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Immunotoxicology免疫毒理学

苏州大学放射医学与公共卫生学院卫生毒理学教研室

李建祥

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Objectives

Biology of the immune response Types of immune responses and

disorders Tests for quantifying immunity Testing immunotoxicity in animal

models Some specific chemicals

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Importance of immune system

Protect against potentially harmful environmental agents

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Biology of the immune response

Innate v acquired immunity

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Immune biology - 2

Innate immunity– Non specific– Barriers + pro-inflammatory mechanisms– Includes

Complement NK cells Mucosal barriers Phagocytic cells

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Immune biology - 3

Acquired immunity– Specific– Requires period of prior exposure– Increases in magnitude with continuing

exposure– Variable

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Immune biology - 4

Lymphocytes– B cells/plasma cells – humoral– T cells – cell mediated– others

Antigen presenting cells– Play an important role in processing

antigen allowing recognition - NB for T cells.

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Immune biology - 5

Humoral immunity– Antigens, haptens, and epitopes– B lymphocyte stimulated by foreign antigen

– section recognised is epitope - enhanced by macrophage but will occur alone

– Proliferation + transformation to plasma cells – germinal centres in lymphoid tissue

– Production of specific circulating antibodies

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Antigen: antibody interaction

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Immune biology - 7

Classes of antibody– IgG – largest proportion – subclasses –

may be cytophilic rather than circulating– IgM – pentamer – initial response– IgA – dimer – j chain – secretory piece –

prevent binding– IgE – parasites – allergy - eosinophils– IgD – B lymphocytes – antigen recognition

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Classes of antibody

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Immune biology 9

Function of antibodies– Agglutination - neutralisation– Opsonisation – stimulating phagocytosis– Complement binding– Interaction with cell mediated immunity– Role of cytophilic antibodies

Cell activiation

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Complement activation

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Immune biology - 11

Cell mediated immunity– T lymphocytes

T4 ‘helper’ cells– B lymphocyte and macrophage regulation– Th1 and Th2 forms (Th2 IL4 and IL5)– Recognise antigen associated with MHC II

molecules

T8 ‘suppressor’/‘cytotoxic’ cells– Recognise and lyse virus infected cells– Recognise antigen associated with MHC I molecules

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Immune biology - 14

Other lymphocyte like cells– K cells

Lymphocyte morphology antibody dependent cytotoxicity

– NK cells Targeting mechanism unclear non antibody dependent

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Important sites in immune function

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Immune biology - 16

Immune system is Complex and poorly understood– Cytokine v lymphokine v monokine v

chemokine– Cyclo-oxygenase, lipo-oxygenase– Interleukins, leukotrienes, prostinoids– Free radicals, reactive oxygen species

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Types of allergic responses

Type I– IgE mediated immediate hypersensitivity – minutes– Mast cells degranulate – histamine, serotonin -

anaphylaxis Type II

– Ab mediated cytotoxicity Type III

– Soluble immune complex + complement– ‘Serum sickness’ – kidneys, joints, endothelium

Type IV– Cell mediated – delayed – peak 24-48 hours– Contact dermatitis

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Immunosupression

Loss of normal protective function– Oppertunistic infection– ? Cancers

Drugs Other xenobiotics

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Immune tolerance

Recognition of self Mechanism poorly understood

– Mother tolerates foetal antigens Diseases linked to loss of self-tolerance

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Tests for quantifying immunity

CBC + differential Quantifying specific antibodies Skin tests – prick and patch

– Infective v allergic Immunoglobulin concentrations Complement components CD4+/8+ counts Cutaneous anergy In-vitro tests – mitogens Anti nuclear antibody – patterns

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Animal models

Tier 1– CBC + differential– Body and organ weight – e.g. – spleen, thymus.– Histology of lymphoid organs– Mitogen response– Non-specific immunity via NK function

Tier 2– If concerns following tier 1 tests

Others– Sensitisation – guinea pig– Cell culture

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Some specific chemicals - 1

Respiratory– Asthmagens– Hypersensitivity pneumonitis– Mineral dusts– LPS/endotoxin– Beryllium

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Some specific chemicals - 2

Skin sensitisation Contact dermatitis

– Metals– Topical products – antibiotics, preservatives,

antiseptics– Plants and trees– Glues/resins– Rubber constituents– Miscellaneous

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Halogenated Aromatic Hydrocarbons - 1

Polychlorinated biphenyls Widely used

– dielectrics, heat exchangers, printing inks, pesticide extenders

Highly lipid soluble– Accumulate in food chain– Contaminant

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Polychlorinated biphenyls - 2

Two major poisoning episodes– Japan 1968 - >1600 – yusho– Taiwan 1979 - >2000 – yu-cheng

Evidence of immunosupression– Decreased IgA and IgM– Skin infections, bronchitic symptoms– Decreased T cells - impaired cell mediated

immunity - s/c streptokinase and streptodornase

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Polychlorinated biphenyls - 3

Michigan farmers – contaminated dairy products.– Increased IgG and IgA– Decreased T lymphocytes

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Polychlorinated biphenyls - 4

