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上海交通大学生命科学与技术学院School of Life Science and Biotechnology, SJTU

生命科学导论生命科学导论生命科学导论

上海交通大学生命科学与技术学院

College of Life Science and BiotechnologyShanghai Jiao Tong Universityhttp://bioscience.sjtu.edu.cn

第八讲人体的防御体系——免疫系统

天花

据记载，宋朝（1000s）就接种 “人痘”预防天花。

英国医生 Jenner 在 1796 年首创种牛痘预防天花。

1870s ,巴斯德和柯赫系统地用弱毒疫菌接种, 预防

羊炭疽病，鸡霍乱，狂犬病等传染病。

1978 年世界卫生组织宣布，人类消灭了天花。

1796年首例接种牛痘预防天花

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第八讲人体的防御体系——免疫系统

一、人体的两道防线

二、免疫器官和免疫细胞

三、特异性免疫的工作机理

四、免疫学的实际应用

一、人体的两道防线

1、免疫系统的任务是消灭“异己”

免疫系统的任务就是消灭“异己”，

保证身体的健康生存。

(1) 外来的入侵者：侵入身体的各种致病菌,包括:细菌、真菌、还有致病的病毒，原生动物，低等生物等等。

(2)“变坏了的”自身细胞。病毒入侵物理因子细胞癌变化学因子

“异己”来自两个方面:

面对病原物的入侵，人体出现两类免

疫反应，亦可称为两道防线。

2、人体有两道防线

非特异性免疫特异性免疫

机械阻挡 (皮肤、粘膜) 吞噬细胞发热反应(炎症，全身发烧)干扰素

免疫活性细胞

反应较快，不具特异性反应较慢，具特异性

两类免疫反应的不同：

(1)探针带来细菌入侵，组织损伤，受损组织释放组胺等化学信号

(2)血管扩张，通透性增加，吞噬细胞、组织液及凝血因子赶赴“现场”

