Lecture1-免疫学概述

1、免疫学概述,TheOriginofImmuneConcept,Theterm“Immunity”=Latinword“Immunitas”=Protectionfromlegalprosecution(Romansenators)Biologicaldefinition=Protectionfrominfectiousdiseases2.Theconceptofimmunity=existedinancientGreek&Chinese=theexperiencedview,“天花”又名痘疮,中国从宋朝起用人痘接种预防天花,Themedicalviewofimmunity=EdwardJenn

2、er(1796)Observation=MilkmaidsgenerallygetNoSmallpoxHypothesis=Pusfromvaccinia(cowpox)=ProtectmilkmaidsfromsmallpoxTest=Inoculatematerialsfromcowpoxpus=Protectayoungboyfromsmallpox(Protectiveimmunity),Thevaccinationagainstsmallpox,ExudatefromacowpoxpustuleonthehandofmilkmaidSarahNelmeswasinsertedinto

3、scratchesonthearmsofJamesPhipps,May14,1796.,EdwardJenner,Eradicationofsmallpox,4.Theconceptof“Immunity”developedgraduallyovertimethroughmanyscientificfindings:=RobertKoch(1905NobelLaureate)=Infectiousdiseasescausedbymicroorganisms=LouisPasteur=Vaccinesagainstcholera&rabies=Theseclinicalsuccesses=The

4、searchofunderlyingmechanismof“ProtectionofInfectiousDiseases”=Thedevelopmentof“Immunology”Advancesintechnology(e.g.,Cellculture,MonoclonalAb,Flowcytometry,Geneticengineeringetc)havefacilitatedourunderstandingoftheimmunesystemanditsfunctions.“DescriptiveScience”=“ExperimentalScience”,免疫（immunity)传统概念

5、指免除疫病、免除感染，指机体抗感染的防御能力。现代概念指机体对“自己”或“非己”的识别并排除“非己”的功能。,免疫的基本功能,免疫系统(immunesystem)：机体执行免疫功能的组织、器官、细胞和分子构成免疫系统。,Thefourkindsofpathogensthatcausehumandisease,常见的病原微生物,Overviewofimmuneresponses,固有免疫（innateimmunity）是机体抵御病原微生物入侵的第一道防线，并启动和参与适应性免疫应答。天然免疫（naturalimmunity)或非特异性免疫(nonspecificimmunity)，是个体出生时就

6、具有的免疫力，通过遗传获得，是生物在长期进化过程中逐渐形成的，其针对外来异物的范围广，反应迅速，其应答模式和强度不因与病原微生物的反复接触而改变。,固有免疫应答的作用时相：瞬时固有免疫应答阶段、早期固有免疫应答阶段、适应性免疫应答诱导阶段,固有免疫系统的组成,屏障细胞分子,皮肤黏膜屏障：物理、化学、微生物血-脑屏障、血-胸腺屏障血-胎屏障、气-血屏障,巨噬细胞、中性粒细胞、树突状细胞、T细胞、NK细胞、NKT细胞、B1细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞等。,抗菌肽、溶菌酶、急性期蛋白、补体、细胞因子和黏附分子、,Epithelialbarrierspreventtheentryofmi

7、crobes,固有免疫细胞,PhagocyteNKILLs（固有样淋巴细胞）DCMCBasophilEosinophil,T细胞NKT细胞B1细胞,Monocyte-macrophageNeutrophil,肺部巨噬细胞吞噬大肠杆菌,Phagocytosisbyinnateimmunity,Leukocyterecruitmenttositesofinflammation,orDC,固有性免疫分子,指体表分泌液以及血浆和其它体液中能够识别或攻击病原体的可溶性分子。,抗菌肽antimicrobialpeptides溶菌酶lysozyme急性期蛋白(acutephaseproteins,APP)脂

8、多糖结合蛋白（LBP）血清淀粉样蛋白（SAP）甘露糖结合蛋白（MBP）C反应蛋白等（CRP）补体细胞因子和黏附分子,Complementactivationpathways,ElieMechnikoff:ThePioneerofInnateImmunity,1.TheDiscoveryofPhagocytes&Phagocytosis2.TheNobelLaureateinMedicine1908,AdoptedfromNatureImmunology,July2008,ThedevelopmentofmodernImmunologyin20thcenturymainlycentersonun

9、derstandingtheAdaptiveImmuneSystem.,CharlesA.Janeway,M.D.YaleUniv.,The“Renaissance”ofinnateimmunity,In1989,Janeway=Immunerecognitionofmicrobes=Detectionofconservedmolecularpatterns,referredtoPAMPs(Pathogen-AssociatedMolecularPatterns)withfeatures:1.Invariantamongagivenclassofmicrobes.2.Haveessential

