固有免疫系统及其应答.ppt

第 十 四 章 固有免疫系统及其应答,固有免疫又称非特异性免疫，是生物在长期种系进化过程中形成的一系列防御机制。固有免疫系统主要由组织屏障、固有免疫细胞和固有免疫分子组成。固有免疫系统在个体出生时即具备，可对侵入的病原体迅速产生应答，发挥非特异性抗感染效应，也可清除体内损伤、衰老或畸变的细胞，并参与适应性免疫应答。,第一节 组织屏障及其作用,一、皮肤黏膜及其附属成分的屏障作用1、物理屏障：由致密上皮细胞组成的皮肤和黏膜组织具有机械屏障作用，在正常情况下可有效阻挡病原体侵入体内。2、化学屏障：皮肤和黏膜分泌液中含有多种杀菌、抑菌物质，主要包括：皮脂腺分泌的不饱和脂肪酸，汗腺分泌的乳酸，胃液中的胃酸等在皮肤黏膜表面形成抵御病原体的化学屏障。,3、微生物屏障：寄居在皮肤和黏膜表面的正常菌群，可通过与病原体竞争结合上皮细胞和营养物质的作用方式，或通过分泌某些杀菌、抑菌物质对病原体产生抵御作用。,二、体内屏障1、血-脑屏障由软脑膜、脉络丛的毛细血管壁和包在壁外的星形胶质细胞形成的胶质膜，能阻挡血液中的病原体和其他大分子物质进入脑组织及脑脊液，从而对中枢神经系统产生保护作用。,2、血-胎屏障由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。正常情况下可防止母体内病原体和有害物质进入胎儿体内，从而保护胎儿免遭感染、使之正常发育。,第二节 固有免疫细胞,固有免疫细胞主要包括：吞噬细胞：调理性受体和非调理性受体。树突状细胞：专职抗原提呈细胞。NK细胞：ADCC作用（穿孔素、颗粒酶和FasL）。T细胞：粘膜和皮肤组织，杀伤机制同CTL,NKT细胞：主要分布于骨髓、肝、胸腺，膜分子，杀伤机制同CTL。TCR-CD3复合体，TCR缺乏多样性，识别CD1分子提呈的脂类和糖脂类抗原，不受MHC限制。B1细胞：发育较早，主要分布于胸腔、腹腔和肠壁的固有层，起抗早期感染和维持自稳的作用。,一、吞噬细胞,（一）中性粒细胞-小吞噬细胞具有强趋化作用和吞噬功能，从而清除入侵的病原体；表面表达IgGFc受体和补体C3b受体，通过调理作用促进和增强中性粒细胞的吞噬、杀菌作用。,中性粒细胞占血液白细胞总数的6070，是白细胞中数量最多的一种。中性粒细胞胞质中含两种颗粒：较大的初级颗粒，即溶酶体颗粒，内含髓过氧化物酶、酸性磷酸酶和溶菌酶等；较小的次级颗粒，内含碱性磷酸酶、溶菌酶、防御素和杀菌渗透增强蛋白等。,（二）单核吞噬细胞-大吞噬细胞单核吞噬细胞包括血液中的单核细胞和组织器官中的巨噬细胞；单核/巨噬细胞可做变形运动，对玻璃和塑料表面有很强粘附能力；执行固有免疫的效应功能和适应性免疫应答的各阶段。,单核细胞约占血液中白细胞总数的38%。单核细胞胞质中富含溶酶体颗粒，内含过氧化物酶、酸性磷酸酶、非特异性酯酶和溶菌酶等多种酶类物质。单核细胞在血液中只停留1224小时后，进入组织和器官可分化为巨噬细胞。,单核细胞体积较大，蹄状核（左，普通光镜）。透射电镜显示其高尔基体发达、粒体丰富、胞浆颗粒明显（中）。扫描电镜显示腹腔巨噬细胞粘附于玻璃表面（右）。,单核巨噬细胞（Monocyte-marophage，M）具有吞噬功能的白细胞，存在血中为单核细胞，游走到组织为巨噬细胞。,22,巨噬细胞分为定居和游走巨噬细胞两大类。定居巨噬细胞广泛分布于全身各处，因所处部位不同其形态和名称各异。