第九章 生物制品的免疫学基础

第九章生物制品免疫学基础 生物制品(biologicalproducts)是指用微生物(包括细菌、噬菌体、立克次体、病毒等)、微生物代谢产物、动物毒素、人或动物的血液或组织等经加工制成，作为预防、治疗、诊断特定传染病或其他有关疾病的免疫制剂。生物制品的定义 免疫学的基本概念非特异免疫特异性免疫诱导免疫细胞增生的其他成分抗原本章内容 人和动物机体识别自身（self）和非自身（nonself），并清除非自身的大分子物质，从而保持机体内、外环境平衡的一种生理学反应。Immunity---physiologicalabilityofhumansandanimalstorecognizeselfanddiminishnon-self一、免疫Immunity的基本概念 免疫的基本功能1.抵抗感染，defense指动物机体抵御病原微生物感染和侵袭的能力。免疫功能亢进变态反应（allergy）免疫功能低下或缺陷机会感染（opportunisticinfection）2.自身稳定，homeostasis清除机体产生的大量衰老死亡细胞功能异常自身免疫病（autoimmunedisease）3.免疫监视，Immunolgicalsurveillance肿瘤细胞的发现和清除功能低下或失调肿瘤（tumor）发生 免疫的基本特性1识别自身和非自身，recognitionofselfandnonself这是免疫应答的基础免疫细胞膜表面的抗原受体+外来抗原的表位识别很精细，包括异种之间，同种不同个体之间2特异性，specificity即免疫具有很强的针对性3免疫记忆，immunologicalmemory对相同抗原物质的再次进入具有记忆，会产生更快、更强的免疫应答。 机体的一般生理防卫功能，是在种系发育过程中形成的，由先天遗传而来，防卫任何外界异物对机体的侵入而不需要特殊的刺激或诱导。二、非特异免疫1、生理屏障①机械的阻挡和排除作用②分泌液中所含化学物质有局部抗菌作用③共生菌群1）皮肤与粘膜： 2）生理上的屏障结构体内的某些部位具有特殊的结构而形成阻挡微生物和大分子异物进入的局部屏障，对保护该器官，维持局部生理环境恒定有重要作用。①血胎屏障：由怀孕母体子宫内膜的基蜕膜和胎儿的绒毛膜滋养层细胞共同组成，当它发育成熟（一般在妊娠3个月）后，能阻挡病原微生物由母体通过胎盘感染胎儿，但并不妨碍母子间的物质交换。 ②血脑屏障：由介于血循环与脑实质间的软脑膜、脉络丛的脑毛细血管壁和包于壁外的胶质膜所组成，能阻挡病原生物和其他大分子物质由血循环进入脑组织和脑室。婴幼儿因其血脑屏障还未发育完善，故易患脑膜炎或流行性乙型脑炎等传染病 2、细胞因素主要是指体内的各种吞噬细胞吞噬病原体及其它各种异物的能力。吞噬细胞的种类：多形核白细胞和单核细胞吞噬细胞的功能：吞噬细胞具有吞噬入侵的病原微生物等颗粒的能力。 多形核白细胞：存在于血液和骨髓中，含大量溶菌酶，以嗜中性粒细胞最重要 巨噬细胞：存在于血液、淋巴和多种组织中的大型单核细胞具有吞噬作用、杀菌作用、抗原递呈作用、免疫调节作用、抗癌作用 (1)探针带来细菌入侵(2)吞噬细胞赶赴“现场”(3)消灭入侵恢复健康 3、体液因素正常体液和组织中抵抗病原体的成分：补体系统、干扰素、溶菌酶等存在于正常机体体液中的非特异性的血清蛋白，包括30余种蛋白质成分。通常以无活性形式存在于正常血清和体液中。补体能被任何的抗原-抗体复合物激活，由无活性形式转变为对病原体具有杀灭作用的活性形式，称为补体激活。补体系统 活化补体 1）识别阶段，RecognitionAg-Ab复合物C1qC1r活化C1s活化2）活化阶段，ActivationC3转化酶和C5转化酶的形成3）膜攻击阶段，Membraneattack---膜攻击复合体（C5b6789n）形成细胞裂解补体的激活过程（经典途径）： 补体的生物学功能：溶解和杀伤细胞；趋化作用；免疫粘附作用；中和病毒；过敏毒素（促进炎症）作用。 