医学免疫学教程教学提纲.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。医学免疫学教程-医用免疫学第一章绪论免疫学发展简史免疫学是一门新兴的学科。它是研究机体免疫系统的组织结构和生理功能的科学。免疫系统的重要生理功能就是对“自己”和“非己”抗原的识别及应答。免疫系统在免疫功能正常的条件下，对“非己”抗原产生排异效应，发挥免疫保护作用，如抗感染免疫和抗肿瘤免疫。但在免疫功能失调的情况下，免疫应答可造成机体组织损伤，产生过敏性疾病。如打破对自身抗原的耐受，则可对自身抗原产生免疫应答，出现自身免疫现象，或造成组织损伤，就发生了自身免疫病。因此免疫系统以它识别和区分“自己”和“非己

2、”抗原分子的能力，起着排导和维持自身耐受的作用。运用免疫学理论和方法对相关疾病进行预防、诊断和治疗的研究也是当代免疫学研究中的重要领域。免疫系统是机体的一个重要的功能系统，担负着免疫防御、免疫监视与免疫自稳的功能。人类应用免疫学方法预防传染病的历史，可以追溯到16世纪中国医学家用人痘苗预防天花的伟大实践。此后，免疫学经历了经典免疫学时期、近代免疫学时期，从本世纪60年代起进入了现代免疫学的发展阶段。第一节免疫学的经验时期对人体免疫功能的认识首先从抗感染免疫开始。我国医学家通过对天花病长期临床实践过程中，对天花病的预防积累了丰富的经验，并创造性地发明了用人痘苗预防天花病的方法。这在天花病毒发现之

3、前，在医学科学尚未发展之时，实是一项伟大贡献，也是认识机体免疫性的开端。人痘法始于何时说法不一，但据我国医书考证，认为人痘法的文字记载见于宋真宗时代，即公元11世纪。但大量医书证明我国直到明代隆庆年间即公元16世纪人痘法才有重大改进。在种痘心法中记载有时苗和种苗之分，并认为后者更为安全可靠。在清代，即公元17世纪已在我国推广应用。在17世纪，不但我国实行人痘苗预防天花而且也引起邻国的注意，并很快地传入了俄国、朝鲜、日本、土耳其和英国等国家。无疑，人痘法为以后英国医生Jenner发明牛痘苗和法国免疫学家Pasteur发明减毒疫苗都提供了宝贵经验。第二节经典免疫学时期这一时期起始于18世纪末至20

4、世纪中。其特点是人们对免疫功能的认识从人体现象的观察进入了科学实验时期。它的发展是与微生物学的发展密切相关的，并成为微生物学的一个分支。这一时期内的重要成就如下述。1牛痘苗的发明继人痘苗之后，免疫学的一个重要发展首推牛痘苗的发明。它不但弥补了人痘苗的不足，并且可在实验室大量生产，于1804年传入我国后很快代替了人痘苗。牛痘苗的发明应归功于英国医生Jenner，他观察到挤奶女工在患过牛痘后不易得天花病的事实后，通过对牛痘苗人体的长期实验，确证接种牛痘苗后可以预防天花，并对人体无害。在1793年发表了他的牛痘苗著作，为人类传染病的预防开创了人工免疫的先声。2减毒疫苗的发明免疫学的发展自Jenner

5、发明牛痘苗之后，停滞了将近一个世纪。进入19世纪后微生物学在法国免疫学家Pasteur和德国细菌学家Koch等人的努力下得到了迅速发展。在方法学上创造性地解决了细菌的分离培养，从而能获得纯种细菌，为人工菌苗的制备创造了条件。Pasteur更有意识的研究获得减毒菌株的方法，通过系统的科学实验，终于发现了应用物理、化学以及生物学方法可获得减毒菌株。在1881年Pasteur应用高温培养法获得了减毒株，从而制备了炭疸菌苗。其后他又将狂犬病毒在兔体内经连续传代获得了减毒株，从而制备了炭疸菌苗。巴氏减毒菌苗的发明为实验免疫学建立了基础。3抗毒素的发明德国学者Behring和日本学者北里于1890年在Ko

6、ch研究所应用白喉外毒素给动物免疫，发现在其血清中有一种能中和外毒素的物质，称为抗毒素。将这种免疫血清转移给正常动物也有中和外毒素的作用。这种被动免疫法很快应用于临床治疗。Behring于1891年应用来自动物的免疫血清成功地治疗了一个白喉患者，这是第一个被动免疫治疗的病例。为此他于1902年获得了诺贝尔医学奖。4补体的发现19世纪末，继抗毒素之后，又限快发现了免疫溶菌现象。Pfeiffer（1894）用新鲜免疫血清在豚鼠体内观察到对霍乱弧菌的溶菌现象。Bordet发现如将新鲜免疫血清加热6030分钟可丧失溶能力。他认为在新鲜免疫血清内存在二种不同物质与溶菌作用有关。一种对热稳定的物质称为溶菌

