第二节 体液免疫

第八章免疫应答

第二节体液免疫

一、体液免疫的概念及应答过程

由B细胞介导的免疫应答称为体液免疫应答。而体液免疫效应是由B细胞通过对抗原的识别、活化、增殖，最后分化为浆细胞并合成分泌抗体来实现的，因此，抗体是介导体液免疫效应的效应分子。

B细胞是体液免疫应答的核心细胞，一个B细胞表面约有104～105个抗原受体，可以和大量的抗原分子相结合而被选择性地激活。

B细胞对抗原的识别视抗原不同而异。由TI抗原引起的体液免疫不需要抗细胞的协助，抗原能直接与B细胞表面的抗原受体特异性结合，原递呈细胞和T

H

引起B细胞活化。而由TD抗原引起的体液免疫，抗原必须经过抗原递呈细胞的捕捉、吞噬、处理，然后后把含有抗原决定簇的片段呈送到抗原递呈细胞表面。

细胞识别带有抗原决定簇的抗原递呈细胞后，B细胞才能与抗原结合被激只有T

H

活。

B细胞被激活后，代谢增强，体积增大，处于母细胞化，然后增殖、分化为浆母细胞（体积较小，胞体为球形），进一步分化为成熟的浆细胞（卵圆形或圆形，胞核偏于一侧），由浆细胞合成并分泌抗体球蛋白（浆细胞寿命一般只有2d，每秒钟可合成300个抗体球蛋白）。在正常情况下，抗体产生后很快排出细胞外，进入血液，并在全身发挥免疫效应。

由TD抗原激活的B细胞，一小部分在分化过程中停留下来不再继续分化，成为记忆性B细胞。当记忆性B细胞再次遇到同种抗原时，可迅速分裂，形成众多的浆细胞，表现快速免疫应答。而由TI抗原活化的B细胞，不能形成记忆细胞，并且只产生IgM抗体，不产生IgG。

二、体液免疫的效应物质——抗体

（一）抗体（antibody，Ab）的概念抗体是机体受到抗原物质刺激后，由B淋巴细胞转化为浆细胞产生的，能与相应抗原发生特异性结合反应的免疫球蛋白（Ig）。

抗体的化学本质是免疫球蛋白，它是机体对抗原物质产生免疫应答的重要产物，具有各种免疫功能。根据免疫球蛋白的化学结构和抗原性不同可分为IgG、IgM、IgA、IgE、IgD五种，家畜主要以前四种为主。机体产生的抗体主要存在于血液（血清）、淋巴液、组织液和其他外分泌液中，因此将抗体介导的免疫称为体液免疫。含有免疫球蛋白的血清称免疫血清或抗血清。有的抗体可与细胞结合，如IgG可与T、B淋巴细胞、K细胞、巨噬细胞等结合，IgE可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞结合，这类抗体称为亲细胞性抗体。

免疫球蛋白是蛋白质，因此一种动物的免疫球蛋白对另一种动物而言是良好的抗原，能刺激机体产生抗这种免疫球蛋白的抗体，即抗抗体。

（二）免疫球蛋白（Ig）的分子结构所有种类免疫球蛋白的单体分子结构都是相似的，IgG、血清型IgA、IgE、IgD均是以单体分子形式存在的，IgM是

以五个单体分子构成的五聚体，分泌型的IgA 是以两个单体分子构成的二聚体。每个单体Ig 分子均是由四条多肽链组成，其中两条较大的相同分子量的肽链称为重链（H 链），两条较小的相同分子量的肽链称为轻链（L 链），肽链间靠二硫键连接构成“Y ”字形分子（图8-2、8-3）。轻链大约由213～214个氨基酸组成，分子量约22500，重链约含420～440个氨基酸，为轻链的2倍，分子量55000～75000。

四条多肽链的氨基和羧基方向具有一致性，由氨基端（N 端）指向羧基端（C 端）。从N 端开始，轻链最初的109个氨基酸，重链是110个氨基酸，其排列顺序及结构是随抗体分子的特异性不同而有所变化，这一区域称为可变区（V 区），其余的氨基酸比较稳定，称为恒定区（C 区）。V 区是与抗原特异性结合的部位。在轻链可变区（V L ）、重链可变区（V H ）的某些局部区域中，氨基酸的组成和排列

顺序具有更高的变化程度，称为高变区；其余氨基酸变化较小的区域，称为骨架区。VL 中的高变区有三个，通常分别位于第26～32、48～55、90～95位氨基酸；VH 中高变区有四个，通常分别位于第31～37、51～58、84～91、101～110位氨基酸。高变区也是Ig 分子独特型决定簇主要存在的部位。

