微生物学：第九章 微生物感染与免疫

1、病原微生物感染机体对抗（免疫学）免疫(immunity)：生物体能够辩认自我与非自我，对非我做出反应以保持自身稳定的功能。机体抵抗病原微生物的能力，即抗传染免疫。传统的免疫概念：第九章 微生物感染与免疫病原菌致病力的强弱毒力侵袭力毒素1、侵袭力(invasiveness)：病原菌突破宿主防线，并能于宿主体内定居、繁殖、扩散的能力，称侵袭力 吸附和侵入能力； 繁殖与扩散能力； 对宿主防御机能的抵抗能力 一、病原微生物的致病性 第一节 微生物的感染与致病性1）吸附和侵入能力：细菌通过具有粘附能力的结构如革兰氏阴性菌的菌毛粘附于宿主的呼吸道、消化道及泌尿生殖道粘膜上皮细胞的相应受体，局部繁殖，积聚毒

2、力或继续侵入机体内部。淋病奈瑟氏球菌：菌毛可使其吸附于尿道粘膜上皮的表面而不被尿液冲走变异链球菌、乳杆菌：牙齿表面粘连成菌斑，造成龋齿。 在原处生长繁殖并引起疾病：霍乱弧菌（Vibrio）侵入细胞内生长繁殖并产生毒素，细胞死亡，造成溃疡 痢疾志贺氏菌（Shigella ddysenteriae）通过粘膜上皮细胞或细胞间质侵入表层下部组织或血液中 进一步扩散：溶血链球菌（Streptococcus haemolyticus）2）抗吞噬作用肺炎链球菌：荚膜，避免中性粒细胞、巨噬细胞 A族链球菌表面M蛋白：抗吞噬、抵御抗体等作用 （E.coli K抗原等）3）繁殖与扩散能力a、透明质酸酶（旧称扩散因

3、子）水解结缔组织中透明质酸，透性增加，利于病原体迅速扩散（链球、葡球等） b、胶原酶血浆纤维蛋白c、血浆凝固酶d、链激酶（血纤维蛋白溶酶）e、卵磷脂酶（毒素）水解胶原蛋白，利于扩散（产气荚膜梭菌）凝固成纤维蛋白屏障，保护其免受宿主吞噬（金葡菌）激活血纤维蛋白溶酶原血纤维蛋白溶酶水解各种组织细胞，尤红细胞（产气荚膜梭菌、蛇毒液）水解、利于扩散 2、毒素 (toxin)按其来源、性质和作用不同:外毒素内毒素主要是一些革兰氏阳性菌，在生长过程中合成并分泌到胞外的毒素，如破伤风痉挛毒素、白喉毒素等；也有存于胞内当细菌溶解后才释放的如痢疾志贺菌的肠毒素。1）外毒素（exotoxin）：特点：通常为蛋白质

4、，抗原性强，可选择作用于各自特定的组织器官，不同病原菌产生的外毒素不同，所引起的症状也不同。其毒性作用强，但不稳定，对热和某些化学物质敏感。类毒素（toxoid）和抗毒素（antitoxin）：利用外毒素对热和某些化学物质敏感的特点，用0.3-0.4%甲醛处理，使其毒性完全丧失，但仍保持抗原性，这种经处理的外毒素为类毒素，常用来预防注射。用类毒素注射动物（如马），以制备外毒素的抗体，称为抗毒素，作治疗用。外毒素0.30.4%甲醛类毒素 脱毒 免疫动物抗毒素革兰氏阴性菌的细胞壁物质，主要成分是脂多糖(LPS)，于菌体裂解时释放。2）内毒素（endotoxin）作用于白细胞、血小板、补体系统、凝血

5、系统等多种细胞和体液系统，引起发热、白细胞增多、血压下降及微循环障碍，有多方面复杂作用，但相对毒性较弱。各种革兰氏阴性菌的内毒素作用相似，且没有器官特异性。（鲎变形细胞溶解物）凝固酶内毒素、Ca2+方法：试管法、微量载片法、产色底物法优点：快速、简便（家兔试验 23天 1hr即可）原理测定方法鲎试剂法 （马蹄蟹）节肢门、肢口纲、剑尾目、鲎科、无脊椎 活化的B因子 LAL中的B因子凝固酶原凝固原(可凝性蛋白)凝固蛋白（凝固素)凝胶外毒素与内毒素的比较：*1mg肉毒毒素纯品可杀死2亿（2000万）只小鼠或一百万只豚鼠，中毒的死亡率几近100%，但及时注射抗毒素及对症治疗可使之降低。1mg破伤风毒素

