免疫学第3章受体与信号：B细胞和T细胞受体.ppt
1901年，Emil von Behring,Germany,血清抗毒素；1905年，Robert Koch,Germany,结核菌相关的细胞免疫；1908年，Elia Metchnikoff&Paul Ehrlich,Russia&Germany,噬菌作用(M)和抗毒素(E)的免疫学作用；1913年，Charles Richet,France,过敏性反应；1919年，Jules Bordet,Belgium,补体介导的溶菌作用；1930年，Karl Landsteiner,USA,人类血型系统的发现；1951年，Max Theiler，South Africa,黄热病疫苗的发明；1957年，Daniel Bovet,Switzerland,抗组胺药物；1960年，F.Macfarlane Burnet&Peter Medawar,Australia&Great Britain,获得免疫耐受性的发现；1972年，Rodney R.Porter&Gerald M.Edelman,Great Britain&USA，抗体的化学结构；1977年，Rosalyn R.Yalow,USA，放射免疫分析法的发明；1980年，George Snell,Jean Dausset&Baruj Benacerraf,USA&France,主要组织相容性复合物；1984年，Niels K.Jerne,Cesar Milstein&Georges E.Kohler,Denmark,Great Britain&Germany,免疫调控理论(J)和单克隆抗体发展中的技术进展（M&K）；1987年，Susumu Tonegawa,Japan,抗体产生中的基因重排；1990年，E.Donnall Thomas&Joseph Murray,USA,移植免疫学；1996年，Peter C.Doherty&Rolf M.Zinkernagel,Australia&Switzerland,主要组织相容性复合物在T细胞抗原识别中的作用；2002年，Sydney Brenner,H.Robert Horvitz&J.E.Sulston,S.Africa,USA&Great Britain,器官发育和细胞死亡（凋亡）的遗传调控。2008 Harald zur Hausen,Franoise Barr-Sinoussi&Luc Montagnier.Germany,France&France.HPV导致宫颈癌的作用(H)和HIV的发现(B&M)2011 Jules Hoffman,Bruce Beutler&Ralph Steinman.France,United States&United States.天然免疫活化原理的发现(H&B)和树突状细胞在适应免疫中的作用(S),表1-2 免疫学研究的诺贝尔奖,天然免疫与适应免疫的比较,反应时间特异性多样性记忆反应非己识别可溶性成分主要细胞型,反应时间：分/小时；天特异性：对病原体相关的分子和分子模式及死亡/损伤产生的分子的特异性；高特异性，区分微生物或非微生物分子结构微小的差别多样性：有限数量的保守的胚系编码受体（germ line-encode receptors）;高度多样的；在每个个体中（具有）由受体基因遗传重组产生的极大数量的受体记忆反应：有些（见于无脊椎动物的天然反应和小鼠/人的NK细胞）；持久的记忆，随后的（再次）感染具有更大程度的更快反应我/非我区分：完美的，在宿主内无微生物特异的我/非我模式；非常好的，偶然因（我/非我）区分失败导致自身免疫疾病血液或体液中可溶性成分：许多抗微生物肽和蛋白和别的介质；抗体和细胞因子主要细胞型：噬菌细胞（单核细胞，巨噬细胞，中性粒细胞），自然（NK）杀伤细胞,别的白细胞，上皮细胞和内皮细胞；T细胞，B细胞，抗原-递呈细胞。,表3-1 天然免疫和适应免疫,第三章 受体与信号：B细胞和T细胞受体Receptors and Signaling:B and T-Cell Receptors,第三章 受体与信号：B细胞和T细胞受体,抗原和抗原结合分子抗体：B细胞抗原受体TCR:T细胞抗原受体B细胞和T细胞受体信号B细胞和T细胞受体的产生,第一节 抗原与抗原结合分子,抗原性与免疫原性,免疫原性(immunogenicity),诱导体液和/或细胞介导的免疫反应的能力。抗原性(antigenicity),与免疫反应最终产物(如抗体和/或T细胞表面受体)特异结合的能力。有免疫原性也有抗原性，但是反之并非这样。