第十章 免疫学基础

第十章免疫学基础第一节有关免疫的基本概念免疫学（Immunology）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科学。

免疫发源于抵抗微生物感染的研究，但现代免疫的概念已不再局限于该范围，而是指动物（人）机体对自身（self )和非自身（nonself )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。

执行这种功能的是机体的免疫系统。

一、免疫的基本特性（一）识别自身与非自身（recognition of self and nonself）免疫功能正常的动物机体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淋巴细胞、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(epitope）结合。

免疫系统的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的微细差别也能加以识别。

（二）特异性（specificity）动物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，如接种新城疫疫苗可使鸡产生对新城疫病毒的抵抗力，而对其他病毒如鸡马立克病病毒无抵抗力。

（三）免疫记忆（immunological memory）免疫具有记忆功能。

动物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，也形成了免疫记忆细胞，对再次接触的相同抗原物质可产生更快的免疫应答。

动物患某种传染病康复后或用疫苗接种后，可产生长期的免疫力，归功于免疫记忆。

二、免疫的基本功能（一）抵抗感染(defense)是指动物机体抵御病原微生物的感染和侵袭的能力，又称免疫防御。

动物的免疫功能正常时，能充分发挥对进入动物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，将病原微生物消灭。

若免疫功能异常亢进时，可引起变态反应；而免疫功能低下或免疫缺陷，可引起机体微生物的机会感染。

（二）自身稳定（homeostasis）又称免疫稳定（immunological homeostasis)。

在动物的新陈代谢过程中，每天可产生大量的衰老死亡的细胞，免疫的第二个重要功能就是将这些细胞清除出体内，以维持机体的生理平衡。

若此功能失调则可导致自身免疫性疾病。

（三）免疫监视（immunological surveillance）机体内的细胞常因物理、化学和病毒等致癌因素的作用变为肿瘤细胞。

动物机体免疫功能正常时，即可对这些细胞加以识别，然后清除，这种功能即为免疫监视。

若此功能低下或失调，则可导致肿瘤的发生。

第二节免疫系统免疫系统（immune system）是机体执行免疫应答及免疫功能的一个重要系统。

免疫系统由免疫器官和组织、免疫细胞（如造血干细胞、淋巴细胞、抗原提呈细胞、粒细胞、肥大细胞、红细胞等）及免疫分子（如免疫球蛋白、补体、各种细胞因子和膜分子等）组成。

免疫组织（immune tissue）又称为淋巴组织（lymphoid tissue）。

免疫组织在人体和动物体内分布广泛，其中肠道、呼吸道、泌尿生殖道等黏膜下含有大量非包膜化的弥散性淋巴组织（diffuse lymphoid tissue）和淋巴小结（lymphoid nodule），在黏膜局部抗感染免疫中发挥主要作用。

淋巴组织是胸腺、脾、淋巴结等包膜化淋巴器官（lymphoid organ）的主要组分。

淋巴器官因具有免疫功能，又被称为免疫器官（immune organ）。

免疫器官按其发生和功能不同，可分为中枢免疫器官和外周免疫器官，二者通过血液循环及淋巴循环互相联系。

中枢免疫器官发生较早，由骨髓及胸腺组成，多能造血干细胞在中枢免疫器官发育为成熟免疫细胞，并通过血液循环输送至外周免疫器官。

外周免疫器官发生较晚，由淋巴结、脾及黏膜相关淋巴组织等组成，成熟免疫细胞在这些部位定居，并在接受抗原刺激后产生免疫应答。

淋巴细胞和单核细胞经血液循环和淋巴循环进出外周免疫器官和组织，构成免疫系统的完整网络，既能及时动员免疫细胞，使之聚集于体表及内脏各处病原体等抗原存在部位，又能使这些部位的抗原经抗原提呈细胞摄取并携带至相应外周免疫器官或组织，进而活化T 细胞和B细胞，从而发挥适应性免疫应答及效应作用。