(3)吞噬细胞吞噬病原物，消灭入侵，恢复健康

非特异性免疫：伤口局部炎症反应

电镜照片

巨噬细胞可以通过其伸展的伪足

捕捉和吞噬入侵的细菌和病毒。其

细胞内富含溶酶体，可以将吞入的

细菌消化。

吞噬细胞正在攻击细菌

进攻大肠杆菌的巨噬细胞进攻大肠杆菌的肺巨噬细胞

非特异性免疫：炎症反应与发热现象

炎症现象：由于细胞的增加和血管的挤压与组织液的增

加和流动，造成了伤口局部区域的红肿、发热等症状。

发热现象：在更强烈的炎症反应中，白细胞释放出一种

化学分子——白细胞介素-1，经血液输送到大脑，与细菌

分泌的内毒素共同作用于下丘脑神经元，导致体温上升。

（体温上升可刺激白细胞的吞噬作用，增加肝、脾中铁

浓度以降低血液中铁的浓度，从而抑制细菌生长。

干扰素的作用机理：在病毒入侵后细胞产生干扰素，作用于同种细胞, 使后者获得抗病毒能力。

寄主细胞1

产生干扰素，但被病毒杀死

寄主细胞2

来自细胞1的干扰素对它

进行保护

干扰素

干扰素基因被激活

抗病毒蛋白干扰病毒的复制

干扰素促使细胞产生抗病毒蛋白

新病毒

非特异性免疫：干扰素

的产生

二、免疫器官和免疫细胞

负责特异性免疫功能的，主要是以 B－细胞和 T

－细胞为主的免疫活性细胞。

免疫活性细胞在免疫器官内产生、成熟、运行和

贮存。

胸腺

脾脏

骨髓淋巴结和

淋巴管

1、免疫器官

人体免疫器官包括以下各部分：骨髓: 各种血细胞生成场所。

胸腺：T－淋巴细胞成熟场所。

脾脏：贮存淋巴细胞的场所。

淋巴结和淋巴管：构成淋巴细

胞贮存运输系统。

2、免疫细胞

免疫细胞包括各种淋巴细胞、单核细胞，

巨噬细胞和粒细胞等一切与免疫有关的细

胞。

人体淋巴细胞的总数约 2 x 1010 个。

免疫活性细胞

免疫细胞中最主要的参与免疫应答的细胞叫免疫

活性细胞： B－细胞和T－细胞。

此外，还有K－细胞，NK －细胞，N －细胞，D －细胞等，也是免疫活性细胞。

1）特异地识别抗原；

2）在抗原刺激下，活化起来，分化，增殖；

3）发挥特异的免疫应答效应：

产生抗体产生因子直接攻击“变坏”细胞。

B－细胞和T－细胞的共同特点：

B－细胞 T－细胞

来源骨髓骨髓

成熟骨髓胸腺

寿命几天至十几天几年

占白细胞总数 20％ 80％

功能体液免疫（抗体）细胞免疫

B－细胞和T－细胞的不同点：

核糖体

抗体

内质网

分泌抗体

浆细胞

细胞核B

细胞活化后成为浆细胞

并分泌出大量抗体

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T－细胞直接攻击并杀死癌细胞

T－细胞又可区分为：

Tc 细胞毒 T 细胞

TH 协助 T 细胞

Ts 抑制 T 细胞

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三、特异性免疫的工作机理

1、免疫细胞负责特异性免疫

特异性免疫针对不同抗原给出不同反应。

抗原：外来的生物大分子（如蛋白质），

分子量在 10000 以上，可以引起特异性

免疫反应，称为抗原。

分别取出淋巴细胞肝细胞其他细胞

正常小鼠

注射淋巴细胞

注射肝细胞

注射其他细胞

恢复特异性免疫反应

亚致死剂量

杀死骨髓细胞

未恢复

放射照射

确定淋巴细胞负责特异性免疫反应的实验

2、B－细胞分泌抗体，在体液免疫中起作用

抗体是一种免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig），

或称为γ-球蛋白。

抗体(IgG)是由四条肽链组成的蛋白质分子。• 轻链可变区

• 重链可变区，补体结合区（Fc）

IgG抗体分子电镜三维图与模式图

抗体与抗原决定簇的结合

按照抗体的结构与功能的差别，可分为以下几类：1. IgG：存在于体液中的主要抗体形式，是次级免

疫应答中分泌的抗体；2. IgM：是初级免疫应答中由浆细胞分泌的第一

种抗体，主要功能是促进细菌凝集、溶解；3. IgD：是B细胞表面的受体，主要功能目前尚不

完全清楚；4. IgA：存在于血清和体外分泌物如眼泪、黏液、

初乳中的主要抗体形式。初乳IgA为初生婴儿提供重要保护；

5. IgE：促进组胺和其它攻击病原体因子释放的主要抗体，也是引起过敏反应的主要抗体；

(a)IgG, IgA, IgD 有三段恒定区

(b) IgM,IgE 有四段恒定区

免疫球蛋白 M（IgM) 5个 IgM 蛋白通过二硫键和J链连接在一起