7、素即抗体，有特异性，另一种对热不稳定的物质，可存在于正常血清中，为非特异性成分，称之为补体。它具有溶菌或溶细胞作用，但这种作用必需有抗体存在才能实现。5血清学方法的建立在抗毒素发现以后的10年中，相继在免疫血清中发现有溶菌素、凝集素、沉淀素等特异性组分，并能与其相应细胞或细菌发生反应。其后将多种不同的特异性反应物质统称之为抗体。将能引起抗体产生的物质统称之为抗原，自此建立了抗原、抗体的概念。在此期间建立了各种体外检测抗原、抗体反应的血清学技术如沉淀反应、凝集反应、补体结合反应等方法，为病原菌的鉴定和血清抗体的检查提供了可靠的方法。从而大大有助于传染病的诊断学和流行病学调查，而动物免疫血清的制备

8、又开创了被动血清疗法。6免疫化学的研究抗体发现后一方面对临床医学的诊断、治疗和预防起到了巨大的推动作用；另一方面对抗原、抗体的理化性质，抗原和抗体反应特异性的化学基础等问题引起了人们的极大兴趣，逐渐形成了免疫化学的研究领域。免疫化学研究初期首先从Landsteiner（1910）等人应用偶氮蛋白的人工结合抗原，研究抗原-抗体反应特异性的化学基础开始的。Heidelberger等人用肺炎球菌荚膜多糖抗原进行了抗原和抗体反应的定量研究。Marrack（1934）提出了关于抗原抗体反应格子学说，从理论上解释了血清学反应象。Tiselius和Kabat(1938)建立了血清蛋白电泳技术，从而证明了抗体

9、活性存在于血清丙种球蛋白部分，其后建立了分离纯化抗体球蛋白的方法为抗体理化性质的进一步研究建立了基础。此后研究的重点转向对抗体分子的结构与功能的研究。在40年代还建立了蛋白质抗原性分析的新方法，如Elek、Oudin及Ouchterlony等人建立的凝胶扩散法。Grubar(1953)等人建立的免疫电泳技术促进了对蛋白质抗原性的免疫化学分析，从而发现了抗体分子的不均一性。使抗体的纯化遇到了困难，因而对抗体分子结构与功能的研究进展缓慢，直到免疫生物学的进一步发展，对抗体分子不均一性有了本质的了解，改进了研究材料，才使抗体分子结构与功能研究取得了重大进展。7抗体生成理论的提出Ehrlich在Beh

10、ring工作的基础上创造性地提出了关于抗体产生的学说。在1897年他首先提出了抗体生成的侧链学说，也是受体学说的首创者。他认为抗毒素分子存在于细胞表面上，当外毒素进入体内后与之特异结合，并刺激细胞产生更多的抗毒素分子，自细胞表面脱落入血流即是抗毒素。他的学说在当时未能得到大多数免疫学家的支持，并遭到一些学者的责难，致使他的学说长期淹没无闻。在30年代Haurowitz等人认为抗体分子的结构是在抗原直接影响下形成的，并提出了抗体生成的模板学说(templatetheory)。在分子遗传学的影响下Pauling等人又进一步对模板学说进行了修正，认为抗原是通过干扰胞核DNA而间接影响下形成的，并提出

11、了抗体生成的模板学说(tenplatetheory)。在分子遗传学的影响Pauling等人又进一步对模板学说进行了修正，认为抗原是通过干扰胞核DNA而间接影响抗体分子的构型，提出了间接模板学说。总之这一学说不承认产生抗体的细胞在其膜上具有识别抗原的受体，而是以抗原为主导，决定了抗体的特异结构。这一学说主宰了以后近30年的免疫学进展。它比较片面地强调了抗原对机体免疫反应的作用，而忽视了机体免疫反应的生物学过程。回避了机体免疫反应的基本生物学规律棗“自己”与“非己”的识别作用，从而忽视了对免疫生物学应有的重视与研究。直到细胞系选择学说提出后才使免疫学又有了新的进展。第三节近代免疫学时期由于在免疫学

12、发展的早期形成了牢固的抗感染免疫的概念，以及模板学说的影响，使人们对机体免疫性的认识存在片面性，也使免疫学的进一步发展受到束缚。把机体免疫反应性视为单纯的化学过程，还是生物学过程？机体免疫反应是对外源抗原的特有反应，还是机体对“自己”与“非己”识别的普遍生物学现象？这是从认识免疫现象开始就存在着的分歧。由于近代免疫生物学的进展和细胞系选择学说的提出，才使这些问题获得比较正确的解答。同时对生物机体的免疫反应性也有了比较全面的认识，这一时期自20世纪中至60年代有下述一些主要发现。1细胞转移迟发型超敏性的成功Koch在发现结核杆菌之后，企图用结核杆菌给患者皮下再感染以期达到免疫治疗的目的，结果相反

