《医学免疫学教学课件》11innateimmunity.ppt

固 有 免 疫Innate immunity,第十一讲,第十一章 其他免疫细胞第十五章 固有免疫应答,主 要 内 容,概述固有免疫的组成固有免疫应答固有免疫的生物学意义,第一节 概 述,免疫系统的功能 免疫防御、免疫自稳、免疫监视免疫应答-固有免疫（天然免疫）：生来即有，泛特异性，无记忆性-适应性免疫（获得性免疫、特异性免疫）：后天获得，高度特异性，免疫记忆,免疫,固有免疫,屏障结构,体表屏障：物理、化学、生物屏障,内部屏障：血脑屏障、血胎屏障,吞噬细胞：中性粒细胞、单核/巨噬细胞,其他细胞：NK、gdT、B1、NKT、肥大细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞等,体液中的抗菌物质：补体、细胞因子、防御素、抗微生物肽、溶菌酶等,适应性免疫,体液免疫：抗体,细胞免疫,CTL,Th及其释放的CK,第二节 固有免疫系统的组成,*屏障结构-体表屏障-内部屏障*参与天然免疫的分子*参与天然免疫的细胞,固有免疫系统的组成,一、屏障结构(Barriers),物理屏障：皮肤黏膜、肠蠕动、呼吸道上皮纤毛运动、尿液冲洗。化学屏障：汗腺分泌的乳酸、皮脂腺分泌的不饱和脂肪酸、胃酸、呼吸道和消化黏液中的溶菌酶、抗菌肽、补体等。生物学屏障：皮肤黏膜寄生的正常菌群，如大肠杆菌可分泌细菌素抑制厌氧菌和革兰氏阳性菌定居和繁殖。,体 表 屏 障,内部屏障,血脑脊液屏障血胎屏障血-胸腺屏障气-血屏障(又称作呼吸膜)血-尿屏障(又称滤过膜)血-睾屏障,二、参与天然免疫的分子补体 细胞因子 抗微生物肽 溶菌酶 急性期蛋白 天然抗体 炎性介质,天然免疫系统的组成,参与天然免疫的分子,补体系统*感染早期，抗体尚未产生时，通过凝集素或旁路途径激活补体；感染中后期，抗体产生后，可通过经典途径激活补体引起溶菌，发挥第一道防御功能。*趋化(C3a、C5a、C567)、调理（C3b）、免疫粘附(C3b)及促炎作用(C3a、C4a、C5a)。细胞因子*机体受微生物感染后，激活的细胞可产生多种细胞因子，引起炎性反应，产生抗病毒、抗肿瘤和免疫调节作用。,抗微生物肽（antimicrobial peptide）,具有抗微生物活性短肽的总称，又称为抗菌肽。广泛存在于细菌、动植物和人类，经诱导而合成，在机体抵抗病原体的入侵方面起着重要的作用，被认为是缺乏特异性免疫功能生物的重要防御成分。具有广谱杀菌作用,大多数对G+菌有较强的杀灭作用,有些则对G-菌和G+菌均起作用。对某些真菌、原生动物,尤其对耐药性细菌有杀灭作用,并能选择性地杀伤肿瘤细胞,抑制乙型肝炎病毒的复制。,溶菌酶*一种不耐热的低分子量碱性蛋白质，存在于组织和体液中，主要对G+菌具有溶解作用。*人体内许多组织及体液中都含有溶菌酶，以眼泪、乳汁、唾液、肠道以及吞噬细胞溶酶体颗粒中含量较多。*能直接水解G+菌细胞壁中乙酰葡糖胺与乙酰胞壁酸分子间的连接，使细胞壁破坏，水分进入，细胞崩解。,急性期蛋白,当机体受到感染或创伤时，活化的巨噬细胞分泌TNF-、IL-1、IL-6等细胞因子，引起急性期反应（acute phase reaction），作用于肝细胞使之合成分泌急性期蛋白（acute phase protein）。C-反应蛋白（C-reactive protein，CRP）：能结合某些细菌的磷酸胆碱部分以及真菌细胞壁的LPS，能调理细菌被吞噬，并能通过结合C1q活化补体级连反应。甘露糖结合凝集素（mannose-binding lectin，MBL）：促进吞噬，并通过MBL途径激活补体,急性期蛋白及功能,天然抗体*正常人体内存在低水平的IgM 和IgG抗体，未经抗原刺激就在体内的血清中出现，叫做“天然抗体”。*天然抗体能识别并中和感染因子，它们可能是由于人体长期暴露于环境中的潜在致病菌所致。,炎 性 介 质,促炎细胞因子（TNF-a、IL-1,6,8，IFN-g)可致炎、致热、促进肝脏合成急性期蛋白、趋化和激活吞噬细胞及其他免疫细胞、抑制病毒复制及胞毒作用。