一、中枢免疫组织和器官中枢免疫器官（central immune organ）或称初级淋巴器官（primary lymphoid organ)，是免疫细胞发生、分化、发育和成熟的场所。

人或其他哺乳类动物的中枢免疫器官包括骨髓和胸腺。

鸟类的腔上囊（法氏囊）相当于哺乳类动物的骨髓。

（一）骨髓骨髓(bone marrow）是各种血细胞和免疫细胞发生和分化的场所，是机体重要的中枢免疫器官。

1.骨髓的结构与造血微环境骨髓位于骨髓腔中，分为红骨髓和黄骨髓。

红骨髓具有活跃的造血功能，由造血组织和血窦构成。

造血组织主要由基质细胞和造血细胞组成。

基质细胞包括网状细胞、成纤维细胞、血管内皮细胞、巨噬细胞等，由基质细胞及其所分泌的多种细胞因子(IL-3,IL-4,IL-6,IL-7,GM-CSF等）与细胞外基质共同构成了造血细胞赖以分化发育的环境，称为造血诱导微环境（hemopoietic inductive microenvironment, HIM）。

2.骨髓的功能（1）各类血细胞和免疫细胞发生的场所骨髓造血干细胞（hematopoietic stem cell, HSC）具有分化成不同血细胞的能力，故称之为多能造血干细胞（multiple hematopoietic stem cell），HSC在骨髓微环境中首先分化为髓样干细胞（myeloid stem cell）和淋巴干细胞（lymphoid stem cell），前者进一步分化成熟为粒细胞、单核细胞、树突状细胞、红细胞和血小板；后者则发育为各种淋巴细胞（T细胞、B细胞、NK细胞）的前体细胞（图10-1）。

图10-1 造血干细胞的分化过程骨髓多能造血干细胞具有自我更新和分化的能力，在骨髓微环境影响下，可经过定向干细胞、祖细胞、前体细胞等分化阶段，最终分化、成熟为各种血细胞。