游走巨噬细胞由血液中单核细胞衍生而来，寿命较长，在组织中可存活数月。巨噬细胞胞质内富含溶酶体及线粒体，具有强大吞噬、杀菌、清除凋亡细胞及其他异物的能力。,单核巨噬细胞的发育骨髓 Stem cell 增殖 吞噬 粘附 骨髓 Pre-monocyte+-+外周血 Monocyte+组织 Macrophage-+,25,1、巨噬细胞表面受体及其识别的配体,27,(1)模式识别受体（PRR）：指Mo/M、DC等固有免疫细胞表面或胞内器室膜上能够识别病原体某些共有特定分子结构的受体。1）甘露糖受体（MR）：能与病原体细胞壁糖蛋白和糖脂分子末端的甘露糖和岩藻糖残基结合，介导吞噬和胞吞作用。2）清道夫受体（SR）：可识别乙酰化低密度脂蛋白、G-菌脂多糖、G+菌磷壁酸、磷脂酰丝氨酸（凋亡细胞），从而参与清除某些病原体、衰老红细胞和凋亡细胞。,3）Toll样受体（TLR）：TLR1-11,其中TLR1、2、4、5、6表达于细胞膜上；TLR3、7、8、9表达于胞内器室如内体/吞噬溶酶体膜上。前者主要识别病原微生物表面某些共有特定的分子结构，如G+菌的肽聚糖、磷壁酸和G-菌的鞭毛蛋白等；后者主要识别胞质中病毒双/单链RNA和胞质中细菌或病毒非甲基化DNA。,TLRs的定位,TLRs基本结构,表达于巨噬细胞表面的TLR,TLR2:主要识别G+菌肽聚糖和磷壁酸、某些细菌和支原体的脂蛋白和脂肽、分枝杆菌属和酵母菌的酵母多糖等。TLR4:主要识别G-菌脂多糖（LPS）、G+菌磷壁酸和热休克蛋白60（HSP60）。,（2）病原相关模式分子（PAMP）PAMP是PRR识别结合的配体，是病原体及其产物所共有的、某些高度保守的特定分子结构。PAMP在病原微生物中广泛分布，主要包括G菌的脂多糖、G菌的肽聚糖和脂磷壁酸、细菌和真菌的甘露糖等。,（3）调理性受体巨噬细胞表面参与调理作用的受体主要包括IgG Fc受体和补体受体。1)IgGFc受体:IgG抗体Fab段与病原体表面抗原表位特异性结合，Fc段与巨噬细胞表面IgGFc受体结合，介导产生促进吞噬的作用。2)补体受体:附着于病原体等抗原性物质表面的C3b、C4b，通过与巨噬细胞表面C3bR/C4bR结合，产生促进吞噬细胞吞噬的作用。,（4）细胞因子受体巨噬细胞表达单核细胞趋化蛋白-1受体（MCP-1R）和巨噬细胞炎症蛋白-1受体（MIP-1/R）等趋化因子受体，在相应趋化因子的作用下，可募集至感染或炎症部位。巨噬细胞表达IFN-、M-CSF、GM-CSF等细胞因子受体，通过与相应细胞因子结合而使巨噬细胞活化。,2、巨噬细胞的主要生物学功能（1）清除、杀伤病原体巨噬细胞借助表面模式识别受体和调理性受体，可摄取病原体等抗原性异物，通过氧依赖和氧非依赖杀菌途径杀伤病原体。1）氧依赖性途径：ROI与RNI作用系统。2）氧非依赖性途径：酸性环境、溶菌酶和防御素。3）消化和清除：多种酶消化降解，胞吐排出或递呈。,单核巨噬细胞的吞噬功能,41,（2）参与和促进炎症反应被募集至感染部位的巨噬细胞，通过以下机制参与炎症反应。分泌单核细胞趋化蛋白-1、巨噬细胞炎症蛋白-1和IL-8等趋化因子，募集、活化更多巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞，发挥抗感染作用；分泌多种促炎症细胞因子（如IL-1、IL-6、TNF-）和其他炎性介质（如前列腺素、白三烯等），参与和促进炎症反应。