免疫球蛋白A（IgA) 2个IgA 蛋白可通过J链连接在一起

上海交通大学生命科学与技术学院School of Life Science and Biotechnology, SJTU抗体与抗原形成特异结合，再通过下

列反应消灭抗原。

1）中和反应：抗体结合抗原以便“吞噬细胞”吞噬。

2）聚集反应：抗体是双价的，可以使抗原聚集，以便吞噬。

3）沉淀反应：抗体结合后，使可溶性抗原大分子沉淀，以便吞噬。

4）活化补体：见后页图示

胞吞作用

中和反应聚集反应沉淀反应

1.中和反应：抗体结合抗原以便“吞噬细胞”吞噬

2.聚集反应：抗体是双价的，可以使抗原聚集，以便吞噬

3.沉淀反应：抗体结合后，使可溶性抗原大分子沉淀，以便吞噬

细菌

病毒细菌

抗原

巨噬细胞

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4）活化补体：

补体是存在于血液中的一组蛋白质，参与免疫反

抗体结合在细菌细胞表面，并活化一系列补体，

活化了的补体分子在细菌细胞膜上打个洞，使后

者裂解死去。

细胞裂解

异己细胞

补体分子

活化了的补体可使细胞裂解

抗体作用的机理：

胞吞作用细胞裂解

3、T－细胞在细胞免疫中起作用

Tc 细胞（细胞毒 T-细胞）直接参与杀伤

靶细胞。

T细胞的杀伤机理：

1）直接使靶细胞裂解

2）诱导靶细胞进入凋亡程序

Tc细胞直接使靶细胞裂解：

穿孔素

细胞毒T细胞

目标细胞

抗原

穿孔

Tc 攻击靶细胞的电镜照片：

4、免疫细胞的相互配合

在抗原刺激下，免疫细胞从静息状态的淋巴细胞

活化起来。

免疫细胞的活化，不仅需要抗原刺激，还需要其

他免疫细胞帮助。

•巨噬细胞（非特异性免疫）起抗原呈递细胞（APC）作

用，并分泌 IL－1。

•TH 分泌 IL－2，分别作用于 Tc－细胞和 B－细胞。

进入细胞免疫

启动体液免疫

白细胞介素-1

白细胞介素-2

免疫细胞的协同作用

TH细胞将来自APC的信号转给Tc细胞或B细胞

记忆B细胞

浆细胞

巨噬细胞起抗原呈递细胞（APC）作用

5、克隆选择学说

1）特异性免疫的两个特点——

专一性

记忆性

特异性免疫反应的专一性和记忆性

第一次暴露于X抗原

对X抗原的初

次免疫反应

第二次暴露于X抗原，第一次暴露于Y抗原

时间（天）

对X抗原的

第二次免疫反应

对Y抗原的初

次免疫反应

2）记忆性的来源是因为激活后的免疫细胞中一部分变成记忆细胞。

第一次暴露于抗原

初次免疫反应记忆细胞

第二次暴露于抗原

第二次免疫反应

3）专一性：免疫细胞何以能对付千变万化的抗原？

回答：免疫细胞表面有特异结合抗原的受体。

再问：免疫细胞表面对付千变万化抗原的各种受

体从何而来？

有两种可能的回答：

或者：身体内储有千千万万种各带不同受体的免

疫细胞，每种抗原刺激从中选择活化一种——克

隆选择说。

或者：身体内只有一种或数种免疫细胞，不同抗

原诱导产生出千变万化的受体来——诱导说/定做

说。

活化的B细胞

大量复制

抗原只能与有特定受体的B细胞结合

分泌抗体

抗原

各方面证据支持克隆选择说

正常小鼠

取出淋巴细胞

用A抗原吸收处理

亚致死剂量杀死骨髓细胞

放射照射

无免疫反应

有免疫反应

注射A抗原

注射其他抗原

注射

＋A抗原

实验结果支持克隆选择学说：

上海交通大学生命科学与技术学院School of Life Science and Biotechnology, SJTU对免疫球蛋白（抗体）编码基因的分子遗传

学研究也支持克隆选择学说

编码抗体 L 链的基因有三组:V 基因有400种拷贝J 基因有5种拷贝C 基因有2种拷贝

这样，理论上L 链的编码基因可能有的组合方式400 x 5 x 2＝4 x 103 种

抗体多样性的基因基础

编码 H 链的基因有四组:V 基因有 400 种拷贝J 基因有 5 种拷贝D 基因有10 种拷贝C 基因有 8 种拷贝

这样，理论上H 链的编码基因可能有的组合方式：400 x 5 x 10 x 8＝1.6 x 105 种

L 和 H 合在一起，可能出现的组合方式：4 x 103 x 1.6 x 105＝6.4 x 108种

再加上个体可能发生的突变，各种组合总数可达：109－1010种这样天文数字的可能的抗体结构，足以应付各种抗原结构。

四、免疫学的实际应用

1、人工免疫和生物制品

通过注射、口服等方法使人体摄入

抗原类或抗体类物质，使人体增强对外