10、rolesinmicrobialphysiology.3.Recognizedbyreceptorsoftheinnateimmunesystem,calledPRRs(Pattern-RecognitionReceptors).4.Innateimmunityregulatesadaptiveimmunity,JulieA.Hoffmann,Ph.D.Strasbourg,France,The“Renaissance”ofinnateimmunity,In1996,HoffmannsgroupTollfunctionsasaPRRinDrosophila,Keyconceptsininnat

11、eimmunity,1.Theinnateimmunesystemmainlyrecognizescommonstructuressharedbyclassesofmicrobes,=PathogenAssociatedMolecularPatterns(PAMPs),e.g.,LPS,Peptidoglycan,MicrobialDNA&RNA.2.HostreceptorsthatrecognizePAMPsarecalledPattern-RecognitionReceptors(PRRs),whichareencodedin“Germline”DNA=limitedDiversity.

12、3.Innateimmunitynotonlyprovidethefirstlineofdefensesbutlinktotheprogramofadaptiveimmunity.4.PRRsmayalsorecognizecomponentsfrominjuredordeadhostcells=Autoimmunediseases,Pathogen-AssociatedMolecularPatterns(PAMP),是病原微生物（尤其是原核生物）表面存在一些人体所没有的，但可为许多相关微生物所共享、结构恒定、进化保守的分子结构。,损伤相关分子模式（damage-associatedmolec

13、ularpatterns，DAMPs）,机体自身细胞所释放的内源性分子，即内源性危险信号，来源于受损或坏死组织和某些激活的免疫细胞。主要有HMGB1、热体克蛋白等。,PAMPvsDAMP,Sterileinflammation,conservedmicrobialmotifsVSnon-microbialsignals,Toll-likeReceptors,LocationsofDifferentPRRs,Bodyfluids-SolublePRRsCellularPRRs-Cellsurface-Endosomes-Cytosol,Surfacereceptorsofmacrophages,

14、Mac-1、CR3,PRR,甘露聚糖凝集素（MBL）C反应蛋白（CRP）脂多糖结合蛋白（LBP）,可溶性：体液和血液,细胞吞噬型：细胞膜,甘露糖受体（MR）清道夫受体（SR）补体受体（CR）Fc受体（FcR）甲酰甲硫氨酰肽受体（fMLPR）,信号转导型,细胞膜内体、溶酶体细胞质,TLR1、2、4、5、6、10、11,TLR3、7、8、9,NLRs、RLRs、ALRs,固有免疫细胞表面、内体、溶酶体、细胞质中、可识别一种或多种PAMPs或DAMPs的识别分子。,Diversityofpatternrecognitionreceptors,Toll-LikeReceptors(TLRs),MyD8

15、8-DependentandindependentSignaling,NLRsarecytoplasmicbacterialsensorsthatactivateinflammasomes,1,ViralPatternRecognitionReceptors:SignalingandConsequences,Interactionbetweeninnateand&adaptiveimmunity,1.Innateimmunity=Agpresentation(byDendriticcells)2.Adaptiveimmunity=Agrecognition(byT&Blymphocytes),

16、适应性免疫（adaptiveimmunity）,是机体获得性、抗原特异性、抵抗病原微生物感染的高效防御机制。获得性免疫（acquiredimmunity)或特异性免疫(specificimmunity)，是个体出生后，在环境中受抗原刺激所产生的免疫力，针对特定抗原，有特异性、多样性、记忆性和耐受性。1)特异性，对某个特定的异物性抗原能引起特异性免疫应答；指抗原特异性。2)多样性，机体可针对环境中多种多样的抗原，分别建立起不同的特异性免疫应答；多样性是特异性产生的基础。3)记忆性，当异物抗原再次入侵时，可产生快而强的再次免疫应答效应；记忆性淋巴细胞。4)耐受性，正常情况下，免疫系统对自身成分有保

17、护性的免疫耐受；,抗原决定簇Antigenicdeterminant，AD,抗原分子表面具有特殊立体构型和免疫活性的化学基团称为抗原决定簇或抗原决定基。由于抗原决定簇通常位于抗原分子表面，因而又称为抗原表位(epitope)。抗原决定簇抗原决定基抗原表位抗原决定簇决定抗原的特异性，即决定抗原与抗体发生特异性结合的能力（实际是抗原决定簇与抗体的结合）。,AD的数目、性质和空间构象决定抗原特异性抗原以AD与相应抗原受体及抗体特异性结合,T细胞表位和B细胞表位,T细胞表位：TCR识别必须经降解加工处理后才能被T细胞识别线性决定簇B细胞表位：BCR识别或抗体识别并结合直接识别构象决定簇或线性决定簇,抗

