医学免疫学(第八版)特异性免疫应答的特点(2016)

1、特异性免疫应答的特点及其机制特异性免疫应答的特点及其机制第第 12 12 章章授课老师：杨敬宁授课老师：杨敬宁目的要求目的要求n掌握：特异性免疫应答三大特点；免掌握：特异性免疫应答三大特点；免疫耐受的概念及意义。疫耐受的概念及意义。n熟悉：免疫记忆的概念；诱导免疫耐熟悉：免疫记忆的概念；诱导免疫耐受形成的条件及机制。受形成的条件及机制。n了解：了解：BCR多样性产生机制及特点；多样性产生机制及特点；TC和和BC免疫记忆的细胞学基础。免疫记忆的细胞学基础。* * 免疫应答的特异性免疫应答的特异性* * 免疫应答的记忆性免疫应答的记忆性* * 免疫耐受性免疫耐受性主主 要要 内内 容容* BCR、

2、TCR 基因结构基因结构* BCR、TCR基因重排基因重排* BCR、TCR多样性的机制多样性的机制免疫应答的特异性免疫应答的特异性 组成组成TCR和和BCR的每条肽链均由可变的每条肽链均由可变区（区（V区）和恒定区（区）和恒定区（C区）组成，分别由区）组成，分别由分布于不同染色体的多个不连续基因片段分布于不同染色体的多个不连续基因片段所编码。所编码。* BCR胚系基因结构及其多样性胚系基因结构及其多样性* TCR基因结构及其多样性基因结构及其多样性 BCR、TCR 基因结构基因结构（30）（50） 肽链肽链 染色体定位染色体定位 基因片段及排列基因片段及排列 l l 22号长臂号长臂 V30

3、-(J-C)7 k k 2号短臂号短臂 V50-J5-C H 14号长臂号长臂 V65-D30-J6-C9 (5-m m、d d、g3g3、g1g1、a1a1、g2g2、g4g4、e e、a2-3a2-3 ) ) 上述基因的随机排列组合，使上述基因的随机排列组合，使Ig的数目达的数目达1011以上。以上。BCR基因结构及其多样性基因结构及其多样性10010022TCR基因结构及其多样性基因结构及其多样性肽链肽链 染色体定位染色体定位 基因片段及排列基因片段及排列 a a 14号长臂号长臂 V100-J100-C b b 7号长臂号长臂 V57-(D-J7-C)2 g g 7号短臂号短臂 V3-

4、(V-J-C)3-(C- J-V)2 d 14d 14号长臂号长臂 V5-D2-J6-C 上述基因的随机排列组合，使上述基因的随机排列组合，使TCR的数目达的数目达1015 1018* BCR、TCR 基因结构基因结构* BCR、TCR基因重排基因重排* BCR、TCR多样性的机制多样性的机制免疫应答的特异性免疫应答的特异性免疫球蛋白基因重排免疫球蛋白基因重排n V/D/J/CV/D/J/C基因群中各选择一个片段，组成单个基因群中各选择一个片段，组成单个IgIg或或TCRTCR的编码基因，再转录翻译成功能性的编码基因，再转录翻译成功能性IgIg。n BCR基因重排：基因重排：胚系胚系B细胞细胞

5、 VH基因基因(D-J V-DJ)重排重排 轻链基因轻链基因(V/J)重排（先是重排（先是k k，重组失败，重组失败，l l基因重排）基因重排） 转录为初始转录为初始RNA RNA剪接剪接 VDJ或或VJ基因与基因与C基因连接，形成基因连接，形成mRNA 翻译为重链和轻链翻译为重链和轻链 以二硫键组合成以二硫键组合成Ig（一）（一）BCR 基因重排基因重排Rearranged TcR b 1 transcriptSpliced TcR b mRNAL & Vbx52Db1JCb1Db2JCb2Germline TcR bTcR b b gene rearrangementSOMATIC

6、 RECOMBINATIOND-J JoiningV-DJ joiningC-VDJ joiningna a（g g）链是）链是V/J基因重排，基因重排，b b（d d）链基）链基因因V/D/J(/C b b)重排；重排；C基因编码基因编码TCR的的C区、胞外区和跨膜区区、胞外区和跨膜区n重排顺序：在胸腺内的前重排顺序：在胸腺内的前T细胞细胞TCR b b链链的的D-J连接连接DJ-V b b连接连接 a a链的链的V/J重重排排各自与各自与C片段连接片段连接功能性功能性TCR a a、b b基因转录翻译合成基因转录翻译合成a a、b b链链随机组合随机组合产生多样性产生多样性TCRabab（

