分子免疫學概述TheOriginofImmuneConceptTheterm“Immunity” =>Latinword“Immunitas”=>Protectionfromlegalprosecution(Romansenators)

Biologicaldefinition=>Protectionfrominfectiousdiseases2. Theconceptofimmunity=>existedinancientGreek&Chinese=>theexperiencedview“天花”又名痘瘡十六世紀下半葉（明代隆慶年間1567-1572）正式發明了人痘接種術，十七世紀普遍推廣。Themedicalviewofimmunity=>EdwardJenner(1796) Observation=>MilkmaidsgenerallygetNoSmallpox

Hypothesis=>Pusfromvaccinia(cowpox) =>Protectmilkmaidsfromsmallpox

Test=>Inoculatematerialsfromcowpoxpus =>Protectayoungboyfromsmallpox

(Protectiveimmunity)ThevaccinationagainstsmallpoxExudatefromacowpoxpustuleonthehandofmilkmaidSarahNelmeswasinsertedintoscratchesonthearmsofJamesPhipps,May14,1796.1796年，英國人EdwardJenner發明牛痘苗預防天花（cowpoxvaccine）。EdwardJennerEradicationofsmallpox200yearsafterJennerWHOannouncesmallpoxeradicated1965197019751980Countrieswithmorethanonesmallpoxcasepermonth301504. Theconceptof“Immunity”developedgraduallyovertimethroughmanyscientificfindings:

=>RobertKoch(1905NobelLaureate)=>Infectious diseasescausedbymicroorganisms =>LouisPasteur=>Vaccinesagainstcholera&rabies =>Theseclinicalsuccesses=>Thesearchofunderlyingmechanismof“ProtectionofInfectiousDiseases”研制出多種減毒疫苗（attenuatedvaccine）,用于預防雞霍亂,炭疽桿菌,狂犬病等疾病。LouisPasteur1880年，雞霍亂弧菌減毒疫苗Vaccinesforcommoninfectiousdiseasesb型流感嗜血桿菌破傷風百日咳風疹腮腺炎麻疹脊髓灰質炎乙肝白喉Stillnoeffectivevaccinesformanyinfectiousmicrobes,e.g.,HCV,HIV,Denguevirus…..etc細胞免疫和體液免疫學派的形成：(19世紀后葉-20世紀中葉)

免疫學重大學說和理論：克隆選擇學說(1957)；免疫網絡學說(1974)

對免疫系統的全面認識：發現各種免疫器官及免疫細胞DescriptiveScience”=>“ExperimentalScience”(1)細胞免疫學說(cellularimmunity)Neutrophil梅契尼可夫1880’s-Metchnikoffdiscoveredphagocyticcellsthatingestmicrobesandparticles

cellsconferredimmunity免疫應答機制的研究:1.TheDiscoveryofantibodyfunctionsin18972.TheNobelLaureateinMedicine1908AdoptedfromNatureImmunology,July2008

liquidofbloodconferredimmunity

發現抗體能清除各種病原微生物或者能中和細菌毒素。(2)體液免疫學說(humoralimmunity)PaulEhrlich:OneofthefathersofhumoraladaptiveimmunityQ:Whichconfersimmunity…cellsorserum?A:Bothcellsandserumcontributetoimmunity!MacFarlaneBurnet（1899-1985）

克隆選擇學說clonalselectiontheory體內事先就存有能識別各種抗原的細胞克隆(clone)，每一細胞表面均有對特定抗原的受體，能與相應抗原結合而識別它們。抗原的作用在于選擇與其相應的細胞克隆與其受體結合后，引起細胞的增殖分化，產生免疫應答，產生大量抗體（即免疫球蛋白）。抗體形成理論

-克隆選擇學說體內存在無數抗原特異性淋巴細胞克隆胚胎期與自身成分反應的淋巴細胞被“禁忌”形成耐受出生后淋巴細胞遇到相應抗原發生特異應答，并形成記憶禁忌細胞突變可導致自身免疫Advancesintechnology(e.g.,Cellculture,MonoclonalAb,Flowcytometry,Geneticengineering…etc)havefacilitatedourunderstandingoftheimmunesystemanditsfunctions.