Ig 的多肽链分子可折叠形成几个由链内二硫键连接，形成环状球形结构，称为免疫球蛋白的功能区。IgG 、IgA 、IgD 的重链有四个功能区，分别称V H 、C H1、C H2、C H3，IgM 、IgE 有五个功能区，多了一个C H4。轻链有两个功能区，即V L 、C L （图8-2）。

在重链C H1和C H2之间有一个绞链区，能使Ig 分子活动自如，呈“T”或“Y”

字形。当Ig 分子与抗原决定簇发生结合时，可由“T”字形变成“Y”字形，暴露了Ig 分子上的补体结合点，由此结合并激活补体，从而发挥多种生物学效应。

一个Ig 单体分子具有2个抗原结合位点，分泌型IgA 是Ig 单体分子的二聚体，具有4个抗原结合位点，IgM 是Ig 单体分子的五聚体，有10个抗原结合位点。

IgG 分子用木瓜蛋白酶在链区重链间的二硫键近氨基端切断，可水解成大小相似的三个片段，其中两个相同片段，可与抗原决定簇结合，称抗原结合片段（Fab ），另一个片段可形成结晶，称为可结晶片段（Fc ）（图8-4）。用胃蛋白酶在IgG 分子绞链区重链间二硫键近羧基端切断，可水解成大小不同的两个片段，具有双价抗体活性大片段，称F(ab ′)2片段，小片段类似Fc 段，称为pFc ′片段，pFc ′片段可继续被胃蛋白酶水解成更小的片段，无任何生物学活性。

（三）各类免疫球蛋白的主要特性与功能

1．IgG 是人和动物血清中含量最高的免疫球蛋白，占血清免疫球蛋白总量的75%～80%。IgG 是介导体液免疫的主要抗体，以单体形式存在，分子量为160000～180000。IgG 主要由脾脏和淋巴结中的浆细胞产生，大部分存在于血浆中，其余存在于组织液和淋巴液中。IgG 是动物自然感染和人工主动免疫后，机体所产生的主要抗体，因此是动物机体抗感染免疫的主力，也是血清学诊断和疫苗免疫后监测的主要抗体。IgG 在动物体内不仅含量高，而且持续时间长，可发

挥抗菌、抗病毒，抗毒素以及抗肿瘤等作用，也能调理、凝集和沉淀抗原。IgG 是唯一能通过人（和兔）胎盘的抗体，因此在新生儿的抗感染中起着十分重要的作用。此外，IgG还参与Ⅱ、Ⅲ型变态反应。

2．IgM 是动物机体初次体液免疫应答最早产生的免疫球蛋白，其含量仅占血清免疫球蛋白的10%左右，主要由脾脏和淋巴结中的浆细胞产生，存在于血液中。IgM是由五个单体分子构成的五聚体（图8-5），分子量达900000，是所有免疫球蛋白中分子量最大的，因此又称巨球蛋白。IgM在体内产生最早，但持续时间短，因此不是机体抗感染免疫的主力，但在抗感染免疫早期起着十分重要的作用，也可通过检测IgM抗体进行疫病的血清学早期诊断。IgM具有抗菌、抗病毒，中和毒素等免疫活性，由于其分子上含有多个抗原结合位点，所以IgM是一种高效能的抗体，其杀菌、溶菌、溶血、调理及凝集作用均比IgG高。IgM也有抗肿瘤作用。此外，IgM也参与Ⅱ、Ⅲ型变态反应。

3．IgA 以单体和二聚体两种形式存在，单体IgA存在于血清中，称为血清型IgA，约占血清免疫球蛋白的10%～20%；二聚体为分泌型IgA（图8-6、8-7），是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道部位的黏膜固有层的浆细胞所产生的，因此分泌型的IgA主要存在于呼吸道、消化道、生殖道的外分泌液以及初乳、唾液、泪液中，此外在脑脊液、羊水、腹水、胸膜液中也含有IgA。分泌型IgA对机体呼吸道、消化道等局部黏膜免疫起着相当重要的作用，是机体黏膜免疫的一道“屏障”，可抵御经黏膜感染的病原微生物，具有抗菌、抗病毒、中和毒素的作用。在传染病的预防接种中，经滴鼻、点眼、饮水及喷雾途径免疫，均可产生分泌型IgA而建立相应的黏膜免疫力。

4．IgE 是以单体分子形式存在，分子量为200000。IgE的产生部位与分泌型IgA的相似，是由呼吸道、消化道黏膜固有层中的浆细胞所产生的，在血清中的含量甚微。IgE是一种亲细胞性抗体，易与皮肤组织、肥大细胞、血液中的嗜碱性粒细胞和血管内皮细胞结合，介导Ⅰ型过敏反应。此外IgE在抗寄生虫及某些真菌感染中也起重要作用。