Animals– Atrophy of thymic cortex– Persistent suppression of cell mediated

and humoral immunity Reduction in germinal centres Reduction in circulating leucocytes and

lymphocytes Increased susceptibility to infection

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2,3,7,8 tetrachlorodibenzodioxin (TCDD/PCDD) Contaminant

– Herbicide production– PCB production– Pulp and paper plants

Similar to PCBs– Thymic atrophy– Affect maturation of lymphocytes– Polymorphonuclear leukocytes affected

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PCDD

Seveso – explosion at plant– No clear loss of immune function– Chloracne– Increased complement– Increase circulating T and B lymphocytes

Times beach, Missouri – dust suppression spray contaminated with TCDD– Increased mitogen responses

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Halogenated aromatic hydrocarbons

Often occur as mixtures or contain contaminants

Precise toxic agent unclear Age at exposure may be important Humoral and cell mediated immunity +

innate immunity

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Pesticides - 1

Organophosphates– Malathion – humoral– Parathion – cell mediated and humoral

Organochlorines– Chlordane – mice in utero – humoral +

macrophage function– DDT – thymic atrophy, decreased mast cells

Organotins – thymic atrophy – splenic acellularity

Carbamates – suppressed PMN phagocytosis

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Metals

Lead – increased susceptibility to E coli, L monocytogenes, mechanism unclear - ?macrophage processing

Arsenic – enhanced immune responses – complicated by chemotherapeutic effect

Mercury – activates B cells, increases IgE, induces type III hypersensitivity

Cadmium – increased susceptibility to bacterial and viral pathogens – mechanism unclear

Silica – increased risk of TB with silicosis

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Solvents - 1

Benzene– Myelotoxic– Toxic metabolites

- epoxide - quinones

– Anaemia, leucopoenia,thrombocytopenia– Altered cell mediated and humoral immunity

Subtle effects on immunoglobulins and complement

– Acute myeloid leukaemia

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Solvents - 2

Toluene + nitrotoluenes – decrease response to L monocytogenes

Carbon tetrachloride – decreased T cell dependent antibody response

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Miscellaneous

1981 - Northern Spain – contaminated cooking oil - aniline– Fever, dyspnoea, cough, exanthemata, – Eosinophilia, and increased IgE– +ve ANA, decreased lymphocytes

Vinyl chloride monomer– Systemic sclerosis like illness with +ve ANA

Alkylating agents – AML/MDS

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MCS/IEI - 1

Predominantly subjective complaints– Fatigue, headache, nausea, irritability– Commoner in females– Commoner in those with psychological illness– Usually triggered by odour, sometimes foods– Nonspecific triggers

Diagnosis on history + exclusion

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MCS/IEI - 2

No obvious immunological abnormality Symptoms don’t resemble known

immunologically mediated diseases No objective evidence of inflammatory

response Probably multifactorial Treatment options unclear

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Summary

Competent immune system essential Immune function complex and not well

understood. Integrated mechanism Disease may occur due to

– Hypersensitivity– Immunosuppression– Autoimmunity

Tests of immune function not comprehensive

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第一节 : 概述 定义： 免疫毒理学（ immunotoxicology ）主要研

究外源化学物和物理因素等对机体免疫系统的损害作用、生物学机制及其危险度评价与管理。是在免疫学和毒理学基础上发展起来的一门毒理学分支学科。

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它主要研究外来化合物和物理因素对人和实验动物免疫系统产生的不良影响及其机理。

很多外来化合物、各种化疗药物及物理因素都会引起免疫功能产生一定的变化，而且这种变化往往在其它毒性症状之前发生。因此研究外来化合物对免疫功能的影响，一方面可对它们的毒性作出全面的评价，另外还可从免疫功能的检查中寻求外来化合物对机体损伤的早期检测指标。

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主要研究内容： 1. 免疫毒性及作用机制研究 2. 免疫毒性评价的方法学研究 3. 免疫毒性的危险度评价

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1. 免疫毒性及作用机制研究

采用各种有效的研究手段，从整体、器官、细胞和分子等不同水平研究外源化学物和物理因素对人和实验动物的免疫损害，包括免疫抑制、超敏反应和自身免疫反应。并分析其作用机制。

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2. 免疫毒性评价的方法学研究改进、规范和完善已有的免疫毒理学试验方法，探索更灵敏、特异，更有预测价值的新方法和更全面合理的试验组合，提高试验的可靠性和效能。同时，为了顺应国际发展趋势，从动物伦理学角度出发，还要研究免疫毒理学的体外替代试验方法，以减少使用实验动物的数量。

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3. 免疫毒性的危险度评价

研究适合用于人群危险度评价的免疫毒性试验的观察终点，实验动物和人群免疫毒性的剂量反应规律和特性，建立合理的外推模型，分析免疫毒性的人群易感性和不同免疫危害的可接受危险度水平等。

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免疫学概述

1 免疫学的概念 2 免疫系统的构成与功能

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Ⅰ免疫 (immune)的概念 是机体识别“自身”与“非己”抗原，对自身抗原形成免疫耐受，对非己抗原产生排斥反应的一种生理功能。