“(1)免疫學理論研究抗體多樣性和特異性的遺傳學基礎T細胞抗原受體的基因克隆免疫遺傳學和MHC限制性的發現細胞因子及其受體信號轉導的研究危險信號學說(2)免疫學應用研究：基因工程疫苗基因工程制備重組細胞因子免疫細胞治療治療性抗體免疫（immunity)傳統概念指免除疫病、免除感染，指機體抗感染的防御能力。現代概念指機體對“自己”或“非己”的識別并排除“非己”的功能。免疫的基本功能功能正常表現（有利）異常表現（有害）免疫防御immunedefence抗病原微生物的侵襲超敏反應易受感染或免疫缺陷病免疫穩定immunehomeostasis清除損傷、衰老、死亡細胞自身免疫性疾病免疫監視immunesurveillance清除突變或畸變的惡性細胞惡性腫瘤免疫系統(immunesystem)：機體執行免疫功能的組織、器官、細胞和分子構成免疫系統。Thefourkindsofpathogensthatcausehumandisease常見的病原微生物Overviewofimmuneresponses固有免疫（innateimmunity）是機體抵御病原微生物入侵的第一道防線，并啟動和參與適應性免疫應答。 天然免疫（naturalimmunity)或非特異性免疫(nonspecificimmunity)，是個體出生時就具有的免疫力，通過遺傳獲得，是生物在長期進化過程中逐漸形成的，其針對外來異物的范圍廣，反應迅速，其應答模式和強度不因與病原微生物的反復接觸而改變。固有免疫系統的組成屏障細胞分子皮膚黏膜屏障：物理、化學、微生物血-腦屏障、血-胸腺屏障血-胎屏障、氣-血屏障巨噬細胞、中性粒細胞、樹突狀細胞、γδT細胞、NK細胞、NKT細胞、B1細胞、肥大細胞、嗜堿性粒細胞和嗜酸性粒細胞等。抗菌肽、溶菌酶、急性期蛋白、補體、細胞因子和黏附分子、Epithelialbarrierspreventthe

entryofmicrobes固有免疫細胞

PhagocyteNKILLs（固有樣淋巴細胞）DCMCBasophilEosinophil

T細胞

NKT細胞

B1細胞Monocyte-macrophageNeutrophilLecture1-免疫學概述肺部巨噬細胞吞噬大腸桿菌Phagocytosisbyinnateimmunity固有性免疫分子指體表分泌液以及血漿和其它體液中能夠識別或攻擊病原體的可溶性分子。抗菌肽antimicrobialpeptides溶菌酶lysozyme急性期蛋白(acutephaseproteins,APP)脂多糖結合蛋白（LBP）血清淀粉樣蛋白（SAP）甘露糖結合蛋白（MBP）C反應蛋白等（CRP）補體細胞因子和黏附分子ComplementactivationpathwaysElieMechnikoff:ThePioneerofInnateImmunity1.TheDiscoveryofPhagocytes&Phagocytosis2.TheNobelLaureateinMedicine1908AdoptedfromNatureImmunology,July2008ThedevelopmentofmodernImmunologyin20thcenturymainlycentersonunderstandingtheAdaptiveImmuneSystem.CharlesA.Janeway,M.D.YaleUniv.The“Renaissance”ofinnateimmunityIn1989,Janeway=>Immunerecognitionofmicrobes=>Detectionofconservedmolecularpatterns,referredtoPAMPs(Pathogen-AssociatedMolecularPatterns)withfeatures:1.Invariantamongagivenclassofmicrobes.2.Haveessentialrolesinmicrobialphysiology.3.Recognizedbyreceptorsoftheinnateimmunesystem,calledPRRs(Pattern-RecognitionReceptors).4.InnateimmunityregulatesadaptiveimmunityJulieA.Hoffmann,Ph.D.Strasbourg,FranceThe“Renaissance”ofinnateimmunityIn1996,Hoffmann’sgroupTollfunctionsasaPRRinDrosophilaKeyconceptsininnateimmunity1.Theinnateimmunesystemmainlyrecognizescommonstructuressharedbyclassesofmicrobes,=>PathogenAssociatedMolecularPatterns(PAMPs),e.g.,LPS,Peptidoglycan,MicrobialDNA&RNA.