18、原提呈细胞(antigen-presentingcell,APC),是指能摄取,加工处理抗原,并将抗原信息提呈给淋巴细胞的一类免疫细胞，在机体免疫应答过程中发挥重要作用。此类细胞能辅助和调节T细胞、B细胞识别抗原并对其产生应答，故又称为辅佐细胞(accessorycell)，简称A细胞。,APC加工处理的抗原种类:外源性抗原(exogenousantigen):通过吞噬或吞饮等作用被APC从细胞外摄入的抗原，以抗原肽-MHCII类分子复合物形式提呈给CD4+T细胞。内源性抗原(endogenousantigen):细胞内合成的抗原，以抗原肽-MHCI类分子复合物形式提呈给CD8+T细胞。,外源

19、性抗原加工，处理及提呈,APC摄取的外源性抗原在内体中降解成肽，与MHC类分子(在内质网合成)结合后表达于细胞表面。外源性抗原加工中需要Ii链和HLA-DM分子的参与。Ii链与MHC类分子的转运有关，并通过CLIP封闭MHC类分子的肽结合部位，阻止MHC-类分子在内质网中与内源性抗原肽结合。HLA-DM分子促使CLIP从MHC类分子肽结合区解离，有利抗原肽与MHC类分子结合。,内源性抗原加工，处理及提呈,内源性抗原经蛋白酶体降解成肽，通过抗原加工相关转运体(TAP1、TAP2)转运进入内质网，与MHC类分子(在内质网合成)结合成肽-MHCI类复合物，通过高尔基体表达于细胞表面。TAP是内质网上

20、的异源性二聚体，由TAP-1及TAP-2基因编码胞浆中蛋白酶体（proteasomes,核心成分为低分子量多肽LMP,细胞被病毒感染后出现的病毒蛋白，基因突变后产生的肿瘤抗原,脂类抗原的CD1分子提呈,CD1分子：非经典MHCI类分子，30%同源性。提呈抗原：提呈糖脂或脂类抗原，供CD1限制性T细胞识别,CD1分子提呈微生物的脂质抗原，脂质抗原由CD1分子提呈后激活CD1限制性T细胞。,Adaptiveimmunity,Maineffectors:AntibodyTcellreceptors,B,BCR,THEADAPTIVEIMMUNERESPONSE,Antibody-MediatedIm

21、munity(AMI)InvolvesBlymphocytes,plasmacellsandantibodiesHumoralimmunityNamederivesfromantibodiesfoundinbodyfluids(humors-oldmedicalterm)Cell-MediatedImmunity(CMI)InvolvesTlymphocytes,antigen-presentingcellsandMHC(majorhistocompatibilitycomplex)moleculesCellularimmunity,Typesofadaptiveimmunity,1.Humo

22、ralimmunity=Moleculesinbodyfluid,e.g.Antibody(Ab)=Keyplayer=Bcells=Targetextracellularmicrobes&toxins2.Cell-mediatedimmunity=Keyplayer=Tcells=regulateotherimmunecells=Targetintracellularmicrobes,e.g.viruses,bacteria,Forinnateimmunity,italsoincludesHumoral&Cellularcomponentsforimmunedefense,1、抗原提呈与识别

23、阶段（感应阶段）：2、活化、增殖、分化阶段（反应阶段）：T细胞活化、增殖分化为效应T细胞；B细胞活化、增殖分化为浆细胞；部分细胞发育为记忆细胞。3、效应阶段：效应T细胞对抗原的清除；浆细胞分泌抗体清除抗原。,免疫应答的三个阶段,Overviewofadaptiveimmuneresponses,CELL-MEDIATEDIMMUNITY(CMI),DirectedagainstintracellularmicroorganismsNon-phagocyticcellsandphagocyticcellsT-lymphocytes(Tcells)Differentiateintoeffector

24、cellsfollowingantigenpresentationbyantigenpresentingcells(APCs)FunctionaltypesofTcellsHelper(CD4Tcells)TH1andTH2cellsCytotoxic(CD8Tcells),Tcellsdevelopinthethymus,Tcellsdevelopinbonemarrow,butinordertomature,theyneedtomigratetothymus=thymus-(T)-dependentlymphocytesThymusisaprimarylymphoidorganlocate