干扰素人天然干扰素基因工程干扰素IFN-αIFN-βIFN-γ白细胞成纤维细胞T淋巴细胞单个基因单个基因至少23个不同基因酸性环境中稳定酸性环境中稳定对酸不稳定重组α-干扰素、干扰素β、γ每一类干扰素根据蛋白质肽链的氨基酸数量或氨基酸序列的不同分成不同的亚型，如干扰素-α有24种亚型，其中包括干扰素-α2a、干扰素-α1b、干扰素-α2b、干扰素-α2c等。 IFN-a的抗病毒作用病毒病毒复制抑制病毒复制信号转导IFN-aIFN-诱导蛋白诱导刺激胞核胞核 三、特异性免疫机体在生命过程中接受抗原性异物刺激后（如微生物感染或接种疫苗）产生的免疫应答反应。特点：获得性、高度特异性、记忆性、个体差异性获得方式： 人工自动和被动免疫的比较比较类别人工自动免疫人工被动免疫产生免疫力的物质抗原现成的免疫抗体免疫力出现时间慢，要经过1~4周诱导期快，无需诱导期免疫力保持时间长（数月到数年）较短（2周到数月）用途主要用于预防主要应与治疗或应急预防 一类能接受抗原刺激，并引起特异性免疫反应的细胞。主要指T细胞和B细胞。T细胞：起源于骨髓，在胸腺中成熟，然后转移到外周淋巴器官，其功能是执行细胞免疫。1.免疫活性细胞 T细胞调节性T细胞效应性T细胞辅助性T细胞：促使B细胞活化为浆细胞抑制性T细胞：抑制其它T细胞和B细胞的活性迟发型超敏T细胞：结合抗原后释放淋巴因子，引起迟发型超敏反应细胞毒T细胞：杀死带抗原的靶细胞 Tc杀伤细胞 骨髓中的多能干细胞分化成淋巴细胞，再分化成前B细胞，进一步发育成为成熟B细胞。当受抗原刺激后，B细胞先转化为浆母细胞，再分化为浆细胞，产生并分泌抗体，进行体液免疫。B细胞 2.免疫分子：主要指抗原及抗体B细胞和T细胞表面有各自的特异性膜表面抗原受体，能识别不同的抗原并与之结合，启动特异性免疫。 抗体的基本结构抗体的类型抗体 重链（Heavychain，H链）：由420~440个氨基酸组成。根据重链恒定区抗原性的不同，将重链分为：γ、α、μ、δ、ε。由它们组成的Ig分别为：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。轻链（lightchain，L链）：由213~214个氨基酸。根据其结构和恒定区抗原性可分为两型：κ、λ型根据氨基酸变异程度不同，H链和L链又可分别分为恒定区（constantregion，C区）和可变区（variableregion，V区）。1）Ig单体基本结构 恒定区其氨基酸数量、种类、排列顺序及含糖量都比较稳定，故称为恒定区。可变区这个区的氨基酸排列顺序随抗体特异性不同而有所变化，故称为可变区。高变区在V区内，某些区域氨基酸残基的组成和排列顺序比V区内其他区域更易变化，这些区域称为高变区(Hypervariableregion,HVR)。三个高变区共同组成Ig的抗原结合部位，也称为互补性决定区（Complimentaritydeterminingregions,CDR）。 免疫球蛋白的功能区免疫球蛋白的功能区（domain）——Ig的多肽链分子折叠形成几个由链内二硫键连接成的环状结构，称之为domain。重链：IgG、IgA和IgD有4个功能区：VH、CH1、CH2、CH3。IgM、IgE有5个：VH、CH1、CH2、CH3、CH4轻链：2个，VL、CL 轻链重链免疫球蛋白的基本结构四条链对称结构 IgG于出生后3个月开始合成IgG多为单体，半衰期约为23天，占血清免疫球蛋白总量的75%～80%IgG1、IgG2和IgG3的CH2能通过经典途径激活补体通过Fc段与吞噬细胞表面FcR结合，发挥调理作用；与K细胞结合，发挥ADCC作用；与葡萄球菌A蛋白结合。