13、，却引起局部组织坏死，称之为Koch现象。这一现象具有特异性但与抗体产生无关。直到Chase等人(1942)对Koch现象进行了深入研究，证明用致敏豚鼠血清转移给正常动物不能引起结核菌素反应，而用细胞转移则能引起阳性反应。首先证明了结核菌素反应不是由抗体引起，而是由致敏细胞引起，从而证明了机体免疫性除能产生体液免疫外还能形成细胞免疫。2.免疫耐受现象的发现Owen(1945)发现自异卵双生的二头小牛个体内有二种血型红细胞共存，称之为血型细胞镶嵌现象。这种不同血型细胞，在彼此体内互不引起免疫反应，把这种现象称之为天然耐受。这是一个重要的发现，同时也提出一个耐人深思的问题。为什么在胚胎期接受异种抗

14、原刺激，不引起免疫反应而形成免疫耐受现象？Burnet从生物学角度提出了一种假说说明这个现象。他认为宿主淋巴细胞有识别“自己”与“非己”的能力。如在机体免疫功能成熟之前引入异物，可作为“自己”成分加以识别，故在成体后对该异物即不引起免疫反应。其后Billingham和Medawar等人（1953）在小鼠体内成功地进行了人工诱导耐受实验，给予Burnet学说以有力支持。自此经典免疫学的观点受到严重挑战，人们开始注意研究免疫生物学问题了。使免疫学的发展进入了一个新的时期，即免疫生物学时期。3抗体生成克隆（或细胞系）选择学说的提出澳大利亚免疫学家Burnet以生物学及分子遗传学的发展为基础，在Ehr

15、lich侧链学说和Jerne等天然抗体选择学说的影响下，以及人工耐受诱导成功的启发下，于1958年提出了关于抗体生成的克隆选择学说。这一学说的基本观点是把机体的免疫现象建立在生物学的基础上，他的基本观点如下：认为机体内存在有识别多种抗原的细胞系，在其细胞表面有识别抗原的受体；抗原进入体内后，选择相应受体的免疫细胞使之活化、增殖最后成为抗体产生细胞及免疫记忆细胞；胎生期免疫细胞与自己抗原相接触则可被破坏，排除或处于抑制状态，因之成体动物失去对“自己”抗原的反应性，形成天然自身耐受状态，此种被排除或受抑制的细胞系称为禁忌细胞系；免疫细胞系可突变产生与自己抗原发生反应的细胞系因之可形成自身免疫反应。

16、此学说不仅阐明了抗体产生机制，同时对许多重要免疫生物学现象都做了解答。如对抗原的识别、免疫记忆的形成、自身耐受的建立以及自身免疫的发生等现象。此学说已被免疫学者所接受，促进了现代免疫学的发展。4免疫学技术的发展在此期间改进了血清学技术，建立了间接血凝反应，以及免疫标记技术等，大大促进了免疫学基础理论研究和临床应用。第四节现代免疫学时期自天然耐受现象的发现，克隆选择学说的提出为免疫生物学的发展奠定了理论基础，使现代免疫学的发展方向发生了重大变化。使免疫学从抗感染免疫的概念中解脱出来，进而发展为生物机体对“自己”和“非己”的识别，藉以维持机体稳定性的生物学概念。这一发展时期自60年代迄今发现了胸腺

17、的免疫功能，确认了淋巴细胞系是重要的免疫细胞，阐明了免疫球蛋白的分子结构与功能。从器官、细胞和分子水平揭示了机体另一重要生理系统，即免疫系统的存在。30余年来，对免疫系统结合与功能的研究不断取得突破性进展，对生物学和医学的发展都产生了深远的影响。在此阶段有下述一些重要进展。一、60年代的重要发现Glick(1957)发现早期摘除鸡的腔上囊组织可影响抗体的产生。首先证明了腔上囊组织的免疫功能。60年代初Miller和Good分别在哺乳类动物体内进行早期胸腺摘除，证明了胸腺的免疫功能。Gowan(1965)首先证明了淋巴细胞的免疫功能。Claman、Mitchell等人(1969)提出了T和B细胞

18、亚群的概念。Cooper等人证明了免疫淋巴细胞在周围淋巴组织的分布。自此建立了在高等动物体内免疫系统的组织学和细胞学基础。在人体内，从先天无胸腺症患者胞亚群。在此期间对抗体分子的结构研究取得了突破性进展。自40年代确定了抗体的血清球蛋白性质后，便集中精力研究抗体的分子结构与生物功能。50年代Porter和先天性无丙种球蛋白血症患者也证明了胸腺的免疫功能和存在二类淋巴细用木瓜蛋白酶水解抗体球蛋白分子，获得了具有抗体活性的片段和易结晶片段。其后Edelman用化学还原法证明抗体球蛋白是由多肽链组成，用抗原分析法证明了抗体分子的不均一性。60年代初统一了抗体球蛋白的名称，并建立了免疫球蛋白的分类，即