2.HostreceptorsthatrecognizePAMPsarecalledPattern-RecognitionReceptors(PRRs),whichareencodedin“Germline”DNA=>limitedDiversity.

3.Innateimmunitynotonlyprovidethefirstlineofdefensesbutlinktotheprogramofadaptiveimmunity.4.PRRsmayalsorecognizecomponentsfrominjuredordeadhostcells=>AutoimmunediseasesPattern

Lipopolysaccharide(LPS)

Lipoteichoicacid

Bacteriallipopeptides

Peptidoglycan

BacterialDNA(CpG)

Flagellin

Terminalmannose/fucose

ViralDNA(CpG)

ssRNA

dsRNAPathogen-

Associated

Molecular

Patterns

(PAMP)是病原微生物（尤其是原核生物）表面存在一些人體所沒有的，但可為許多相關微生物所共享、結構恒定、進化保守的分子結構。損傷相關分子模式（damage-associatedmolecularpatterns，DAMPs）機體自身細胞所釋放的內源性分子，即內源性危險信號，來源于受損或壞死組織和某些激活的免疫細胞。主要有HMGB1、熱體克蛋白等。PAMPvsDAMPSterileinflammationconservedmicrobialmotifsVSnon-microbialsignalsLocationsofDifferentPRRsBodyfluids-SolublePRRsCellularPRRs-Cellsurface-Endosomes-CytosolToll-likeReceptorsMyD88-DependentandindependentSignalingNLRsarecytoplasmicbacterialsensorsthatactivateinflammasomes1ViralPatternRecognitionReceptors:SignalingandConsequencesInteractionbetweeninnateand

&adaptiveimmunity1.Innateimmunity=>Agpresentation(byDendriticcells)2.Adaptiveimmunity=>Agrecognition(byT&Blymphocytes)適應性免疫（adaptiveimmunity）是機體獲得性、抗原特異性、抵抗病原微生物感染的高效防御機制。

獲得性免疫（acquiredimmunity)或特異性免疫(specificimmunity)，是個體出生后，在環境中受抗原刺激所產生的免疫力，針對特定抗原，有特異性、多樣性、記憶性和耐受性。1)特異性，對某個特定的異物性抗原能引起特異性免疫應答；指抗原特異性。2)多樣性，機體可針對環境中多種多樣的抗原，分別建立起不同的特異性免疫應答；多樣性是特異性產生的基礎。

3)記憶性，當異物抗原再次入侵時，可產生快而強的再次免疫應答效應；記憶性淋巴細胞。

4)耐受性，正常情況下，免疫系統對自身成分有保護性的免疫耐受；

抗原決定簇

Antigenicdeterminant，AD抗原分子表面具有特殊立體構型和免疫活性的化學基團稱為抗原決定簇或抗原決定基。由于抗原決定簇通常位于抗原分子表面，因而又稱為抗原表位(epitope)。

抗原決定簇＝抗原決定基＝抗原表位抗原決定簇決定抗原的特異性，即決定抗原與抗體發生特異性結合的能力（實際是抗原決定簇與抗體的結合）。AD的數目、性質和空間構象決定抗原特異性抗原以AD與相應抗原受體及抗體特異性結合Lecture1-免疫學概述APC加工處理的抗原種類:

外源性抗原(exogenousantigen):通過吞噬或吞飲等作用被APC從細胞外攝入的抗原，以抗原肽-MHCII類分子復合物形式提呈給CD4+T細胞。內源性抗原(endogenousantigen):細胞內合成的抗原，以抗原肽-MHCI類分子復合物形式提呈給CD8+T細胞。外源性抗原加工，處理及提呈APC攝取的外源性抗原在內體中降解成肽，與MHCⅡ類分子(在內質網合成)結合后表達于細胞表面。外源性抗原加工中需要Ii鏈和HLA-DM分子的參與。Ii鏈與MHCⅡ類分子的轉運有關，并通過CLIP封閉MHCⅡ類分子的肽結合部位，阻止MHC-Ⅱ類分子在內質網中與內源性抗原肽結合。HLA-DM分子促使CLIP從MHCⅡ類分子肽結合區解離，有利抗原肽與MHCⅡ類分子結合。內源性抗原加工，處理及提呈內源性抗原經蛋白酶體降解成肽，通過抗原加工相關轉運體(TAP1、TAP2)轉運進入內質網，與MHCⅠ類分子(在內質網合成)結合成肽-MHCI類復合物，通過高爾基體表達于細胞表面。TAP是內質網上的異源性二聚體，由TAP-1及TAP-2基因編碼胞漿中蛋白酶體（proteasomes,核心成分為低分子量多肽LMP細胞被病毒感染后出現的病毒蛋白，基因突變后產生的腫瘤抗原THEADAPTIVEIMMUNERESPONSEAntibody-MediatedImmunity(AMI)InvolvesBlymphocytes,plasmacellsandantibodiesHumoralimmunityNamederivesfromantibodiesfoundinbodyfluids(humors-oldmedicalterm)Cell-MediatedImmunity(CMI)InvolvesTlymphocytes,antigen-presentingcellsandMHC(majorhistocompatibilitycomplex)moleculesCellularimmunityTypesofadaptiveimmunity1.Humoralimmunity=>Moleculesinbodyfluid,e.g.Antibody(Ab)=>Keyplayer=>Bcells

=>Targetextracellularmicrobes&toxins2.Cell-mediatedimmunity=>Keyplayer=>Tcells=>regulateotherimmunecells=>Targetintracellularmicrobes,e.g.viruses,bacteriaForinnateimmunity,italsoincludesHumoral&Cellularcomponentsforimmunedefense1、抗原提呈與識別階段（感應階段）：2、活化、增殖、分化階段（反應階段）：

T細胞活化、增殖分化為效應T細胞；

B細胞活化、增殖分化為漿細胞；部分細胞發育為記憶細胞。3、效應階段：效應T細胞對抗原的清除；漿細胞分泌抗體清除抗原。免疫應答的三個階段OverviewofadaptiveimmuneresponsesCELL-MEDIATEDIMMUNITY(CMI)DirectedagainstintracellularmicroorganismsNon-phagocyticcellsandphagocyticcellsT-lymphocytes(Tcells)Differentiateintoeffectorcellsfollowingantigenpresentationbyantigenpresentingcells(APC’s)FunctionaltypesofTcellsHelper(CD4Tcells)TH1andTH2cellsCytotoxic(CD8Tcells)TcellsdevelopinthethymusTSCCD4RTEDNPre-TCRDPTCRCD4CD8TCRTCRCD8CD4SPTCRCD4CD4b-selectionPositiveselectionNegativeselectionFunctionalmaturationTCR-brearrangementTCR-arearrangementTCRCD8CD8SPCD8RTEDevelopmentofThymocytesDoublenegativeDoublepositiveSinglepositiveTcellsundergofurtherdifferentiationinsecondarylymphoidtissuesafterencounterwithantigenOnlyasmallfractionofnaiveTcells(matureTcellsbeforetheyencounterantigen)survivesthepositiveandnegativeselection,andleavesthethymus.MaturenaiveTcellscanre-circulatebetweenbloodandlymphoidtissuesformanyyears(incontrasttoBcells,whichhaveshorterlifespan).Insecondarylymphoidtissues,TcellsaccumulateinTcellareas,wheretheybecomeactivatedbytheirspecificantigens.EncounterwithantigeninducesthefinalstageofTcelldevelopment:theirdifferentiationintoeffectorTcells.SomeeffectorTcellsstayinthelymphoidtissues(CD4-TH2cells),whileothersmigratetositeofinfection(CD8andCD4-TH1cells).T細胞受體復合物 由TCR和CD3組成。前者識別和結合抗原肽,后者將TCR獲得的抗原信號傳遞至細胞內。T細胞對抗原的識別