,（3）杀伤靶细胞巨噬细胞被LPS、细胞因子活化后可通过PRR和调理性受体表达增加；胞内溶酶体数目及反应性氧中间物、氮中间物和各种水解酶浓度增高；TNF-分泌增加。有效杀伤肿瘤细胞和病毒感染细胞。,（4）加工、提呈抗原巨噬细胞是专职抗原提呈细胞，可将摄取的外源性抗原和内源性抗原加工处理为小分子抗原肽，并以抗原肽-MHC/类分子复合物的形式表达于巨噬细胞表面，供CD4+T/CD8+T细胞识别。,（5）免疫调节活化巨噬细胞可通过分泌多种细胞因子，参与免疫调节。,单核吞噬细胞的功能,二、树突状细胞树突状细胞（DC）广泛分布于全身组织和脏器，约占人外周血单个核细胞1，因具有许多分枝状突起而得名。DC根据其组织分布和分化程度的不同，有不同的命名，如LC、间质性DC、IDC、FDC。,来源,命名,朗格汉斯细胞（LC）：表皮和胃肠上皮组织；间质性树突状细胞：器官结缔组织；并指树突状细胞（IDC）：胸腺；滤泡树突状细胞（FDC）：外周免疫器官；其中朗格汉斯细胞和间质性DC属未成熟DC，接受抗原或炎性介质刺激后，可分化、发育为成熟DC。,体液,分布,非淋巴样组织淋巴样组织,分化与发育,前体阶段 未成熟阶段 迁移期 成熟期,单核细胞是M和DC的共同前体。,具有摄取和加工Ag的能力。,提呈抗原的能力,抗原肽-MHC复合物和辅助分子。,特征,DC属专职APC，启动适应性免疫应答；未成熟DC摄取、加工处理抗原能力强，而提呈抗原激发免疫应答能力弱；成熟DC摄取、加工处理抗原能力弱，而提呈抗原激发免疫应答能力强；DC是唯一能诱导初始T细胞活化的APC，是适应性免疫应答的始动者；,DC也是体内重要的免疫调节细胞，可通过分泌不同类型的细胞因子影响适应性免疫应答的类型，并参与T细胞免疫耐受的形成。1.IL-4、5等促进Th2细胞分化的因子,辅助B细胞体液免疫应答；2.IL-2、12等促进Th1细胞分化的因子，增强细胞免疫应答；3.pDC是体内最主要的型IFN产生细胞，在抗病毒反应中发挥重要作用；4.胸腺DC参与阴性选择，诱导中枢耐受。,三、自然杀伤细胞自然杀伤细胞（NK）来源于骨髓淋巴样干细胞，其分化发育依赖于骨髓微环境，主要分布于外周血和脾脏，在淋巴结和其他组织中也有少量存在。NK细胞不表达特异性抗原识别受体，是不同于T、B淋巴细胞的第三类淋巴细胞。目前将人的TCR、mIg、CD56、CD16淋巴样细胞鉴定为NK细胞。,光镜下的NK细胞形态,N,NK细胞,体积大、胞浆含有大颗粒，又称大颗粒淋巴细胞。,NK细胞无需抗原刺激，不受MHC限制，即可非特异直接杀伤靶细胞（肿瘤细胞和病毒感染细胞等），故在机体抗肿瘤、早期抗病毒或抗胞内寄生菌感染的免疫应答中起重要作用。NK表面表达IgG Fc受体（CD16），可借助ADCC作用杀伤靶细胞。可分泌IFN-和TNF-等细胞因子，增强机体抗感染效应和参与免疫调节。,（一）NK细胞杀伤作用的机制NK细胞与靶细胞密切接触，可通过不同途径发挥杀伤效应。1、穿孔素/颗粒酶途径2、Fas/FasL途径3、TNF-/TNFR-1途径,（二）NK细胞活性的调节1、识别HLA类分子的NK细胞受体NK细胞表达多种以HLA类分子为配体的受体。按其功能，可分为活化性受体和抑制性受体。