19、IgG、IgM和IgA三类。Rowe(1965)自骨髓瘤患者的血清内发现了IgD，石板(1966)自枯草热患者的血清中发现了IgE。自此关于Ig分子的结构和生物活性的研究便成为免疫化学的中心课题。二、70年代的重要发现1免疫应答细胞进入70年代Pernis等用免疫荧光法证明了淋巴细胞膜Ig受体存在并认为是B细胞的特征。Feldman等用半抗原载体效应证明了T和B细胞在抗体产生中的协同作用。Unanue等证明了巨噬细胞在免疫应答中的作用，它是参与机体免疫应答的第三类细胞。从而证明了机体免疫应答的发生是由多细胞相互作用的结果，并初步揭示了B细胞的识别、活化、分化和效应机制，使免疫学的研究进入细胞生

20、物学和分子生物学的领域。2.T细胞亚类的发现70年代还进一步证明在动物和人周围血循环内存在有功能相异的T细胞亚类。Mitchison等证明了辅助性T细胞的存在。Gershon等证明了抑制性T细胞的存在，它们对免疫应答的调节起着重要作用。Cantor等用小鼠细胞膜Ly异型抗原，可将细胞分成不同亚类，并证明它们具有不同生物学功能。这一发现提示用膜抗原分析法可用以鉴定不同T细胞亚类。总之，以T细胞为中心的免疫生物学研究，是70年代免疫学研究最活跃的领域之一。对于T细胞的发生、分化与功能研究，对T细胞亚类的鉴别以及对T细胞抗原识别受体的研究都取得了较大的进展。3免疫网络学说的提出这一学说是Jerne(

21、1972)根据现代免疫学对抗体分子独特型的认识而提出的。这一学说认为在抗原刺激发生之前，机体处于一种相对的免疫稳定状态，当抗原进入机体后打破了这种平衡，导致了特异抗体分子的产生，当达到一定量时将引起抗Ig分子独特型的免疫应答，即抗独特型抗体的产生。因此抗抗体分子在识别抗原的同时，也能被其抗独特型抗体分子所识别。这一点无论对血流中的抗体分子或是存在于淋巴细胞表面作为抗原受体的Ig分子都是一样的。在同一动物体内一组抗体分子上独特型决定簇可被另一组抗独特型抗体分子所识别。而一组淋巴细胞表面抗原受体分子亦可被另一组淋巴细胞表面抗独特型抗体分子所识别。这样在体内就形成了淋巴细胞与抗体分子所组成的网络结构

22、。网络学说认为，这种抗独特型抗体的产生在免疫应答调节中起着重要作用。使受抗原刺激增殖的克隆受到抑制，而不至于无休止地进行增殖，藉以维持免疫应答的稳定平衡。三、80年代的重要发现1抗体多样性遗传控制进入80年代在分子免疫学的研究方面取得了重大进展。首先是在抗体多样性遗传控制的研究取得了突破性进展。关于Ig合成的遗传学问题早在60年代Dreyer和Bennet等曾提出一假设，他们认为编码Ig肽链的基因是由二种基因组成。并且在胚胎期是彼此分隔的，在B细胞分化发育过程中才彼此拼接在一起。他们是第一个推测真核细胞的基因可能是彼此分离的，必需在细胞分化过程中发生重排和拼接在一起才能表达。日本学者利根川进和

23、Leder等应用分子杂交技术证明并克隆出编码Ig分子V区和C区基因。同时应用克隆cDNA片段为探针证明了B细胞在分化发育过程中编码Ig基因结构阐明了Ig抗原结合部位多样性的起源，以及遗传和体细胞空变在抗体多样性形成中的作用，为此利根川进获得了1987年诺贝尔医学奖。2T细胞抗原受体的证明在80年代由于生物技术的发展，已能在体外建立抗原特异性T细胞克隆以及细胞和分子杂交技术的应用，为在分子水平和基因水平研究T细胞受体的性质创造了良好的条件。首先是应用抗T细胞克隆型单克隆抗体结合免疫化学技术，Meur等人几乎同时（1983）证实了小鼠和人T细胞表面抗原受体的存在，并分离出这种受体分子。研究其化学性

24、质，证明T细胞受体分子是由异二聚体肽链组成，由和链藉二硫链相连接在一起。通过对不同T细胞克隆受体肽图的比较研究，发现二条肽链均具有与Ig肽链相似的可变区（V）和稳定区（C）结构。Reinherz等应用抗人T细胞克隆抗体研究人T细胞受体也获得了相似的结果。他将这种被克隆型单克隆抗体识别的T细胞表面分子称为Ti分子，并证明它与抗原识别有关。故Ti分子被认为是人T细胞表面的抗原识别受体。据此Reinherz于1984年提出了关于人T细胞抗原受体构型设想，认为T细胞抗原受体是由异二聚体组成的单一受体，能同时识别异种抗原分子和自己MHC分子。对T细胞抗原受体研究的另一突破性进展是应用分子杂交技术分离出编