活性氧和NO参与对病原体的杀伤。脂质介质（如前列腺素、PAF等）参与炎症反应，利于局限病原体及炎性细胞向炎症灶的渗出。,促炎细胞因子趋化和激活免疫细胞,三、参与天然免疫的细胞吞噬细胞：中性粒细胞、单核/巨噬细胞淋巴细胞：NK细胞、gdT细胞、B1细胞、NKT 细胞其它细胞：肥大细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞等,天然免疫系统的组成,单核/巨噬细胞(monocyte/macrophage)中性粒细胞(neutrophil)：也叫多形核细胞（polymorphonuclear cell，PMN）,（一）吞 噬 细 胞(Phagocyte),1、单核巨噬细胞（参见APC）(monocyte/macrophage),包括血循环中的单核细胞和组织中的巨噬细胞。单核巨噬细胞识别抗原的机制 表达多种受体，介导识别病原体和衰老、损伤细胞。甘露糖受体（mannose receptor，MR）:识别病原体表面的甘露糖、岩藻糖残基，介导吞噬作用。CD14（LPS receptor）:可识别结合LPS或LPS结合蛋白复合物，介导LPS所致的细胞反应，在LPS性炎症反应、内毒素休克等病理反应中起重要作用。Toll样受体（Tolllike receptor，TLR）:人类有十多种TLR,识别多种配体，包括细菌细胞壁成分、非甲基化CpG、dsRNA等。清道夫受体（scavenger receptor，SR）:识别损伤、衰老和变性的自身细胞暴露出的磷脂；也识别LPS和磷壁酸等细菌壁成分，参与对病原体的识别，和对衰老、调亡细胞的清除。调理性受体（opsonic receptor）：包括IgG Fc受体、补体受体。通过抗体和补体的调理作用，促进和调理吞噬细胞的吞噬作用。,单核-巨噬细胞表达多种受体,吞噬细胞对病原体的识别和吞噬,抗体的调理作用,单核巨噬细胞的生物学活性吞噬和杀伤功能抗原提呈参与炎症反应抗肿瘤、抗病毒作用免疫调节作用,单核巨噬细胞的吞噬杀伤作用,单核吞噬细胞的杀伤机制,氧依赖性杀菌系统反应性氧中间物（reactive oxygen intermediates，ROIs）反应性氮中间物（reactive nitrogen intermediates，RNIs）非氧依赖性杀菌系统酸性pH：具有杀菌、抑菌作用。溶菌酶：使G+菌胞壁肽聚糖破坏，从而杀菌。,单核吞噬细胞的抗原提呈作用,单核吞噬细胞其他生物学作用,参与炎症反应巨噬细胞能迅速被募集到感染部位，激活后分泌大量趋化因子，如MCP-1和IL-8等，进一步募集更多的巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞，发挥抗感染作用；还分泌大量促炎症细胞因子如IL-1、TNF-a和IL-6，以及其他炎性介质如白三烯、前列腺素、血小板活化因子等，促进炎症反应的发生。抗肿瘤抗病毒作用活化的巨噬细胞表面膜受体将明显上调，胞内溶酶体的数目和各种水解酶的浓度增加，并分泌大量IFN-a。由此可直接杀伤肿瘤细胞和病毒感染的细胞。在抗体的参与下，可通过ADCC机制杀伤靶细胞。免疫调节作用 巨噬细胞活化后产生各种细胞因子，补体分子及凝血因子、组织修复因子，以及某些神经肽及激素等发挥调节作用。通过提呈抗原，诱导细胞免疫，发挥调节作用。,2、中性粒细胞(neutrophil),主要存在于外周血中，是血液中数量最大的白细胞，介导早期的炎症反应。细胞膜表面含多种用于识别病原微生物的受体分子（与单核巨噬细胞类似）；胞浆中含嗜天青颗粒和中性颗粒（其中含弹性蛋白酶、阳离子蛋白等），在抑菌、杀菌中起重要作用。无氧杀伤系统更发达，除了酸性pH、溶菌酶外，还有：乳铁蛋白：在碱性条件下通过螯合铁离子，抑制细菌生长。阳离子蛋白：使细菌细胞膜损伤，杀菌。弹性蛋白酶：破坏细胞壁中粘肽而溶菌。无RNIs系统的杀伤作用。