各种免疫器官和组织、免疫细胞及免疫分子共同构成了复杂的免疫系统，这是机体免疫功能正常发挥的物质基础；学习了解机体正常的免疫应答过程，则是研究和把握外源化学物免疫毒性作用及其机制的重要前提。

免疫的两面性 有利 有害

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浆细胞粒细胞

单核细胞

巨噬细胞

T 细胞B 细胞

免疫球蛋白

补体

细胞因子

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Ⅱ 免疫系统功能的生理和病理表现

功能名称 生理功能 病理表现免疫防御 清除病原微生物及其它抗原性异物 超敏反应（强） 免疫缺陷病（弱）

免疫自稳 清除损伤或衰老细胞 自身免疫性疾病

免疫监视 清除突变或畸变细胞，防止肿瘤发生 肿瘤或病毒持续性 杀伤病毒感染细胞 感染

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Ⅲ免疫学 免疫学（ Immunology)：研究机体免疫系统的组织结构和生理功能的一门学科。

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The Beginning of Immunology

Edward Jenner discovered that cowpox vaccination Edward Jenner discovered that cowpox vaccination protected against smallpox in 1796. Officially eradicated in protected against smallpox in 1796. Officially eradicated in 1979.1979.

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Emil von Behring 1854 - 1917, Nobel Prize in 1901 for demonstrating that circulating antitoxins against diphtheria and tetanus toxins conferred immunity.

Louis Pasteur 1822-1895, Father of immunology, attenuated bacteria and viruses as vaccine against anthrax …..

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免疫系统的组成 一、免疫器官 中枢：胸腺、法氏囊（鸟类）、骨髓 周围：脾脏、淋巴结、粘膜相关淋巴组织 二、免疫细胞 造血干细胞、淋巴细胞、单核吞噬细胞、粒细胞、肥大细胞、红细胞等

三、免疫分子 免疫球蛋白、补体、细胞因子等 四、免疫基因

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免疫组织与免疫器官

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Organs of the Immune System

中枢免疫器官 （ Central lymphoid organ）

外周免疫器官 （ Peripheral lymphoid organ）

免 疫 器 官

Organ or tissue that provides a microenvironment necessary for lymphocytes maturation

骨髓、胸腺和禽类的法氏囊

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中枢免疫器官 骨髓 B 淋巴细胞发育成熟的场所

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中枢免疫器官 （ Central lymphoid organ）

骨髓和法氏囊（ Bone Marrow and bursa of Fabricius）

(1) 是造血干细胞生成、分化发育的场所 ; （ 2) 是 B 细胞分化成熟的场所； （ 3）提供各种免疫细胞的前体细胞

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胸腺 （ Thymus）

功能：分泌多种激素，促进胸腺细胞分化，是 T 细胞分化成熟的场所

年龄变化：新生儿胸腺相对较大，至青春期达 30-40 克，此后胸腺开始萎缩。

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法氏囊（ Bursa of Fabricius）

Bruce Glick and Charlie Chang

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外周免疫器官（ Peripheral immune organ ）

•粘膜相关淋巴系统 （ mucosa-associated lymphoid system）

•脾脏（ spleen）

•淋巴结（ lymphnodes）

•扁桃体（ tonsil）

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外周淋巴器官及组织

淋巴结 淋巴结内 T 细胞约占 75% ， B细胞占 25% 。

一 淋巴结

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右淋巴导管

流入右锁骨下静脉

颈部淋巴结

流入右锁骨下静脉 胸导管

胸导管

腋窝淋巴结

乳糜池

脊柱旁淋巴结

腹股沟淋巴结引流淋巴管

Lymph nodes are encapsulated structures that are strategically placed throughout the body to receive and filter antigens and cells from peripheral interstitial fluid and lymph. All lymph nodes eventually drain into the thoracic duct and back to the peripheral blood.

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淋 巴 结 的 基 本 结 构

HEV

髓质淋巴窦皮质淋巴窦

毛细血管

小梁

输入淋巴管

输出淋巴管

静脉

动脉

髓索

生发中心

髓质

被膜

淋巴结 淋巴结被膜外侧有数条输入淋巴管，门处有动、静脉神经和输出淋巴管。实质分为皮质和髓质。靠近被膜的浅层皮质区有生发中心（左）。右图显示生发中心的显微结构。

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1 结构和细胞组成

实质皮质

髓质：髓窦和髓索： B 细胞、浆细胞、网状细胞和巨噬细胞

浅皮质：

深皮质： T 细胞、巨噬细胞、并指状细胞 （胸腺依赖区）

淋巴滤泡： B 细胞、树突状细胞、 CD4 ＋ T 细胞 – 生发中心 GC

（胸腺非依赖区）

被膜

（副皮质区）

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2 淋巴结的主要功能

1 过滤淋巴液： 杀伤病原微生物，清除异物，从而 起到净化淋巴液， 防止病原体扩散 2 体液和细胞免疫应答的场所 3 淋巴细胞再循环的主要场所：淋巴结的淋巴细胞

输出淋巴管 胸导管 血液 毛细 血管后高内皮小静脉（ High endothelial venule, HEV ）

淋巴结

外周组织

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T ： 35% 、B ： 55% 、Mφ ： 10%

二 脾脏

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二 脾脏 1 结构和细胞组成 被膜 脾实质： 白髓 动脉周围淋巴鞘 淋巴小结 生发中心 B 细胞（胸腺非依赖区） 红髓 脾索 脾窦 巨噬细胞和血细胞 边缘区（移行区）：红髓和白髓交界处， T 细胞、 B 细胞、巨噬细胞