25、码T细胞受体的基因。Davis于1984年首先分离出小鼠T细胞受体的基因，并获得了一个cDNA克隆（TM36），从其预测的肽图分析与经免疫化学法分离的T细胞受体肽图（链）相一致，从而认为它是鼠T细胞受体链的基因。Yanagi等几乎同时自人T细胞白血病株获得一个cDNA克隆（YT35），经证明是人T细胞受体链的基因。其后经核苷酸序列分析证明T细胞受体基因与Ig重链相似，亦由V、D、J、及C基因片段组成，也存在基因重排现象。但Orcia证明人链基因定位于第17对染色体，鼠则定位于第6对染色体上。而编码Ig的基因则定位于其它染色体上，所以编码Ig的基因与T细胞受体基因是二组完全不同的基因。Chien

26、和Saito于1984年分别从小鼠T细胞中分离出编码T细胞受体的另一组基因，即基因，亦具有多样性和重排现象。其编码肽链也含有V区和C区。不难看出，应用抗T细胞克隆型单克隆抗体对T细胞受体在蛋白质分子水平的研究结果与用分子杂交技术在基因水平的研究结果是一致的。3细胞因子研究进展在过去的10年中对一系列细胞因子的鉴定及其分子生物学的研究进展。是80年代免疫学最为瞩目的成果之一。细胞因子是一组异质性肽类细胞调节因子。包括淋巴因子、单核因子、白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、集落刺激因子和转化生长因子等。它们是由体内各种免疫细胞和非免疫细胞产生。具有多种生理功能，如介导细胞的相互作用，促进和调节细胞的

27、活化、增殖、分化和效应功能。它们也涉及相关疾病的病理生理作用，也具有临床治疗应用的潜在可能性。仅在数年前，人们还只能从细胞培养液中提取有限数量的细胞因子进行功能和结构研究，而现在可通过基因工程技术在原核或真核细胞中进行表达，可以获得纯化的重组型细胞因子，并可进行批量生产，供实验研究和临床应用。4免疫学技术的发展在80年代开创了许多新的生物学技术用于免疫学研究，大大促进了免疫学发展。细胞融合技术：1975年Kohler和Milstein首先报道应用小鼠骨髓瘤细胞和经绵羊红细胞致敏的小鼠脾细胞融合。结果发现一部分融合的杂交细胞既能继续生长，又能分泌抗羊红细胞抗体，将这种杂交细胞系统称为杂交瘤。这是

28、一项突破性生物技术，应用这种方法可制备单一抗原决定簇的单克隆抗体，为生物科学和医学的研究提供了广阔的应用前景。T细胞克隆技术的建立：Morgan等（1976）首先证明了T细胞生长因子在体外培养条件下可刺激T细胞克隆长期生长，在过去10年中应用T细胞克隆技术已建立了一系列抗原特T细胞克隆用以研究T细胞受体、淋巴因子的分泌以及细胞间协同作用等方面的研究，为细胞免疫学的发展做出了巨大贡献。转基因技术的应用：转基因技术也是近年来生物技术中一项重大突破成就。它的建立使动物不必通过有性杂交即能获得新的基因，开创了一条新途径。它的基本原因是将外源基因导入哺乳类动物的受精卵或其早期胚胎，然后分析胚胎或其后代组

29、织中的基因表达。目前主要以小鼠为模型构建和培育不同性状的转基因鼠已在许多研究领域中得到应用。分子杂交技术的应用：分子杂交的原则是根据双链核酸分子经高温解链，可分开为二条互补的单链。恢复原温度又可使原来的双链结构聚合。二条不同单链分子根据碱基配对的原则，只要它们的碱基序列同源，即碱基完全互补或部分互补，就可发生全部或部分复性，此即核酸杂交。通常二种待杂交的分子之一是已知的，并可预先用放射性同位素或生物素进行标记，称为分子探针。以此探针识别或钓出另一种核酸分子中与其同源部分，即目的基因或靶基因。它有极高的特异性和敏感性，其实验方法可分为吸印杂交法(southernblot)，斑点杂交法和原位杂交。

30、这一方法已广泛用于分子生物学和分子遗传学的研究。分子遗传学的理论和分子杂交技术也大大促进了分子免疫学的发展。目前已开展了对免疫球蛋白分子、T细胞受体分子、补体分子、细胞因子以及MHC分子等的基因结构、功能及其表达机制的研究。对一些细胞因子通过基因工程已获得了纯化和有活性的重组分子，为进一步研究免疫分子的结构与功能以及临床诊断和治疗提供了理想的制剂。第五节免疫学在生物学和医学发展中的作用一、免疫学与医学免疫学的发展及其向医学各学科的渗透，产生了许多免疫学分支学科和交叉学科，如免疫理学、免疫遗传学、免疫药理学、免疫毒理学、神经免疫学、肿瘤免疫学、移植免疫学、生殖免疫学、临床免疫学等。这些分支学科的