APCT細胞信號第一信號第二信號T細胞TCR和CD4/CD8CD28APCMHC-肽復合物B7(B7.1、B7.2)T細胞活化的雙信號刺激

第一信號：TCR對MHCII－抗原肽復合物的識別，CD3分子將第一信號傳遞到細胞內。

第二信號：CD28識別專職APC上的B7分子,又稱協同刺激信號。

Lecture1-免疫學概述EffectorTcellsIncontrasttoterminallydifferentiatedBcells(plasmacells),thereareseveraltypesofterminallydifferentiatedeffectorTcells.CD8TcellsCytotoxicTcells(recognizeMHC classImolecules)CD4Tcells

TH1helpercells(activatemacrophages)TH2helpercells(inducedifferentiationofBcellsintoplasmacellsandproductionofantibodies)Activation(cytokines)(recognizeMHCIImolecules)Theimmunesystemismaintainedinacarefullyregulatedbalancebetweenthetwopolarisedcontrolarms,Th1(cellularimmunity)andTh2(humoralimmunity).Indiseasestatesthebalanceisskewed.multiplesclerosis,rheumatoidarthritisandtypeIdiabetes,haveaTh1bias,whereascancerpatientshaveaTh2bias.Th1andTh2CellsDonotRepresentAllCD4+CellsMoreThelpersubsetsTh3:TGFβ-producingCD4TcellsTr1:IL-10-producingCD4TcellsTh9:IL-9-producingCD4TcellsTfh:follicularhelperTcells,locatedinthefollicularregionsoflymphnodesandspleen,follicularTh1/Th2/Th17cellsANTIBODY-MEDIATED(HUMORAL)IMMUNITYDirectedagainstextracellularmicroorganismsandtoxinsB-lymphocytes(Bcells)DifferentiateintoplasmacellswhichproduceantibodiesFunctionasantigen-presentingcells(APC’s)ClassificationofAntibodies(Immunoglobulins)ImmunoglobulinM(IgM)ImmunoglobulinG(IgG)ImmunoglobulinA(IgA)ImmunoglobulinD(IgD)ImmunoglobulinE(IgE)Lecture1-免疫學概述

抗體的功能V區的功能

—識別并特異性結合抗原單體（IgG,IgE)—2價二聚體(分泌型IgA)—4價五聚體(IgM)—10價中和效應—中和毒素和病毒與Ag結合—促吞噬細胞吞噬抗體的結合價實際意義Lecture1-免疫學概述C區的功能

1.激活補體系統

Ab(IgM、IgG)+Ag

C1q

補體經典途徑

IgG4、IgA和IgE的凝聚物

補體旁路途徑

2.介導免疫細胞活性

(1)調理作用（opsonization）：IgG+抗原(顆粒性)

FcγR（單核、巨噬細胞及中性粒細胞）

促吞噬細胞吞噬；

(2)ADCC：IgG+抗原(靶細胞)

