动物遗传学免疫遗传学基础

赵志辉第八章免疫遗传学基础吉林大学畜牧兽医学院第八章免疫遗传学基础Chapter8Immunogenetics第一节免疫学的基本概念第二节抗体第三节主要组织相容性复合体第四节T细胞抗原识别和活化第五节补体系统本章要点第一节免疫学的基本概念 免疫（immune)是从拉丁文immunis而来,词原意为免除课税或服役； 免疫性或免疫力(immunity):机体受到抗原物质刺激而产生特异性免疫应答的过程。 免疫的现代概念:机体对异体、异种获自身异常物质的防御、稳定和监视等一系列的生理反应。 免疫功能的分类及其表现(Page204）包括免疫防御、自我稳定和免疫监视（正常反应和异常反应）。一、天然免疫和获得性免疫 天然免疫：机体依赖自身天然存在的屏障结构来防御有害物质或病原微生物，这些结构包括皮肤、黏膜、血液和淋巴组织中的巨噬细胞、自然杀伤细胞及各种细胞因子等 天然免疫为种系所共有，不会因多次接触而增强 获得性免疫：指非遗传所致，个体通过与外源性物质接触而被诱导和激活的特异性的免疫能力。 获得性免疫是进化的结果，惟脊椎动物所特有。二、获得性免疫的类型 主动免疫：机体在免疫应答过程中发挥主动作用时的免疫。 被动免疫：对未接触过抗原的个体输入经特殊免疫个体的细胞或血清，这些个体就能获得一定的特殊免疫能力。 体液免疫：以Bcells产生抗体来达到保护目的的免疫机制。属后天的免疫机制。 细胞免疫：凡是由免疫细胞发挥效应以清除异物的作用即称为细胞免疫。由T细胞介导。三、免疫应答的分期 识别期是指淋巴细胞上特异抗原受体与抗原的结合过程。 激活期是指识别特异性抗原后淋巴细胞的反应过程抗原提呈过程 效应期是指淋巴细胞被抗原激活后清除抗原的过程四、免疫系统的组成 中枢免疫器官（胸腺、骨髓、法式囊） 外周淋巴器官（淋巴结、脾脏、阑尾、扁桃体等） 免疫细胞1.T淋巴细胞2.B淋巴细胞3.其他免疫细胞4.免疫活性介质五、抗原抗原：凡是能够刺激机体的免疫系统产生抗体或效应细胞，并且能够和相应的抗体或效应细胞发生特异性结合反应的物质，就叫做抗原。抗原的特性：1.免疫原性；2.免疫反应性 抗原决定簇：抗原物质表面具有的某些特定的化学基团，抗原依此与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合，即抗原决定簇。 半抗原：只具有反应原性而没有免疫原性的物质叫做半抗原。如青霉素、吗啡等。 完全抗原：兼备这两种性能的物质叫做完全抗原。如病原体、异种动物血清等。第二节抗体一、抗体的基本结构抗体（Antibody,Ab)①概念：能与相应抗原特异结合、产生各种免疫效应的一类糖蛋白，1964年WHO统一命名为免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）②结构：由二硫键相连的四条对称的多肽链构成的单体。形成一“Y”字形结构。1969年，Edelman等首次完成了抗体分子（IgG1）一级结构的测定 1.重链（heavychain，H链）420～446个氨基酸残基，分子量约50000～70000kD。根据Ig重链抗原性的差异，Ig可分为五类（class)IgG、IgM、IgA、IgD、IgE，相应H链为γ、μ、α、δ、ε链。（一）重链与轻链 2.轻链（lightchain，L链）轻链为重链的1/2，约由230个氨基酸残基组成，分子量约为23000kD根据抗原性的不同，将L链分为κ、λ两型（Type)正常人血清Ig的κ:λ=2:1 天然的Ig单体结构中，两条重链同类，两条轻链同型。IgG,IgD,IgE为单体分子（二）可变区和恒定区1.可变区（variableregion，V区）指Ig重链近N端1/4（γαδ）或1/5（με），轻链N端1/2，氨基酸的组成及序列变化较大，而得名。⑴高变区（hypervariableregion，HVR）V区中氨基酸组成的变化仅集中在3个区域，占氨基酸总量的15％～20％。因其在空间结构上可与抗原决定簇形成精密的互补，故又称互补决定区（complementaritydetermingregion，CDR1、2、3）⑵骨架区（frameworkregion，FR）Ig分子V区中高变区之外的部位，其氨基酸组成及排列相对保守。包括4个氨基酸片断，占V区氨基酸总量的80％～85％。作用：对CDR起支架作用，稳定CDR的空间构型，以利IgCDR与抗原表位精细的特异性结合。 2.恒定区（constantregion，C区）近C端的1/2L链及3/4（γαδ）或4/5（με）H链。氨基酸组成和排列比较恒定。