31、研究极大地促进了现代生物学和医学的发展。免疫学的发展必将在恶性肿瘤的防治、器官移植、传染病的防治、免疫性疾病的防治、生殖的控制，以及延缓衰老等方面推动医学的进步。二、免疫学与生物学免疫系统对自己与非己的识别，以及对自己成分的免疫耐受和对非已成分的免疫应答，都涉及细胞间的信息传递、细胞内信号传导和能量转换等生命过程的基本特性。免疫系统的功能受遗传控制。目前对机体各种生理功能的遗传控制还知之甚少。免疫遗传学的研究第一次揭开了机体生理功能系统的遗传控制机制。这对在基因水平研究机体的生理功能具有重要意义。免疫细胞在发育成熟的过程中都伴随有膜表面标志的变化。在发育的任何阶段发生恶性变的免疫细胞，都具有其

32、固有的、特定的膜标志。这些不同分化阶段的恶性肿瘤细胞是研究细胞恶性变机制的理想模型，对研究恶性肿瘤发生学具有重要意义。MHC基因复合体的结构和功能研究、免疫球蛋白基因表达的等位排斥现象的研究、免疫球蛋白以及其他免疫分子基因的研究、对DNA结合蛋白调节细胞因子表达的研究等都大大地丰富了分子生物学的研究内容，促进了对真核细胞基因结构和表达调控的认识。免疫学技术的发展，为生命科学的研究提供了有力的手段。单抗的应用给生物科学的发展带来了突破性的变革；免疫组化技术与分子杂交技术的结合，使得对基因及其表达的研究可达到定量、定性、定位的程度。显然，免疫学在生物学的发展中具有重要作用。三、免疫学与生物技术的发

33、展回顾免疫学的发展历史，可以清楚地看到，免疫学每一步重要进展都推动着生物技术的发展。上世纪末本世纪初，免疫学在抗感染方面的巨大成功，促进了生物制品产业的发展。人工主动免疫和被动免疫的应用，有力地控制了多种传染病的传播。在过去30年中，免疫学的巨大进展在更深的层次和更广阔的范围内，推动了生物高技术产业的发展。用细胞工程产生的单克隆抗体，用基因工程产生的细胞因子为临床医学提供了一大类具有免疫调节作用的新型药物。这些新型药物主要着重于调节机体的免疫功能，则副作用较少，因而在多种疾病的治疗上具有传统药物所不可替代的作用。目前以免疫细胞因子和单克隆抗体为主要产品的生物高技术产业，已成为具有巨大市场潜力的

34、新兴产业部门。第一篇免疫系统的组织结构随着现代免疫学的发展，已证明在高等动物和人体内存在一组复杂的免疫系统。它的生理功能主要是识别区分“自己”与“非已”成分，并能破坏和排斥“非已”成分，而对“自己”成分则能开成免疫耐受，不发生排斥反应，以维持机体的自身免疫稳定。免疫系统是由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成。免疫器官根据它们的作用，可分为中枢免疫器官和周围免疫器官。禽类的法氏囊（腔上囊）、哺乳类动物和人的胸腺和骨髓属于中枢免疫器官。骨髓是干细胞和B细胞发育分化的场所，法氏囊是禽类B细胞发育分化的器官。胸腺是T细胞发育分化的器官。脾和全身淋巴结是周围免疫器官，它们是成熟T和B细胞定居的部位，也是发

35、生免疫应答的场所。此外，粘膜免疫系统和皮肤免疫系统也是重要的局部免疫组织。免疫细胞的广义的概念可包括造血干细胞、淋巴细胞系、单核吞噬细胞系、粒细胞系、红细胞以及肥大细胞和血小板等。免疫分子可包括免疫细胞膜分子，如抗原识别受体分子、分化抗原分子、主要组织相容性分子以及一些其它受体分子等。也包括由免疫细胞和非免疫细胞合面和分泌的分子，如免疫球蛋白分子、补体分子以及细胞因子等。表免疫系统的组织结构免疫器官免疫细胞免疫分子中枢周围膜型分子分泌型分子法氏囊（禽类）脾淋巴结干细胞系淋巴细胞系T细胞抗原识别受体（TCR）免疫球蛋白分子（Ig分子）胸腺粘膜免疫系统单核吞细胞系B细胞抗原识别受体（BCR）补体分