FcγR（NK

細胞）

殺傷靶細胞；

(3)介導超敏反應：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型超敏反應。

3.穿越胎盤和粘膜Antibody-DependentCellularCytotoxicity(ADCC)Th2與B細胞的相互作用，獲得第二信號：協同刺激信號CD40-CD40L活化的Th2細胞分泌細胞因子及表達CD40L，輔助B細胞活化CD79α/β2第二信號（Th細胞信號）——有二種方式（1）Th細胞-B細胞間接觸作用：CD40L-CD40等（2）Th細胞分泌細胞因子：IL-4、5、6等胸腺依賴性抗原（TD-Ag）Specificity,Memory,andHomeostasisofAdaptiveImmunity體液免疫應答一般規律多克隆抗體(polyclonalantibody，PcAb)：采用傳統的免疫方法，將抗原物質經不同的途徑進入動物體內，經數次免疫后采取動物血液，分離出血清，由此獲得的抗血清即為多克隆抗體。用天然的抗原物質免疫動物，刺激多個B細胞克隆所獲得的免疫血清（含多種特異性抗體）。單克隆抗體(MonoclonalAntibody，McAb):由一個B細胞分化增殖的子代細胞產生的針對單一抗原決定簇的抗體，稱單克隆抗體。由一個B細胞克隆產生。識別一種抗原表位。高度均一（結構、特異性）。雜交瘤技術制備。基因工程抗體：利用基因工程技術來制備的抗體分子稱為基因工程抗體，是分子水平的抗體。抗體針對的靶分子作用機制治療疾病CD3阻斷T細胞功能預防腎移植排斥反應CD25阻斷IL-2受體預防腎移植排斥反應CD20(或偶聯核素)誘導腫瘤細胞凋亡non-Hidgkin’s淋巴瘤和RACD33(免疫毒素)誘導腫瘤細胞凋亡急性髓樣白血病CD52誘導腫瘤細胞凋亡慢性B淋巴細胞白血病，T細胞瘤Her2(CD340)抑制和殺傷腫瘤細胞轉移性乳腺癌EGFR抑制腫瘤血管形成轉移性結腸直腸癌和頭頸部腫瘤，非鱗癌、非小細胞肺癌，對化療反應差的多形性膠質細胞瘤CD41/CD61(gpIIbIIIa)抑制血小板凝聚預防冠狀動脈血管形成術中血栓形成US和EU所批準的治療性抗體

鼠源性單克隆抗體將逐漸被人源化抗體所替代：鼠源性單克隆抗體與人補體成分結合能力低，CDC作用相應較弱，對腫瘤細胞的殺傷能力較弱；它與NK等免疫細胞表面Fc受體親和力弱，介導的ADCC作用較弱；鼠源抗體在人血循環中的半衰期短，它發揮ADCC與CDC作用的時間較短；鼠單克隆抗體具有免疫原性，宿主易產生抗抗體引起過敏反應。抗體人源化改造及人源抗體制備

人-鼠嵌合抗體：應用基因工程技術將小鼠單克隆抗體的恒定區用人源抗體恒定區代替而拼接成嵌合抗體。改型抗體如CDR移植、SDR移植：用鼠單克隆抗體的CDR、SDR移植到人源抗體可變區，替代人源抗體CDR、SDR。表面氨基酸殘基人源化抗體人源化的主要技術MjmacrophageIL-8Activated

TcellaADP56BC58B’CNH2COOHIL-2

Cytockinesarelow-molecular-weightregulatoryproteins

orglycoproteinssecretedbywhitebloodcellsandvariouscells(vascularendothelialcell,epidermiccellandfibroblast)inbodyinresponsetoanumberofstimuli.

CytokineBiologicaleffectsIL-1TNF

GM-CSFM-CSFFGFPDGFVEGFIL-12IL-15IL-6LIFOSMChemokinesTGF

IL-10IL-11IL-13sTNF-RIL-1raPRO-INFLAMMATORYANTI-INFLAMMATORYCytokineimbalanceduringinflammationLecture1-免疫學概述細胞因子的研究熱點1、新細胞因子的基因克隆化2、細胞因子受體的基因克隆化3、細胞因子信號轉導機制4、新一代細胞因子：高活性，多功能，低毒副作用，長半衰期，高穩定性5、細胞因子作為生物應答調節劑（BRM