可变区和恒定区 约由110个氨基酸组成。由链内二硫键连接并经β-片层折叠形成的具有特定功能的球形结构域，称为Ig的功能区或结构域。 （一）功能区的名称 L链：VL、CL H链:VH、CH1-CH3（IgG、IgA、IgD） VH、CH1-CH4（IgM、IgE）二、免疫球蛋白的功能区（结构域）（二）功能区的功能1.VL、VH特异性识别和结合抗原2.CH、CL具有同种异型遗传标记3.IgG的CH2和IgM的CH3具有补体C1q的结合点；与IgG通过胎盘有关。4.CH3/CH4具有多种细胞Fc受体结合的功能，不同的Ig在结合不同的细胞时可产生不同的免疫效应。（三）绞链区（hingeregion）特性：位于CH1～CH2之间。富含脯氨酸，易伸展弯曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。作用：1.弯曲利于V区与不同距离的抗原表位结合。2.使Ig分子发生“T”“Y”的构型改变，暴露补体结合位点。“T”“Y”三、免疫球蛋白的水解片段（一）木瓜蛋白酶的水解作用二个相同的单价抗原结合片段（fragmentofantigen-binding，Fab段）一个可结晶片段（crystalizablefragment，Fc段）木瓜蛋白酶水解IgGFab段保留了特异性结合抗原的功能。Fc段保留了重链的抗原性和Ig相应功能区的生物学活性。免疫球蛋白基因κ链：Vκ(约100个)、Jκ(5个)、Cκ(1个)λ链：Vλ(约30个)、Jλ-Cλ(4个)H链：V基因(约95个)D基因(27个)J基因(6个)C基因(9个)免疫球蛋白基因组结构 u–4kb–d–39kb–g1–27kb–g2–13kb–e–14kb–a免疫球蛋白的基因重排 自然界的抗原种类极多，每种抗原还有不同的抗原决定簇，因此具有多种特异性的免疫球蛋白分子的种类也必定是极其众多的，可以有几百万种。 可是，脊椎动物基因组内所有的基因总共不过几万个左右。决不可能有那么多的免疫球蛋白基因去编码每一种特定的免疫球蛋白分子。 研究证明，这是通过基因重排来实现免疫球蛋白的多样性。1．轻链基因的重排κ链可通过Vκ区基因的缺失、倒位而与相隔一定距离的一个Jκ基因相连接。κ链的V区基因可随机地同任何一个Jκ基因连接。重排后的VκJκ再与Cκ连接生成完整的κ链DNA，其中的内含子在转录后剪接形成mRNA。由于Vκ和Jκ的连接不够精确，将造成更多的排列组合，可能使多样性增加10倍。  Vλ和Jλ基因的连接不是随机的，而是严格地按照：Lλ1Vλ1Jλ1Cλ1，Lλ1Vλ1Jλ3，Cλ3，Lλ2Vλ2Jλ2Cλ2的组合进行连接的，所以入轻链的组合数远低于κ链。 2.重链基因的重排  重链基因是通过两次重排形成的 第一次基因重排是D基因与JH基因的重排连接，得到DJH基因片段； 第二次基因重排是VH基因与DJH基因片段的重排和连接，得到VHDJH片段。抗体的多样性 转换重组classicalswitchrecombination，CSR） 体细胞超突变（somatichypermutation，SHM） 基因转换（geneconversion） 体细胞超突变、基因转换（geneconversion）以及转换重组是构成免疫球蛋白多样性的基础。体细胞超突变和基因转换发生在抗体产生时VDJ重组过程中，不同物种所采用的两种方式也有差异，如在鸡、牛、猪等物种中明显偏爱基因转换；在人和小鼠中则与之相反，其VDJ区多样性的产生主要依靠体细胞超突变转换重组 1.转换区（Switchregion）当B细胞从产生μ重链向其他类型转换时，位于VH区和需要转换的CH之间的区域通过位点特异性重组过程缺失。参与转换重组的DNA区域称为“Switch（S）region”，它位于每一个恒区基因的上游内含子序列中。从结构上来说，Sμ区均由随机重复序列构成，而在γ、ε、α基因上游具有一些与Sμ同源性较高的重复序列。第三节主要组织相容性复合体 导致排斥反应 能够对此抗原进行快而强的排斥反应的免疫相关概念 组织相容性抗原（histicompatibilityantigen):代表个体特异性的引起抑制排斥反应的同种异型抗原，叫～，也称移植抗原。 主要组织相容性抗原系统（majorhistocompatibilityantigen):在众多的组织相容性抗原系统中，能引起强烈而迅速排斥反应的抗原系统，称为～，也叫主要组织相容性系统（majorhistocompatibilitysystem,MHS)。 