,抗原与半抗原,免疫原(immunogen),具有免疫原性半抗原(hapten),仅具有抗原性抗原/免疫原(antigen/immunogen,在同一动物机体内是同意词)，能够诱导机体免疫反应并与相应抗体或T细胞受体发生特异反应的物质。一个物质能否作为抗原，既取决于机体，也取决于抗原本身,免疫系统的抗原结合分子,抗体(免疫球蛋白，Ig)T细胞受体(TCR)主要组织相容性复合体(MHC),导致免疫原性的抗原特性,外源性分子大小 MW.5000-10000化学组成与复杂性 如异聚物比同聚物免疫原性更强抗原加工和递呈的敏感性 如不可溶的大分子通常是比可溶性小分子免疫原性更强（不可溶的大分子易于吞噬和加工）；不能被降解递呈的大分子物质免疫原性很低。,外源性(Foreignness),机体对“我/非我”(self/nonself)的识别导致免疫反应 我 耐受(在淋巴细胞发育期间未成熟淋巴细胞与自身成分相接触，克隆清除)非我 反应(抗原在这一关键时期没有与未成熟淋巴细胞相接触)免疫原与被免疫动物之间在系统发育上距离的远近，免疫原保守性的强弱，影响免疫原性的强弱。,导致免疫原性的生物系统,宿主的遗传组成 宿主的抗原结合分子（MHC，BCR和TCR等）基因严重影响免疫原性抗原的免疫方式 免疫剂量、免疫途径与免疫次数佐剂的使用,佐剂(Adjuvants),定义：当与抗原混合一起注射能增强抗原免疫原性的物质。佐剂增强免疫原性的主要表现方式：1）延长抗原的存在 2）增强辅刺激信号 3）局部炎性增强(肉芽肿，granuloma，或其它炎性细胞反应)4）使被刺激的淋巴细胞非特异性增殖费氏佐剂(Freunds adjuvants)1)不完全佐剂(IFA):石蜡油、羊毛脂等，可减少抗原用量到1%，延长抗体合成期 2)完全佐剂(CFA):在IFA中加入结核菌或该菌细胞壁，其作用在于增强宿主细胞介导的免疫应答及抗体合成,常用佐剂基本作用方式,费氏佐剂,延长抗原的存在,增强辅刺激信号,局部炎性增强,非特异性刺激淋巴细胞,抗原表位(Epitopes),免疫细胞不识别或作用于完整的抗原分子，替代的淋巴细胞仅识别大分子中个别的位点，这些位点称为抗原表位(Epitopes)或抗原决定簇(Antigen determinants)淋巴细胞与复杂抗原的相互作用，可能发生在抗原结构的几个不同水平上。B、T淋巴细胞识别不同的抗原表位。,B细胞抗原表位的特性,天然蛋白的B细胞抗原表位通常由蛋白表面的亲水氨基酸组成，易于接近膜结合或自由的抗体。顺序抗原表位(Sequential Epitopes),连续抗原表位(Continuous Epitopes),蛋白质一级结构结构抗原表位(Continuous Epitopes),不连续抗原表位(Discontinuous Epitopes)，蛋白质三级结构,蛋白质结构与抗原表位,一级结构与顺序表位二级结构与抗原反应性三级结构与结构表位四级结构与结构表位、免疫原价数,半抗原的免疫特性,半抗原仅具有抗原性（反应原性，特异性）当与某种载体偶联后（半抗原载体结合物，hapten-carrier conjugate）能表现免疫原性半抗原载体结合物的特异性存在三类抗原决定 1）半抗原决定簇 2）未受影响的载体蛋白表位 3）半抗原和载体分子结合区形成的新表位,第二节 抗体：B细胞抗原受体,抗体(Antibody),抗体，是与特定抗原发生特异性结合的蛋白质(免疫球蛋白,Ig)B细胞表面抗体识别免疫原，启动记忆B细胞和浆细胞的增殖和分化浆细胞分泌具有抗原特异性的可溶性抗体分子可溶性抗体分子与亲本B细胞表面受体具有相同的抗原识别性,抗体的基本结构与功能,共同的4肽链结构：两条相同的轻链(L,22,000 Da),两条相同的重链(H,55,000 Da)每条轻链和重链间通过二硫键和非共价键连接成异二聚体(H-L)，两个相同的H-L再结合成(H-L)2的抗体基本结构不同抗体间，轻链和重链最初的约110aa是改变很大的，称为可变(Variable,V)区；其余部分则相当保守，称为固定(Constant,C)区。重链上连有糖链。抗体的基本结构是与其功能（抗原结合；效应功能介导）相对应的,免疫球蛋白基本结构的发现,1940年前后，Tiselius Fc(fragment,crystallizable),150，000Da,50，000Da,45，000Da,100，000Da,50，000Da,22，000Da,多发性骨髓瘤与抗体氨基酸序列的研究,一个问题：-球蛋白中的抗体群是有许多不同抗体组成的，而aa序列分析需要纯蛋白正常个体的浆细胞，末期细胞，仅在有限的时间分泌抗体。