T 细胞（胸腺依赖区）

B 细胞、巨噬细胞和树突状细胞

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2 脾脏的功能

1 胚胎期具有造血功能 2 血液的滤过器：清除体内衰老细胞和病原微生物 3 产生免疫应答的场所 4 储存血液的器官 : 脾窦充满大量血液，可根据机体 需要调节血量

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三 粘膜相关的淋巴组织 1 组成：扁桃体、肠系膜淋巴结、肠集合淋巴结、阑尾、胃肠相关淋巴组织、呼吸道相关淋巴组织

2 功能：局部免疫功能 主要抗体是分泌型 sIgA和 IgE

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Cells of the Immune System （免疫细胞）

所有参与免疫应答或与免疫应答有 关的 细胞及其前体细胞

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造血干细胞

hematopoietic stem cells

造血干细胞

淋巴系干细胞

再生

B 淋巴细胞

T 淋巴细胞

NK 细胞

单核 细胞

嗜中性粒细胞

嗜酸性粒细胞

嗜碱性粒细胞

肥大细胞

血小板

红细胞

巨核细胞 髓红系干细胞

髓系干细胞

粒 -单核系干细胞

红母细胞

造 血 干 细 胞 的 分 化 途 径

树突状细胞

？

树突状细胞

？

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淋巴细胞 (lymphocytes)

未活化淋巴细胞直径 6~7 微米，浆 /核比例很小（左，普通光镜）。投射电镜显示未活化淋巴细胞胞核致密，胞浆中细胞器很少（右）。

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一 T 淋巴细胞 ( 一） T 细胞的分化发育

Pro-T ( TCR- CD2-CD3-CD4-CD8- )

Pre-T ( TCR+CD2+CD3+CD4-CD8- )

TCR+CD2+CD3+CD4+CD8+

DN

DP

阳性选择和阴性选择

TCR+CD2+CD3+CD4+CD8- TCR+CD2+CD3+CD4-CD8+(SP) (SP)

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阳性选择：

表达 TCR-的 CD4 ＋CD8 ＋双阳性细胞与胸腺皮质的上皮细胞直接接触，能够识别 MHC－Ⅱ类或 I 类分子的双阳性细胞被选择而继续发育为CD4+或 CD8+的单阳性细胞，反之，则发生细胞凋亡

（ 90％）。 阳性选择，使 T 细胞获得了 MHC 的限制性

CD4 － MHCⅡ CD8 － MHC-I

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阴性选择： 经过阳性选择的单阳性细胞与皮、髓质交界的巨噬细胞或树突状细胞表面的自身抗原肽－ MHC复合物高亲和力结合，则导致克隆消除，或克隆无能（ clonal anergy). 反之则顺利地穿过胸腺髓质并发育为 CD4+或 CD8+单阳性的成熟 T 细胞。

阴性选择，使 T 细胞获得了对自身抗原耐受、对非己抗原识别的能力

经过阳性和阴性选择后， CD4+或 CD8＋单阳性细胞离开胸腺进入外周免疫器官而成为具有免疫活性的外周 T 细胞，发挥免疫效应。

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T 细胞表面的受体

（ 1） TCR： 是 T 细胞识别外来抗原并结合的特异受体 分为两类： TCR （占 95 ％）和TCR（ 5％）

TCR与 CD3 结合组成 TCR-CD3复合物，与抗原提呈细胞表面的抗原肽－ MHC复合物相结合，启动 T 细胞活化。

TCR具有两个功能区： V 区和 C 区 ＃： TCR不能识别游离的抗原，只能识别抗原肽－ MHC复合物

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参与抗原识别

C端

N 端

TCR结构模式图

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TCR抗原肽

MHC

T 细胞

抗原递呈细胞（ APC）

V区

C区

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CD4和 CD8: 是 T 细胞抗原识别受体识别抗原时的辅助受体

CD4—MHC－ II类 CD8—MHC－ I 类 加强 T 细胞与抗原提呈细胞的亲和力， 利于信号传递

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抗原肽抗原肽

TCR

HLA- I

CD 8

HLA- II

CD 4

TCR

TCR Co-receptor --- CD4 和 CD8

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CD4+ T 细胞： 识别抗原受 MHC-Ⅱ类分子的限制

CD8 ＋ T 细胞： 识别抗原受 MHC-I类分子的限制

3 T 细胞亚群

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（ 2） CD8+T 细胞

细胞毒 T 细胞（ Tc或 CTL)：细胞免疫的效应细胞，致敏后特异杀伤携带致敏抗原的靶细胞（肿瘤细胞和病毒感染的细胞）

抑制 T 细胞（ Ts): 释放抑制性细胞因子，抑制细胞免疫和体液免疫

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二 B 淋巴细胞

（二） B 细胞的发育 Pro-B CD19+

Pre-B MHC-Ⅱ +CD19+ CD20+ （胞浆有 IgM 重链）

Immature B 单体 IgM MHC-Ⅱ+CD19+ CD20+CD21+

Mature B smIgM+smIgD+ CD19+ CD20+ CD21+

浆细胞

（无 Ig )