（2）B细胞分化成熟的场所在骨髓中产生的各种淋巴细胞的祖细胞及前体细胞，一部分随血流进入胸腺。

发育为成熟T细胞；另一部分则在骨髓内继续分化为成熟B细胞或自然杀伤细胞（NK细胞）。

成熟的B细胞和NK细胞随血液循环迁移并定居于外周免疫器官。

（3）体液免疫应答发生的场所骨髓是发生再次体液免疫应答的主要部位。

记忆性B 细胞在外周免疫器官受抗原刺激后被活化，随后可经淋巴液和血液返回骨髓，在骨髓中分化成熟为浆细胞，产生大量抗体（主要为IgG)，并释放至血液循环。

在脾和淋巴结等外周免疫器官所发生的再次免疫应答。

其抗体产生速度快，但持续时间短；而在骨髓所发生的再次免疫应答，则缓慢地、持久地产生大量抗体，成为血清抗体的主要来源。

因此，从这点意义上说，骨髓既是中枢免疫器官，又是外周免疫器官。

由于骨髓是人体极为重要的造血器官和免疫器官，骨髓功能缺陷时，不仅会严重损害机体的造血功能，而且将导致严重的细胞免疫和体液免疫功能缺陷。

如大剂量放射线照射可使机体的造血功能和免疫功能同时受到抑制或丧失，这时只有植入正常骨髓才能重建造血和免疫功能。

另外，利用免疫重建，将免疫功能正常个体的造血干细胞或淋巴干细胞移植给免疫缺陷个体，使后者的造血功能和免疫功能全部或部分得到恢复，可用于治疗免疫缺陷病和白血病等。

（二）胸腺胸腺（thymus）是T细胞分化、发育、成熟的场所。

胸腺由胚胎期第Ⅲ、Ⅳ对咽囊的内胚层分化而来。

它位于胸腔纵隔上部、胸骨后方。

人胸腺的大小和结构随年龄的不同而有明显差异。

胸腺出现于胚胎第9周。

在胚胎第20周发育成熟，已具有正常胸腺的结构，是发生最早的免疫器官。

新生期胸腺约重15～20g，以后逐渐增大，至青春期可达30～40g。

青春期以后，胸腺随年龄增长而逐渐萎缩退化，表现为胸腺细胞减少，间质细胞增多，并含有大量脂肪细胞。

老年期胸腺萎缩，多被脂肪组织取代，功能衰退，造成细胞免疫力下降，容易发生感染和肿瘤。

1. 胸腺的结构胸腺分左右两叶，表面覆盖有一层结缔组织被膜，被膜伸入胸腺实质，将实质分隔成若干胸腺小叶。

胸腺小叶的外层为皮质（cortex），内层为髓质（medulla），皮-髓质交界处含有大量血管（图10-2）。

（1）皮质胸腺皮质分为浅皮质区(outer cortex）和深皮质区(inter cortex)。

皮质内85％～90％的细胞为未成熟T细胞（即胸腺细胞），并有胸腺上皮细胞(thymus epithelial cell TEC)、巨噬细胞（macrophage. Mф）和树突状细胞（dendritic cell, DC）等。

胸腺浅皮质区内的胸腺上皮细胞可包绕胸腺细胞，称为胸腺抚育细胞（thymic nursing cell)，可产生某些促进胸腺细胞分化发育的激素和细胞因子。

深皮质区内主要为体积较小的皮质胸腺细胞。

（2）髓质髓质内含有大量胸腺上皮细胞和疏散分布的较成熟的胸腺细胞、单核-巨噬细胞和DC,髓质内常见赫氏小体（Hassall's corpuscle)，也称胸腺小体（thymic corpuscle), 由退变聚集的上皮细胞呈同心圆状包绕排列而成，是胸腺结构的重要特征。

赫氏小体的功能尚不清楚，在胸腺炎症或肿瘤时该小体消失。

2. 胸腺微环境胸腺实质主要由胸腺细胞和胸腺基质细胞(thymic stromal cell,TSC)组成。

前者绝大多数为处于不同分化阶段的未成熟T细胞。

后者则以胸腺上皮细胞为主，还包括Mф、DC及成纤维细胞等。

TSC构成了决定T细胞分化、增殖和选择性发育的胸腺微环境。

胸腺上皮细胞是胸腺微环境最重要的组分，这些细胞以两种方式参与胸腺细胞的分化。

（1）分泌细胞因子和胸腺肽类分子胸腺基质细胞能产生多种细胞因子，如SCF, IL-I , IL-2 ,IL-6,IL-7,TNF-α,GM-CSF趋化性细胞因子，这些细胞因子通过与胸腺细胞表面相应受体结合，调节胸腺细胞的发育和细胞间相互作用。

胸腺上皮细胞分泌的胸腺肽类分子包括胸腺素(thymosin)、胸腺α肽(thymulin)，胸腺生成素(thymopoietin, TP)等，具有促进胸腺细胞增殖、分化和发育等功能。

图10-2 胸腺的结构A-胸腺切面示小叶结构：结缔组织构成小梁，包绕胸腺细胞，形成小叶B-胸腺扫描电镜图：上皮细胞构成网络，包绕胸腺细胞C-胸腺的组织结构模式图：胸腺皮质内含有大量未成熟胸腺细胞，少量胸腺上皮细胞、Mф和DC；髓质内含有大量胸腺上皮细胞和一些疏散分布的较成熟的胸腺细胞及Mф，髓质内可见赫氏小体（2）细胞-细胞间相互接触胸腺上皮细胞与胸腺细胞间可通过细胞表面黏附分子及其配体、细胞因子及其受体、辅助受体及其配体、抗原肽-MHC分子复合物与TCR的相互作用等，诱导和促进胸腺细胞的分化、发育和成熟。