病原生物学和免疫学教案

第二章 免疫球蛋白与抗体 目的与要求：掌握抗体、免疫球蛋白的概念；免疫球蛋白的生物学活性。熟悉免疫球蛋白的基本结构、功能区及其功能；各类免疫球蛋白特性及免疫功能。了解免疫球蛋白的抗原特异性；人工制备抗体的类型。一、基本概念1、抗体（antibody,Ab)是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一类能与相应抗原特异性结合的球蛋白。主要存在于血清等体液中。2、免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白3、区别与联系抗体和免疫球蛋白的关系: 抗体都是免疫球蛋白，并非所有免疫球蛋白都具有抗体活性。抗体和免疫球蛋白的区别：抗体是生物学功能上的概念，免疫球蛋白是化学结构上的概念。Ig分为：分泌型Ig(sIg)和膜型Ig(mIg)二、免疫球蛋白的分子结构1.重链与轻链（1）根据重链分类：根据重链靠近羧基末端氨基酸组成及排列顺序不同，将重链分为种：、。由它们组成的Ig分为五类：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE（2）根据轻链结构和抗原特异性不同分型：、型天然Ig分子中，重链同类，轻链同型2.可变区与恒定区（1）超变区（ HVR）互补决定区（CDR）Ig的抗原结合部位Ig的独特型决定簇（2）骨架区（FR）3、铰链区位于CH1与CH2之间，含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。4、J链和分泌片J链：是一条多肽链，富含半胱氨酸，由浆细胞合成，以二硫键的形式共价结合到Ig的重链上。分泌片：由黏膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合到二聚体上，保护IgA，使之不受环境中酶的破坏，并介导IgA的转运三、免疫球蛋白的功能区1、概念：Ig的H链、L链每隔110个氨基酸即由链内二硫键连接形成一个能行使特定功能的球性单位，称为Ig的结构域或功能区（domain）。2、主要作用：VH + VL：特异性结合抗原决定簇的部位CH1+CL ：同种异型(Allotype)遗传标志CH2 ： 补体结合位点;CH3 ： IgG Fc受体, （IgE Fc受体结合点）四、免疫球蛋白的水解片段木瓜蛋白酶(papain)水解IgG：得到2个Fab段和1个Fc段。胃蛋白酶(pepsin)裂解IgG：得到一个具有双价活性的F（ab）2段和若干个小分子多肽碎片（pFc）五、抗体生物学活性1、V区的功能: （1）识别和结合特异性抗原 单体（IgG, IgE) 2价 二聚体(分泌型IgA) 4价 五聚体(IgM) 10价（5价）（2）中和效应 中和毒素和病毒（3）与Ag结合 促吞噬细胞吞噬2、C区的功能： （1）激活补体: Ab(IgM、IgG) + Ag C1q 补体经典途径 IgG4、IgA和 IgE的凝聚物 补体旁路途径（2）结合细胞表面的Fc受体1)调理作用：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 + 抗原(靶细胞) Fc R（NK 细胞） 杀伤靶细胞； 3)介导超敏反应：型、型和型超敏反应。（3）穿过胎盘和黏膜：选择性传递六、五类免疫球蛋白的特性与功能1、IgG多为单体，据重链（g链）免疫原性IgG分4个亚型血清含量最高(75%85%),也是丙种球蛋白的主要成分半衰期较长（1624d）主要的抗感染抗体(具有抗菌、抗病毒、中和毒素和免疫调理作用)唯一能通过胎盘的Ig，新生儿抗感染的重要因素。参与II、III型超敏反应能与SPA结合，发生凝集反应2、IgM激活补体、结合抗原、免疫调理作用比IgG强天然血型抗体是IgM为五聚体，分子量最大，称巨球蛋白。IgM激活补体、结合抗原、免疫调理作用比IgG强，高效能天然ABO血型抗体、类风湿因子均IgM类抗体IgM是个体发育中最早产生的抗体，胚胎晚期已能合成，且不通过胎盘，新生儿脐带血中若IgM水平升高，提示胎儿曾有宫内感染IgM是抗原刺激后出现最早的抗体，半衰期短， IgM水平升高，提示近期感染，故检测IgM水平可用于传染病的早期诊断。mIgM是B细胞抗原受体（BCR）的主要成分也可参与II、III型超敏反应3、IgA分为血清型和分泌型两种。