是专职的吞噬细胞，对病原体和自身细胞的识别以及吞噬、杀伤功能基本上与单核巨噬细胞相同。无抗原提呈作用。,中性粒细胞的趋化和参与炎症反应,中性粒细胞对病原体发挥吞噬杀伤作用,（二）NK细胞(natural killer cell，自然杀伤细胞),特点 大颗粒淋巴细胞(large granular lymphocyte,LGL）胞浆中含嗜天青颗粒。分布：主要分布于外周血和脾脏 约占外周中淋巴细胞总数的510；脾脏中占12；淋巴结和骨髓中也有少量NK细胞。,1、NK细胞的来源和特性,（1）来源：骨髓造血干细胞（2）形态：大颗粒淋巴细胞，颗粒内有穿孔素、颗粒酶（丝氨酸蛋白）（3）表面分子：无特异标志，人类NK主要表达分子有：CD56、CD16、CD2（LFA-1）、CD18（LFA-2）等。目前临床上将CD3-/CD56+/CD16+的细胞认定为NK细胞。（4）表面受体：CD2（ER）IL-2受体、IL-12受体 IFN-受体 FcR(CD16)-参与ADCC作用,2、NK细胞的识别功能,识别特点：具有识别正常细胞与异常自身细胞的能力。NK细胞可以杀伤某些病毒感染细胞及肿瘤细胞，但对正常及未感染细胞无杀伤作用，表明它们具有能够识别正常自身组织细胞和异常组织细胞的能力。这种识别能力是受其表面受体的调节。,NK细胞表面受体分类（1）根据受体识别的靶分子分类,识别MHC类分子的受体：杀伤细胞免疫球蛋白样受体（killer immunoglobulin-like receptor,KIR），例如KIR2D和KIR3D，某些受体胞浆区较长，含免疫受体酪氨酸抑制基序（ITIM），可转导抑制信号，例如KIR2DL和KIR3DL。杀伤细胞凝集素样受体（killer lectin-like receptor,KLR）：属C型凝集素家族成员，由CD94和C型凝集素家族不同成员以二硫键结合而成。CD94NKG2A和CD94NKG2B的胞外段均有可识别MHC类分子的结构域,其中NKG2A和NKG2B分子胞浆区有2个ITIM，可转导抑制信号。识别非MHC类分子的受体：为活化性受体，能识别靶细胞表面非MHC类配体分子，是具有自然细胞毒作用的受体，主要包括自然细胞毒性受体（natural cytotoxicity receptor,NCR）和NKG2D等。,NK细胞表面受体分类(2)根据受体与配体结合后向细胞内传递的信号不同分类,杀伤细胞活化性受体（Killer activation receptor，KAR）：配体为非MHC类分子，与配体结合后传递活化信号杀伤细胞抑制性受体（Killer inhibitory receptor，KIR）：配体为MHC类分子，与配体结合后传递抑制信号,效应机制:抗病毒、抗肿瘤（1）胞毒效应：穿孔素和颗粒酶，ADCC（2）分泌细胞因子：IFN-或、IFN-、TNF-、GM-CSF、M-CSF等细胞因子,靶细胞,NK细胞,ADCC,3、NK细胞的活性及功能,（三）gdT细胞,特征：膜上表达TCR/分布：黏膜、上皮、外周血gdT细胞是上皮细胞间淋巴细胞（intraepithelial lymphocytes，IEL）的重要组成成分，因此其可能在黏膜免疫中起重要作用。抗原识别受体多样性较少，应答较局限。以非MHC的限制性方式识别完整的多肽抗原，还可识别CD1递呈的脂类抗原。活化的gdT细胞具有多种生物学功能。既可以直接杀死靶细胞，表现出CTL活性，又可分泌细胞因子，协调免疫反应，表现出Th活性。因此在机体的免疫应答和免疫监视中起着不可或缺的作用。,（四）B1细胞,B1细胞在个体发育过程中出现较早，主要在胎肝中发育。主要分布在胸膜腔、腹膜腔、肠壁固有层和脾的边缘地带，是具有自我更新能力的长寿B细胞。表面标记为CD5+、CD11+、CD23-、mIgM+、mIgD-B1细胞抗原识别谱较窄，主要是某些细菌表面共有的TI-2型抗原，G-菌表面共有的TI-1型抗原（如LPS）和某些自身抗原（如变性Ig）。B1细胞可通过表面抗原受体，直接与相应多糖抗原交联而被激活，产生IgM类低亲和力抗体，一般不产生类别转换，无免疫记忆。