多发性骨髓瘤（multiple myeloma）病人的骨髓瘤细胞（肿瘤浆细胞）能无限增殖，持续分泌特异性抗体。患者血清中95%的免疫球蛋白是这种骨髓瘤蛋白，其中许多病人的骨髓瘤细胞分泌超量的轻链蛋白。Bence-Jones首先在尿液中发现了这些超量的轻链蛋白，称为Bence-Jones蛋白。,Normal plasma cells help protect the body from germs and other harmful substances.,Myeloma cell(abnormal plasma cell)making M proteins.,轻链、重链分型与抗体分 型,根据C区aa顺序（一级结构）轻链：(kappa)和(lambda)重链：(mu)、(gamma)、(alpha)、(delta)、(epsilon)依据重链分型不同Ig分为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE5类,免疫球蛋白的二级结构：反平行片层和环状结构(loops),免疫球蛋白的三级结构,免疫球蛋白的四级结构,可变区与抗原结合,不同特异性抗体可变区的氨基酸顺序比较显示，变异仅集中在其中一些独特的区域（占总氨基酸的15-20%），这些区域被称为超变区（hypervariable regions）;其余区域称为框架区（framework regions）超变区是抗原结合位，与抗原表位互补，又称为互补决定区（complement-determining regions，CDRs）。CDRs位于环状结构。,固定区与抗体生物活性,CL和CH1：有助于提高抗原结合，升高Fab臂最大旋转性，参与抗体多样性铰链区（IgA、IgD、IgG）,富含Pro和Cys，富有弹性，形成二硫键IgE、IgM的CH2区功能不确定IgA、IgD、IgG的CH2或IgE、IgM的CH3连接有糖基，因而亲水性较强，IgM、IgG通过此结构域激活补体，发生生物学效应。抗体Fc片段上两结构域共同与细胞膜Fc受体结合，发挥不同的生物学效应。,分泌免疫球蛋白(sIg)与膜结合免疫球蛋白(mIg),Secreted immunoglobulin（sIg）Membrane-bound immunoglobulin（mIg）sIg的重链羧末端结构域（IgA、IgD、IgG的CH3或IgE、IgM的CH4）在结构和功能上不同于mIg的相应结构域 sIg:亲水型aa组成 mIg包括三段不同序列：胞外亲水序列 疏水跨膜序列（26aa）胞质部分,B细胞不同发育阶段表达不同类型的Ig,B细胞不同发育阶段表达不同类型的Ig,但表达不同类型Ig的同一细胞，其抗原特异性一致。,免疫球蛋白种类与功能多样性,免疫球蛋白的抗原决定,同种型（Isotype）由C区决定同种异型（Allotype）由C区同一基因位置上不同等位基因的差异决定独特型（Idiotype）由可变区决定,BCR=mIg+Ig-/Ig-（co-receptors，共受体）,Fc受体识别抗体Fc区（适应免疫细胞影响天然免疫细胞的一种方式）,抗体B细胞Fc受体B细胞、T细胞、中性粒细胞、肥大细胞、嗜酸性粒细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞,免疫球蛋白超家族,单克隆抗体,多克隆抗体：抗原多个表位诱导多种B细胞克隆增生与分化，产生多种抗体的混合物单克隆抗体：单个抗原表位诱导单种B细胞克隆增生与分化，产生单克隆抗体,单克隆抗体的产生过程,单克隆抗体与细胞分化簇(CD),细胞分化簇(clusters of differentiation,CD)：白细胞表面的免疫功能分子，通过独特的单克隆抗体的识别，能够区分不同世系和阶段的免疫细胞CD1-CD350,课后作业,请翻译PPT39页 图“单克隆抗体的产生过程”的英语词汇，并根据图简述单克隆抗体的产生过程。下周一上课前交给班长。,第三章 受体与信号：B细胞和T细胞受体Receptors and Signaling:B and T-Cell Receptors,第三章 受体与信号：B细胞和T细胞受体,抗原和抗原结合分子抗体：B细胞抗原受体TCR:T细胞抗原受体B细胞和T细胞受体信号B细胞和T细胞受体的产生,第三节 TCR:T细胞抗原受体,T细胞受体(TCR)不同于BCR的特性,TCR是膜结合的，不出现像BCR的可溶形式TCR的抗原结合相互作用弱于抗原和抗体相互作用TCR特异识别MHC分子和抗原肽复合物，即MHC限制是T细胞抗原识别不同于B细胞的特性,TCR的Self-MHC restriction,T细胞的识别特异性不是仅仅针对抗原，而是针对结合抗原的MHC分子。