具有抗菌、抗毒和抗病毒作用参与II、III型超敏反应2)IgG 为五聚体，是分子量最大的Ig，称巨球蛋白。IgM激活补体能力比IgG强IgM是个体发育过程最早能产生的抗体，胚胎晚期已能合成，新生儿脐带血中若IgM水平升高，表示该儿曾有宫内感染IgM是抗原刺激后出现最早的抗体，故检测IgM水平可用于传染病的早期诊断也可参与II、III型超敏反应3)IgMJ-chain 在正常人血清中的含量仅次于IgG，占血清免疫球蛋白含量的10-20％。按其免疫功能又分为血清型及分泌型两种。血清型IgA存在于血清中，其含量占总IgA的85％左右。血清型IgA虽有IgG和IgM的某些功能，但在血清中并不显示重要的免疫功能。分泌型IgA存在于分泌液中，如唾液、泪液、初乳、鼻和支气管分泌液、胃肠液、尿液、汗液等。分泌型IgA是机体粘膜局部抗感染免疫的主要抗体。故又称粘膜局部抗体。4)IgA IgD抗体是人类当今已知的抗体中最神秘的一种，其作用还不为人类所知。它主要出现在成熟的B淋巴细胞的表面上。可能与细胞识别有关，以便对应起相对的病原体进行免疫反应，也可能与B细胞的分化有关。其主要以跨模型存在于B细胞表面，而血清中分泌的含量极低。它的出现标志着B细胞成熟了。5)IgD 是正常人血清中含量最少IgCH2和CH3功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力Fcε受体结合，引起I型超敏反应6)IgE 3、免疫应答感应阶段反应阶段效应阶段 胸腺依赖性抗原（thymus-dependentantigen,TD-Ag):这类抗原须在抗原提呈细胞及TH细胞的参与下才能激活B细胞产生抗体。决大多数蛋白质抗原属于TD-Ag。胸腺非依赖性抗原（thymus-independentantigen,TI-Ag):这类抗原刺激B细胞产生抗体时不须T细胞辅助。少数的多糖抗原属于TI-Ag。 TD-Ag和TI-Ag的比较特性TD-AgTI-Ag化学特性蛋白质多糖结构特点结构复杂具有多种不同决定簇，既有半抗原决定簇又有载体决定簇结构简单具有重复出现的同一种抗原决定簇，无载体决定簇巨噬细胞参与需要多数不需要T细胞依赖性是否应答类型体液免疫和细胞免疫体液免疫诱导的Ig类型各类IgIgM免疫记忆形成不形成常见的抗原种类牛血清蛋白、卵白蛋白、类毒素肺炎球菌荚膜多糖、脂多糖、聚合鞭毛素 初次免疫应答：潜伏期长，抗体多为IgM，效价低，维持时间短再次免疫应答：潜伏期短，抗体以IgG为主，效价高，维持时间长 特点初次应答再次应答潜伏期长（约5天～数周）短（约为初次减半）到达平台期时间一般较长一般较短平台高度低高高平台维持时间较短较长下降期短（数天～数周）长（数月～数年）亲和力低高类别主要为IgM主要为IgG 四、抗原抗原的一般概念抗原的免疫原性抗原的特异性医学上重要的抗原 抗原 细菌细胞的包含的抗原表面抗原：细胞壁外层的抗原，主要是荚膜或微荚膜菌体抗原：细胞壁、细胞膜和细胞质中的抗原鞭毛抗原：存在于鞭毛上的抗原菌毛抗原：菌毛蛋白抗原外毒素和类毒素 1.抗原的概念抗原（antigen,Ag)：是一类能刺激机体免疫系统发生免疫应答，并能与相应免疫应答产物（抗体和致敏淋巴细胞)在体内外发生特异性结合的物质。抗原的两种特性：免疫原性和反应原性免疫原性（immunogenicity),能刺激机体发生免疫应答，产生抗体和致敏淋巴细胞的能力。反应原性（antigenicity),能与相应抗体或致敏淋巴细胞发生特异性结合的能力。凡具有免疫原性和反应原性的物质称为完全抗原。只有反应原性而不具有免疫原性的物质称为半抗原。半抗原+蛋白质——完全抗原赋予半抗原以免疫原性的蛋白质称为载体。 