6、可杀死100万只小鼠，1mg白喉毒素可杀死1000只豚鼠。二、影响病原微生物致病性的因素1、病原微生物侵入的数量 不同的病原菌有不同的致病剂量。食品中蜡样芽胞杆菌（Bacillus cereus）106时，才可能引起食物中毒，而鼠耶尔森氏菌（Yersinia pestis）只要几个细胞就可引起宿主感染。2、病原微生物侵染的途径 1）呼吸道感染 大部分病毒可通过呼吸道感染，像流感病毒等；也有对呼吸道有特别亲和力的病原菌，像肺炎链球菌等。2）消化道感染 通过消化道感染的病毒有甲型肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒等；一些肠杆菌科的细菌易从消化道侵入，如伤寒沙门氏菌等。3）创伤感染 许多病原微生物可通过皮肤伤

7、口进入宿主体内，如金黄色葡萄球菌、破伤风梭菌、狂犬病毒等。4）生殖道感染 一些性传播疾病主要通过生殖道传染，如淋病奈瑟氏球菌、梅毒密螺旋体、人类免疫缺陷病毒（HIV）。5）垂直传播 所谓垂直传播即病原体通过亲代直接传播给子代的方式，主要见于病毒感染，如HIV、乙肝病毒等。6) 血液传播，如HIV、西尼罗病毒（West Nile virus）等。3、机体的免疫力 病原微生物与机体接触后，其引发的结果如何与机体本身的免疫力有关。所谓的免疫力或免疫（immunity） 是指机体识别并排除非自身物质包括病原物的一种能力。正常条件下，机体的免疫力对机体实现保护性作用，但异常情况下，如过敏反应中，其也可对

8、机体造成损伤。4、环境因素 疾病的发生与发展除了与病原微生物和宿主两种内在因素有关外，还受外在的环境条件影响。良好的环境利于提高机体的免疫力，也有助于限制、消灭病原物的传播，防止疾病的流行。宿主环境外界环境先天： 遗传素质、年龄后天：营养、精神、内分泌状态、体育锻炼、药物等自然环境：气候、季节、温度、湿度、地理环境等社会环境：社会制度、居住环境、医疗环境等三、宿主的免疫力现代免疫概念：生物体能够辩认自我与非自我，对非我做出反应以保持自身稳定的功能。机体免除传染性疾病的能力，即抗传染免疫。传统的免疫概念(immunity) ：免疫功能的分类：宿主免疫力类型非特异性免疫：机体屏障结构吞噬细胞吞噬作

9、用体液因素特异性免疫：细胞免疫体液免疫四、感染的类型和结果1、显性感染（apparent infection） 机体的抗感染能力较弱，微生物感染后，造成机体不同程度的病理损伤或生理功能改变，出现明显的临床症状。2、隐性感染（inapparent infection） 机体有较强的抵抗能力，病原物的入侵对机体损伤较轻，不出现明显的临床症状。隐性感染后，机体可获得特异性的免疫力，能抵御同种病原菌的再次感染，但有时也是重要的传染源。3、潜伏感染（latent infection） 潜伏在寄主的某个组织或病灶内的病原物，一般不出现在分泌物或排泄物中，一旦机体免疫力下降，这些病原物即可被激活、繁殖，引起

10、疾病。如单纯疱疹病毒感染后，潜伏在局部神经节中，此时机体既无临床症状也无病毒排出；若机体免疫功能下降，潜伏的病毒被激活，发生单纯疱疹。4、带菌状态（carrier state） 病原物显性或隐性感染后，在机体中未完全消除，继续存在于机体中，与机体免疫力处于一相对平衡的状态。患者经常或间歇性向体外排出病原物，成为重要传染源，如慢性乙型肝炎、HIV感染。第二节 非特异性免疫皮肤和粘膜阻挡微生物进入血脑屏障阻挡微生物从血流进入脑组织或脑脊液胎盘屏障母体内的病原物和有害产物不能进入胎儿机体在长期的种系发育和进化过程中逐渐建立起来的一系列天然防御能力一、非特免疫器官1、屏障作用（结构） 图10-1 各种