T 细胞仅仅识别被自-MHC分子（self-MHC molecule）递呈的抗原，这一特性称为自-MHC限制（self-MHC restriction）。,和 TCR,成熟的T细胞表达两种TCR：和 异源二聚体和TCR可以划分到膜结合的免疫球蛋白超家族大多数的T细胞含有TCR,TCR的功能尚不清楚,TCR-CD3复合物（co-receptors,共受体）,CD3是在成熟的T细胞上，有5种多肽链组成的细胞表面大分子。5种多肽链组成3个二聚体：,(zeta)或(eta)；90%以上由组成,T细胞膜辅助分子（T-cell accessory membrane molecular）,T细胞：细胞抗原受体(TCR)是识别其它细胞的膜上结合的抗原蛋白,CD4和CD8,根据表面表达CD4还是CD8，T细胞可以被分为两类：CD4+的T细胞识别结合于MHCII的抗原，这类细胞主要是辅助T细胞；CD8+的T细胞识别结合于MHCI的抗原，这类细胞主要是毒性T细胞；CD4和CD8可以作为辅助受体(coreceptor)，增强TCR与MHC的结合,CD4和CD8的基本结构,辅助受体增强了TCR与肽-MHC复合物间的亲和性,第四节 B细胞和T细胞受体信号,TCR与BCR是配体结合和免疫信号传导复合物,BCR与TCR识别特异性的抗原（配体结合）共受体（Ig/Ig和CD3）引起免疫信号传导,共受体（Ig/Ig和CD3）具有胞内的免疫受体酪氨酸活化花样（ITAMs）,T细胞与B细胞信号（TCR与BCR信号）,TCR与BCR信号的相似性,都具有受体亚单位中的功能区分性。膜结合Src蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinases,PTKs）活化了初期的信号传导：T细胞中的p56LCK;B细胞中的Lyn,Blk和Fyn。具有PTKs活性的大信号复合物的装配：BCR和TCR的ITAMs提供了Syk(B细胞)和ZAP-70(T细胞)的停靠部位。接头蛋白（Adaptor）分子（B细胞中的BLNK;T细胞中的LAT和SLP-76）提供了聚集其它复合物必需元件（如Btk,PLC2）的骨架。具有下游其它信号分子的募集。具有最终基因表达的改变。,TCR与BCR信号具有相似受体亚单位中的功能区分性,TCR与BCR信号具有相似的酪氨酸激酶活化的初期信号,TCR与BCR信号具有相似的PTKs活性的大信号复合物的装配,TCR与BCR信号具有相似的下游其它信号分子的募集,TCR与BCR信号具有相似的最终基因表达的改变,第五节 B细胞和T细胞受体产生,基因表达的中心法则,B细胞发育与免疫球蛋白基因表达,抗体的特征与其基因表达,与抗体特异性相应的巨大的抗体多样性Ig中存在着重链和轻链氨基端的可变区与羧基端的固定区具有相同抗原特异性的同型抗体，是具有既定的可变区和不同的重链固定区,抗体多样性的产生可变区基因的重排固定区基因的种类替换Ig基因的表达、合成、装配和分泌,解释抗体结构多样性的遗传理论,胚系理论（germ-line theories），认为胚胎细胞（卵和精子）基因组含有大量的Ig基因，不存在导致抗体多样性的特殊遗传理论。无法解释：当固定区不变时，产生可变区多样性的进化机制体细胞变异理论（somatic-variation theories），基因组包含有相对小数目的Ig基因，大量的抗体特异性产生于体细胞的变异或重组。无法解释：当产生可变区多样性时，保证固定区不变的机制,Dreyer&Bennett的双基因模式(Two-Gene Model，1965年),两个分开的基因编码一条Ig的重链或轻链，一个基因编码可变区，另一个编码固定区；这两个基因在DNA水平同步以保证转录和翻译为一条单独的重链或轻链；在胚系中，存在着成百上千的可变区基因，而仅需要存在一个单独的固定区基因。问题：当时没有直接的实验证据，而且与“一个基因编码一条多肽链”的生物学原则矛盾。,利根川进(Susnmu Tonegawa)理论：免疫球蛋白基因重排,1976年提出，1987年获诺奖 V区和C区基因呈分离状态，并在B细胞分化成熟过程中不断进行重排,目前的理论：免疫球蛋白基因的多基因组成,和轻链以及重链由位于不同染色体上分开的多基因家族编码。在胚系DNA中，每个多基因家族包含多个被非编码区分割的编码序列，称为基因片段（gene segments)。,重链,小鼠免疫球蛋白胚系基因片段的组成,TCR基因结构及TCR多样性,基因重排产生功能性的TCR,