36、子（C分子）骨髓皮肤免疫系统其它免疫细胞白细胞分化抗原（CD分子）主要组织相容性分子（MHC分子）其它受体分子细胞因子（CKs）第二章免疫球蛋白分子抗体分子（antibody,Ab）是由浆细胞合成和分泌的，而每一种浆细胞克隆可以产生一种特异的抗体分子，所以血清中的抗体是多种抗体分子的混合物，它们的化学结构是不均一的，而且含量很少，不易纯化，是抗体分子结构分析的困难。多发性骨髓瘤是由浆细胞无限增殖形成的细胞克隆，由于所有瘤细胞的遗传特性相同，因此它们合成和分泌的蛋白质分子在化学结构上是均一的。这种蛋白分子存在于血液中的称为骨髓瘤蛋白（meylomaprotein,M）或M蛋白，亦可在尿液中发现称

37、为本周蛋白(BenceJones,BJ)由于这种蛋白分子含量很高，极易纯化，故为Ig分子结构的展使得对Ig分子结构、理化性质、抗原性、生物学活性以及其基因结构等方面的研究者有了重大突破。第一节抗体的发现及其特性一、抗体的发现在免疫学发展的早期人们应用细菌或其外毒素给动物注射，经一定时期后用体外实验证明在其血清中存在一种能特异中和外毒素毒性的组分称之为抗毒素，或能使细菌发生特异性凝集的组分称之为凝集素。其后将血清中这种具有特异性反应的组分称为抗体（antibody,Ab）,而将能刺激机体产生抗体的物质称之为抗原（antigen,Ag）。由此建立了抗原与抗体的概念。1890年德国学者Behuing

38、和日本学者北里用白喉杆菌外毒的组分称为抗毒素，这是在血清中发现的第一种抗体。这种含有抗体的血清称之为免疫血清。二、抗体的理化性质1抗体是球蛋白早在40年代初期Tiselius和Kabat就证实了抗体活性与血清丙种球蛋白组分相关。他们用肺炎球菌多糖免疫家兔，可获得高效价免疫血清。然后加入相应抗原吸收以除去抗体，将去除抗体的血清进行电泳图谱分析，发现丙种球蛋白（-G）组分明显减少，从而证明了抗体活性是存在于丙种球蛋白内。图2-1兔血清电泳分离图其后，经对不同免疫血清的电泳分析，超速离心分析和分子量测定等方法，发现大部分抗体活性存在于球蛋白内，但有小部分抗体活性可存在于球蛋白内。它们的离心常数分别为

39、7S和平共处9S，分子量分别为16万和万。因此它们分别被命名为7S球蛋白分子（16万）19S,2巨球蛋白分子(2M,90万)和2A球蛋白分子，所以从早期对抗体性质的研究证明抗体不是由均质性球蛋白组成，而是由异性球蛋白组成。图2-2不同类免疫球收白的电泳分离图2免疫球蛋白为了准确描述抗体蛋白的性质，在60年代初提出将具有抗体活性的球蛋白称为免疫球蛋分子（immunoglobulin,lg）。球蛋白则必称为IgG,2M称为IgM,而2A称为IgA。其后又相继发现二类Ig分子，分别称为IgE和IgD。故在血清中现已发现有五类免疫球蛋白分子，它们的结构与功能是各不相同的。三、抗体的生物学活性1抗体与抗

40、原的特异性结合刺激抗体产生的物质称为抗原，抗体分子与其相应的抗原发生结合称为特异性结合。例如，白喉抗毒素只能中和白喉杆菌外毒素，而不能中各破伤风外毒素，反之亦然。2抗体与补体的结合在一定条件下，抗体分子可以与存在于血清中的补体分子相结合，并使之活化，产生多种生物学效应，称之为抗体的补体结合现象，揭示了抗体分子与补体分子间的相互作用。3抗体的调理作用抗体的第三种功能是可增强吞噬细胞的吞噬作用。在体外的实验中，如将免疫血清中加入中性粒细胞的悬液中，可增强对相应细胞的吞噬作用，称这种现象为抗体的调理作用。自此揭示了抗体分子与免疫细胞间的相互作用。为了说明抗体分子这些生物学功能，必须进一步了解抗体分子

41、的结构与功能的关系。第二节免疫球蛋白分子的结构与功能一、免疫球蛋白分子的基本结构Porter等对血清IgG抗体的研究证明，Ig分子的基本结构是由四肽链组成的。即由二条相同的分子量较小的肽链称为轻链和二条相同的分子量较大的肽链称为重链组成的。轻链与重链是由二硫键连接形成一个四肽链分子称为Ig分子的单体，是构成免疫球蛋白分子的基本结构。Ig单体中四条肽链两端游离的氨基或羧基的方向是一致的，分别命名为氨基端（N端）和羧基端（C端）。图2-3免疫球蛋白分子的基本结构示意图（一）轻链和重链由于骨髓瘤蛋白（M蛋白）是均一性球蛋白分子，并证明本周蛋白（BJ）是Ig分子的L链，很容易从患者血液和尿液中分离纯化