25、dintheupperthorax(chest),justabovetheheart.Progenitor(precursor)Tcellsenterthethymus,wheretheymature(=produceTcellreceptors).MatureTcellsleavethethymusandenterthesecondarylymphoidtissues,wheretheybecomeactivatedafterexposuretoantigen.,Tcellsdevelopinbonemarrowandthenmigratetothymuswheretheymature,Ma

26、tureTcellsenterthebloodstream,andafterinfectionaccumulateinthesecondarylymphoidtissueswheretheyareactivated.,Tcelldevelopment,TSC,CD4RTE,TCR,TCR,CD8,CD4,b-selection,Positiveselection,Negativeselection,Functionalmaturation,TCR-brearrangement,TCR-arearrangement,CD8RTE,DevelopmentofThymocytes,Doubleneg

27、ative,Doublepositive,Singlepositive,NotchSignalandT-lineageCommitment,受体:Notch1-4；胸腺细胞表达Notch1-3；全部效应由Notch1介导配体：Dll1，3，4，Jagged1，2；胸腺上皮细胞表达全部配体；Dll4可能为生理性配体T系定向：始于DN1，完成于DN3；绝对依赖Notch1信号,Tcellsundergofurtherdifferentiationinsecondarylymphoidtissuesafterencounterwithantigen,Onlyasmallfractionofnaive

28、Tcells(matureTcellsbeforetheyencounterantigen)survivesthepositiveandnegativeselection,andleavesthethymus.MaturenaiveTcellscanre-circulatebetweenbloodandlymphoidtissuesformanyyears(incontrasttoBcells,whichhaveshorterlifespan).Insecondarylymphoidtissues,TcellsaccumulateinTcellareas,wheretheybecomeacti

29、vatedbytheirspecificantigens.EncounterwithantigeninducesthefinalstageofTcelldevelopment:theirdifferentiationintoeffectorTcells.SomeeffectorTcellsstayinthelymphoidtissues(CD4-TH2cells),whileothersmigratetositeofinfection(CD8andCD4-TH1cells).,T细胞受体复合物由TCR和CD3组成。前者识别和结合抗原肽,后者将TCR获得的抗原信号传递至细胞内。,T细胞对抗原的识

30、别,APC,T细胞,CDmoleculesassociatedwithreco-gnition,adhesionandactivationofTcell,MHC-,MHC-,B7,CD40,CD58,CD2,T细胞活化的双信号刺激第一信号：TCR对MHCII抗原肽复合物的识别，CD3分子将第一信号传递到细胞内。第二信号：CD28识别专职APC上的B7分子,又称协同刺激信号。,EffectorTcells,IncontrasttoterminallydifferentiatedBcells(plasmacells),thereareseveraltypesofterminallydifferen

31、tiatedeffectorTcells.CD8TcellsCytotoxicTcells(recognizeMHCclassImolecules)CD4Tcells,TH1helpercells(activatemacrophages)TH2helpercells(inducedifferentiationofBcellsintoplasmacellsandproductionofantibodies),Activation(cytokines),(recognizeMHCIImolecules),Theimmunesystemismaintainedinacarefullyregulate

32、dbalancebetweenthetwopolarisedcontrolarms,Th1(cellularimmunity)andTh2(humoralimmunity).,Indiseasestatesthebalanceisskewed.multiplesclerosis,rheumatoidarthritisandtypeIdiabetes,haveaTh1bias,whereascancerpatientshaveaTh2bias.,Th1andTh2CellsDonotRepresentAllCD4+Cells,MoreThelpersubsets,Th3:TGF-producin

33、gCD4TcellsTr1:IL-10-producingCD4TcellsTh9:IL-9-producingCD4TcellsTfh:follicularhelperTcells,locatedinthefollicularregionsoflymphnodesandspleen,follicularTh1/Th2/Th17cells,ANTIBODY-MEDIATED(HUMORAL)IMMUNITY,DirectedagainstextracellularmicroorganismsandtoxinsB-lymphocytes(Bcells)Differentiateintoplasm

34、acellswhichproduceantibodiesFunctionasantigen-presentingcells(APCs)ClassificationofAntibodies(Immunoglobulins)ImmunoglobulinM(IgM)ImmunoglobulinG(IgG)ImmunoglobulinA(IgA)ImmunoglobulinD(IgD)ImmunoglobulinE(IgE),PaulEhrlich:Oneofthefathersofhumoraladaptiveimmunity,1.TheDiscoveryofAntibodyfunctions2.T