7、二）（二） TCR基因重排基因重排* BCR、TCR 基因结构基因结构* BCR、TCR基因重排基因重排* BCR、TCR多样性的机制多样性的机制免疫应答的特异性免疫应答的特异性* * 组合多样性组合多样性* * 连接多样性连接多样性* * 体细胞高频突变（体细胞高频突变（B细胞）细胞） 三、三、BCR、TCR 多样性的机制多样性的机制 （一）（一） BCR多样性产生的机制：多样性产生的机制： 1. 组合多样性：组合多样性：V/D/J/ 的组合及轻重链的组合的组合及轻重链的组合 肽链肽链 组合多样性组合多样性 连接多样性连接多样性 VH VH65 x DH30 x JH6=11700 Vk k

8、 Vk k50 x Jk k5 =250 Vl l Vl l30 x Jl l4 = 120 L 250+120 = 370 H+L 2.5 x 108 3 x 107 总计总计 10142. 连接多样性连接多样性：发生于胚系基因：发生于胚系基因 CDR3区位于区位于V/J或或V/D/J片段连接处，两片段连接处，两个片段之间的连接点不同或丢失或插入数个个片段之间的连接点不同或丢失或插入数个核苷酸及倒转。核苷酸及倒转。3. 体细胞高突变造成的多样性：体细胞高突变造成的多样性： 成熟成熟B细胞在受到抗原刺激后，在生发中细胞在受到抗原刺激后，在生发中心发生体细胞高突变，多发生在心发生体细胞高突变，多

9、发生在Ig的的CDR区区，若干核苷酸替换突变，利于提高抗体与抗，若干核苷酸替换突变，利于提高抗体与抗原的亲和力。原的亲和力。Germinal center reaction （二）（二）TCR多样性产生的机制多样性产生的机制n组合造成的多样性：组合造成的多样性：TCR VTCR V与与J J基因片段多于基因片段多于BCRBCR，如发生，如发生V/D/JV/D/J无效重排后，还可再行重排，无效重排后，还可再行重排，从而增加了有效重排的机会；从而增加了有效重排的机会；n连接造成的多样性：连接造成的多样性：N N区插入多于区插入多于BCRBCR，a a链链V-V-J J片段、片段、b b链链V-DV

10、-D、D-JD-J之间都有之间都有N N插入插入; ;而而BCRBCR则则只有重链才有只有重链才有N N插入；插入；n没有体细胞高频突变。没有体细胞高频突变。多样性机制多样性机制 a b g da b g d V 70 52 10 7 D 0 2 0 2 J 61 13 2 2组合多样性组合多样性 4.3x103 1.4x103 20 28 N序列插入序列插入 5.5x103 3.0 x107 5.5x103 1.6x1011V区基因数区基因数 5.8x106 6x102连接多样性连接多样性 2x1011 1013总总 计计 1018 1015TCRTCR多样性产生机制多样性产生机制* * 免

11、疫应答的特异性免疫应答的特异性* * 免疫应答的记忆性免疫应答的记忆性* * 免疫耐受性免疫耐受性主主 要要 内内 容容免疫应答的记忆性免疫应答的记忆性 概念：概念：机体对抗原产生初次应答后，所接受的活机体对抗原产生初次应答后，所接受的活化信息及产生的效应信息可存留于免疫系统，当再化信息及产生的效应信息可存留于免疫系统，当再次接受相同抗原刺激，可迅速、强烈、持久地发生次接受相同抗原刺激，可迅速、强烈、持久地发生应答。应答。免疫记忆的物质基础：免疫记忆的物质基础：记忆记忆T/B细胞，亲和力增强细胞，亲和力增强的特异性的特异性TCR与与BCR，增强的抗原提呈能力等。再，增强的抗原提呈能力等。再次免

