第十二章-细菌与免疫疫苗课件

1、细菌与免疫吴震州感染结局xdiseasenodiseaserecovery获得性 免疫xre-infection感染infection天然免疫no disease再染显性感染隐性感染感染与免疫之间的平衡关系与疾病感染ID50=感染半数剂量免疫力Disease =- 毒力 / 宿主抵抗力-毒力 / 宿主抵抗力感染灶的范围 x 毒力免疫力微生物的结构与免疫应答- 内部抗原- 外部抗原- 与致病性的关系（进入途径、感染部位、靶细胞/组织）- 寄生的部位：细胞外；兼性细胞内；专性细胞内寄生- 诱导产生免疫应答的类型抗微生物感染免疫- 天然免疫- 特异性免疫 细胞免疫应答/体液免疫应答 保护性免疫应答免

2、疫损伤 （超敏反应、自身免疫应答）Immunity to Bacteria 抗菌免疫1. 基本原则1)抗菌免疫机制与细菌表面结构相关mediate the contact of the cell with its environment-cell wall and membrane （细胞壁和细胞膜）including LPS-flagella-fimbriae-capsules(鞭毛)(菌毛)(荚膜)Bacteria cell surface structure 细胞表面结构targets of immune system 免疫系统作用的靶标cell wall of mycobacteria

3、 extremely resistant结核杆菌细胞壁的抵抗力强capsule resistant to phagocytosis细菌荚膜抗吞噬cell wall components adjuvant properties佐剂活性(LPS, capsule, arabinoglactan/glycolipids )不同微生物具有不同的细胞壁结构-gram positive（G+）-gram negetive （G-）-Mycobacteria(分支杆菌/结核杆菌)-Spriochaetes（螺旋体）不同的细菌- 细胞壁结构不同- 致病性不同- 免疫力不同G+G-分枝杆菌螺旋体细菌细胞壁结构细

4、胞表面结构与免疫力革兰阴性菌的脂质外膜 （G-）-细胞壁成分- 补体-裂解-NK -杀伤- 阳离子蛋白肽聚糖-细胞壁成分- 溶菌酶鞭毛和菌毛- 抗体菌细胞- 吞噬细胞2) 抗菌免疫机制与细菌致病性相关细菌的致病性 产生毒素,但不具侵袭力toxin (Corynebacterium diphtheriae,Vibrio Cholerae)免疫力： Neutralization antibody/中和抗体 Anti-adhesion Ab/抗黏附抗体 具有侵袭力,但不产生毒素酶类：spread factor (tissue-degrading enzymes)免疫力：杀伤菌细胞 大多数细菌既产生毒

5、素也具侵袭力Adhesion/黏附toxin产生毒素entryMultiplication繁殖Adhesionmultiplication 繁殖 Toxin 产生毒素3) 免疫机制与细菌赖于环境的生存能力相关 胞外菌 兼性胞内寄生菌- not depend on intracellular environment for survival 专性胞内寄生菌- depend absolutely on intracellular environment for survival-Bacteria prefer non-phagocytic cells as host cells, includin

6、g epithelial and endothelial cells胞外菌感染性疾病 (1)胞外菌疾病致病机制金黄色葡萄球菌Skin and soft tissue infections lung abscesstoxic shock syndrome food poisonin gToxin-induced acute inflammation cell death from pore-forming toxins Superantigen-induced cytokine production skin necrosis, shock, diarrhea化脓性链球菌(Group A)Pha

7、ryngitisSkin infections: impetigo e.g. erysipelas, cellulitisScarlet FeverToxin-induced acute inflammation Streptolysin O damage of cell membranesAnti-phagocytic actions of capsule polysaccharides肺炎链球菌PneumoniaCell wall constituent-induced acute inflammation meningitisToxin (pneumolysin, similar to

8、streptolysin奈瑟氏脑膜炎球菌MeningitisPotent endotoxin causing acute inflammation and systemic diseaseEscherichia coli埃希氏大肠杆菌Urinary tract infections gastroenteritisseptic shockToxins acts on intestinal epithelium Increased chloride and water secretion Endotoxin (LPS) stimulates cytokine synthesis胞外菌感染性疾病 (