主要承担腹腔、胸腔等体腔部位的固有免疫防御功能。,形态学特点 含有嗜碱性颗粒分布 嗜碱粒细胞血液 肥大细胞呼吸道、泌尿生殖道和胃肠道的 上皮下及皮肤下的结缔组织内靠近血管处膜分子 1.FcR（IgE的Fc受体）2.C3aR 和 C5aR肥大细胞和嗜碱粒细胞活化方式 1.IgE-Ag FcR交联（桥联）2.同过敏毒素C3a和C5a结合,（五）肥大细胞和嗜碱性粒细胞(mast cell and basophil),IgE对肥大细胞的活化（FcR交联）,细胞活化产物 1.释放生物活性介质 组胺、白三烯C4、前列腺素D2 2.分泌细胞因子 肿瘤坏死因子（TNF）；IL-8和血小板活化因子（PAF）等。生物学功能 1.阻止穿过上皮组织屏障的病原体的感染（第一道 防线）。2.对IgE抗体结合的抗原迅速发生应答，引起急性 变态反应性炎症反应。3.抗寄生虫感染。,少量T细胞表面表达NK细胞常有的标志，这部分细胞称为自然杀伤T细胞（natural killer T cell），简称为NKT细胞（NKTC）表面标志为NK1.1，TCR/CD3，主要为CD4-CD8-T细胞(双阴性T细胞)，少数为CD4+单阳性T细胞。定居肝脏、骨髓抗原识别谱较窄，主要针对CD1分子所递呈的脂类和糖脂类抗原主要功能为细胞毒作用（NKTC活化后具有NK细胞样细胞毒活性，可溶解NK细胞敏感的靶细胞）和免疫调节作用（可分泌IL-4和IFN-等细胞因子和多种趋化因子）。,（六）NK细胞,第三节 固有免疫应答,固有免疫识别的模式 固有免疫应答的时相,*识别特点*分子模式 病原相关分子模式 损伤相关分子模式*模式识别受体,一、固有免疫的识别模式,（一）天然免疫与适应性免疫的识别特点,（二）分子模式,病原相关分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）损伤相关分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP）,1、病原相关分子模式（pathogen associated molecular pattern，PAMP）,定义：一类或一群特定的微生物病原体（及其产物）共有的某些非特异性、高度保守的分子结构，可被天然免疫细胞所识别。包括：脂多糖（LPS）、磷壁酸（LTA）、肽聚糖（PGN）、甘露糖、细菌DNA、双链RNA和葡聚糖等。PAMP的特征：-通常为病原微生物所特有，而宿主细胞不产生；-为微生物的生存或致病性所必需；-为宿主天然免疫细胞泛特异性识别的分子基础。,病原相关分子模式(PAMP)示意图,2、损伤相关分子模式（damage associated molecular pattern，DAMP）,定义：DAMP是宿主体内因组织损伤而产生的内源性模式分子。感染、应激、无菌性炎症、坏死、凋亡及氧化糖基化修饰等因素均可导致组织损伤或细胞外基质成分降解，均可形成DAMP。某些情况下，凋亡、死亡、突变及老化的细胞均可作为DAMP，被固有免疫系统识别。,定义：一类主要表达于天然免疫细胞表面、非克隆性分布、可识别PAMP或DAMP的识别分子。PRR的生物学特征：*较少多样性；*非克隆性表达:同一类型细胞（如巨噬细胞）表达的PRR具有不同的特异性。*介导快速的生物学反应，无需细胞增殖。,（三）模式识别受体(pattern-recognition receptors，PRR),PRR的主要功能介导吞噬和调理；参与活化补体；启动细胞内信号转导，促进细胞活化，诱生炎性细胞因子和共刺激分子的表达；参与抗感染；某些还参与超敏反应、自身免疫病及肿瘤发生。几类重要的PRR：MBL、甘露糖受体、清道夫受体、Toll样受体等 分类:分泌型和膜型PRR,1.分泌型PRR,甘露糖结合凝集素（MBL）*属于肝脏合成的急性期蛋白*识别并结合G-/G+菌、酵母菌、某些病毒等表面的甘露糖*激活补体MBL途径，发挥调理、致炎作用。