11、免疫细胞的来源二、非特异性免疫细胞 1、单核-巨噬细胞(phagocytes) 2、粒细胞 3、自然杀伤细胞（Natural Killer Cell）（一）补体1、特性 1）只与AgAb结合 2）无特异性 3）不稳定，对热敏感（56C 30；61C 2） 4）理化因素（UV、酸、碱等均可破坏）2、补体激活途径1）经典激活途径 2）旁路激活途径 3)凝集素途径 三、非特异性体液分子 补体（complement）是一组存在于正常人体或动物血清中的蛋白，主要是 及 球蛋白。正常生理情况下，大多数补体成分均以无活性的酶原形式存在，在被抗原与抗体复合物或其他物质激活后，具有补充抗体的功能，故称补体。脂多

12、糖内毒素磷壁酸凝聚素途径替换途径1）溶菌和杀伤细胞： 溶解细胞（C5C9）（红细胞、血小板、细菌等）3、补体的生物学作用2）中和病毒作用 阻断病毒对靶细胞的粘附和穿透3）趋化作用 C3a、C5a、C5具有趋化作用，能促使吞噬细胞向 病原微生物移动和集中4）免疫黏附作用 促使抗原抗体复合物黏附于吞噬细胞等上5）过敏毒素作用 C3a、C5a：使碱性粒细胞or肥大细胞释放组织胺， 增加血管通透性（二）干扰素（interferon ，IFN ）干扰素是在诱变剂作用下由活细胞产生的 一种具有多种功能的免疫活性蛋白质，主要是糖蛋白，有抗病毒、抗肿瘤和免疫调节的作用。 1957 Issacs 和 Linde

13、nmann 发现并命名1、干扰素特点1）无特异性I型（IFN IFN） 成纤维细胞产生的糖蛋白II型（免疫干扰素， IFN） T细胞产生单体糖蛋白2）理化性质较稳定60C 1h不被破坏 pH 211内不变性2、干扰素生物学作用1）抑制病毒的复制，增强NK细胞杀伤能力 2）抑制癌细胞分裂，增强机体抗肿瘤 3）活化单核巨噬细胞，促进B淋巴细胞分化 3、作用机制 图10-3 干扰素作用示意图(一) 特异性免疫类型1、体液免疫（Humoral immunity）抗体参与的特异性免疫，抗体存在于血清中得名。主要作用：对抗细胞外微生物及其分泌的毒素。2、细胞免疫（Cellular immunity）T细胞

14、受到抗原或有丝分裂原刺激后，分化、增殖、转化为致敏淋巴细胞，产生特异性免疫应答过程。一、特异性免疫 个体在与Ag物质接触过程中所建立起来的免疫力第三节 宿主的特异性免疫1、免疫器官(二) 免疫系统1) 中枢免疫器官（一级淋巴器官）(1) 骨髓（bone marrow） T、B细胞的发源地，B细胞成熟场所 (2) 胸腺（thymus） 内：髓质 (上皮网状细胞构成) ; 外：皮质 (淋巴细胞构成) (3) 法氏囊或类囊器官（bursa of Fabricins） 鸟类特有，B细胞成熟作用机制：1）直接杀伤作用 2）释放多种细胞因子，增加血管通透性 作用：抵抗细胞内细菌和病毒感染2) 周围免疫器官

15、（二级淋巴器官）接受抗原刺激，产生免疫反应的主要场所 B 细胞浆细胞体液免疫 T细胞致敏T细胞细胞免疫(1) 脾（spleen）体内最大淋巴器官，产致敏淋巴细胞和抗体 的重要部位(2) 淋巴结T细胞约占75%，B细胞约占25%表面受体：绵羊红细胞受体、有丝分裂原受体表面抗原: T细胞抗原受体(表面抗原受体) 二、免疫细胞泛指所有参与免疫反应的细胞及其前身 (造血、淋巴、单核、粒细胞等）。免疫活性细胞：能特异性识别抗原，并随之分化增殖和 产生Ab或淋巴因子的一类细胞群1、T细胞起源 骨髓多能干细胞。定居：淋巴结的 副皮质区 或脾脏的 白髓表面标志 按功能分亚群 辅助性T细胞（TH）：辅助细胞，促

16、使其活化和产生抗体 抑制性T细胞（TS）:可抑制TH、和细胞功能，由它控制淋巴细胞增殖。 细胞毒T细胞（TC）（杀伤性T细胞）：杀伤带抗原的靶细胞 迟发型致敏T细胞（TDTH）（迟发型T细胞）：遇抗原后可 释放50种以上的淋巴因子 2、B细胞浆细胞: 合成和分泌抗体功能的一种免疫活性细胞B细胞的表面标志 膜表面抗原受体（surface membrane immunoglobulin， SmIg） Fc受体（CD32） 补体受体 有丝分裂原受体 MHC-II抗原(主要组织相容性抗原) B细胞也称骨髓依赖的淋巴细胞，来源于骨髓干细胞，并在骨髓中发育、分化为成熟B细胞，在其他免疫细胞的辅助下，受抗原