骨髓

外周

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M M

M

M D

M

D

G

M

D

A

成熟 B 细胞

祖 B 细胞 前 B 细胞 （胞浆出现 IgM 重链）

不成熟 B 细胞

Mature B cells

Immature B cells

Pre-B cellsPro-B cells

B 始祖细胞在骨髓中经历前 B 细胞、未成熟 B 细胞和成熟 B 细胞等几个阶段。在此过程中膜表面 BCR分子发生一系列的变化，成为不同细胞发育阶段的标志。

B 细胞的发育过程

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3 B 细胞表面受体

B 细胞抗原受体（ BCR): 膜表面 Ig （ SmIg) ， 与 Ig Ig 结合为复合体（ BCR-IgIg) ，有利于信号传递，活化 B 细胞。 BCR还能与抗 Ig 抗体特异结合，可用荧光素标记的抗 Ig 抗体染 B 细胞来计数 B 细胞的数目。

＃ BCR 能够直接识别游离的抗原，无MHC 的限制性

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B淋巴细胞与特异性体液免疫

在抗原刺激下， B 细胞被激活、增殖，产生抗体，此为特异性体液免

疫应答

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参与 B 细胞活化及免疫应答的其他分子 B 细胞活化辅助受体 CD19-CD21 协同刺激分子 CD40-CD40L 补体受体 CD35 、 CD21 其他膜分子 CD22 、 CD20 、 CD32

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B 淋巴细胞的功能 三大功能：产生抗体、提呈抗原及分泌

细胞因子参与免疫调节

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免 疫 应 答

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1 、 免疫应答（ immune response):指机体受抗原性异物刺激后，体内免疫细胞发生一系列反应以排除抗原性异物的生理过程。

2 、免疫应答的生物学意义：及时清除体内抗原性异物以保持内环境的相对稳定。某些情况下免疫应答也可对机体造成损伤，引起超敏反应或其他免疫性疾病。

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特异性免疫应答（ specific immune response)包括体液免疫应答和细胞免疫应答。

3 、体液免疫应答（ humoral immune response)外来抗原进入机体后诱导抗原特异性抗体产生的过程。

4 、细胞免疫应答（ cellular immune response)主要由 T 淋巴细胞和巨噬细胞介导的免疫应答。

炎症细胞和 CTL （ Tc ）

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5 、特异性免疫应答发生的场所：

外周免疫器官：淋巴结，脾，扁桃体， 黏膜相关淋巴组织等。

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6 、特异性免疫应答的过程

（ 1 ）、感应阶段：抗原识别阶段（ 2 ）、反应阶段：活化、增殖、分化阶段（ 3 ）、效应阶段：

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细胞免疫应答

体液免疫应答

抗原

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7、特异性免疫应答的特点： 特异性 高效性 记忆性

8、参与特异性免疫应答的细胞

主要为： T细胞， B 细胞和抗原提呈细胞（ APC ）

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二、免疫应答的基本过程和效应机制

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（一）、抗原提呈细胞对抗原的加 工、处理和提呈

1 、外源性抗原循溶酶体途径被处理和提呈，该 过程受 MHC-II 分子限制2 、 MHC-I类分子参与提呈的抗原大多数是在 胞核和胞浆中内源性合成的蛋白质分子，称谓内源性抗原 （胞质溶胶提呈途径）

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（二） TH 细胞与抗原呈递细胞间的 相互作用

Th 细胞的活化需要双信号的参与，这种活化是免疫效应机制发生的基础。

第一信号： TCR 对 MHCII/ 抗原肽复合物的识别， CD3 分子将第一信号传递到细胞内。

第二信号： CD28 识别专职 APC上的 B7 分子

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TCR 识别抗原肽的 MHC限制性

概念： T 细胞只能识别与它有相同 MHC 单倍体型的抗原呈递细胞表面的特定的抗原肽 -MHC复合物分子，这就是 T 细胞对抗原肽的识别受 MHC 分子种类的限制性（ MHC restriction ）。

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体液免疫应答

发生场所：外周免疫器官

参与细胞： B 细胞， Th 细胞， APC

过程：抗原识别阶段 增殖分化阶段 效应阶段

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2 、 B 细胞活化、扩增、分化为浆细胞 --反应阶段

B 细胞活化需要双信号：第一信号： BCR 识别相应的抗原。第二信号：来自于 Th 细胞包括：（ 1 ）膜分子 CD40L,LFA-1, CD28 ， ICAM-1 等 （ 2 ）分泌的细胞因子： IL-2 ， IFN- ， IL-4 ， IL-5 等。

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3 、浆细胞与抗体分泌 ---- 效应阶段

（ 1 ）、浆细胞无分裂，增殖能力，不参与抗原呈递， 集中分泌抗体分子。

（ 2 ）、在外周，浆细胞寿命仅为几天，但是在骨髓 中较长。

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TD 抗原诱导的抗体产生的一般规律： 初次与再次体液免疫应答（ Primary and secondary humoral response )