,甘露糖受体：特异性识别微生物细胞壁糖蛋白和糖脂末端的甘露糖和岩藻糖残基，介导吞噬细胞吞噬。清道夫受体：识别并与细菌细胞壁某些组分结合，有效地清除血循环中的细菌。,2.膜型PRR：内吞型PRR,二、固有免疫应答的时相,初次感染时，固有免疫应答可分为以下三个时相：1.瞬时固有免疫应答阶段2.早期固有免疫应答阶段3.适应性免疫应答诱导阶段,1.瞬时固有免疫应答阶段,发生于感染04小时内。皮肤黏膜及其分泌液中的抗菌分子和正常菌群作为体表屏障，可阻挡外界病原体的入侵及对上皮细胞的黏附，具有瞬时免疫效应。当少量病原体突破机体的屏障结构，进入皮肤或黏膜下组织后，可被局部存在的巨噬细胞和中性粒细胞（来自局部血管）迅速吞噬清除。在感染局部产生的促炎细胞因子和其他炎性介质作用下，局部血管内中性粒细胞可被活化，并迅速进入感染部位，发挥强大的吞噬杀菌效应。通常绝大多数病原体感染终止于此时相。,2.早期固有免疫应答阶段,发生于感染后496小时内。在某些细菌成分（如LPS）和细胞因子（如IFN-、MIP-1和GM-CSF等）作用下，感染组织周围的巨噬细胞被募集到炎症部位，并被活化，以增强局部抗感染免疫应答能力。活化的巨噬细胞可产生大量的促炎因子和其他炎性介质（如白三烯、前列腺素和血小板活化因子等），进一步增强扩大机体固有免疫应答能力和炎症反应。B1细胞接受某些细菌共有多糖抗原刺激后，可在48小时内产生相应的以IgM为主的抗菌抗体，在血清补体协同作用下产生杀伤溶解作用。NK、gdT、NKT细胞可对某些病毒感染和胞内寄生菌感染细胞产生杀伤破坏作用，在早期固有免疫应答阶段发挥作用。,3.适应性免疫应答诱导阶段,发生于感染96小时后。活化的巨噬细胞和DC作为专职APC，可将摄入的外源性抗原或内源性抗原加工处理为小分子多肽，并以抗原肽-MHC复合物形式表达于细胞表面，同时表面协同刺激分子表达上调，为适应性免疫应答的启动做好准备；然后经淋巴、血液循环进入外周免疫器官，通过与抗原特异性淋巴细胞之间相互作用，诱导特异性免疫应答的产生。,第三节 固有免疫的生物学意义,天然免疫的生物学功能,抗感染：主要针对病原微生物（PAMP）抗肿瘤：TNF、NK细胞、巨噬细胞等维持自身耐受与机体自稳：DAMP固有免疫与适应性免疫的关系,固有免疫与适应性免疫的关系,固有免疫启动适应性免疫固有免疫影响适应性免疫的强度和类型固有免疫对适应性免疫的协同固有免疫对适应性免疫的补充,固有免疫启动适应性免疫应答,APC启动细胞免疫提供T细胞活化的第一信号 提供T细胞活化的第二信号 提供细胞因子信号,固有免疫影响适应性免疫应答强度,补体及其受体增强体液免疫应答的强度 抗原被补体活化片段C3d包被后同时与BCR和CR2结合 B细胞对Ag应答的阈值 B细胞对Ag应答强度,固有免疫影响适应性免疫应答类型,IL-12,IFN-,Macrophage,NK cell,IL-4,Mast cell,T2,IFN-,细胞免疫,体液免疫,IL-12IFN-,IL-4,不同的固有免疫细胞活化产生不同的细胞因子调节Th细胞不同方向的分化影响适应性免疫应答的类型,固有免疫对适应性免疫的协同,补体对抗体调理作用的协同,NK细胞对CTL抗肿瘤效应的补充,123,固有免疫对适应性免疫的补充,固有免疫与适应性免疫的关系,固有免疫与适应性免疫的主要特点,Innate ImmunityAdaptive ImmunityPhagocytemonocyte/macrophageNeutrophilnatural killer cell,NKkiller cell activation receptors，KARkiller cell inhibitory receptor，KIRmast cell pathogen associated molecular pattern，PAMPpattern-recognition receptors，PRR,下一讲免疫耐受与免疫调节,预习内容T细胞中枢与外周耐受机制B细胞中枢与外周耐受机制分子水平的免疫调节细胞水平的免疫调节,