免疫学基础

免 疫 学 基 础

第一章 绪 论

第一节 免疫的概念 一、古典免疫的概念

在Jenner和Pasteur时代，免疫的概念是指动物(或人)机体对微生物的抵抗力和对同种微生物的再感染的特异性的防御能力。然而随着免疫学的发展和研究的深入，发现很多现象如过敏反应，动物的血型，移植排斥反应，自身免疫病等均与病原微生物的感染无关。因此，对免疫这个概念应赋于新的内涵，从而形成了现代免疫的概念。

二、现代免疫的概念

现代免疫的概念已不再局限于抵抗微生物感染这个范围，它是指动物(人)机体对自身和非自身的识别，并清除非自身的大分子物质，从而保持机体内、外环境平衡的一种生理学反应。执行这种功能的是动物(人)机体的免疫系统，它是机体在长期进化过程中形成的与自身内(肿瘤)，外(微生物)敌人作斗争的防御系统，从而使机体获得特异性的免疫力，同时又能对内部的肿瘤产生免疫反应而加以清除，从而维持自身稳定。

免疫学是研究抗原性物质、机体的免疫系统和免疫应答的规律和调节以及免疫应答的各种产物和各种免疫现象的一门生物科学，它是和医学与医学微生物学同时诞生的。随着生物化学、分子生物学等学科的发展，免疫学的研究亦已进入分子水平时代，而且向其它很多学科渗透，已成为生命学科研究所不可缺少的一门学科。

第二节 免疫的基本特性 一、识别自身与非自身

高等动物机体具有良好的免疫功能，即能识别自身与非自身的大分子物质，这是机体产生免疫应答的基础。动物机体识别的物质基础是存在于免疫细胞(T、B淋巴细胞)膜表面的抗原受体，它们能与一切大分子抗原物质的表位，即抗原决定簇结合。动物机体的这种识别功能是相当精细的，不仅能识别存在于异种动物之间的一切抗原物质，而且对同种动物不同个体之间的组织和细胞，即使这些细胞和蛋白成分存在微细的差别也能加以识别。同种动物不同个体之间的组织移植排斥反应就是基于这种识别能力。

机体免疫系统的识别功能对保证机体的健康是极其重要的，一旦识别功能降低就会与致对\敌人\的宽容，从而降低或丧失对病原微生物或肿瘤的防御能力;识别功能的紊乱，则会导致严重的功能失调，如把自身的组织或细胞当作\敌人\，从而引起自身免疫疾病。

二、特异性 机体的免疫应答和由此产生的免疫力具有高度的特异性，即具有很强的针对性，如接种天花疫苗可使人体产生对天花病毒的抵抗力，而对其它病毒如流感病病毒无抵抗力;而对于某些多血清型的病原，应用某一血清型的疫苗免疫接种，免疫动物也只能产生针对该血清型病原的保护力。

三、免疫记忆

免疫具有记忆功能。机体对某一抗原物质或疫苗产生免疫应答，体内产生体液免疫(抗体)和细胞免疫(致敏淋巴细胞及淋巴因子)，而经过一定时间，这种抗体消失，但免疫系统仍然保留对该抗原的免疫记忆，若用同样抗原物质或疫苗加强免疫时，机体可迅速产生比初次接触抗原时更多的抗体，这就是免疫记忆现象。细胞免疫同样具有免疫记忆。

动物患某种传染病康复后或用疫苗接种后之所以可使动物产生长期的免疫力，

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即是归功于免疫记忆。这种免疫记忆功能是由于机体在初次接触抗原物质的同时，除刺激机体形成产生抗体的细胞(浆细胞，和致敏淋巴细胞外，与此同时也形成了免疫记忆细胞，可对再次接触的抗原物质产生更快的免疫应答。

第三节 免疫的基本功能

一、抵抗感染:又称免疫防御，是指机体抵御病原微生物的感染和侵袭的能力。人体的免疫功能正常时，就能充分发挥对由呼吸道、消化道、皮肤相粘膜等途径进入人体内的各种病原微生物的抵抗力，通过机体的非特异性和特异性免疫，将微生物歼灭。若免疫功能异常亢进时，可引起传染性变态反应;而免疫功能低下或免疫缺陷，可引起机体的反复感染或免疫耐受。

二、自身稳定:又称免疫稳定,清除衰老和死亡的细胞。在人体的新陈代谢过程中，每天都有大量的细胞衰老死亡，这些失去功能的细胞积累在体内，会影响正常细胞的功能活动。免疫的第二个重要功能就是把这些细胞清除出体内，以维护机体的生理平衡。若此功能失调，则可导致自身免疫性疾病。