1 、初次体液免疫应答：指宿主第一次接触外来抗原后血清中出现抗原特异性抗体的过程。特点：

（ 1 ）潜伏期比较长，一般为6-10天。（ 2 ）产生的特异性抗体主要为低亲和力的 IgM ，后期 为 IgG 。（ 3 ）血清中抗体高峰浓度较低，而且维持时间较短。

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2 、再次体液免疫应答：指曾被某种抗原免疫后的宿主再次接触该抗原时血清中出现特异性抗体的过程。 特点：（ 1 ）潜伏期较短，大约为初次应答潜伏期的一半。（ 2 ）抗体浓度增加快，含量比初次应答高， 维持时间长。（ 3）用较少量抗原刺激即可诱发再次应答。（ 4）再次应答中产生的抗体主要为 IgG ，而初次 应答中主要为 IgM 。（ 5 ）抗体的亲和力高，且较均一。（ 6） IgM产生的数量和在体内持续的时间与初次应答 时大致相同。

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三、体液免疫应答的生物学效应

抗体是体液免疫应答的主要效应分子，其 Fab 段具有抗原特异性， Fc 段则确保抗体分子发挥适当的生物学效应。

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1 、对细菌，毒素和病毒的中和作用

依靠抗体 V 区特异结合抗原，例如抗毒素可中和外毒素，保护细胞免受毒素作用；病毒中和抗体可阻止病毒吸附和穿入细胞从而阻止感染相应的靶细胞。特异识别细菌的抗体可使细菌凝集阻止其进一步移动。

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2 、激活补体（经典途径），造成微生物或被感染的靶细胞的溶解杀伤。

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3 、调理作用（ opsonization ）调理作用：指抗体，补体促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用。IgG 和 IgM 与病原微生物或外来抗原结合后，原本被屏蔽的 Fc 段得以暴露，与中性粒细胞和巨噬细胞表面的 Fc 段结合，使抗原被识别和捕获，同时导致吞噬细胞的活化以消化被吞噬的抗原。

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（四）：抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ ADCC ）ADCC ： IgG 抗体分子识别靶细胞（如肿瘤细胞或被病毒感染组织细胞）的表面抗原之后，其 Fc段能够与巨噬细胞和 NK 细胞的 FcR 结合，介导免疫细胞对靶细胞的杀伤。

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（五）参与免疫病理损伤

I型超敏反应： IgE 抗体

II 和 III 型超敏反应： IgG, IgM

某些自身免疫病： SLE, RA 等， IgG

ABO 血型抗体： IgM ， 血型不符导致的输血反应。

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第二节：免疫系统对外源化学物的毒性

反应与机制

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外源化学物

免疫系统神经内分泌系统

免疫细胞 免疫分子免疫应答免

疫抑制

超敏反应

自身免疫

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Immunosuppression ( 免疫抑制 ) 外源化学物免疫抑制的主要表现

外源化学物免疫抑制的结果是宿主抵抗力降低，主要表现为抗感染能力降低和肿瘤易感性增加。

引起免疫抑制的外源化学物 外源化学物免疫抑制的机制 神经—内分泌—免疫系统网络

功能紊乱

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外源化学物引起免疫抑制的机制

简单的说可以分为：直接作用和间接作用两大类

直接作用于不同的免疫器官、免疫细胞和免疫分子，影响正常的免疫应答。

也可以通过影响神经内分泌系统的调节功能。间接造成免疫功能紊乱，或者继发于其他靶器官毒性而引起免疫损伤。

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特别重要的是，免疫系统不是单独发挥作用的 , 而是与神经系统和内分泌系统相互联系、相互作用、相互调节，构成维持机体自身稳态的复杂网络。

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hypersensitivity (超敏反应 )

是指机体对某些抗原初次应答后，再次接受相同抗原刺激时，发生的一种以机体生理功能紊乱或组织细胞损伤

为主的特异性免疫应答。

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超敏反应分型超敏反应分型

I 型超敏反应I 型超敏反应 速发型超敏反应速发型超敏反应

II型超敏反应II型超敏反应

III型超敏反应III型超敏反应

Ⅳ型超敏反应Ⅳ型超敏反应

细胞毒型超敏反应细胞毒型超敏反应

免疫复合物型超敏反应免疫复合物型超敏反应

迟发型超敏反应迟发型超敏反应

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I 型超敏反应特异性 IgE介导的特异性 IgE介导的

主要特征主要特征出现快，消退也快出现快，消退也快

出现功能紊乱性疾病，不出现严重组织细胞损伤出现功能紊乱性疾病，不出现严重组织细胞损伤

有明显个体差异和遗传背景有明显个体差异和遗传背景

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二、 I 型超敏反应的发生过程和发生机制二、 I 型超敏反应的发生过程和发生机制

