免疫細(xì)胞膜分子.ppsVIP

北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部免疫學(xué)系 北京大學(xué)人類疾病基因研究中心 / 韓文玲 2013年10月11日,免疫細(xì)胞膜分子（一）,免疫系統(tǒng)的功能,人體免疫系統(tǒng)歷經(jīng)30億年的進(jìn)化，形成復(fù)雜的精細(xì)調(diào)控系統(tǒng)，在機(jī)體發(fā)揮軍隊(duì)和警察的作用。 對(duì)外：抵御病源微生物和異己成分； 對(duì)內(nèi)：清除病變、衰老細(xì)胞。,Stimulating immune responses against microbes by the process of vaccination is the most effective method for protecting individuals against infections.,Worldwide eradication of smallpox,What is the immune system?,The collection of tissues, cells, and molecules that mediate resistance to infections is called the immune system.,Antibody; Complement; Cytokine; Membrane molecules of immune cells, including TCR, BCR, PRR, HLA, HLDA et al.,Molecules of the immune system,Cytokines and membrane molecules mediate the interaction between immune cells,Engelhardt, K.R. et al, J Allergy Clin Immunol, 2012. 129 (2): 294-305.,Clinical application of cytokines and membrane molecules of immune cells,Foster, D et al. Nature Rev. Drug Discov. 2004, 3, 160170.,免疫細(xì)胞膜分子按其執(zhí)行的功能，主要可以分為受體、MHC分子、協(xié)同刺激分子及粘附分子。 部分免疫細(xì)胞膜分子也被稱為細(xì)胞表面標(biāo)記（Cell Surface Marker），包括TCR、BCR等。,免疫細(xì)胞膜分子,The molecules appear or disappear on the cell surface of human leukocyte during the processes of development, differentiation, maturation, and activation.,Human Leukocyte Differentiation Antigen (HLDA),HLDA Workshop （ / ）,1、概念：以單克隆抗體鑒定為主，由國際白細(xì)胞分化 抗原會(huì)議將來自不同實(shí)驗(yàn)室的單克隆抗體所 識(shí)別的同一種分化抗原歸為同一個(gè)分化群， 簡稱CD。 2、 組成： CD1-CD363； 多為動(dòng)態(tài)表達(dá)； T細(xì)胞發(fā)育: CD4-CD8-; CD4+CD8+; CD4+ or CD8+。,CD（Cluster of Differentiation）,Cluster of Differentiation (CD),The proposed surface molecule is assigned a CD number once two independent antibodies have the same specificity (bind to the molecule); At least one specific mAb if its gene has been cloned.,New CDs require definitive molecular identification of the target antigen,There is at least one Workshop-characterized Ab and good molecular data; The antigen is expressed on the surface of cells involved in immune reactions; The Abs react with primary cells (not just transfectants or recombinant protein); The Ab is available.,Indication of CD,Cell populations are usually defined using a + or a - symbol to indicate whether a certain cell fraction expresses or lacks a CD molecule. Some cell populations can also be defined as hi, mid or low (alternatively bright, mid or dim), indicating an overall variability in CD expression, particularly when compared to other cells being studied.,Human Cell Differentiation Molecules (HCDM),HLDA8: The HLDA Council changed the name of the organization to reflect the broader objectives. The acronym “HLDA” will be succeeded by “HCDM”. (1) To indicate a break with tradition, while retaining the letters “CD”; (2) To maintain the emphasis on molecules of human origin; (3) To extend the focus from leukocytes to other cell types, recognizing that leukocytes do not act alone. (4) To broaden the scope from cell-surface molecules to any molecule whose expression reflects differentiation. (only surface membrane molecules will be given CD numbers, CD1-CD363),Section of CDs,（1）T cells: CD2, CD3, CD4, CD8, et al. （2） B cells：CD19, CD20, CD21, et al. （3）Myeloid cells: CD14, CD64, et al. （4）Dendritic cells：CD273, CD274, et al. （5）Adhesion structures: CD11a-CD11c, et al. （6）Cytokine/chemokine receptors. （7）Stem/Progenitor cells：CD133, et al. （8）Stromal cells：CD292, et al. （9）Erythroid cells：CD233-CD242, et al. （10）Platelets：CD36, CD41, CD51, CD61, et al. （11）NK cells：CD16, CD56, et al. （12）Endothelial cells: CD105, CD106 et al. （13）Non-lineage molecules：CD30, CD32, CD46, et al. （14）Carbohydrate structures: CD60a-CD60c, CD75, et al.,結(jié)構(gòu)特點(diǎn),1、特點(diǎn)：多為跨膜糖蛋白；部分被糖基磷脂酰肌醇 （Glycosylphosphatidylinositol，GPI） 錨定在細(xì)胞膜表面。 