12、疫应答仅由记忆淋巴细胞介导。次免疫应答仅由记忆淋巴细胞介导。生物学意义：生物学意义：对机体抵抗病原体多次入侵有重要对机体抵抗病原体多次入侵有重要意义，是预防接种的免疫学基础。意义，是预防接种的免疫学基础。记记忆忆T细细胞胞的的产产生生 T记忆细胞特征记忆细胞特征nTmTm比比TnTn更易激活，所需抗原浓度较低；更易激活，所需抗原浓度较低；nTmTm对协同刺激信号的依赖性较对协同刺激信号的依赖性较TnTn低；低；nTmTm分泌的分泌的CKCK更多，且对更多，且对CKCK更敏感；更敏感； nTnTn寿命短，寿命短，TmTm寿命长寿命长, ,表达更多的表达更多的bcl-2bcl-2，CK(IL-15

13、)CK(IL-15)维持其生存；维持其生存；n记忆记忆CD8CD8+ +T T细胞的维持无需细胞的维持无需CD4CD4+ +T T细胞辅助。细胞辅助。B记忆细胞特征记忆细胞特征nBmBm再次受到抗原刺激，其数量增长为再次受到抗原刺激，其数量增长为BnBn的的1010 100100倍；倍；n产生抗体的量及其亲和力增高；产生抗体的量及其亲和力增高；n抗体类型转换，抗体类型转换，BmBm表达膜表达膜IgGIgG、IgAIgA、IgE;IgE;n抗原递呈能力增强：抗原递呈能力增强： Bm Bm表达表达MHCIIMHCII类分子较类分子较BnBn高，高，BCRBCR亲和力亲和力 ；nFDCFDC表面捕获

14、的表面捕获的ICIC是维持是维持B B细胞记忆的重要分子细胞记忆的重要分子基础。基础。* * 免疫应答的特异性免疫应答的特异性* * 免疫应答的记忆性免疫应答的记忆性* * 免疫耐受性免疫耐受性主主 要要 内内 容容* * 免疫耐受的概念及特性免疫耐受的概念及特性* * 免疫耐受的诱导条件免疫耐受的诱导条件* * 免疫耐受形成机制免疫耐受形成机制* * 研究免疫耐受的意义研究免疫耐受的意义免疫应答的耐受性免疫应答的耐受性Medawar胚胎诱导耐受实验胚胎诱导耐受实验(1953年年)免免 疫疫 耐耐 受受 (Immune tolerance) 指在一定条件下，机体免疫系统指在一定条件下，机体免疫

15、系统接触某种抗原后所产生的对该抗原的接触某种抗原后所产生的对该抗原的特异性弱应答或无应答状态。特异性弱应答或无应答状态。 * * 免疫抑制：无抗原特异性，对所有抗免疫抑制：无抗原特异性，对所有抗 原均呈无应答或低应答。原均呈无应答或低应答。免疫原免疫原耐受原耐受原免疫原免疫原免疫原免疫原免疫反应免疫反应 +4-6周周4-6周周7-14天天7-14天天免疫正应答免疫正应答免疫负应答免疫负应答免疫正应答和免疫耐受的异同免疫正应答和免疫耐受的异同 免疫正应答免疫正应答 免疫耐受免疫耐受抗原刺激抗原刺激 需要需要 需要需要潜伏期潜伏期 有有 有有抗原特异性抗原特异性 + + +免疫记忆免疫记忆 + +

16、 + + 免疫反应免疫反应 强强 无或弱无或弱效效 应应 排斥异己排斥异己 保护自身保护自身 * * 免疫耐受的概念及特性免疫耐受的概念及特性* * 免疫耐受的诱导条件免疫耐受的诱导条件* * 免疫耐受形成机制免疫耐受形成机制* * 研究免疫耐受的意义研究免疫耐受的意义免疫应答的耐受性免疫应答的耐受性（一）抗原方面1. 抗原的性质抗原的性质耐受原：小分子、可溶性、单体、耐受原：小分子、可溶性、单体、免疫原：大分子、颗粒性、聚合体免疫原：大分子、颗粒性、聚合体2. 抗原剂量抗原剂量T I 抗原：高剂量抗原：高剂量 B细胞耐受细胞耐受TD抗原：高剂量抗原：高剂量 T、B细胞耐受（高带耐受）细胞耐受