2.抗原的免疫原性抗原物质必须具备的条件：异物性一定的理化性状完整性 1）、异物性异物是指化学结构与宿主的自身成分相异或机体的免疫细胞从未与它接触过的物质。异物性的物质包括以下几类：①、异种物质如：马血清蛋白、各种微生物及其代谢产物对人体而言都是异种物质，具有强的免疫原性。②、同种异体物质如：ABO血型抗原、人类主要组织相容性抗原。③、自身抗原物质如：自身组织成分结构改变、隐蔽性自身成分暴露构成自身抗原。例如变性的γ－球蛋白因暴露新的抗原决定簇而获得抗原性，从而诱发自身抗体（类风湿因子）。 2）、一定的理化性状大分子胶体物质凡具有免疫原性的物质，分子量都较大，一般在10kDa以上,在一定范围内,分子量越大免疫原性越强。大于1000kDa为强抗原。一定的化学组成和结构从化学组成来看，凡含有芳香族氨基酸（尤其是酪氨酸）的蛋白质，其免疫原性较强。从结构来看，结构越复杂其免疫原性越强。分子构象与易接近性分子构象是指抗原分子中一些特殊化学基团的三维结构，它决定抗原分子是否能与淋巴细胞表面的抗原受体相互吻合。易接近性是指抗原分子的特殊化学基团与淋巴细胞表面相应的抗原受体相互接触的难易程度。 3）、完整性具有一定理化性状的物质须经非消化道途径进入机体（包括注射、吸入、混入伤口等），并接触淋巴细胞，才能成为良好抗原。如果是口服后可被消化酶水解成肽、氨基酸，破坏了其结构，就丧失了免疫原性。 影响抗原免疫应答的其他因素1）宿主方面的因素（1）遗传因素同种动物不同品系及不同个体对同种抗原产生不同强度的免疫应答。（2）其他因素年龄、性别与健康状态。 2）、免疫原的剂量及进入途径（1）剂量剂量不足或过多均不引起免疫应答。重复进入引起强免疫应答。（2）途径：皮内、皮下、肌肉、静脉、腹腔、呼吸道和口服免疫应答水平依次降低。（3）佐剂（adjuvant） 3.抗原的特异性抗原决定簇（基）载体决定簇和半抗原决定簇共同抗原和交叉反应 1）、抗原决定簇①、概念抗原决定簇（antigenicdeterminant,AD)是指抗原中决定抗原特异性的特殊化学基团，又称为表位（epitope)。表位的性质、数目和空间构象决定着抗原的特异性。抗原通过AD与相应淋巴细胞表面的抗原受体结合，激活淋巴细胞，引起免疫应答。②、种类和数量一个抗原分子可以有一种或多种不同的AD，一种AD决定着一种特异性，多种AD决定着多种特异性③、部位位于抗原表面的AD能直接被相应淋巴细胞所识别，称功能性决定簇，存在抗原分子内部的AD无激发免疫应答的功能，称隐蔽决定簇。只有经理化因素处理后，使之暴露可能成为新的功能决定簇。 ④、大小抗原决定簇的大小与相应抗体的抗原结合部位相当。一个蛋白质抗原决定簇含5-7个氨基酸残基一个多糖抗原决定簇含5-7个单糖一个核酸半抗原决定簇含6-8个核苷酸⑤、抗原结合价（antigenicvalence)是指能和抗体分子结合的抗原决定簇的总数。半抗原为一价天然抗原的分子结构复杂，分子表面有多个决定簇为多价 2）、载体决定簇与半抗原决定簇问题：单独应用半抗原不能诱导机体产生抗体，只有将半抗原与载体蛋白结合后，才能诱导机体产生抗体。半抗原为什么不能单独诱导机体产生抗体，而载体在诱导机体产生抗体上起什么作用呢? 载体-半抗原效应实验组初次免疫再次免疫抗DNP抗体1BSA-DNPBSA-DNP+++2BSA-DNPOA-DNP+3BSA-DNP+OAOA-DNP+++ 实验表明：初次免疫和再次免疫时，半抗原需要在相同的载体上才能使机体产生抗半抗原抗体，称为载体效应，说明载体不是单纯起运载半抗原的作用，其具有载体特异性。一个抗原分子具有载体决定簇和半抗原决定簇。在免疫应答中，B细胞识别半抗原决定簇，是抗体产生细胞，T细胞识别载体决定簇，是辅助B细胞产生抗体。