生理情况下，抑制性受体占主导地位，即抑制性受体识别自身组织细胞表面HLA类分子后，可启动抑制性信号转导，而使活化性受体的功能受到抑制，表现为NK细胞不能杀伤自身正常组织细胞。,病理情况下，如某些病毒感染细胞和肿瘤细胞表面HLA类分子表达下降或缺失，抑制性受体因其无配体结合而丧失负调控作用，使活化性受体即可发挥作用，导致NK细胞活化对病毒感染细胞和肿瘤细胞产生杀伤作用。按其分子结构可将识别HLA类分子NK细胞受体分为以下两类。,（1）杀伤细胞免疫球蛋白样受体（KIR）KIR为跨膜糖蛋白，其胞外段含可识别自身HLA类分子的结构域，其中某些受体胞质区氨基酸序列较长，含免疫受体酪氨酸抑制模体（ITIM），可转导抑制信号；某些受体胞质区氨基酸序列较短，可通过与其相连的、含免疫受体酪氨酸活化模体的分子转导活化信号。,（2）杀伤细胞凝集素样受体（KLR）1）CD94/NKG2A异二聚体为抑制性受体，其中CD94胞质区短，无信号转导功能，NKG2A胞质区含ITIM，可转导抑制信号。2）CD94/NKG2C异二聚体胞质区氨基酸序列短，无信号转导功能，但NKG2C可通过其相连的、胞质区含模免疫受体酪氨酸活化模体（ITAM）的DAP-12结合而转导活化信号。,NK细胞表面抑制性受体和活化性受体结构示意图,KIR和KLR的作用及其意义正常：自身细胞HLA-类分子表达正常 抑制性受体起主导地位，抑制活化异常：靶细胞HLA-类表达减少或缺失 KIR和KLR丧失识别“自我”的能力 NK细胞的另一类杀伤活化受体结合靶 细胞非HLA类分子而发挥杀伤作用。,2、识别非HLA类分子的活化性受体NK细胞表面还表达某些能够识别靶细胞表面非HLA类分子的活化性受体。其配体主要存在于某些肿瘤细胞和病毒感染细胞表面，而不表达于正常组织细胞表面。故NK细胞可通过此类杀伤活化性受体选择性杀伤肿瘤细胞和病毒感染的靶细胞，而对正常组织细胞不起作用。,（1）NKG2D本身无信号转导功能，可通过与其相连的、胞质区含ITAM模体的DAP-10结合而转导活化信号。其识别的配体是MIC A-B（MHC类链相关分子），主要表达于肿瘤细胞表面。,（2）自然细胞毒性受体（NCR）是NK细胞特有的标志，也是NK细胞表面主要的活化性受体。1）NKp46和NKp30：可通过与其相连的、胞质区含ITAM模体的CD3-结合而转导活化信号；2）NKp44：是活化NK细胞的特异性标志，可通过与其相连的、胞质区含ITAM基序的DAP-12结合而转导活化信号。,两 种 NKCR 的 不 同 功 能,NK细胞识别靶细胞 NK细胞通过活化型和抑制型两类受体识别靶细胞。活化型受体向胞内转导杀伤信号，而抑制型受体KIR转导不许杀伤的信号。这些受体识别的对象是靶细胞表面的MHC I类分子。因此，正常表达MHC I 类分子的细胞一般不会被NK细胞杀伤。在没有杀伤抑制信号的情况下NK细胞才能杀伤靶细胞,77,四、NK T细胞主要分布：骨髓、肝脏、胸腺。膜分子：CD56（NK1.1）和TCR-CD3复合体。特点：TCR缺乏多样性；可识别CD1分子所提呈的磷脂和糖脂类抗原；不受MHC限制。,NK T细胞主要功能：细胞毒效应（能非特异杀伤肿瘤细胞、病毒感染细胞或胞内寄生菌感染的靶细胞）；分泌穿孔素或通过Fas/FasL途径 杀伤靶细胞。