9、2)胞外菌疾病致病机制Vibrio cholerae霍乱弧菌腹泻Cholera toxin -ADP ribosylates G protein subunit leads to increased cAMP in intestinal epithelial cells, results in chloride secretion and water lossClostridium tetani 破伤风杆菌破伤风Tetanus toxin binds to motor endplateat neuromuscular junction causes irreversible muscle co

10、ntractionCorynebacteriu m diphtheriae 白喉杆菌白喉Diphtheria toxin ADP ribosylates elongation factor 2 Inhibits protein synthesis兼性胞内寄生菌专性胞内寄生菌Rickettsia prowazekii Rickettsia rickettsii Rickettsia typhi Rickettsia tsutsugamushi Coxiella burnetii Chlamydia trachomatis Chlamydia psittaci Chlamydia pneumoni

11、ae立克次体 、衣原体等Mycobacterium tuberculosis Mycobacterium leprae Salmonella enterica Brucella speciesLegionella pneumophila Listeria monocytogenes Francisella tularensis结核杆菌、麻风杆菌 伤寒杆菌、布氏菌 军团菌、李斯特菌等兼性胞内寄生菌所致疾病病原疾病感染的靶细胞细胞内的寄居位置进入门户结核分枝杆菌TuberculosisMacrophagePhagosomeLung麻风分枝杆菌LeprosyMacrophage Schwann ce

12、lls numerous other host cellsPhagolysosome (?)Nasopharyngeal mucosa伤寒沙门菌Typhoid feverMacrophagesPhagosomeGut布氏菌BrucellosisMacrophagesPhagolysosomeMucosa军团菌Legionnaires diseaseMacrophagesPhagosomeLung李斯曼菌ListeriosisMacrophages, hepatocytesCytosolGut吐丝菌TularaemiaMacrophagesPhagosomeSkin, mucosa, lung专

13、性胞内寄生菌所致疾病病原疾病感染的靶细胞细胞内的位置入侵部位立克次体rickettsiiRocky Mountain Spotted FeverEndothelial cells smooth muscle cellCytosolBlood vessel (tick bite)prowazekiiEndemic typhusEndothelial cellsCytosolBroken skin, mucosatyphiTyphusEndothelial cellsCytosolBlood vessel (flea bite) tsutsugamushiScrub typhusEndotheli

14、al cellsCytosolBlood vessel (mite bite)Coxiella burnetiiQ-feverMacrophages, lungLate phagosomeLungparenchyma cells衣原体trachomatisUrogenital infectionEpithelial cells trachomaPhagosomeEye, urogenital mucosaconjunctivitislymphogranuloma venerumpsittaciPsittacosisMacrophagesPhagosomeLunglung parenchyma

15、cellspneumoniaePneumoniaLung parenchyma cellsPhagosomeLungheart diseasevascular endothelial cells眼 呼吸道皮肤 消化道生殖道4) 人体解剖结构与免疫- 无/有菌状态的差异- 免疫因子/细胞的差异- 免疫应答的特点/差异2. 人体抗菌免疫的第一道防线一般因素Mechanical and chemical barriers 屏障系统Intact skin and mucosaEpithelial cilia/ 上皮细胞纤毛Body fluid stomach acid, tearsLow pH (sk

16、in, vagina, etc.)Fever 发热37 CAge 年龄Infant vs. early adulthood vs. late adulthoodNutritional status 营养状况Hormones 激素 Hepatitis is exacerbated by pregnancyGenetic factors 遗传因子Host species resistance 宿主种属的抗性Commensal bacteria 共生菌colicins,occupy ecological nicheNon-pathogenic “probiotic” organism （益生菌）la

17、ctobacilliLPS Binding Protein /LPS结合蛋白 (LBP) 60-kDa血清糖蛋白具有与LPS 高亲和力 由肝细胞合成的急性期蛋白 正常血清量 1 10 ug/ml 急性期血清含量 300 ug/ml 对少量的LPS或革兰阴性菌快速反应 LPS, IL-1, IL-6 and TNF调控肝细胞的LBP表达肝功能不全-不能及时合成LBP清除LPS细胞识别LPS 的机制3. 人体抗菌免疫的第二道防线 识别细菌保守的“共有”成分Innate Immunity/天然免疫 provide the second line of defense against pathogen