来入侵的免疫能力，称为人工免疫。

生物制品

用大规模工业化手段生产用于人工免疫的各种生

物来源的制剂，统称生物制品。

生物制品主要用于传染性疾病的预防、治疗和诊

断。

两类人工免疫生物制品

1）人工自动免疫生物制品：促使人体产生特异免

疫能力。• 注射抗原，使人体“主动地”产生特异抗体

2）人工被动免疫生物制品：向人体提供特异的或

非特异的免疫能力。• 注射含抗体成份的抗血清，使人体“被动地”获得特异

的或非特异的抵抗能力。

卡介苗——经过处理，变成弱毒或无毒的活的结核杆菌。

白百破疫苗，伤寒疫苗——经过处理的死菌体。

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人工自动免疫生物制品

抗狂犬病毒血清

抗乙肝病毒血清

抗破伤风毒素血清

胎盘球蛋白

血浆γ－球蛋白

返回

人工被动免疫生物制品

2、免疫技术用于疾病治疗

1）一些抗血清已用于狂犬病、乙肝、破伤风的预

防和治疗。

2）器官移植要求免疫抑制，环胞菌素作为良好的

免疫抑制剂，已广泛用于器官移植。

突变后无胸腺的裸鼠，不产生免疫活性 T 细胞。用于器官移植、肿瘤治疗等试验

3）癌症的免疫治疗

人体免疫系统为什么不能阻止癌细胞增长形成肿

瘤？

免疫活性细胞能否在治疗癌症发挥威力发挥威力？

2、免疫技术用于疾病治疗

a)取出癌块，从中分

离T－细胞。培养增

值后，将T －细胞再

注回病人体内。

b)两个月后，疗效显

示出来。

例：黑色素瘤病人的肺部 X－光片子。

3、免疫技术用作研究手段

1）亲和层析：利用抗原/抗体专一性结合原理，从

各种杂蛋白中分离目的蛋白。

少量目的蛋白

制备抗体

使抗体结合在凝胶珠上

目的蛋白结合在柱上，杂蛋白流出

洗脱，获得目的蛋白

2）酶联免疫吸附法（ELISA）:

专一性检测微量的蛋白质（10－9克）。

专一性强，灵敏度高。

ELISA测定HIV的动画

1、把抗体固定在固相支持物上（96孔板）；

2、加入蛋白质样品保温，再洗去未结合的杂蛋白；

3、加入第二抗体，第二抗体结合一个供检测用的酶（辣根过氧化物酶）

4、洗去未结合第二抗体，酶活测定。

单克隆抗体制备的动画

3）单克隆抗体的制备

随着在研究上应用日益广泛，对抗体的数量和质

量（专一性）要求越来越高。

• 数量多——传统的实验动物马、兔等免疫不

方便。

• 质量高——大动物免疫难以做到单克隆。

单克隆抗体制作过程

用细胞融合技术获得单克隆抗体综合了两方面优势：

淋巴细胞瘤——能不断增殖，但没有产生专一抗

体能力。

从脾脏得到的淋巴细胞——能产生专一抗体，但

不能不断增值。

4、与免疫系统有关的疾病

1）过敏

过敏反应表现：打喷嚏，哮喘，风疹等

过敏源：花粉，地毯灰尘，食物中某些蛋

白质，蜜蜂刺蛰。

许多脱敏药物都有抗组胺效应。

组胺的释放引起一系列过敏反应

2）自身免疫疾病

正常情况下，人体的免疫系统不会攻击自身细胞

和组织。

由于某些尚未清楚的原因，免疫活性细胞攻击自

身组织，出现自身免疫疾病。

自身免疫疾病包括：

红斑狼疮

类风湿性关节炎

依赖胰岛素的糖尿病综合症

硬化病

肌无力症

等等。

3）免疫功能低下或缺失

可由多种原因引起。

严重综合型免疫缺失症（ SCID ），因为编码腺

嘌呤脱氨酶（ADA）的基因缺陷造成。

已开始应用基因治疗。

基因治疗的主要步骤

正常基因

正常基因插入病毒中

病毒感染骨髓细胞

病毒DNA插入

染色体中

注入体内

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4）艾滋病（AIDS）

获得性免疫缺失综合症（AIDS），由 HIV 病毒引

起。

HIV病毒：一种逆转录病毒，可特异性侵染CD4+ T细胞，破坏人体细胞免疫功能。患者由于失去免疫能力，哪怕是最轻微的感染，也会致命。

包膜糖蛋白

蛋白质衣壳

病毒基因组

逆转录酶

正在攻击

TH－细胞

艾滋病患者的发病过程：

1) 在HIV侵入的最初阶段，人体免疫系统可摧毁大多数病毒；

2) 进入潜伏期后，HIV数量缓慢增加，T细胞慢慢减少，可

能出现淋巴肿大等；潜伏期可长达10年；

3) 进入发病期，HIV数量迅速增加，T细胞减少到很低水平，

免疫系统被破坏；

4) 最后阶段，人体免疫能力全部丧失，患者最终死于感染。

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