2014博士课：天然免疫

1、天然免疫研究进展,天然免疫(innate immunity):又称固有免疫 是机体在种系发育和进化过程中形成的免疫防御功能。特点: 1. 作用范围广, 不针对特定抗原;2. 先天获得, 出生后即具备获得性免疫(adaptive/acquired immunity): (又称特异性免疫) 指出生后通过与抗原物质接触后所产生的一系列防御功能。,Phase of Immune Response,当前天然免疫的重要地位,90年代以前, 天然免疫一直不受重视, 90年代后, 随着多种天然免疫分子的发现, 其结构和功能的阐明, 导致了90年代后期天然免疫研究的崛起。 当前天然免疫的重要地位: 1996 Science “天然免疫对获得免疫应答的指导作用” 1997 Cell , Current Opinion In Immunology中提出PRR, Pattern Recognition Receptor, 即模式识别分 子 1998 Current Opinion In Immunology “天然免疫”专号 1999 Scandinavia Journal Of Immunology “天然

2、免疫 复兴时代已经到来” 2003 Microbiol Rev. Toll样受体在病原体识别中作用,2011年度诺贝尔生理学或医学奖,布鲁斯巴特勒（Bruce A. Beutler）、朱尔斯霍夫曼（Jules A. Hoffmann），表彰他们在先天免疫方面的发现；,拉尔夫斯坦曼（Ralph M. Steinman），表彰他对获得性免疫中树突细胞及其功能的发现。,一、天然免疫系统的组成,二、天然免疫的识别机制,三、Toll样受体 四、NOD受体,六、天然免疫的生物学意义,五、天然免疫细胞,一、天然免疫系统的组成,屏障结构 参与天然免疫的细胞 参与天然免疫的分子防御素/抗菌肽溶菌酶补体 炎性介质,免疫防御,天然免疫,屏障结构,体表屏障：物理、化学、生物屏障,内部屏障：血脑屏障、血胎屏障,吞噬细胞：中性粒细胞、单核/巨噬细胞,NK、gdT、B-1、NKT 、肥大细胞,体液中的抗菌物质：补体、防御素、炎性介质、MBL,适应性免疫,黏膜免疫系统,体液免疫：抗毒素、抗菌抗体、抗病毒抗体,细胞免疫,CTL,TDTH及其释放的CK,膜式识别受体：甘露糖受体、清道夫受体TLR,* 病原相关识别模式 *

3、 模式识别受体 * 天然免疫识别自己和异己,二、天然免疫的识别机制,病原相关分子模式 （pathogen associated molecular pattern，PAMP）,一类或一群特定的微生物病原体（及其产物）共有的某些非特异性、高度保守的分子结构，可被非特异性免疫细胞所识别。包括：脂多糖（LPS）、磷壁酸（LTA）、肽聚糖（PGN）、甘露糖、细菌DNA、双链RNA和葡聚糖等。,天然免疫识别模式 病原相关分子模式,天然免疫系统成分可识别自己与异己，仅对病原体应答，其识别病原相关分子模式具以下特征： 1.病原相关分子只由病原微生物产生, 宿主细胞不产生。2.被天然免疫系统所识别的这些结构往往对微生物的生存或致病性势必不可少的。3.病原相关分子为宿主天然免疫细胞泛特异性识别的分子基础，是由一群或一类微生物所共同具有的恒定的结构。,病原相关分子模式(PAMP)示意图,模式识别受体 PRR (Pattern Recognition Receptor) 定义：一类主要表达于天然免疫细胞表面、非克隆性分布、可识别一种或多种PAMP的识别分子。 PRR的生物学特征： * 较少多样性； * 非克

