胞活化受体：与靶细胞表面相应配体结合后，激发NK细胞产生杀伤作用 杀伤细胞抑制受体：与靶细胞表面相应配体结合后，抑制NK细胞的杀伤作用,NK细胞受体（NKCR）,36,识别HLA-I类分子的受体（活化+抑制） 杀伤细胞免疫球蛋白样受体（killer immunoglobulin-like receptor，KIR） 杀伤细胞凝集素样受体（killer lectin-like receptor，KLR） 识别非HLA-I类分子的杀伤活化受体 NKG2D： 自然细胞毒性受体,37,KIR：KIR2D+KIR3D两类,免疫受体酪氨酸抑制基序（ immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif, ITIM） 免疫受体酪氨酸活化基序（ immunoreceptor tyrosine-based activation motif, ITAM）,38,40,39,杀伤细胞凝集素样受体（KLR）,由C型凝集素家族成员CD94与不同C型凝集素NKG2家族成员通过二硫键组成的异二聚体。两者均含MHC-I类分子结合的结构域。,40,41,识别非MHC-I类分子的杀伤活化受体,NKG2D 识别MHC-I类相关分子（MICA，MICB），其在乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、胃癌和肺癌等上皮肿瘤细胞表面高表达，正常组织低或无表达；属于NKG2家族成员，但与其他成员同源性低，且不与CD94结合 自然细胞毒性受体(natural cytotoxicity receptor, NCR) NK特有的表面标志及主要的活化受体，配体不清楚 包括NKp46，NKp30，NKp44,42,CD3成分,CD3成分,43,KIR和KLR的作用及意义,共表达，共识别 生理条件下，自身组织正常表达MHC-I类分子，NK细胞表面杀伤抑制受体（KIR2DL/3DL 及CD94/NKG2A等）的作用起主导地位，抑制各种杀伤活化受体的作用，因此不能杀伤自身正常组织细胞。 病毒感染细胞及肿瘤细胞表面HLA-I类分子 下降或缺失，KIR和KLR不能识别自我，其它杀伤性受体识别非HLA-I类分子，介导杀伤。,44,穿孔素、颗粒酶、TNF-和表达FasL,“missing self” 丢失自我,45,NK细胞受体与TCR的区别,NKCR不进行基因重排，多样性与TCR相去甚远 NKCR来自不同基因家族，TCR来自同一基因家族 NKCR仅识别MHC-I类分子，传递活化或抑制信号，而TCR对MHC-I类分子抗原肽进行双重识别，传递活化信号。,46,NK细胞的杀伤机制,机制： 1、穿孔素：打孔 2、颗粒酶（丝氨酸蛋白酶）：促发靶细胞凋亡； 3、FasL：启动靶细胞凋亡； 4、产生TNF-等多种细胞因子：杀伤靶细胞。,效应：具有直接杀伤靶细胞和ADCC的效应,杀伤病毒感染细胞、肿瘤细胞等。,47,4、自然杀伤T细胞（NKT细胞）,表面标记： 同时表达CD56（小鼠NK1.1）和TCR/-CD3的淋巴细胞 多为CD4-CD8- ，少数为CD4+单阳 存在着胸腺内和胸腺外（胚肝）两种发育途径 主要分布于骨髓、肝脏和胸腺；小肠固有层、脾脏、淋巴结、外周血有少量的分布 识别的配体：CD1提呈的糖脂及磷脂类抗原；也可以被IL-12、IFN-等激活；非MHC限制，缺乏多样性 功能：细胞毒（穿孔素、颗粒酶、Fas/FasL)、免疫调节,49,HSP、MICA/B,脂类抗原,病毒蛋白,分枝杆菌非肽分子,TCR,Target cell,5、T细胞,胸腺中发育，主要分布肠道、呼吸道及泌尿生殖道等黏膜和皮下组织，是皮肤黏附局部参与早期抗感染、抗肿瘤免疫的主要效应细胞 人类肠粘膜IEL中T细胞约占1037% （intraepithelial lymphocytes，IEL） 外周血中仅占CD3+T细胞的15% 不识别MHC分子提呈的抗原肽，直接识别： 一些肿瘤细胞表达的MICA、MICB分子 某些病毒蛋白 感染细胞的热休克蛋白 CD1提呈的糖脂及磷脂类抗原，等,50,T细胞属非特异免疫细胞，而不是特异性免疫细胞 表达的TCR 缺乏多样性 多为CD4-、CD8-双阴性T细胞 抗感染、抗肿瘤、免疫调节、维持免疫耐受 细胞毒：穿孔素、颗粒酶、Fas/FasL等方式,51,6、B1细胞,主要分布于腹腔、胸腔和肠壁固有层中，CD5阳性，占B细胞总数的5-10%，个体发育中比B2细胞出现早，由骨髓、胚肝产生，具有自我更新能力 无明显外源性抗原刺激可自发产生针对LPS或自身抗原的IgM，即天然抗体 BCR缺乏多样性，可变区相对保守，抗原识别谱狭窄，缺乏严格特异性，主要对碳水化学物产生较强的免疫应答,Y,mIgM,CD5+,细菌表面共有的TI-2型多糖抗原，如肺炎球菌荚膜多糖,G-菌表面共有的TI-1型多糖抗原，如脂多糖,某些变性的自身抗原，如变性Ig、变性ssDNA,52,TI 抗原：不依赖Th细胞辅助即能激活初始B细胞的抗原，包括TI-1和 TI-2。 