半抗原决定簇又称B细胞决定簇；载体决定簇又称T细胞决定簇。 1 3）、共同抗原和交叉反应两种来源不同的抗原，除各有其主要的特异性抗原决定簇外，相互之间也存在部分相同的抗原决定簇，这种共有的抗原决定簇称为共同抗原。亲缘关系很近的生物之间存在的共同抗原称为类属抗原。无种属关系的生物之间存在的共同抗原称为异嗜性抗原。一种共同抗原刺激机体产生的抗体，可与其他含有共同抗原的物质发生结合反应，称为交叉反应。 伤寒杆菌肠炎杆菌人体人体抗体抗体交叉反应 4医学上重要的抗原各种病原微生物细菌的外毒素和类毒素动物血清同种异体抗原异嗜性抗原肿瘤抗原 异嗜性抗原：是一类与种属特异性无关的，存在于人、动物、植物或微生物之间的共同抗原。异嗜性抗原在医学实践中的意义：1、临床上常用异嗜性凝集反应辅助诊断疾病。如：引起原发性非典型肺炎的肺炎支原体与MG株链球菌间有异嗜性抗原。2、异嗜性抗原和某些疾病的发生有关。如：A族溶血性链球菌细胞壁的多糖抗原与心瓣膜的糖蛋白有共同抗原，链球菌的M蛋白与心肌成分有共同抗原，因此感染该菌可引起风湿性心脏病。 肿瘤抗原肿瘤抗原（tumorantigen)是指细胞在癌变过程中出现的新抗原物质的总称。肿瘤特异性抗原（tumorspecificantigen,TSA)是指仅表达于肿瘤组织而不存在正常组织中的抗原。 五、诱导免疫细胞增生的其他成分免疫佐剂丝裂原超抗原 1.免疫佐剂免疫佐剂—是非特异性的免疫增强剂，有些物质与抗原一起或预先注入机体，可增强机体对该抗原的特异性免疫应答或改变免疫应答类型。佐剂的种类：1、微生物及其产物：如分枝杆菌（结核杆菌、卡介苗）短小棒状杆菌、白日咳杆菌、革兰氏阴性菌的内毒素。2、无机化合物：氢氧化铝、明矾等3、合成佐剂：如双链多聚肌胞苷酸（polyI:C)4、油剂：如弗氏佐剂、矿物油、植物油 弗氏不完全佐剂（IFA)石蜡油+羊脂弗氏佐剂弗氏完全佐剂(CFA)石蜡油+羊毛脂+卡介苗抗原和佐剂的比例为1：1，由于佐剂是油剂，加抗原后要充分混合成乳剂。 佐剂的生物学作用：增加抗原的免疫原性，使无或微弱免疫原物质变成有效的免疫原。提高抗体的滴度，提高初次免疫应答和再次免疫应答抗体的滴度。改变抗体的类型，由产生IgM转变成IgG。引起或增强迟发型超敏反应。 佐剂的作用机制：改变抗原物理性状，延长抗原在体内存留的时间。刺激单核巨噬细胞增强其对抗原的处理和递呈能力。刺激淋巴细胞增生和分化，从而增强和扩大免疫应答的效应。 2.丝裂原：是从植物种子中提取的糖蛋白以及细菌的代谢产物，是非特异的多克隆淋巴细胞激活剂。T、B细胞表面均表达多种丝裂原的受体。在体外实验中丝裂原可刺激静止的淋巴细胞转化为淋巴母细胞，表现为体积增大，胞浆增多，DNA合成增加，出现有丝分裂等变化。实践中常用淋巴细胞对丝裂原刺激的反应，来检测机体免疫系统的功能状态。如：用PHA或ConA刺激的增生反应来测定T细胞功能：用SPA的反应来测定人B细胞的功能：用PWM来测定机体体液免疫和细胞免疫功能。 3.超抗原（Superantigen,SAg)：概念：超抗原由White等于1989年提出的，是一类由细菌外毒素和逆转录病毒蛋白构成的，能与多数T细胞结合并使其活化，极低浓度就能诱发最大的应答效应。由于这类物质具有强大的刺激T细胞活化的能力，故称为超抗原。 Superantigens（SAg）ConventionalAntigenMonoclonal/OligoclonalTcellresponse1:104-1:106SuperantigenPolyclonalTcellresponse1:4-1:10（2％～20％） 思考题本章结束！谢谢！1.作为抗原必须满足什么条件？影响免疫强弱的主要因素？2.什么是载体效应？3.什么是佐剂，了解佐剂在疫苗制备中的应用。