17、刺激后，可分化形成产生抗体的浆细胞和记忆细胞。B细胞在外周血液中约占2030%，脾脏中约5060%，淋巴结中约1535%。3、其他免疫细胞 或缺少T、B细胞的表面标志，或同时兼具2种表面标志。 1）K细胞（杀伤细胞）专一性杀死被IgG抗体所覆盖的靶细胞。2）NK细胞（自然杀伤细胞）可在无抗原或抗体下，杀伤肿瘤或被病毒感染细胞。功能：主要发挥抗肿瘤免疫。三、免疫分子（一）抗原（antigen）刺激机体发生免疫应答，并能与之（应答产物）发生反应的一类物质。特性 免疫原性（抗原性）诱导产生抗体或致敏淋巴细胞的能力 免疫反应性与抗体或致敏细胞发生特异性反应的能力。完全抗原、半抗原半抗原（haptein

18、）是一类自身没有免疫原性而只有免疫反应性的有机小分子，主要是一些不含蛋白质成分的化合物，如药物（青霉素）、寡糖、氨基酸、脂肪、一些重金属（镍、铍等）、有机化合物等。这些有机小分子必须与某种蛋白质耦联，才能表现出免疫原性。在耦联的分子中，半抗原相当于一个抗原决定簇，可以诱导机体产生对该半抗原的免疫应答，产生与其特异性结合的抗体 1、抗原的化学性质（免疫原性形成条件） 1）外源性（foreignness）： “识别自己，排斥异己” 2）分子大小（molecular weight）： 蛋白质：相对分子量低于500010000物质无免疫原性; 10000良好 多糖抗原：60万以上 3）化学组成与分子结

19、构：芳香族氨基酸的存在可提高免疫原性含侧链免疫原性 类似而无侧链光学构型：D-型氨基酸聚合体 复杂多糖核酸类脂蛋白质抗原的免疫原性强弱:抗原上含有与抗体分子相结合的表位总数。位于抗原物质分子表面或其他部位，具有一定组成和结构的特殊化学基团。2、抗原决定簇（determinant；抗原表位epitope）抗原结合价（antigentic valence）3、病原微生物的主要抗原a、菌体抗原（somatic antigen） 包括壁、膜和质中的抗原 特异性抗原：某个细菌所特有 共同抗原：几种细菌所共有b、鞭毛抗原（H-Ag Hauch）和菌毛抗原c、表面抗原（surface antigen）沙氏：

20、Vi抗原糖脂； 肺炎链球菌：荚膜抗原多糖 E.coli： K抗原d、外毒素和类毒素蛋白质4、免疫佐剂 为了增强动物对一定免疫原的应答能力，通常应用不同的免疫促进剂，这些免疫促进剂称为免疫佐剂。它与抗原同时或预先应用，能够非特异性增强机体对抗原的特异性免疫应答或改变免疫应答类型。由于佐剂无抗原特异性，是非特异性效应，因而被广泛应用于各种抗原物质的动物免疫上。目前常用的佐剂有以下几种：（1）矿物质佐剂 氢氧化铝，明矾等铝盐佐剂，可吸附抗原物质，形成聚集状的颗粒抗原，延长了其在外周淋巴器官内的滞留时间，同时也有利于巨噬细胞的吞噬，因而提高了免疫原性。（2）微生物佐剂 这类佐剂包括微生物及其代谢产物和

21、细胞壁成分，常用的有白喉杆菌、结核杆菌或卡介苗等，革兰氏阴性杆菌内毒素以及脂多糖、肽聚糖等，可促使巨噬细胞的增殖。（3）油类佐剂 最为典型、应用最广泛的是弗氏佐剂。分弗氏不完全佐剂和弗氏完全佐剂。若在弗氏不完全佐剂中加入卡介苗（BCG），则称为弗氏完全佐剂。分枝杆菌的加入，大大地提高了抗原的免疫原性，同时也改变了产生抗体的类型。（4）细胞因子佐剂 已发现许多细胞因子也具有明显的免疫佐剂效应，如淋巴因子等。（5）易降解的微球佐剂免疫佐剂的作用机制：1）改变抗原的物理形态，增加抗原在体内的滞留时间；2）通过刺激单核-巨噬细胞，增加对抗原的处理和呈递能力；3）刺激淋巴细胞的增殖分化，从而增加和扩大免