血清型IgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生，为单体。而分泌型IgA（sIgA）是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的固有层中浆细胞产生，多为双体、少三体。sIgA主要存在于唾液、泪液、以及呼吸道、消化道和泌尿生殖道黏膜表面的分泌液中。IgA的特点sIgA参与皮肤粘膜的局部抗感染作用初乳中含有高浓度的sIgA-母乳喂养通过替代途径激活补体参与型超敏反应4、IgD是B细胞的重要表面标志B细胞的分化过程中首先出现mIgM，mIgD的出现标志着B细胞成熟对防止免疫耐受有一定作用含量较低，半衰期短5、IgE血清中含量最低亲细胞抗体，可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力Fc受体（FcR）结合，引起型超敏反应FcR分布于巨噬细胞、B细胞、嗜酸粒细胞过敏性疾病和某些寄生虫感染患者血清中特异性IgE水平增高七、人工制备抗体多克隆抗体单克隆抗体基因工程抗体噬菌体抗体第三章 补体系统（Complement, C）目的与要求：1、掌握补体的概念及生物学功能。2、熟悉补体三条激活途径及特点。3、了解补体的组成、命名及理化性质；补体的异常。基 本 内 容一、概述二、补体的激活途径三、补体激活的调节四、补体的生物学作用五、补体的异常与疾病一、概述1、补体的定义补体：是存在于正常人和动物血清中的一组经活化后具有酶活性的蛋白质，包括30多种可溶性蛋白和膜结合蛋白，故被称为补体系统。在机体免疫系统中发挥抗感染、免疫调节作用，也参与免疫病理反应。2、补体的组成和命名（1）补体系统的组成补体的固有成分：参与经典激活途径的成分（C1-C4）；参与旁路激活途径的成分（D、B因子）；参与MBL途径的成分（MBL，丝氨酸蛋白酶）；末端通路成分（C5-C9）参与调节的成分（C1抑制物、I因子、P因子、H因子、C4结合蛋白等）补体受体：CR1-5、C3aR、C2aR、C4aR（2）补体系统的命名固有成分：用C后加阿拉伯数字表示，如C1,C4,C2等。其他成分：用英文大写字母表示，如B因子、D因子、P因子、H因子等。裂解片段：小片段用a表示,如C3a;大片段用b表示,如C3b。酶活性成分：符号上划一横线,如C3bBb。灭活补体片段：符号前加 i 表示，如iC3b。 （3）补体的理化性质主要产生细胞为肝细胞和巨噬细胞。多数组分为糖蛋白。血清中各成分含量不等，C3含量最多，D因子最少。正常生理情况下，以非活化形式存在。性质不稳定，加热56，30min失活。二、补体系统的激活与调节1、补体系统的激活（1）经典激活途径:由抗原抗体复合物结合C1q启动。1.激活剂 Ag-Ab复合物( IgG、IgM )2.参与成分 C1C93.激活过程（三个阶段）1）识别阶段 C1q分子的C端球形结构是与Ig上的补体结合位点相结合的部位，它的启动可使C1r构型改变，成为具有活性的C1r并诱导C1s的活化，成为具有酯酶活性的C1s,在 Mg+存在下可启动补体活化的经典途径。 2）活化阶段 3）膜攻击阶段 膜攻击复合体（C5b6789n）形成细胞裂解（2）MBL激活途径:由MBL结合至细菌启动。1.激活剂：急性期蛋白 MBL(mannan-binding lectin) C反应蛋白（3）旁路激活途径:由病原微生物等提供接触表面，而从C3开始激活。1.激活剂 酵母、细菌的多糖成分（LPS）；凝聚的 IgA、IgG4等。 2.参与成分 B、 D、 P因子、C3、C5C9 3.替代途径激活过程启动阶段-C3转化酶激活阶段-C5转化酶效应阶段-共同末端通路补体三条激活途径的比较经典激活途径旁路激活途径MBL 途径激活物质抗原抗体复合物细菌的肽聚糖、酵母多糖、 脂脂多糖、凝聚的IgAMBL 相关的丝氨酸蛋白酶（ MASP ）起始分子C1q C3C4 、 C2参与成分C1 、 C4 、 C2 、 C3 、 C5C9 C3 、C5C9 、 B 因子、 D 因子 、 C2C9所需离子Ca2+ 、Mg2+Mg2+Ca2+C 3 转化酶C4b2bC3bBbC4b2b C 5 转化酶C4b2b3b C3bnBbC4b2b3b 生物学作用参与特异性免疫效应，感染后期发挥作用。参与非特异性免疫效应，感染早期发挥作用。参与非特异性免疫效应，感染早期发挥作用。2、补体激活的调节（1）自行衰变调节补体激活过程中的一些中间产物极不稳定，成为级联反应的重要自限因素。 