42、这种蛋白，并可对来自不同患者的标本进行比较分析，从而为Ig分子氨基酸序列分析提供了良好的材料。1轻链（lightchain,L）轻链大约由214个氨基酸残基组成，通常不含碳水化合物，分子量约为24kD。每条轻链含有两个由链内二硫键内二硫所组成的环肽。L链共有两型：kappa()与lambda()，同一个天然Ig分子上L链的型总是相同的。正常人血清中的：约为2：1。2重链（heavychain,H链）重链大小约为轻链的2倍，含450550个氨基酸残基，分子量约为55或75kD。每条H链含有45个链内二硫键所组成的环肽。不同的H链由于氨基酸组成的排列顺序、二硫键的数目和们置、含的种类和数量不同，其

43、抗原性也不相同，根据H链抗原性的差异可将其分为5类：链、链、链、链和链，不同H链与L链（或链）组成完整Ig的分子分别称之为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。、和链上含有4个肽，和链含有5个环肽。（二）可变区和恒定区通过对不同骨髓蛋白或本周蛋白H链或L链的氨基酸序列比较分析，发现其氨基端（N-末端）氨基酸序列变化很大，称此区为可变区（V），而羧基末端（C-末端）则相对稳定，变化很小，称此区为恒定区。1可变区（variableregion,V区）位于L链靠近N端的1/2（约含108111个氨基酸残基）和H链靠近N端的1/5或1/4（约含118个氨基酸残基）。每个V区中均有一个由链内二硫键连接

44、形成的肽环，每个肽环约含6775个氨基酸残基。V区氨基酸的组成和排列随抗体结合抗原的特异性不同有较大的变异。由于V区中氨基酸的种类为排列顺序千变万化，故可形成许多种具有不同结合抗原特异性的抗体。L链和H链的V区分别称为VL和VH。在VL和VH中某些局部区域的氨基酸组成和排列顺序具有更高的变休程度，这些区域称为高变区（hypervariableregion,HVR）。在V区中非HVR部位的氨基酸组面和排列相对比较保守，称为骨架区（fuameworkrugion）。VL中的高变区有三个，通常分别位于第2434、5065、95102位氨基酸。VL和VH的这三个HVR分别称为HVR1、HVR2和HVR

45、3。经X线结晶衍射的研究分析证明，高变区确实为抗体与抗原结合的位置，因而称为决定簇互补区（complementarity-determiningregi-on,CDR）。VL和VH的HVR1、HVR2和HVR3又可分别称为CDR1、CDR2和CDR3，一般的CDR3具有更高的高变程度。高变区也是Ig分子独特型决定簇（idiotypicdeterminants）主要存在的部位。在大多数情况下H链在与抗原结合中起更重要的作用。图2-4与表位结合高变区示意图（G表示相对保守的甘氨酸）2恒定区（constantregion,C区）位于L链靠近C端的1/2（约含105个氨基酸残基）和H链靠近C端的3/4

46、区域或4/5区域（约从119位氨基酸至C末端）。H链每个功能区约含110多个氨基酸残基，含有一个由二锍键连接的5060个氨基酸残基组成的肽环。这个区域氨基酸的组成和排列在同一种属动物Ig同型L链和同一类H链中都比较恒定，如人抗白喉外毒素IgG与人抗破伤风外毒素的抗毒素IgG，它们的V区不相同，只能与相应的抗原发生特异性的结合，但其C区的结构是相同的，即具有相同的抗原性，应用马抗人IgG第二体（或称抗抗体）均能与这两种抗不同外毒素的抗体（IgG）发生结合反应。这是制备第二抗体，应用荧光、酶、同位毒等标记抗体的重要基础。（三）功能区Ig分子的H链与L链可通过链内二硫键折叠成若干球形功能区，每一功能

47、区（domain）约由110个氨基酸组成。在功能区中氨基酸序列有高度同源性。1L链功能区分为L链可变区（VL）和L链恒定区（CL）两功能区。2H链功能区IgG、IgA和IgD的H链各有一个可变区（VH）和三个恒定区（CH1、CH2和CH3）共四个功能区。IgM和IgE的H链各有一个可变区（VH）和四个恒定区（CH1、CH2、CH3和CH4）共五个功能区。如要表示某一类免疫蛋白H链恒定区，可在C（表示恒定区）后加上相应重链名称（希腊字母）和恒定区的位置（阿拉伯数字），例如IgG重链CH1、CH2和CH3可分别用C1、C2和C3来表示。IgL链和H链中V区或C区每个功能区各形成一个免疫球蛋白折叠（immunoglobulinfold,Igfold）,每个Ig折叠含有两个大致平行、由二硫连接的片层结构（betapleatedsheets），每个片层结构由3至5股反平行的多肽链组成。可变区中的高变区在Ig折叠的一侧形成高变区环（hypervariableloops），是与抗原结合的位置。3功能区的作用（1）VL和VH是与抗原结合的部位，其中HVR（CDR）是V区中与抗原决定簇（或表位）互补结合的部位。VH和VL通过非共价相互作用，组成一个FV区。单位Ig分子具有2个抗原结合位点（antigen-bindingsit