18、snot pathogen-specific and do not improve with repeated exposures to antigen (no memory/无 记忆)同一微生物每次感染后的免疫应答强度均相似Lack diversity generated by recombination （无 多样性）免疫分子的基因不会出现重组天然免疫缺陷小鼠T、B细胞 缺损小鼠天然免疫 正常小鼠微生物存活数量天然免疫保护机制C-reactive protein Mannose-binding lectinPolyanions Lipoprotein Lipoteichoic acid L

19、ipopolysaccharide激活补体C3a, C5a吞噬细胞, 组织细胞chemokineFormyl peptideMuramyl peptides peptidoglycan巨噬细胞bacteriaIL-12 TNFcytokines中性粒细胞IFN-gNK 细胞细胞壁的成分总结: 抗菌天然免疫补体的激活Chemotaxis C3a, C5a,Opsonization C3b etc, lytic complex C5-9趋化因子triggered by PAMPs , chemokine, C3a, C5a ect巨噬细胞释放的细胞因子TNF, IL-1, and chemokin

20、e: MCP-1, MIP-1aNK cell释放的细胞因子IFN-g佐剂效应Selection for-appropriate Lyc-mediated response-inappropriate responsesudden and massive cytokines release-休克综合症特异性免疫抗体 抗胞外菌的作用 中和调理 裂解中和调理裂解抗黏附抗体 阻断细菌定居抗菌的获得性免疫特异性抗体发挥相应的保护作用细菌毒素 抗体中和作用 细菌产生的破坏组织的胞外酶 抗体阻断作用 鞭毛- 干扰细菌的移动细菌黏附- 局部粘膜IgA 抑制细菌黏附抗原-抗体激活补体菌细胞裂解、调理作用 抗体

21、的调理作用 IgG1 and IgG3 Fc 受体位于吞噬细胞增强其吞噬能力抗胞外菌免疫 炎性因子 趋化因子 召集免疫细胞至感染灶 吞噬细胞 补体 抗体细菌的胞内感染CD4 T cells 控制结核感染Immunity to the intracellular bacteria involves a DTH response-激活的巨噬细胞包裹感染灶-结核 球 tubercle.巨噬细胞释放的酶导致肺组织损伤胞内寄生菌感染的特征1.T细胞是控制胞内寄生菌感染主要免疫因素；2.胞内寄生菌对宿主细胞几乎无/或无直接的毒性作 用；但感染伴随迟发型超敏反应3.胞内寄生菌感染的病理与免疫损伤有关，而胞外

22、菌 往往产生毒素直接造成组织损伤；4.胞内寄生菌能与宿主长期共存，导致慢性感染；而 胞外菌引起急性感染胞内寄生菌可隐藏在几乎无抗微生物潜能的细胞内T细胞发挥作用T 杀伤细胞杀伤感染的靶细胞抗胞内寄生菌的三步骤早期中期晚期IFN-gammaT杀伤细胞对感染靶细胞 作用机制抗胞内寄生菌的天然免疫和获得性免疫活 菌 数感染清除感染控制活菌数活菌数感染后天数细胞因子的抗细菌感染作用细胞因子抗菌免疫的作用产生的细胞在看细菌感染中的作用ChemokinesLikelyEpithelial cell, endothelial cell, macrophageLeukocyte recruitment and

23、 activationIL-1Important role provenMacrophageLeukocyte recruitment and stimulationIL-6Essential role provenMacrophage, T cellLeukocyte recruitment T-cell differentiationTNF-aEssential role provenMacrophage mast cellLeukocyte recruitmentNK-cell activation granuloma formation IFN-g, costimulationIFN-

24、gEssential role provenNK cellTh 1 cellMacrophage activation, granulomaIL-12Important role provenMacrophageTh 1-cell, NK-cell stimulationIL-18Likely, not provenMacrophageTh 1-cell stimulationIL-4ExacerbationNK T cell, Th2 cell basophil (?), Eosinophil (?)Th 1-cell inhibitionIL-10ExacerbationMacrophag