5．IgD 是以单体分子形式存在，分子量为170000～200000，在血清中含量极低，不稳定，易被降解。目前认为IgD是B细胞的重要表面标志，是作为成熟B细胞膜上的抗原特异性受体，而且与免疫记忆有关。有报道认为，IgD与某些过敏反应有关。

（四）抗体产生的一般规律

1．初次应答动物机体初次接触抗原，也就是某种抗原首次进入体内引起的抗体产生的过程，称为初次应答。抗原初次进入动物机体后，在一定时期内体内查不到抗体或抗体产生很少，称这一时期为潜伏期。潜伏期的长短视抗原的种类而异，如初次注射的是菌苗，需经5～7d血液中有抗体出现；若初次注射的是类毒素，则需经2～3周才出现抗体。潜伏期之后为抗体的对数上升期，抗体含量直线上升，抗体达到高峰需7～10天，然后为高峰持续期，抗体产生和排出相对平衡，最后为下降期。

初次应答最早产生的抗体是IgM，可在几天内达到高峰，然后开始下降。接着才产生IgG，IgA常在IgG出现后2周至1～2月才能在血液中查出，而且含量少。初次应答产生的抗体总量较低，维持时间也较短。其中IgM的维持时间最短，IgG可在较长时间内维持较高水平，其含量也比IgM高。

2．再次应答动物机体第二次接触相同的抗原物质引起的抗体产生的过程，称为再次应答。初次应答产生抗体量为下降期时，再次用相同抗原免疫，发现机体产生抗体的潜伏期显著缩短，如细菌抗原仅2～3d，起初原有抗体量略显下降，随后抗体量迅速升高，多达几倍至几十倍，维持时间较长，产生的抗体大部分为IgG，IgM则很少，如果再次应答间隔的时间越长，产生的IgM就越少。（图8-8、8-9）

3．回忆应答动物机体受抗原物质刺激产生的抗体，经一定时间后在体内逐渐消失，此时如再次接触同一抗原，可使已消失的抗体迅速回升，称此为抗体的回忆应答。再次应答和回忆应答取决于体内记忆性T细胞和B细胞的存在。记忆性T细胞保留了对抗原分子载体决定簇的记忆，在再次应答中，记忆性T细胞可被诱导很快增殖分化成T H细胞，对B细胞的增殖和产生抗体起辅助作用。记忆性B细胞为长寿细胞，可分为IgG记忆细胞、IgM记忆细胞和IgA记忆细胞，此类细胞可以再循环。当机体与抗原物质再次接触时，各类记忆细胞均可被激活，迅速增殖分化成产生IgG和IgM的浆细胞。因IgM记忆细胞寿命较短，所以，再次应答间隔的时间越长，机体越倾向产生IgG，而不产生IgM。

再次应答和回忆应答提示我们，在预防接种时间隔一定时间进行再次免疫，可起到强化免疫的功效。

（五）影响抗体产生的因素抗体是机体免疫系统受抗原的刺激后产生的，因此影响抗体产生的因素就在于抗原和机体两个方面。

1．抗原方面

（1）抗原的性质由于抗原的物理性状、化学结构及毒力的不同，产生的免疫效果也不一样。如给动物机体注射颗粒性抗原，只需2～5d血液中就有抗体出现，而注射可溶性抗原类毒素则需2～3周才出现抗毒素；活苗与死苗相比，活苗的免疫效果好，因为在活的微生物刺激下，机体产生抗体较快。

（2）抗原的用量在一定限度内，抗体的产生随抗原用量的增加而增加，但当抗原用量过多，超过了一定限度，抗体的形成反而受到抑制，称此为免疫麻痹。而抗原用量过少，又不足以刺激机体产生抗体。因此，在预防接种时，疫苗的用量必须按规定使用，不得随意增减。一般活苗用量较小，灭活苗用量较大。

（3）免疫次数及间隔时间为使机体获得较强而持久的免疫力，往往需要刺激机体产生再次应答。活疫苗因为在机体内有一定程度的增殖，只需免疫一次即可，而灭活苗和类毒素通常需要连续免疫2～3次，灭活疫苗间隔7～10d、类毒素需间隔6周左右。

（4）免疫途径免疫途径的选择以刺激机体产生良好的免疫反应为原则，不一定是自然感染的侵入门户。由于抗原易被消化酶降解而失去免疫原性，所以

多数疫苗采用非经口途径免疫，如皮内、皮下、肌肉等注射途径以及滴鼻、点眼、气雾免疫等，只有少数弱毒疫苗，如传染性法氏囊病疫苗可经饮水免疫。

2．机体方面动物机体的年龄因素、遗传因素、营养状况、某些内分泌激素及疾病等均可影响抗体的产生。如初生或出生不久的动物，免疫应答能力较差。其原因主要是免疫系统发育尚未健全，其次是受母源抗体的影响。母源抗体是指动物机体通过胎盘、初乳、卵黄等途径从母体获得的抗体。母源抗体可保护幼畜禽免于感染，还能抑制或中和相应抗原。因此，给幼畜禽初次免疫时必须考虑到母源抗体的影响。另外，雏鸡感染传染性法氏囊病毒，使法氏囊受损，导致雏鸡体液免疫应答能力下降，影响抗体的产生。