主要组织相容性抗原复合体（majorhistocompatibilitycomplex,MHC):编码MHS的基因在同一染色体上呈一组紧密连锁的基因群，将这一连锁群统称为～。基本特点 MHS广泛分布于人或动物所有有核细胞的表面，化学成分是脂蛋白或糖蛋白； MHS不仅参与移植排斥反应，而且在机体免疫应答过程中具有重要的调节作用； MHS在不同物种动物中的名称不同，其中小鼠的MHS称为H-2系统，人的MHS称为人类白细胞抗原（humanleucocyteantigen,HLA)。 MHC位于同一染色体上，具有控制同种移植排斥反应、免疫应答和免疫调节等功能。 MHC在不同物种中处于的染色体位置不同，其中小鼠的MHC又称H-2复合体，位于17号染色体上，而人类的HLA则位于第6号染色体上。HLA复合体及其编码的产物 HLA位于6号染色体的短臂上，其分布范围大约3600~4000kb，含有至少10个基因位点； 据其基因和编码产物的结构和功能的不同，将HLA复合体又分为三个区域，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类基因区。 Ⅰ类基因区包含A、B、C、E、F、G、H等位点；编码化学结构相似但抗原特异性不同的HLA-A、B、C肽链，作为HLA-Ⅰ类分子的重链，与15号染色体上β2微球蛋白基因编码产物，通过共价键结合后，成为HLA-Ⅰ类抗原。 Ⅱ类基因区包含HLA-DP、DQ、DR和DN、DO、DM等亚区，每个亚区中又包含多个基因位点。每个亚区中的每个位点可以编码不同的产物，这些产物两两之间呈非共价键结合后共同组成HLA-Ⅱ类抗原。 Ⅲ类基因区内含众多编码血清补体成分和其它血清蛋白的基因，参与免疫应答的不同阶段。MHC分子 Ⅰ类分子 Ⅱ类分子两条分开的肽链两条结合肽链 引起移植排斥反应：HLA抗原本身就是激发机体对移植物产生强烈和快速排斥反应的主要相容性抗原系统。 抗原呈递作用：外来抗原被抗原呈递细胞摄取和处理后，必须与MHC-Ⅰ、Ⅱ类分子的肽结合区结合形成抗原肽－MHC分子复合体，该复合体经转运表达于抗原呈递细胞的表面，才能被相应的淋巴细胞识别，从而启动免疫应答反应。HLA-Ⅰ、Ⅱ类抗原的主要功能抗原特异性淋巴细胞不能识别游离或溶解状态的抗原，只识别MHC分子非共价结合的抗原。当抗原与MHC分子结合形成复合物并呈递到T细胞表面时，T细胞才能与带有MHC-抗原复合物的细胞相互作用，并被激活。抗原与Ⅰ类还是Ⅱ类分子结合，决定为激活的T细胞种类，也因此出现不同性质的免疫应答MHC的意义T细胞介导的免疫应答： 胞内微生物（与MHC协同）抗感染过程 对同种或异种的异体排斥反应（超敏反应） 自身免疫疾病 抗肿瘤免疫 免疫应答过程中的正负反馈作用第四节T细胞抗原识别和活化T细胞表明分化抗原 在T细胞表面出现的不同种类的分子，与T细胞分化发育的不同阶段有关，通称为分化抗原（differentiationantigen),并以分化群的编号命名（clusterofdifferentiation,CD)。 功能确定的CD1－45组和暂定CD46－78 主要功能：细胞间相互作用，信号转导等T细胞受体（TCR） 同时识别抗原和MHC复合物并引起胞内反应。 类型根据细胞是否在表面同时表达CD分子将受体分为两大类(alphabetaTCR、gammadeltaTCR）第五节补体系统补体的发现Bordet（1895）发现如将新鲜免疫血清加热到60℃，30min则丧失溶菌能力。由于抗体耐温，这种溶菌能力并非是抗体活性改变，显然血清中还存在辅助或补充抗体溶菌但不耐热的物质，这些物质后来称为补体。为表彰Bordet的研究成果而授予他1919年诺贝尔奖。补体的概念补体：是存在于人和脊椎动物血清与组织液中一组经活化后具有酶活性的蛋白质 补体的由三部分组成： 补体的固有成分：参与经典激活途径的成分（C1、C4、C2）；甘露聚糖结合凝集素激活途径的MBL；丝氨酸蛋白酶；参与旁路激活途径的成分（P、D、B因子）；共同：C3、C5~C9。 参与调节的成分（C1抑制物、I因子、H因子、C4结合蛋白等） 补体受体：CR1~5、C3aR、C2aR、C4aR补体的组成补体的激活 在生理情况下，大多数血清补体成分以酶前体的形式存在。补体的激活过程是一系列扩大的连锁反应。 经典途径：活化的补体成分聚集于抗原细胞表面并形成管道，从而介导细胞溶解； 旁路途径（替代途径）：补体与抗原细胞表面直接结合而被活化。。本章要点 一.基本概念 二.免疫的分类 三.抗体结构 四.Ig基因及重排 五.MHC分子 六.补体系统docin/sanshengshiyuandoc88/sanshenglu更多精品资源请访问