25、eMacrophage inhibitionTGF-bExacerbation likely, not provenMacrophageMacrophage inhibition肠道细菌和肿瘤细菌与疫苗吴震州一、概述二、灭活疫苗三、减毒活疫苗四、亚单位疫苗五、活载体疫苗六、核酸疫苗七、治疗性疫苗细菌疫苗 1、疫苗的概念 人工免疫：有计划、有目的地给人体接种抗原，或输入抗体或免疫细胞，使机体获得某种特异性抵抗力，从而达到预防或治疗某种疾病的目的。 人工主动免疫 人工被动免疫输入物质 抗原（疫苗） 抗体或致敏淋巴细胞诱导时间 慢（14周） 快（立刻发挥作用）维持时间 长（数月数年） 短（23周）用

26、 途 主要用于预防 治疗或应急预防人工主动免疫和人工被动免疫的比较疫苗：用于人工主动免疫的生物制品。2、理想疫苗的标准 安全：无致病性和接种后异常反应 有效：可诱导产生可靠的保护性免疫 实用：易于接种、保存和运输，价廉3、疫苗的发展历史 古典疫苗时期：牛痘苗、狂犬病疫苗 培养疫苗时期：脊髓灰质炎疫苗、卡介苗 基因工程疫苗时期：乙型肝炎基因工程疫苗 灭活疫苗（inactivated vaccine）：又称死疫苗，是用化学或物理的方法，将具有感染性的完整的病原微生物杀死，使其失去传染性而保留抗原性而成。 二、灭活疫苗 百日咳、乙型脑炎、流行性脑脊髓膜炎、狂犬病、伤寒、钩体病、甲型肝炎、鼠疫、流感、

27、脊髓灰质炎（salk）等疫苗。 缺点：免疫力维持时间短，需要多次重复接种；主要诱发体液免疫，不能产生细胞免疫或黏膜免疫应答；接种剂量较大，不良反应；需要严格灭活。 二、灭活疫苗 优点：易于制备；免疫原性稳定性高；储存及运输方便；易于制备多价疫苗；疫苗安全性高。三、减毒活疫苗 减毒活疫苗（live-attenuated vaccine）：用人工诱变或从自然界筛选出的毒力高度降低或无毒的活的病原微生物制成的疫苗。可模拟自然发生隐性感染，诱发理想的免疫应答而又不产生临床症状。 结核病、脊髓灰质炎（Sabin）、麻疹、乙型脑炎、甲型肝炎、风疹疫苗、腮腺炎等疫苗。 优点：能诱发全面、稳定、持久的体液、细

28、胞和粘膜免疫应答；一般只须接种一次；可采用口服、喷鼻或气雾途径免疫。 缺点：有效期短和热稳定性差，运输、保存条件要求较高；回复突变危险；使用范围相对窄。 三、减毒活疫苗 基因缺失活疫苗（gene deleted live vaccine）：采用分子生物学技术，去除与毒力或毒力相关基因片段，使病原微生物毒力减低或丧失。用缺失突变毒株制成的疫苗。三、减毒活疫苗 与自然突变株（多为点突变毒株）相比，基因缺失活疫苗具有突变性状明确、稳定、不易发生毒力返祖的优点。 对于某些抗原性弱、易发生免疫逃避的病原体，常规疫苗往往难以获得有效的免疫应答及保护性。四、亚单位疫苗 一些免疫保护机制不清，可能诱导免疫病理

29、反应，有潜在致肿瘤作用的病毒，以及不易培养的病原体，则难以用传统方法生产疫苗。 亚单位疫苗（subunit vaccine）：不含病原体核酸，选用能诱发宿主产生中和抗体的微生物蛋白或表面抗原而制成的疫苗。 白喉类毒素、破伤风类毒素 流感嗜血杆菌荚膜多糖、脑膜炎球菌荚膜多糖 流感病毒血凝素和神经氨酸酶 乙型肝炎HBsAg（基因工程疫苗） 乳腺癌Her2疫苗定义 优点：除去了病原体中与诱发保护性免疫无关或有害成分，只保留有效的免疫原成分，因而免疫作用明显增强而稳定，可靠性提高，对机体引起的不良反应小。 缺点：需要选用佐剂；不能诱发细胞免疫和黏膜免疫。 四、亚单位疫苗 将病原体中能诱导保护性免疫应答