C3 转化酶和C5转化酶不稳定 C3b,C4b,C5b不稳定 （2）调节因子的作用按其作用特点可分为三类： 防止或限制补体在液相中自发激活的抑制剂 抑制或增强补体对底物正常作用的调节剂 保护机体组织细胞免遭补体破坏作用的抑制剂三个环节：C1活化、C3转化酶形成、MAC组装 (C1INH、H、I等）三、补体系统的生物学活性补体系统的功能可分为两大方面：1、补体在细胞表面激活并形成MAC，介导溶细胞效应；2、补体激活过程中产生不同的蛋白水解片段，从而介导各种生物学效应。（1）调理作用与免疫粘附（2）炎症介质作用过敏毒素作用过敏毒素 C5a、C3a和C4aC5a、C3a 肥大细胞和嗜碱性粒细胞（C5aR、C3aR) 释放活性介质( 如组胺、白三烯及前列腺素等)过敏反应性病理变化。趋化作用 趋化因子C5a、C3a、 C4a 和 C5b67吞噬细胞向感染部位聚集炎症反应。激肽样作用 C2a、C4a能增强血管的通透性 炎性渗出、水肿。（3）清除免疫复合物Ag-Ab复合物（可溶性） C3b或C4b与血细胞（如红细胞、血小板）CR结合吞噬清除。（4）免疫调节作用C3b捕捉、固定抗原，促吞噬细胞等抗原提呈细胞处理和提呈；C3b与B细胞表面CR1结合促B细胞增殖分化。增强杀伤细胞的ADCC效应四、 血清补体异常与疾病1、补体的遗传缺陷（1）C1、C2、C4缺损发生系统性红斑狼疮。（2）C1INH缺陷遗传性血管神经性水肿。（3）I因子缺陷导致严重的反复细菌感染。2、补体含量增高炎症、肿瘤3、补体含量降低（1）补体消耗过多：血清病、肾小球肾炎、SLE、类风湿关节炎。（2）补体大量丧失：肾病综合症、大面积烧伤（3）补体合成不足：肝硬化、慢活肝。 第五章 主要组织相容性复合体（major histocompatibility complex, MHC)目的与要求：1、掌握主要组织相容性复合体及主要组织相容性抗原的概念。2、熟悉HLA复合体的基因组成；HLA的结构、分布与功能。3、了解HLA在医学上的意义。基本内容概述HLA复合体的基因结构HLA复合体的遗传特点HLA分子结构及其分布MHC的生物学功能HLA与医学一、 概述20世纪40年代发现小鼠近交系之间皮肤移植的排斥反应移植抗原或组织相容性抗原引起的免疫应答其中能引起强而迅速排斥反应的抗原被称为主要组织相容性抗原组织相容性抗原分布在不同染色体上的多个基因决定。基本概念：MHC（主要组织相容性复合体）：是脊椎动物某一染色体上编码主要组织相容性抗原、控制免疫细胞间相互识别、调节免疫应答的一组紧密连锁的基因群。小鼠的MHC：H-2复合体人的MHC：HLA复合体人的MHC：HLA复合体HLA（human leukocyte antigen) : 最初在人的白细胞上发现的HLA：即人类白细胞抗原，是人的MHC编码的抗原。概念区分： MHC、H-2复合体、HLA复合体-基因 MHC分子、H-2分子、HLA分子-抗原二、人类HLA复合体的基因结构 （一）定位 第6号染色体短臂（6p21,3） （二）分成三类基因区 1.类基因 经典：B、C、A位点 非典型：E、F、G位点等 2.类基因 经典：DP、DQ、DR位点 非典型：DN、DM、DO位点等 3.类基因 C4、C2、B因子、TNF、HSP70等 三、HLA复合体的遗传特征从遗传水平上调控免疫应答功能单元型遗传共显性遗传多态性连锁不平衡四、HLA分子的结构及其分布HLA 类分子HLA 类分子分布特点：广泛分布于各组织有核细胞及血小板和网织红细胞的表面，但在神经细胞、成熟的红细胞和滋养层细胞表面没有表达分布特点：主要分布于APC细胞、胸腺上皮细胞和活化的T细胞表面HLA I 和HLAII类分子结构比较肽链结构域抗原结合槽与T细胞CD分子结合递呈抗原分布五、MHC的生物学功能加工、递呈抗原启动、调节免疫应答诱导T细胞的成熟-功能性T细胞库的形成（T细胞在胸腺内的分化成熟）诱导同种异体移植排斥反应六、 HLA与临床医学HLA与器官移植HLA与疾病的关联HLA与亲子鉴定和法医学小 结概述：MHC，HLAHLA复合体的基因结构HLA复合体的遗传特点HLA分子结构及其分布MHC的生物学功能HLA与医学目的与要求：1、 掌握抗体产生的一般规律及意义2、 熟悉免疫应答的概念、类型及基本过程；体液免疫的概念及生物学效应；细胞免疫的概念及生物学效应。3、了解体液免疫和细胞免疫应答的过程；免疫耐受的概念及意义；免疫应答的调节