三、免疫监视

机体内的细胞常因物理、化学和病毒等致癌因素的作用而突变为肿瘤细胞，这是体内最危险的敌人。人体免疫功能正常时即可对这些肿瘤细胞加以识别，然后调动一切免疫因素将这些肿瘤细胞清除，这种功能即为机体的免疫监视。若此功能低下或失调，则可导致肿瘤的发生。

第四节 免疫学的发展简史

从免疫学诞生到今天，纵观该学科的发展过程，大致可分为三个发展时期，即经验免疫学时期，实验免疫学时期和免疫学的飞跃时期。

一、经验免疫学时期

这个时期大约从11世纪到18世纪末。人类在长期实践和同疾病作斗争的过程中，积累了大量的朴素的免疫学知识，如观察到很多传染病(如麻疹，天花，腮腺炎，马腺疫等)，在其康复后，很少再患同一类疫病。早在宋真宗时代，我国民间医学家就创立了预防天花的种痘法，应用良性天花患者的干燥痂皮制成粉末进行吹鼻免疫接种，可以说这是最早的人工接种方法。

1798年英国医生琴纳(Edward Jenner)受到挤奶女工大多不感染天花的启发，创立了应用牛痘脓疮制成疫苗预防天花的接种方法，至此宣告了免疫学的诞生。Jenner的这种方法称为种痘法。

Paul，Ehrlich创立了毒素和抗毒素的定量标准化方法，并提出抗体产生的侧链学说，试图解释抗体产生的机制。Bordet(1898)较好地阐明了免疫血清溶菌作用中的抗体和补体的作用。在以上实验的基础上，以Ehrlich为首的一派学者提出了免疫现象的\体液免疫学说\，而与细胞免疫学说形成对立。直到20世纪初，Wright(l903)观察到免疫血清能显著增强白细胞的吞噬作用，并将此种抗体称之为调理素，从而将细胞免疫与体液免疫联系起来。

20世纪以来，免疫学的主要成就表现在以下几方面:

(一)在免疫生物学方面 抗体和补体对红细胞的溶解、ABO血型、动物对异种蛋白产生抗体、异嗜性抗原等现象的发现，使人们认识到抗体的产生不限于病原微生物，而是一种对异种蛋白的普遍反应。抗体的发现引起许多学者对抗体产生机制的研究，Ehrlich(1897)，Breil，Haurowitz和Pauling(1940)，Jeme(l955)分别先后提出抗体产生的侧链学说，诱导学说，和自然选择学说，这些学说都没能完满地解释抗体产生的机制，直到1959年Burnet在研究免疫耐受性和Jerne的自然选择学说的基础上，提出了举世公认的克隆选择学说，才合理地解释了诸如免疫反应的特异性，免疫记忆，免疫识别和免疫耐受性等免疫学中的核心问题。这一学说奠定了现代免疫生物学研究的理论基础。

(二)证实和阐明了免疫系统在机体免疫应答中的主导地位，明确了各免疫器官的免疫功能和地位。禽类法氏囊的免疫功能是免疫学在50年代的一个重要发现。通过对免疫系统的深入研

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究，明确了T、B淋巴细胞及各免疫细胞在免疫应答中的作用。70年代Jerne提出了免疫网络学说，进一步发展了克隆选择学说。

近20年来对T、B淋巴细胞的抗原受体、免疫应答过程中的识别、信号传递以及细胞产物(细胞因子)等进行了深入研究。利用单克隆抗体技术及分子生物学技术对T、B淋巴细胞及其它免疫细胞的分化(CD)抗原的化学本质，分子结构，免疫生物学功能的研究，使对免疫应答的研究进入了分子水平。迄今已发现和命名了近130种淋巴细胞CD抗原分子，并明确了很多CD抗原分子在机体免疫应答中的作用。

(三)在免疫应答的调节方面，现代免疫学研究表明，动物机体免疫系统内部存在着许多调控网络，一是免疫分子如抗原、细胞因子、抗体、补体的调节作用;二是免疫细胞之间的调节网络;三是由独特型与抗独特型抗体之间形成的网络;四是由神经、内分泌之间构成的调节网络。这些调节网络对机体的免疫应答的调控起着十分重要的作用。