30、的目的抗原编码基因克隆后，插入适当的原核或真核表达载体质粒； 再将重组质粒导入细菌、酵母菌或哺乳动物细胞中高效表达目的基因； 分离、提取、纯化目的蛋白而制成。 基因重组亚单位疫苗 (genetic engineering subunit vaccine)基因工程疫苗发展的重点 不能或难以培养的病原体； 有潜在致癌性或免疫病理作用的病原体； 传统疫苗效果差或不良反应大的病原体； 能简化免疫程序、降低成本的多价疫苗。四、亚单位疫苗 活载体疫苗（live vector vaccine）：又称重组载体疫苗（recombinant vector vaccine），是将有效的目的抗原的编码基因导入活载体（

31、无或弱毒的细菌或病毒株）中，构建重组菌株；目的基因可随重组菌株在宿主体内的增殖而大量表达，从而诱发相应的免疫保护作用。 五、活载体疫苗载体：腺病毒、牛痘病毒、金丝雀痘病毒、伤寒沙门菌减毒株、卡介苗、乳杆菌、乳球菌、双歧杆菌等。病原体：乙型肝炎病毒、狂犬病病毒、痢疾杆菌等。五、活载体疫苗 1990年，Wolff等首次发现，给小鼠肌肉注射裸露质粒DNA后，质粒携带的基因可被肌细胞摄取并在其中表达，还可诱生特异性免疫应答。 六、核酸疫苗 核酸疫苗（nucleotide vaccine）：又称DNA疫苗（DNA vaccine），是将一种或多种目的抗原的编码基因克隆到真核质粒表达载体上；再将重组质粒直

32、接注入到体内，在宿主细胞内表达目的蛋白，诱发特异性免疫应答。 六、核酸疫苗目前进入临床试验的核酸疫苗有HIV DNA疫苗和疟疾 DNA疫苗。六、核酸疫苗 由于核酸疫苗具有构建容易、生产方便、表达稳定及可诱发全面的免疫应答等特点，在抗感染、抗肿瘤免疫及疾病的预防等方面具有广阔的应用前景，被誉为疫苗的“第三次革命”。 六、核酸疫苗 局部注射的核酸（重组质粒DNA）被周围的细胞（如黏膜上皮细胞、抗原提呈细胞）摄取后，进入核内进行转录，并在胞质中翻译成目的蛋白。1、免疫机制 目的蛋白被蛋白酶复合体降解成含有表位的抗原肽，可作为： “内源性抗原”：与MHC类分子结合，诱发CTL介导的细胞免疫应答。 “外

33、源性抗原”：与MHC类分子结合，诱发偏向Th1型免疫应答。 目的蛋白亦可通过细胞分泌或细胞破裂的方式进入组织间，以天然折叠形式激活B淋巴细胞而产生抗体。四、核酸疫苗 DNA疫苗接种后，体内仅表达pgng水平的外源蛋白，但能诱发强而持久的细胞免疫和体液免疫应答。 如何解释这一现象呢？ 四、核酸疫苗 目的基因（含载体质粒）含有CpG基序的回文序列，能激活较强的CTL效应，并能激活巨噬细胞与NK细胞，因此，CpG回文序列被称为免疫刺激DNA序列。 CpG基序与IL-2、TNF-、IFN-的基因结构相似而产生协同作用。 六、核酸疫苗目的基因的选择：侧重于免疫原性，即所表达的目的蛋白刺激机体免疫应答的能力。目的蛋白中是否具有受MHC分子限制的T细胞抗原表位，是保证核酸免疫有效的先决条件。 核酸疫苗所选择的目的基因应尽量避免有害基因成分，特别是病毒或肿瘤的核酸免疫。载体的选择：构建DNA疫苗的质粒通常是非复制型的真核表达质粒，能高水平地表达目的基因。 重组质粒可分为两个部分： 转录部分：由启动子、插入的目的抗原cDNA和poly A终止子组成，指导目的