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Ⅱ 型超敏反应Ⅱ 型超敏反应

II型超敏反应是由 IgG或 IgM 类抗体与靶细胞表面相应抗原结合后，在补体、吞噬细胞和 NK细胞参与作用下，引起的以细胞溶解或组织损伤为主的病理性免疫反应。

II型超敏反应是由 IgG或 IgM 类抗体与靶细胞表面相应抗原结合后，在补体、吞噬细胞和 NK细胞参与作用下，引起的以细胞溶解或组织损伤为主的病理性免疫反应。

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图： II 型超敏反应细胞损伤机制

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二、临床常见的 II 型超敏反应性疾病

输血反应

新生儿溶血症

自身免疫性溶血性贫血

药物过敏性血细胞减少症

甲状腺功能亢进

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Type II hypersensitivity induced by exogenous agents

Type II hypersensitivity induced by exogenous agents

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Ⅲ型超敏反应 III型超敏反应是由中等大小可溶性免疫复合物沉积于局部或全身毛细血管基底膜后，通过激活补体和血小板、嗜碱性、嗜中性粒细胞参与作用下，引起的以充血水肿、局部坏死和中性粒细胞浸润为主要特征的炎症反应和组织损伤。

III型超敏反应是由中等大小可溶性免疫复合物沉积于局部或全身毛细血管基底膜后，通过激活补体和血小板、嗜碱性、嗜中性粒细胞参与作用下，引起的以充血水肿、局部坏死和中性粒细胞浸润为主要特征的炎症反应和组织损伤。

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图： III 型超敏反应发生的机制

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二、临床常见的 III 型超敏反应性疾病

（一）局部免疫复合物病

Arthus 反应 类 Arthus 反应

（二）全身免疫复合物病

血清病 链球菌感染后肾小球肾炎 类风湿性关节炎

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Ⅳ型超敏反应

Ⅳ型超敏反应是由效应 T 细胞与相应抗原作用后，引起的以单个核细胞浸润和组织细胞损伤为主要特征的炎症反应。

Ⅳ型超敏反应是由效应 T 细胞与相应抗原作用后，引起的以单个核细胞浸润和组织细胞损伤为主要特征的炎症反应。

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图： Ⅳ型超敏反应发生机制

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临床常见的Ⅳ型超敏反应性疾病

传染性迟发型超敏反应

接触性皮炎

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职业性超敏反应： 接触性皮炎 过敏性哮喘

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接触性皮炎 也称为过敏性皮炎，约占全部职业性皮炎的

60 ％，是致敏因子引起的迟发型（Ⅳ型）超敏反应。

皮肤表现：可以多样化，一般为红肿、硬结和湿疹样改变，严重时可引起局部组织坏死、皮肤溃疡和剥脱性皮炎。组织病理学改变为血管周围有单核细胞浸润，表皮与真皮之间发生永肿 。

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自身免疫

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( 一 ) 自身免疫 自身免疫 (autoimmunity) ： 是指机体免疫系统对自身成分发生免疫应答，

产生自身抗体或自身反应性 T 淋巴细胞的现象。

自身免疫属于正常生理现象： 健康个体的体内，存在一定量自身抗体和自身

反应性 T 细胞，它们在维持免疫系统自稳状态中发挥作用。

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自身免疫病

若自身耐受机制遭破坏，自身免疫应答的质或 / 和量发生异常，则自身抗体和自身反应性淋巴细胞可攻击并破坏自身组织细胞，机体出现病理改变和相应临床表 现 ， 此 即 自 身 免 疫 病 (autoimmune disease ， AID) 。

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引起自身免疫的外来化合物 （ 1) 各种药物：抗高血压剂、抗心律失

常剂、抗惊厥剂、抗菌剂。 （ 2) 各种金属：锂、金、汞、镉等。 （ 3) 其它化学物：乙醇、氯乙烯、甲

基胆蒽、苯尿噻唑等。

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自身免疫病的分类

根据自身免疫应答所针对的靶抗原分布，可将自身免疫病分为器官特异性 ( organ specific) 或非器官特异性 ( non-organ specific) 自身免疫病。

器官特异性 ： 糖尿病、多发性硬化症 Organ specific autoimmune disease 器官非特异性： 系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎

Non-organ specific autoimmune disease Systemic lupus erythematosus Rheumatoid arthritis

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自身免疫病的特征

1   ． 多数自身免疫病的病因不清；女性表现出高度易感性；有遗传倾向；

2． 患者体内可检出高效价自身抗体和 / 或自身反应性 T 细胞；应用患者血清或淋巴细胞可使疾病被动转移。

3． 疾病常有重叠性，患者可出现多种自身免疫病的特征；病情反复发作和慢性迁延；患者体内尽管存在高水平自身抗体，但对外源性抗原的免疫应答降低

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自身免疫病的致病因素及机制

自身耐受的异常和破坏是导致 AID 发生的根本原因。导致自身耐受破坏的因素分为与个体自身免疫相关的遗传因素和诱发自身免疫异常的环境因素，二者相互影响和相互作用。

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诱发自身免疫异常的环境因素

（一）自身抗原出现 1. 分子模拟 (molecular mimicry ) 感染是诱发自身免疫异常的重要因素。

2 ．表位扩展 (epitope spreading) 在 AID 发生过程中， APC摄取组织损伤的碎片，并可能将自身抗原的隐蔽表位递呈给机体自身反应性淋巴细胞克隆，此现象称为“表位扩展”。