4、隆性表达:同一类型细胞（如巨噬细胞）表达的PRR具有相同的特异性。 * 介导快速的生物学反应，无需细胞增殖。 几类重要的PRR：MBL、甘露糖受体、清道夫受体、Toll样受体,天然免疫模式识别受体,分泌型受体 甘露聚糖结合凝集素 （MBL） 胞膜受体： 甘露糖受体(mannose receptor,MR) “清道夫”受体 TLR Fc受体和补体受体 胞内受体 NOD 视黄酸诱导基因样受体(RIG-1 like receptor, RLR),分泌型PRR,甘露聚糖结合凝集素 （MBL） *属于肝脏合成的急性期反应蛋白 *识别并结合G-/G+菌、酵母菌、某些病毒等表面的甘露糖 *激活MBL补体途径，发挥调理、致炎作用。,Lectin（凝集素）途径 MBL（mannan-binding lectin）途径,MBL/ficolin, 病原体甘露糖残基/GlcNAc残基,-, MASP,C4 -C4a + C4b,C2 -C2a + C2b,- C4b2b(C3转化酶),甘露糖受体：特异性识别微生物细胞壁糖蛋白和糖脂末端的甘露糖和岩藻糖残基，介导吞噬细胞吞噬。清道夫受体：识别并与细菌细胞壁某些组

5、分结合，有效地清除血循环中的细菌。,膜型PRR：内吞型PRR,Toll样受体 属于先天免疫，TLR是防御微生物侵入的“哨兵”。toll介导的天然免疫信号系统是所有多细胞生物的最古老的防御系统。Toll 受体与CD14, IL-1R等同属富亮氨酸蛋白家族, 属于PRR, Pattern Recognition Receptor, 即模式识别受体 。(Toll like receptor, TLR),三、Toll样受体,定义：为一家族分子，因其胞外段与一种果蝇蛋白Toll同源而得名，在免疫应答的诱导和炎性反应中发挥重要作用，现已发现十余种。TLR的生物学特征：* TLR识别的配体均属于保守的PAMP，并向机体提供微生物感染的信号；* 几乎所有TLR均可单独或共同识别多种结构不同的配体，某些TLR（TLR4)则须依赖于辅助蛋白才能识别相应配体。 * TLR与相应配体结合启动胞内信号转导介导多种生物学效应。,Toll样受体 （Toll-like receptor, TLR),Toll 分子的发现与命名：Toll分子最初是作为建立早期果蝇胚胎背侧腹侧轴途径中的关键成员而发现的，发现Toll基因的

6、缺失导致所有杂合子果蝇胚胎不能孵化。1997年, 第一个与果蝇Toll蛋白同源的人Toll分子首次得到证实，因其是位于细胞膜上的受体，因而又称Toll样受体(Toll like receptor, TLR)。 至今为止，人类TLRs发现了13个家族成员，即hTLR113。,结构特点:1. 所有Toll同源分子都是型跨膜蛋白。2. 胞膜外区均有1831个富含亮氨酸的重复序列 （Leu-rich repeat, LRR）3. 胞膜内区均有一Toll/IL-1R同源区(TIR),(一) TLRs家族成员、组织分布表达及结构特点,基因定位: TLR5-第1号染色体 TLR9-第3号染色体 TLR1、2、3、6-第4号染色体 TLR4 -第9号染色体 TLR7、8-性别X染色体 TLR10的染色体定位未见报道,组织分布表达:Toll表达于所有的淋巴组织中，在外周血白细胞中表达水平最高，单核、巨噬细胞、细胞、细胞及树突状细胞都表达TLR mRNA。此外，脂肪细胞、小肠上皮细胞和皮肤内皮细胞也表达, 是防御微生物侵入的“哨兵” 。,TLR1: 分布于各类免疫细胞； TLR2、TLR4、TLR5:分布

7、于除T、B、NK外的免疫细胞； TLR3: 表达于幼稚的树突状细胞； TLR6-9: 广泛表达于多种细胞； TLR10: 表达于淋巴样组织中和脾脏细胞。,同源性比较:,比较已知的人类10种TLRs的氨基酸相似性， 进化关系和亲缘性,(二) TLRs与配体的相互识别及胞内信号的传导1. TLRs与配体的相互识别: Toll的配体, 一般属于病原相关分子模式 PAMPs(pathogen associated molecular patterns, PAMPs), 其为具有脂质A类似性质的物质, 存在于细胞壁, 为多种微生物所共有的一类分子结构, 称为PAMPs, 其一般不为多细胞生物体所有。TLR4: 识别革兰氏阴性菌细胞膜上的重要成分LPS;TLR2: 识别革兰氏阳性菌、分枝杆菌、螺旋体和支原体;TLR4: 内源性配体,热休克蛋白Hsp60;,各种TLR及其相应配体,dsDNA,鞭毛蛋白,非甲基化CpGDNA,TLR6,TLR2,TLR1,CD14,TLR3,TLR5,TLR9,各种TLR及其相应配体,TLR4,TLR的生物学功能,激活天然免疫识别微生物PAMP向机体发出危险信号，启动