22、疫应答的能力。（二）抗体浆细胞产生的一类与其能相应抗原发生特性结合的免疫球蛋白1、种类与结构 1）结构Y型对称，包括H和 L链，分为三个区 V区（variable）：1/4H+1/2L（110Aa） C区（constant）:3/4H+1/2L (C1、C2、C3 ) (110Aa) 铰链区（H、二硫键）：富含pro2）种类依 H 链血请学分类IgG、IgA、IgM、IgD、IgE五类H链构造变异分不同亚类：IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgA1、IgA2等。依 L 链分型 和 两型IgG、IgD和IgE为单体；IgM有单体和五聚体，五聚体中含有一个J链， J链通过二硫键与两个链的C

23、端连接；IgA存在单体、二聚体、三聚体、四聚体等， 由单体通过一条J链和分泌片聚合在一起 依是否为单体分类：图10-10 五类免疫球蛋白的基本结构示意图2、IgG酶解和化学分解片段a、木瓜蛋白酶: 2 Fab，Fc ( Fc+多肽） (crystalisable)b、胃蛋白酶（Fab）2+ Fc pFc+ 多肽3、功能区（辖区） VH和VL 结合抗原，其中HVR（CDR）是与抗原表位互 补结合的部位； CH、CL上有部分同种异型（allotype）的遗传标志 IgG的CH2、IgM的CH3具有补体C1q结合位点，可启动 补体活化经典途径。自身免疫病：对自身成分呈现免疫应答。4、抗体形成的规律初

24、次应答：Ab量不高，维持时间短IgM；二次应答：再次注射，潜伏期缩短，Ab量迅速增加，主IgG回忆应答：初次注射Ag所产生的Ab在体内完全消失时， 再次接触Ag，Ab量突然上升 的现象。图10-15 免疫应答抗体产生的一般规律5、抗体形成机制模板学说Ag为模板（不能解释分辨异己、 免疫耐受等）克隆选择学说：体内存在大量具不同膜表面Ig的淋巴细胞。独特型网络学说（1）天然抗体选择学说早在1900年Ehrlich就提出了抗体生成的侧链学说，但因证据不足而长期束之高阁，随后又出现了模板学说，在基本被否定的基础上，Jerne于1955年提出了天然抗体选择学说，认为机体内预存了许多低浓度的、针对各种抗原

25、的抗体，当机体接触某一抗原时，该抗原即与相应的特异性的抗体结合，从而刺激机体产生更多的针对这一抗原的抗体。（2）细胞克隆选择学说Burnet根据生物学遗传学的进一步发展，综合前2个学说的关键，于1959年提出细胞克隆选择学说，即外来抗原选择具有互补结构的受体淋巴细胞，使之激活、增殖和分化产生大量的特异性抗体，而在淋巴细胞发育过程中，针对自身抗原的克隆则被抑制和删除。（3）独特型网络学说上世纪70年代，抗体独特基因型的发现，促进了抗体独特型网络学说的形成。Jerne、Richte等先后提出了这一学说，认为机体免疫系统是一个建立在识别自身抗原基础上来识别外来抗原的系统，抗体分子的可变区具有双重特性

26、，一方面通过抗原结合部位与抗原结合，另一方面又借助于独特型决定簇引发免疫应答。6、免疫应答的病理反应 在有些情况下，抗原刺激可能会引起机体产生不正常的免疫应答，甚至会引起组织损伤，如过度的免疫应答，严重的可以引起休克、甚至死亡，这种免疫应答称之为变态反应（allergy response）或超敏反应（hypersensitivity）；而对自身组织器官产生免疫应答的也会引起机体组织损伤，即自身免疫；但有时机体也可能对抗原的刺激不产生免疫应答，称为免疫耐受（immuno tolerance）。超敏反应（hypersensitivity）超敏反应往往是在机体第二次接触过敏原时发生，一般具有个体特征，花粉、昆虫毒液以及各类食物等都是常见的变应原，这类应答常常引起机体组织损伤或生理机能障碍。第四节 免疫学的应用一、免疫预防人为地给机体输入抗原物质，以调动机体的免疫系统，或直接注射免疫血清或淋巴细胞，从而获得特异性免疫力，这种免疫称为人工免疫（artificial immunization）。人工自动免疫（artificial active immunization），人工被动免疫（artificial passive immunization）（一）人工自动免疫机体