17、（高带耐受） 低剂量低剂量 T细胞耐受（低带耐受）细胞耐受（低带耐受） T细胞耐受与细胞耐受与B细胞耐受的主要区别细胞耐受的主要区别T细胞耐受细胞耐受 B细胞耐受细胞耐受耐受原耐受原 TD抗原抗原 TD、TI抗原抗原抗原剂量抗原剂量 高或低高或低 高高诱导时间诱导时间 较短较短(24h) 较长较长(1-2周周) 持续时间持续时间 较长较长(数月数月) 较短较短(数周数周)耐受的形成耐受的形成 较易较易 较难较难耐受的完全性耐受的完全性 多为完全耐受多为完全耐受 多为部分耐受多为部分耐受（一）抗原方面3. 抗原免疫途径抗原免疫途径 静脉注射静脉注射/口服口服腹腔注射腹腔注射皮下皮下/肌肉注射肌肉

18、注射4. 其他因素其他因素 是否用佐剂等是否用佐剂等（二）机体方面* * 免疫系统的成熟程度（年龄）免疫系统的成熟程度（年龄） 胚胎期胚胎期 新生期新生期 成年期成年期* * 动物的种属和品系（遗传）动物的种属和品系（遗传） 大鼠、小鼠大鼠、小鼠 兔、有蹄类、灵长类兔、有蹄类、灵长类* * 机体生理状态机体生理状态 用用免疫抑制剂破坏成熟淋巴细胞，造成类似新生期免疫抑制剂破坏成熟淋巴细胞，造成类似新生期免疫不成熟状态，有利于诱导免疫耐受。免疫不成熟状态，有利于诱导免疫耐受。* * 免疫耐受的概念及特性免疫耐受的概念及特性* * 免疫耐受的诱导条件免疫耐受的诱导条件* * 免疫耐受形成机制免疫耐

19、受形成机制* * 研究免疫耐受的意义研究免疫耐受的意义免疫应答的耐受性免疫应答的耐受性* * 中枢性免疫耐受中枢性免疫耐受 胚胎期免疫系统未成熟的胚胎期免疫系统未成熟的T T、B B细胞在中枢性免疫器官接触抗原所细胞在中枢性免疫器官接触抗原所形成的免疫耐受。形成的免疫耐受。* * 外周性免疫耐受外周性免疫耐受 成熟的成熟的T T、B B细胞在外周淋巴器细胞在外周淋巴器官接触抗原所形成的免疫耐受。官接触抗原所形成的免疫耐受。自身免疫耐受的机制自身免疫耐受的机制Central and peripheral tolerance 胚胎期免疫系统接触特定抗原后胚胎期免疫系统接触特定抗原后，针对该抗原的特

20、异性细胞克隆，针对该抗原的特异性细胞克隆即被清除或被即被清除或被“禁闭禁闭”，机体将，机体将该抗原视为自身成份，出生后将该抗原视为自身成份，出生后将不对此抗原产生应答。不对此抗原产生应答。中枢免疫耐受：克隆清除学说中枢免疫耐受：克隆清除学说（clonal deletion theory）中枢免疫耐受中枢免疫耐受克隆清除机制（阴性选择）克隆清除机制（阴性选择） 自身反应性自身反应性T、B细胞在胸腺与骨髓发育过细胞在胸腺与骨髓发育过程中，其程中，其TCR及及BCR分别与微环境基质细胞分别与微环境基质细胞表面表达的自身抗原肽表面表达的自身抗原肽-MHC分子分子/自身抗原自身抗原肽呈高亲合力结合，从而

21、启动细胞程序性死肽呈高亲合力结合，从而启动细胞程序性死亡，致克隆清除。亡，致克隆清除。动动 画画 演演 示示 T 细胞的选择过程细胞的选择过程q胸腺微环境胸腺微环境q阳性选择阳性选择q阴性选择阴性选择外周免疫耐受外周免疫耐受自身反应性自身反应性T及及B细胞逃避中枢耐受的原因细胞逃避中枢耐受的原因 n胸腺及骨髓基质细胞不表达某些外周器胸腺及骨髓基质细胞不表达某些外周器官的组织特异性抗原或机体成熟后表达官的组织特异性抗原或机体成熟后表达的抗原；的抗原；n自身抗原表达水平太低或与自身抗原表达水平太低或与TCR/BCRTCR/BCR的的亲和力低。亲和力低。外周免疫耐受机制外周免疫耐受机制* *自身反应性淋巴细胞克隆清除自身反应性淋巴细胞克隆清除* *自身反应性淋巴细胞克