3.自身抗原性质改变 4. 隐蔽抗原释放

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自身抗原 (1)隐蔽的自身抗原： 某些在胚胎期就与免疫系统处于隔绝状态的自身成分，一旦释出，可诱发自身免疫，故称为隐蔽的自身抗原。如：精子、晶状体蛋白、甲状腺蛋白、葡萄膜色素蛋白等。

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(2) 修饰的自身抗原： 由于理化、生物 ( 如药物、电离辐射、病毒感染 ) 等因素使自身成分发生改变而成为自身抗原。

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2 、异嗜性抗原

　　某些微生物与人体某些组织有交叉反应性抗原，可引起宿主发生自身免疫性疾病。• 乙型链球菌M 蛋白与心肌、瓣膜• 乙型链球菌糖蛋白与肾小球基底膜• 大肠杆菌O14 与结肠粘膜　• 热休克蛋白 (HSP) 与多种成分

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自身免疫病的组织损伤机制

AID 是由自身抗体和 / 或自身反应性 T 细胞攻击破坏自身细胞和组织所致。 AID 中自身组织损伤的机制类似于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型超敏反应

一、 自身抗体介导组织损伤 [Ⅱ 型超敏反应 ]二、 自身抗原 -抗体复合物介导组织损伤 [Ⅲ型

超敏反应 ]三、 自身反应性 T细胞介导组织炎性损伤 [Ⅳ 型

超敏反应 ] 自身反应性 T 细胞在多种 AID （尤其是器官特

异性 AID ）的免疫损伤中起重要作用。

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第三节 : 免疫毒性检测方案 由于免疫系统组成和功能的高度复杂性

，以及免疫毒物毒作用的靶细胞和靶分子的多样性，目前还没有一种免疫毒理学试验方法能够全面地反映外源化学物对整个免疫系统的影响，因此一般采用一组免疫毒性试验的方法。

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FDA新药安全的免疫毒理学评价

免疫抑制 (immunosuppression) 超敏反应 (hypersensitivity) 自身免疫 (autoimmunity) 免疫原性 (immunogenecity) 不良免疫刺激（ adverse

immunostimulation)

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免疫原性 (immunogenecity)

指药物及其代谢产物引起免疫反应的能力。

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免疫原性分子量 物质 免疫原性强弱

>10000 蛋白或 较强

5000-10000 多肽 稍弱

1000-5000 难确定

<1000 小分子与蛋白结合为半抗原

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不良免疫刺激 药物对免疫系统某些成分的任何抗原非

特异性的、不适当的或难以控制的活化作用。

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免疫抑制 骨髓抑制 免疫器官重量或其他血液异常 血清球蛋白降低 感染发生率增加 肿瘤发生率增加

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免疫功能试验 药物对 T 细胞依赖抗原的反应 NK 细胞功能试验 体外淋巴细胞 增殖试验 细胞毒 T 细胞功能试验 细胞因子和趋化因子生成试验 迟发性超敏反应 宿主抗感染和抗移植瘤试验 其他免疫细胞或免疫分子的作用

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超敏反应 I 型超敏反应

被动皮肤过敏试验（ PCA） 主动皮肤过敏试验（ ACA） 主动全身过敏试验（ ASA）

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Ⅱ型和Ⅲ型超敏反应– 免疫复合物

Ⅳ型超敏反应– 豚鼠迟发性皮肤超敏反应（ DHR）– Buecher试验（ BA）– 豚鼠最大值试验（ GPMT）

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假过敏或类过敏反应

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自身免疫 鼠腘窝淋巴结试验（ PLNA ） 其他局部淋巴结试验（ LLNA ）

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不良免疫刺激 免疫刺激物

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免疫毒性试验方法与评价 为鉴定外来化合物对免疫系统的毒性，必须建

立一系列灵敏、特异、简便、快速的检测方法，大多数免疫毒理学家认为，要建立一组实验方法来评价免疫毒性。

免疫学方法 检测细胞因子方法 转基因动物模型

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检测方面： 免疫器官重量和组织形态学的改变 淋巴组织、骨髓和外周血细胞结构的定

量变化 免疫细胞效应和调节功能的损害 对病原体和移植瘤的易感性增加

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免疫病理学检查 淋巴器官重量和组织形态学的改变，淋

巴组织和骨髓细胞的量或质的变化、外周血淋巴细胞数目以及淋巴细胞表面标记改变

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免疫功能评价

免疫功能

适应性免疫应答

固有性免疫应答NK 细胞活性

巨噬细胞功能

体液免疫功能

细胞免疫功能

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超敏反应检测 主要针对Ⅰ型超敏反应

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自身免疫反应检测 PLNA LLNA

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检测细胞因子方法 生物学测定

生物活性 免疫学测定

抗原抗体反应 ( ELISA RIA IB)

流式细胞仪检测荧光标记的细胞检测

分子生物学方法 物质直接检测 （转录水平， PCR ）

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转基因动物模型

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免疫毒理学 1. 基本概念：免疫毒理学、免疫毒性、

免疫抑制、超敏反应。 2. 外源化学物对免疫系统的毒性反应的类型有？

3. 免疫毒性检测中免疫学方面的检测有哪些？