（六）人工制备抗体的种类

1.多克隆抗体克隆是指一个细胞经无性增殖而形成的一个细胞群体，由一个B细胞增殖而来的B细胞群体即B细胞克隆。一种天然抗原物质，是由多个抗原分子组成，即使是纯蛋白质抗原分子也含有多种抗原决定簇，将此种抗原经各种途径免疫动物，可激活机体多淋巴细胞克隆，由此产生的抗体是一种多克隆的混合抗体，即为多克隆抗体，也称第一代抗体。由于这种抗体是不均一的，无论是对抗体分子结构与功能的研究，还是临床应用都受到很大限制，因此单克隆抗体的研究及应用前景广阔。

2.单克隆抗体由一个B细胞克隆针对单一抗原决定簇产生的抗体，称单克隆抗体。但在实际工作中应用的单克隆抗体并非如此生产而成，因为B细胞在体外无限增殖培养很难完成。1975年Kohler和Milstein建立了体外淋巴细胞杂交瘤技术，用人工方法将产生特异性抗体的B细胞与能无限增殖的骨髓瘤细胞融合，形成B细胞杂交瘤，该杂交瘤细胞既能产生抗体，又能无限增殖，由这种克隆化B细胞杂交瘤产生的抗体即为生产中应用的单克隆抗体，也称第二代抗体。此抗体具有多克隆抗体无可比拟的优越性，有高纯度、高特异性、均质性好、重复性好、效价高、成本低等特点，主要用于血清学技术、肿瘤免疫治疗、抗原纯化、抗独特型抗体疫苗的研制等方面。由于单克隆抗体的问世，推动了免疫学及相关学科的发展，使这两位科学家于1984年获得诺贝尔奖。

三、体液免疫效应

抗体作为体液免疫的效应分子，在体内可发挥多种免疫功能。由抗体介导的免疫效应，在多数情况下对机体是有利的，但有时也会造成机体的免疫损伤。体液免疫效应可表现为以下几个方面（图8-10）：

（一）中和作用体内针对细菌毒素（外毒素或类毒素）的抗体和针对病毒的抗体，可对相应的毒素和病毒产生中和效应。毒素的抗体与相应的毒素结合，一方面可改变毒素分子的构型，使其失去毒性作用；另一方面，毒素与相应抗体形成的复合物容易被单核/巨噬细胞吞噬。病毒的抗体可通过与病毒表面抗原结合，从而使病毒失去对细胞的感染性，保护细胞免受感染。

（二）免疫溶解作用一些革兰氏阴性菌（如霍乱弧菌）和某些原虫（如锥虫），与体内相应的抗体结合后，可激活补体，最终导致菌体和虫体溶解。

（三）免疫调理作用（图8-11）对于一些毒力比较强的细菌，特别是一些有荚膜的细菌，相应的抗体（IgG或IgM）与之结合后，则容易受到单核-巨噬细胞的吞噬，若再激活补体形成细菌-抗体-补体复合物，则更容易被吞噬。这是

的受体，体内形成的抗原-由于单核-巨噬细胞表面具有抗体分子的Fc片段和C

3b

抗体或抗原-抗体-补体复合物容易受到它们的捕获。抗体的这种作用称为免疫调理作用。

（四）局部黏膜免疫作用由黏膜固有层中的浆细胞产生的分泌型IgA是机体抵抗从呼吸道、消化道及泌尿生殖道感染的病原微生物的主要防御力量，分泌型IgA可阻止病原微生物吸附黏膜上皮细胞。（图8-12、8-13）

（五）抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC作用）（图8-14）一些效应性淋巴细胞（如K细胞），其表面具有抗体分子的Fc片段的受体，当抗体分子与相应的靶细胞（如肿瘤细胞）结合后，效应细胞就可借助于Fc受体与抗体的Fc片段结合，从而发挥其细胞毒作用，将靶细胞杀死。

（六）对病原微生物生长的抑制作用一般而言，细菌的抗体与细菌结合后，不会影响其生长和代谢，仅表现为凝集和制动现象，只有霉形体和钩端螺旋体，其抗体与之结合后可表现出抑制作用。

（七）免疫损伤作用抗体在体内引起的免疫损伤主要是介导Ⅰ型（IgE）、Ⅱ型和Ⅲ型（IgG和IgM）变态反应，以及一些自身免疫疾病。