35、heNobelLaureateinMedicine1908,AdoptedfromNatureImmunology,July2008,抗体的功能V区的功能识别并特异性结合抗原单体（IgG,IgE)2价二聚体(分泌型IgA)4价五聚体(IgM)10价中和效应中和毒素和病毒与Ag结合促吞噬细胞吞噬,抗体的结合价,实际意义,C区的功能1.激活补体系统Ab(IgM、IgG)+AgC1q补体经典途径IgG4、IgA和IgE的凝聚物补体旁路途径2.介导免疫细胞活性(1)调理作用（opsonization）：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

36、原(靶细胞)FcR（NK细胞）杀伤靶细胞；(3)介导超敏反应：型、型和型超敏反应。3.穿越胎盘和粘膜,Antibody-DependentCellularCytotoxicity(ADCC),Th2与B细胞的相互作用，获得第二信号：协同刺激信号,CD40-CD40L,活化的Th2细胞分泌细胞因子及表达CD40L，辅助B细胞活化,第二信号（Th细胞信号）有二种方式（1）Th细胞-B细胞间接触作用：CD40L-CD40等（2）Th细胞分泌细胞因子：IL-4、5、6等,胸腺依赖性抗原（TD-Ag）,活化的B细胞增殖与分化活化B细胞浆细胞产生抗体原始淋巴滤泡分裂增殖，形成生发中心（一周左右）,Spec

37、ificity,Memory,andHomeostasisofAdaptiveImmunity,体液免疫应答一般规律,多克隆抗体(polyclonalantibody，PcAb)：采用传统的免疫方法，将抗原物质经不同的途径进入动物体内，经数次免疫后采取动物血液，分离出血清，由此获得的抗血清即为多克隆抗体。用天然的抗原物质免疫动物，刺激多个B细胞克隆所获得的免疫血清（含多种特异性抗体）。单克隆抗体(MonoclonalAntibody，McAb):由一个B细胞分化增殖的子代细胞产生的针对单一抗原决定簇的抗体，称单克隆抗体。由一个B细胞克隆产生。识别一种抗原表位。高度均一（结构、特异性）。杂交瘤技

38、术制备。基因工程抗体：利用基因工程技术来制备的抗体分子称为基因工程抗体，是分子水平的抗体。,US和EU所批准的治疗性抗体,US和EU所批准的治疗性抗体,鼠源性单克隆抗体将逐渐被人源化抗体所替代：鼠源性单克隆抗体与人补体成分结合能力低，CDC作用相应较弱，对肿瘤细胞的杀伤能力较弱；它与NK等免疫细胞表面Fc受体亲和力弱，介导的ADCC作用较弱；鼠源抗体在人血循环中的半衰期短，它发挥ADCC与CDC作用的时间较短；鼠单克隆抗体具有免疫原性，宿主易产生抗抗体引起过敏反应。,抗体人源化改造及人源抗体制备,人-鼠嵌合抗体：应用基因工程技术将小鼠单克隆抗体的恒定区用人源抗体恒定区代替而拼接成嵌合抗体。改型

39、抗体如CDR移植、SDR移植：用鼠单克隆抗体的CDR、SDR移植到人源抗体可变区，替代人源抗体CDR、SDR。表面氨基酸残基人源化,抗体人源化的主要技术,提高抗体效应功能,macrophage,ActivatedTcell,a,A,D,P56BC58,B,C,NH2,COOH,IL-2,Cytockinesarelow-molecular-weightregulatoryproteinsorglycoproteinssecretedbywhitebloodcellsandvariouscells(vascularendothelialcell,epidermiccellandfibroblas

40、t)inbodyinresponsetoanumberofstimuli.,Cytokine,Biologicaleffects,Cytokineimbalanceduringinflammation,细胞因子的研究热点1、新细胞因子的基因克隆化2、细胞因子受体的基因克隆化3、细胞因子信号转导机制4、新一代细胞因子：高活性，多功能，低毒副作用，长半衰期，高稳定性5、细胞因子作为生物应答调节剂（BRM）的临床应用6、细胞因子表达调控7、细胞因子基因治疗,Infectionsoccurwhenthephysicalbarriersofepitheliumarebreached,orwhenpathogensadheretotheepithelium,PathogenreplicationRecruitmentofneutrophilsandmacrophagesInflammation,Pathogenadherencetoepithelium,PathogensarecarriedtotheclosestlymphnodewheretheystimulatespecificT-andB-cell