抗体在体外可与抗原结合并引起多种免疫反应，基于这一现象的发现，人们建立了很多血清学技术，如血清凝集试验，补体结合试验，并用于传染病的诊断、病原鉴定、血型鉴定等。随着科学技术的发展，血清学技术与一些物理、化学技术相结合，使新型的血清学技术层出不穷，如琼脂免疫扩散试验，免疫电泳技术，间接凝集试验，免疫荧光抗体技术，免疫酶技术，放射免疫分析等，这些技术不仅广泛用于动物传染病的诊断和检疫，病原鉴定，而且在用于激素、酶、药物等生物活性物质的超微定量方面取得了巨大成功。

特别是免疫荧光，免疫酶，放射免疫三大标记技术，近20年来取得了极大的发展，并推出很多新型的血清学技术，如免疫转印技术，免疫沉淀技术，化学发光免疫测定等。这些技术已广泛用于生物科学的各个领域，并已成为不可缺少的研究手段。

很多学者对各种抗原的物理化学性质进行了广泛的研究，特别是半抗原-载体合成技术的创立，为人们研究抗原抗体结合的特异性提供了有效的手段。80年代，DNA重组技术及其它遗传工程技术在疫苗研究中应用，为人类和动物疫苗的研究开创了一条全新的途径，各类基因工程疫苗，如基因工程亚单位疫苗，基因工程活载体疫苗，基因缺失疫苗，DNA疫苗等相继问世。蛋白质合成技术的发展又为疫苗的研制提供了另一条新路，即人工合成肽疫苗的诞生。90年代，随着对免疫网络学说的进一步认识，人们又研制成功另一类新型疫苗，即抗独特型疫苗。

30年代开始，人们对抗体的本质进行了大量的研究，Kabat和Tisehus(1939)首先证实抗体的本质属于r-球蛋白。随后，Porter和Edelman(l959)阐明了抗体的化学结构，提出了抗体分子的结构模型。1975年，Kohler和Milstein创立了单克隆抗体技术，一方面极大地证实了克隆选择学说，同时实现了免疫学家多年在体外制备单克隆抗体的梦想，推动了免疫学及其它生物科学的发展。近年来，人们在利用基因工程技术制备抗体方面也获得了成功，为抗体的制备又开辟了一条新路。

(四)在免疫遗传学方面 现代免疫学研究表明，免疫应答与遗传具有密切的关系，免疫应答的产生是受到遗传基因控制的。免疫应答的遗传控制主要与两类基因有关，一是主要组织相容性复合体(MHC)，二是免疫球蛋白的可变区基因。

第二章 抗 原

第一节 抗原与免疫原的概念 (一) 抗原： 凡是能刺激机体产生抗体和致敏淋巴细胞并能与之结合引起特异性免疫反应的物质。

(二) 抗原性：抗原具有抗原性，其包括免疫原性与反应原性两方面的含义。 1.免疫原性：是指引起免疫应答的性能，包括诱导产生抗体及效应T淋巴细胞。 2.反应原性：是指抗原与相应的抗体或致敏淋巴细胞发生反应的特性，此特性又称为免疫反应性。

二、完全抗原与半抗原

(一)完全抗原 既具有免疫原性又有反应原性的物质称为完全抗原。

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(二)不完全抗原 只具有反应原性而缺乏免疫原性的物质称为不完全抗原，亦称为半抗原。半抗原又分为简单半抗原和复合半抗原。

l. 简单半抗原：简单半抗原的分子量较小，只有一个抗原决定簇，不能与相应的抗体发生可见的反应，但能中和相应的抗体阻止其出现可见的反应(用沉淀抑制反应可证实)。如抗菌素、酒石酸、苯甲酸等都属于这类抗原。【单价抗原】

2. 复合半抗原：复合半抗原的分子量较大，有多个抗原决定簇。一般的半抗原都属于此类，能与相应的抗体发生沉淀反应。二硝基氯苯、多糖、类脂质、脂多糖等半抗原都为复合半抗原。【多价抗原】

三、免疫原

在具有免疫应答能力的机体中，能使机体产生免疫应答的物质称为免疫原，故抗原物质又可称为免疫原，但半抗原不是免疫原。

第二节 构成免疫原的条件 一、异 物 性 有以下几种情况:

(一)非动物性抗原 非动物性的物质，譬如植物蛋白(叶绿素等)、微生物等，对动物宿主有良好的免疫原性。

(二)异种动物抗原 动物之间血源关系相距越远，生物种系差异越大、免疫原性越好。譬如:鸭源蛋白质对鸡的免疫原性较弱，而对兔则是良好的免疫原。

(三)同种异体抗原 同种动物异体间的某些物质也有免疫原性，譬如血型抗原、组织相容性抗原等。

(四)自身抗原 动物自身的组织通常情况下不具有免疫原性，但在下列情况下具有免疫原性。

1.组织蛋白的结构发生改变，譬如机体组织遭受烧伤、感染及电离辐射等作用，使原有的结构发生改变而具有异物性。

2.机体的免疫识别功能紊乱，把自身的组织视为异物，结果导致自身免疫病。 3.眼球蛋白、精子蛋白、甲状腺蛋白等因外伤或感染而进入血液循环系统，机体视之为异物引起免疫反应。

二、分子量的大小 1.免疫原性良好的物质分子量一般都在10000以上，在一定条件下，分子量越大，免疫原性越强。

2.分子量小于5000的物质免疫原性较弱。

3.分子量小于1000的物质为半抗原，没有免疫原性。但与蛋白质载体结合后可获得免疫原性。

三、化学组成、分子结构与立体构象的复杂性

抗原分子的特殊化学基团的三维结构（构象）决定此分子是否能与淋巴细胞的抗原受体吻合，而启动免疫应答。抗原物质由于变性而构象改变，可导致其抗原性发生相应改变。

通常当抗原分子量大时，则含有抗原决定簇多，结构复杂，在体内不易被降解，能持续刺激免疫活性细胞，因而免疫原性强。

易接近性：是指抗原分子的特殊化学基团与淋巴细胞表面对应抗原受体相互接触的难易程度。特殊化学基团（例如某几个氨基酸残基）如紧接在抗原骨架侧面，

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而不是暴露在其外端，淋巴细胞抗原受体虽然与之相应，但无法吻合。如侧链间距加大，或化学基团暴露在外端，则造成理想的易接近性。

四、物理状态

颗粒性抗原的免疫原性通常比可溶性抗原强。可溶性抗原分子聚合后或吸附在颗粒表面可增强其免疫原性。例如将甲状腺蛋白与聚丙烯酰胺颗粒结合后免疫家兔可使IgM的效价提高20倍。免疫原性弱的蛋白质如果吸附在氢氧化铝胶、脂质体等大分子颗粒上可增强其免疫原性。

第三节 抗原决定簇

一、 定义：抗原决定簇又称表位是指抗原性物质表面决定该抗原特异性的特殊化学基团，是免疫应答和免疫反应具有特异性的物质基础。 由于抗原决定簇通常位于抗原分子表面，因而又称为表位。

二、大 小

抗原决定簇的大小是相当恒定的，如肌红蛋白的决定簇由6～7个氨基酸残基组成，伸长约为1.9～2.3nm，多糖抗原决定簇由6个单糖残基组成，大小为3.5nm;核酸的决定簇只有5个核苷酸组成，大小为2.0nm。

三、决定簇的数量

抗原分子的抗原决定簇的数目称为抗原的抗原价。

l单价抗原 只有一个决定簇的抗原 。如简单半抗原即为单价抗原。 2多价抗原 含有多个抗原决定簇的抗原称为多价抗原。

3单特异性决定簇 抗原分子只含有一种特异性决定簇称为单特异性决定簇。

4多特异性决定簇 含有两种以上不同特异性的决定簇称为多特异性决定簇。 5功能价： 位于抗原分子表面能与抗体反应的抗原决定簇称为功能价。 6非功能价 隐蔽于分子内部的抗原决定簇称为非功能价，经酶消化后才暴露出来。

第四节 抗原的交叉性 一、不同物种间存在共同的抗原组成 二、不同抗原分子存在共同的抗原决定簇 三、不同决定簇之间有部分结构相同 蛋白质抗原的决定簇取决于多肽末端的氨基酸组成，尤其是末端氨基酸的羧基对特异性影响最大，如果末端氨基酸相似，即可出现交叉反应，而且交叉反应的强度与相似性成正比

第五节 抗原分类

抗原有多种分类方法，大致如下: 一、细菌抗原分类

荚膜抗原（K抗原或表面抗原）、菌体抗原（O抗原）、鞭毛抗原（H抗原）

二、根据抗原的来源分类 (一)异种抗原：与免疫机体不同种属的抗原，譬如各种疫苗，异种动物红细胞，异种蛋白等。

(二)同种抗原：与免疫机体同种属的抗原，能刺激同种而基因型不同的个体产生免疫应答。譬如血型抗原、同种移植物抗原等。

(三)自身抗原：能引起自身免疫应答的自身组织成分。如在胚胎期从未与自身

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