TI-1抗原又常称为B细胞丝裂原，如LPS，其除了与BCR结合,还能通过丝裂原成分与B细胞上的丝裂原受体结合,引起成熟或不成熟的B细胞增殖和分化 TI-2抗原多为细菌胞壁和荚膜多糖，具有高度重复单位，引起BCR广泛交联而激活成熟B细胞,53,B1细胞的免疫应答特点,多糖抗原或变性自身抗原刺激后48小时之内产生以IgM为主的低亲和性抗体，在早期抗感染免疫和清除变性自身抗原具有重要作用 一般不发生Ig类别转换 不产生免疫记忆，再次接受相同抗原刺激后，其抗体效价与初次应答无明显差异,54,55,(三)固有免疫分子,指体表分泌液、血浆及其它体液中能够识别或攻击病原体以及参与多种免疫功能的可溶性分子。 补体（complement） 细胞因子（cytokine） 抗菌肽(antibacterial peptide) 急性期反应蛋白（acute phase protein） 溶菌酶(lysozyme) G+菌细胞壁肽聚糖，G-菌不敏感 乙型溶素(-lysin)，等等 作用G+菌细胞膜，产生非酶破坏效应，对G-菌无效,56,57,59,第二节 固有免疫应答与适应性免疫应答的关系,固有免疫应答的特点,1、固有免疫细胞不表达特异性抗原识别受体，可通过模式识别受体或有限多样性抗原识别受体直接识别病原体及其产物、病毒感染细胞或肿瘤细胞而被激活产生免疫应答 2、通过募集固有免疫细胞迅速发挥免疫效应，而不是通过克隆扩增、分化为效应细胞后产生免疫效应 3、参与适应性免疫应答的全过程，并通过细胞因子影响适应性免疫应答的类型 4、固有免疫细胞寿命短，其介导的免疫应答过程通常不产生免疫记忆细胞，故维持时间短，不会发生再次应答,59,固有免疫应答的特点,主要参与细胞：吞噬细胞、NK、T 、NKT 、B1等 主要参与分子：补体、细胞因子、蛋白、多肽、酶类等 作用时相：即刻96小时，因不经克隆扩增和分化，快速产生免疫作用： 识别受体：较少多样性，模式识别受体 识别特点：直接识别，缺少特异性 作用特点：无克隆扩增和分化，无免疫记忆功能，维持时间短,60,固有免疫应答的作用时相,（一）瞬时（即刻）固有免疫应答 发生于感染0-4小时之内 皮肤黏附的屏障作用 突破屏障： 补体激活（旁路和MBL途径） 局部巨噬细胞活化后产生趋化和促炎因子吸引中性粒细胞进入感染部位对病原体进行杀伤作用 中性粒细胞：抗细菌和抗真菌感染的主要效应细胞，绝大多数病原体感染终止于此时相。,61,（二）早期固有免疫应答 发生于感染4-96小时之内 感染部位组织细胞产生MIP-/、IL-8等CKs，募集周围组织巨噬细胞 白三烯、前列腺素D2使局部血管扩张、通透性增强，有助于吞噬细胞进入到感染部位 IFN-、GM-CSF活化巨噬细胞，产生大量炎性介质，扩大固有免疫反应 IL-1、IL-6、TNF- 促进骨髓造血细胞分化并释放大量中性粒细胞进入血，还刺激肝细胞合成一系列急性期蛋白，如MBL等 趋化因子：NK、T、NKT细胞募集和活化 B1细胞：LPS刺激，48h内产生低亲和性的IgM为主的抗菌抗体,62,（三）适应性免疫应答启动阶段 发生于感染96小时之后 接受抗原刺激的DC从局部感染组织迁移到外周免疫器官并发育成熟，激活抗原特异性初始T细胞，启动适应性免疫应答,63,固有免疫应答与适应性免疫应答的关系,（一）启动适应性免疫应答 （二）调控适应性免疫应答的类型和强度 （三）协助效应T细胞进入感染或肿瘤发生部位 （四）协同效应T细胞和抗体发挥免疫效应,固有免疫参与适应性免疫应答的全过程。生理条件下，彼此相互依存、密切配合共同完成宿主免疫防御、免疫监视和免疫自稳功能。,64,（一）启动适应性免疫应答,1. DC对初始T细胞具有很强的抗原提呈能力 （1）未成熟的DC：摄取、加工处理抗原能力较强，通过PRRs及调理识别受体，或通过吞噬、吞饮作用摄取抗原。 （2）成熟DC：高水平表达MHC-I/II分子，将摄入的抗原加工、处理为小分子抗原肽，并以抗原肽-MHC复合物形式表达于细胞表面，提供T细胞活化第一信号。 2. DC和活化的巨噬细胞： 表面表达的共刺激分子可为T细胞活化提供第二信号。,（巨噬细胞和B细胞只能向抗原作用过的T细胞或记忆T细胞提呈抗原）,65,（二）调控适应性免疫应答的类型和强度,胞内菌：促进DC分泌IL-12，促进Th1分化 蛋白质抗原或某些病原体感染，DC与T细胞作用产生IL-4为主的CKs，促进Th2分化 N