8、天然免疫。激活巨噬细胞分泌炎性介质介导炎性反应。参与特异性免疫应答的启动激活APC表达MHC、共刺激分子和细胞因子参与T细胞等的激活和增殖。,TLR的生物学功能,2. 哺乳细胞TLRs与胞内信号的传导 (与果蝇的相比较):关于TLRs的胞内信号传导，TLR2、TLR4研究比较多。TLR2和TLR4与相应配体结合后，在一些细胞膜分子，如CD14的协助下，随后活化MD-2、髓细胞样分化标志MyD88 (myeloid differentiation marker88)、IRAK(丝氨酸/苏氨酸先天免疫激酶的一种)、肿瘤坏死因子相关因子6（TNFR-associated factor 6，TRAF6），最终激活NF-B，NF-B转位进核，活化特定免疫基因使之表达。,TLR信号通路,(三) TLRs与天然免疫、特异性免疫和免疫耐受TLRs是一类激活人体天然免疫，在感染的早期发挥保护性作用的重要的膜受体家族。活化后引起一系列免疫效应。TLRs的活化引起多种细胞因子分泌，如IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、IL-18、TNF-等以及NO的产生。TLRs也与特异性免疫相关。它能明显诱导人单核

9、细胞系的B7和IL-1基因的表达，对T细胞的活化产生影响。LPS激活的B细胞抗原呈递能力增强，也可能与TLR4有关。TLRs与免疫耐受也有着密不可分的关系。已知细菌LPS诱发感染宿主可引起强烈的炎症反应，但在TLR4基因缺失的的小鼠，用LPS攻击后不发生炎症反应。,(四) TLRs与疾病在肠炎患者的肠上皮细胞中，可检测到TLR3和TLR4的异常表达，提示TLRs表达量或位置的异常与肠炎等某些疾病有关; Arbour指出人的TLR4基因存在着错义突变（Asp299Gly,Thr399Ile）影响了TLR4的胞外结构域，使吸入人体LPS不致于产生高敏感反应。可耐受高剂量的LPS攻击;阻断某些动物心肌细胞的TLR2, 可以抑制过氧化氢诱导的NF-B，AP-1的活化，却同时增加了细胞毒性作用，提示TLR2可能与心脏病有一定的关联。,(五) Toll/TLR家族成员的主要功能:TLR4介导对脂多糖的反应: TLR4的表达水平决定小鼠巨噬细胞对脂多糖的反应强度. LPS首先与CD14结合, 然后与TLR4结合, MD2作为辅助分子, 增强TLR4对LPS的反应。2. TLR4的其他功能:与热激蛋白60相互作用: TLR4-HSP60;参与凋亡细胞清除中的信号转导: CD14, TLR4,3. TLR9介导对甲基化CpGDNA的反应 (1) 脊椎动物: CpG DNA都非甲基化, 二聚体少 细菌等非脊椎动物: CpG DNA都甲基化, 二聚体多 甲基化CpG DNA能刺激免疫细胞产生IL-12, IL-18等Th1型细胞因子, 高效免疫佐剂; (2) TLR9是非甲基化CpGDNA的受体, TLR9在非甲基化CpGDNA的识别和信号转导中起关键作用;,(3) TLR9意义及应用: a. CpG可能在防御细胞内病原体感染中起重要作用; b. DNA疫苗中, CpGDNA可激活免疫苗注射部位树突状细胞等抗原呈递细胞, 从而对DNA编码的抗原进行有效的呈递,确来激活特异免疫细胞; c. 在儿童哮踹, Th2偏离, 动物实验发现CpG可预防小鼠对Th2型变应原的致敏 d. CpGDNA可诱导出不同类型的抗肿瘤反应, 抑制肿瘤的生长; 其机制可能是诱导APC产生I型干扰素, 或加强对T细胞的共刺激。,

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