可通过分泌细胞因子参与免疫调节（分泌IL-4诱导T细胞向Th2分化，参与体液免疫；分泌IFN-和IL-12诱导T细胞向Th1分化，增强细胞免疫）；还可通过分泌MCP-1、MIP-1等多种趋化因子参与炎症反应。,五、T细胞以链和链组成TCR，并与CD3组成复合物表达于细胞表面的T细胞，主要分布于粘膜和皮下组织中，在外周血中占CD3+T细胞的0.51%，发挥早期非特异性抗感染免疫，还具有抗肿瘤和免疫调节作用。T细胞识别的抗原种类有限，可直接识别某些完整的多肽抗原，不受MHC限制。如HSP，CD1分子提呈的脂类抗原，某些病毒蛋白及细菌裂解产物中的磷酸化抗原。,六、B1细胞1、分布与特点：是一种发育较早，表面标志为CD5、mIgM的具有自我更新能力的B细胞亚群，缺乏抗原特异性。主要分布于胸腔、腹腔和肠壁固有层中。参与早期抗感染和维持自稳的作用。识别的抗原有：某些细菌共有的多糖抗原和变性的自身抗原。B1细胞的BCR主要识别某些细菌表面共有的多糖类抗原和某些变性的自身抗原。,2、B1细胞免疫应答的特点：1）抗原刺激后48h即可产生IgM；2）无再次应答，抗体亲和力低，无类别转换；3）无免疫记忆，对抵抗早期感染具有作用。,七、其他固有免疫细胞1、肥大细胞主要分布于皮肤、呼吸道、胃肠道粘膜下结缔组织和血管壁周围组织中，其表面具有模式识别受体（PRR）、过敏毒素C3a/C5a受体和高亲和力IgE Fc受体。肥大细胞不能吞噬、杀伤侵入体内的病原体，但可通过上述识别受体与相应配体结合而被激活处于致敏状态。,活化的肥大细胞通过脱颗粒可释放或合成一系列炎性介质和促炎细胞因子引发炎症反应，从而在机体抗感染、抗肿瘤和免疫调节中发挥重要作用。变应原与致敏肥大细胞表面特异性IgE 抗体结合，可通过介导高亲和力IgE Fc受体交联而使肥大细胞脱颗粒，引发型超敏反应。,肥大细胞和嗜碱粒细胞脱颗粒示意图,粒细胞系(Granulocytes),中性粒细胞,嗜酸性粒细胞,嗜碱性粒细胞,88,中性粒细胞（Neutrophil）,嗜酸性粒细胞（Eosinophil）,嗜碱性粒细胞（Basophil）,89,中性粒细胞（Neutrophil）吞噬作用 参与炎症 分泌功能,90,2、嗜碱性粒细胞存在于血液中。炎症反应中，嗜碱性粒细胞可被趋化因子募集至局部炎症组织而发挥作用。嗜碱性粒细胞也是参与型超敏反应的重要效应细胞。,嗜碱性粒细胞（Basophil）具有高亲和力的IgE Fc受体，参与速发型变态反应。,92,3、嗜酸性粒细胞嗜酸性粒细胞胞质内含粗大的嗜酸性颗粒，颗粒内含碱性蛋白、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白、嗜酸性粒细胞过氧化物酶、芳基硫酸酯酶和组胺酶。嗜酸性粒细胞具有趋化作用和一定的吞噬、杀菌能力，尤其在抗寄生虫免疫中具有重要作用。,嗜酸性粒细胞（Eosinophil）参与吞噬作用 参与速发型超敏反应 参与抗寄生虫免疫,95,第三节 固有体液免疫分子及其主要作用,一、补体系统1、细胞溶破作用2、补体活化产物的作用二、细胞因子可引起炎症反应；产生抗病毒、抗肿瘤和免疫调节等作用。,三、抗菌肽及酶类物质1、防御素：是一组耐受蛋白酶的一类富含精氨酸的小分子多肽，对细菌、真菌和某些有包摸病毒具有直接杀伤作用。2、溶菌酶：是一种不耐热的碱性蛋白质，广泛存在于各种体液、外分泌液和吞噬细胞溶酶体中。能够裂解G+菌细胞壁N-乙酰葡萄糖胺与N-乙酰胞壁酸之间的-1，4糖苷键，使细胞壁的重要组分肽聚糖破坏，从而导致细胞溶解破坏。3、乙型溶素：是血清中一种对热较稳定的碱性多肽，可作用于G+菌的细胞膜，产生非膜性破坏效应。,第四节 固有免疫应答,固有免疫应答是指体内固有免疫细胞和固有免疫分子识别、结合病原体及其产物或其他抗原性异物后，被迅速活化，并产生相应生物学效应，从而将病原体等抗原性异物杀伤、清除的过程。,一、固有免疫应答作用时相,1、瞬时固有免疫应答阶段发生于感染04小时之内，包括以下几个方面的作用。（1）屏障作用（2）巨噬细胞的作用（3）补体激活（4）中性粒细胞的作用,2、早期固有免疫应答阶段发生于感染后496小时，包括以下几个方面的作用。（1）巨噬细胞募集（2）巨噬细胞活化：产生细胞因子和其它炎性介质炎症反应。（3）B-1细胞活化（4）NK细胞,3、适应性免疫应答诱导阶段发生于感染96小时后，诱导T细胞活化。活化的巨噬细胞和DC可将病原体加工、处理为多肽，并以抗原肽-MHC分子复合物的形式表达于细胞表面，同时表面共刺激分子（CD80/CD86等）表达上调，为激活T细胞启动适应性免疫应答创造条件。,二、固有免疫应答的特点,1、固有免疫细胞的识别特点吞噬细胞和DC等不表达特异性抗原识别受体，但表达PRR，可识别含病原相关模式分子（PAMP）的病原体和凋亡细胞，或通过调理性受体识别与IgG或C3b结合的病原体。模式识别：PRR PAMP 受体：模式识别受体(PRR)，非特异性 为同一类固有免疫细胞所共有的受体，识别病原体或宿主凋亡细胞表面共有的特定分子结构。,配体：病原相关分子模式(PAMP)。为病原体表面共有的分子结构或宿主凋亡细胞表面共有的特定分子。如细菌的LPS、LTA等。正常宿主细胞表面不存在，是固有免疫细胞识别“非己”的分子基础。,NK细胞表面活化性受体和（NKA2D）和自然细胞毒性受体（NCR）可识别表达于某些肿瘤和病毒感染细胞表面的相应配体而被激活，并发挥杀伤作用。NK细胞、NK T细胞、T细胞和B-1细胞可通过表面抗原识别受体，直接识别肿瘤和病毒感染细胞表面某些特定分子或病原体表面PAMP，从而被激活并产生效应。,2、固有免疫细胞的应答特点固有免疫细胞表面具有多种趋化性因子（IL-8、MCP-1、MIP1-/）或炎性介质（LTs、PGD2）的受体。在趋化因子或炎性介质作用下，固有免疫细胞被招募而聚集，并通过细胞表面PRR与病原微生物及其产物相应PAMP结合而被激活。固有免疫细胞未经克隆扩增即可产生免疫效应。固有免疫细胞不能产生免疫记忆，也不形成免疫耐受。,三、固有免疫应答与适应性免疫应答的关系,1、启动适应性免疫应答：DC和M为T细胞活化提供第一信号和第二信号。2、影响特异性免疫应答的类型：PRR-PAMP不同CK不同免疫细胞分化方向不同。,3、协助适应性免疫应答产物发挥免疫效应：细胞免疫：活化T细胞CK活化M、NK杀伤靶细胞。体液免疫：Ab调理吞噬、ADCC、活化补体清除病原体等抗原。发挥免疫防御和免疫监视功能。,固有免疫应答和适应性免疫应答的比较,本 章 小 结掌握固有免疫的概念和固有免疫的组织屏障、细胞成分与效应分子及其作用；掌握固有免疫的组成细胞种类，巨噬细胞的生物学功能、NK细胞表面标志及作用；理解NK细胞的杀伤机制及固有免疫应答的特点；理解固有免疫应答与适应性免疫应答的关系；了解固有免疫应答的作用时相和固有免疫分子及其主要作用。,