N糖基化位點(diǎn)：Asn-X-Thr/Ser中的Asn位點(diǎn)； O糖基化位點(diǎn)：Ser、Thr、Pro占優(yōu)勢(shì)序列中 的Ser或Thr殘基。 2、根據(jù)胞膜外區(qū)結(jié)構(gòu)分類：IgSF；TNFSF；TNFRSF； 整合素；選擇素等。,3、根據(jù)跨膜區(qū)分類,I型：一次跨膜，N端：胞外，C端：胞內(nèi)； II型：一次跨膜，N端：胞內(nèi)，C端：胞外； III型：多次跨膜（二、三、四、五、六、七）； IV型：多個(gè)亞單位組成； V型：多肽以GPI連接于細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙層中； VI型：一端以GPI連接于細(xì)胞膜，另一端為一次 或多次跨膜。,蛋白酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域（Protein Tyrosine Kinase, PTK）； 蛋白酪氨酸磷酸酶結(jié)構(gòu)域（Protein Tyrosine Phosphatase, PTP）； 死亡結(jié)構(gòu)域（Death Domain, DD）； ITAM/ITIM基序（Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif/-based Inhibition Motif ）。,胞漿區(qū)重要結(jié)構(gòu)域,ITAM,免疫受體酪氨酸活化基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motifs, ITAM）：基本結(jié)構(gòu)為YxxL/V，在胞膜相連的PTK作用下，Y發(fā)生磷酸化，招募胞漿中具有SH2結(jié)構(gòu)域的其它PTK，啟動(dòng)細(xì)胞活化。,ITIM,免疫受體酪氨酸抑制基序（immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motifs, ITIM ）：基本結(jié)構(gòu)為I/VxYxxL，在胞膜相連的PTK作用下，Y發(fā)生磷酸化，招募胞漿中具有SH2結(jié)構(gòu)域的PTP，抑制細(xì)胞活化。,Ig超家族分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),此類分子多為Ig超家族分子； Ig超家族分子：由約100個(gè)氨基酸組成、通過鏈內(nèi)二硫鍵形成的具有類似Ig可變區(qū)（V區(qū)）或穩(wěn)定區(qū)（C區(qū)）結(jié)構(gòu)的功能區(qū)（domain），并在氨基酸序列上與Ig有一定的同源性的分子。,包括中性粒細(xì)胞和單個(gè)核吞噬細(xì)胞。 中性粒細(xì)胞占外周血白細(xì)胞總數(shù)的60%-70%；壽命2-3天； 含初級(jí)和次級(jí)顆粒，富含蛋白酶；遷移、吞噬能力強(qiáng)。,一、 固有免疫細(xì)胞膜分子 （一）吞噬細(xì)胞（Phagocytes）,單核吞噬細(xì)胞（mononuclear phagocytes）,血液中：單核細(xì)胞；組織中：巨噬細(xì)胞。 單核細(xì)胞：占外周血白細(xì)胞總數(shù)的3%-8%；溶酶體顆粒中富含蛋白酶；血液中停留12-24hr；粘附性強(qiáng)。 巨噬細(xì)胞：Kupffer cells (liver)；Microglia (brain)； Alveolar macrophages (lung)。體積大，壽命長；富含蛋白酶；吞噬殺菌、清除凋亡細(xì)胞及異物能力強(qiáng)大。,、模式識(shí)別受體（pattern recognition receptor, PRR）：直接識(shí)別結(jié)合PAMP的受體。 特點(diǎn)：較少多樣性；非克隆性表達(dá)；介導(dǎo)快速反應(yīng)，無需細(xì)胞增殖。 PRRs include Toll-like receptors (TLRs), C-type lectin like receptors (CLRs), RIG-I like receptors (RLRs), and Nod-like receptors (NLRs). Immune cells as well as non-immune cells differentially express a wide range of TLRs, CLRs, RLRs and NLRs, which enable them to sense and respond to pathogens.,M表面受體及其識(shí)別的配體,S. Manicassamy, B. Pulendran. Seminars in Immunology 21 (2009) 185-193,病原相關(guān)分子模式,病原相關(guān)分子模式（pathogen associated molecular pattern, PAMP）： PRR識(shí)別結(jié)合的配體。 特點(diǎn)： 通常為微生物所特有； 致病性或生存必須； 固有免疫細(xì)胞泛特異性識(shí)別的基礎(chǔ)。,吞噬細(xì)胞表達(dá)的受體及其識(shí)別的配體,Neil A. R. Gow, et al. Nat Rev Microbiol. 2011 Dec 12;10(2):112-22.,S. Manicassamy, B. Pulendran. Seminars in Immunology 21 (2009) 185-193.,TLR,Nat Immunol. Hardison SE , et al. 2012 Aug 21;13(9):817-22.,Transmembrane CLRs,2011年的諾貝爾生理/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主,2011年的諾貝爾生理/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了三位免疫學(xué)家ules A. Hoffmann、Bruce A. Beutler和Ralph M. Steinman。 他們是“發(fā)現(xiàn)了免疫應(yīng)答的守門人，從而徹底革新了我們對(duì)于免疫系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)”。 諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)評(píng)委會(huì),/newsf/2011-10/2011108150513339.htm,Jules A. Hoffmann,法國公民，1941年出生于盧森堡。 獲獎(jiǎng)理由：發(fā)現(xiàn)了識(shí)別微生物激活先天免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵受體蛋白。 1996年Hoffmann及同事在對(duì)果蠅胚胎發(fā)育相關(guān)的Toll基因突變體進(jìn)行研究時(shí)獲得了開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)Toll突變的果蠅感染細(xì)菌或真菌時(shí)，由于無法激活免疫反應(yīng)導(dǎo)致這些果蠅迅速死亡。據(jù)此Hoffmann證實(shí)：Toll基因編碼產(chǎn)物在識(shí)別病原微生物激活免疫反應(yīng)中發(fā)揮了關(guān)鍵性作用。,/newsf/2011-10/2011108150513339.htm,Bruce A. Beutler,美國公民，1957年出生于美國芝加哥。 獲獎(jiǎng)理由：發(fā)現(xiàn)了識(shí)別微生物激活先天免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵受體蛋白。 1998年，Beutler將Hoffmann的研究發(fā)現(xiàn)延伸至哺乳動(dòng)物中。在尋找可導(dǎo)致感染性休克的細(xì)菌產(chǎn)物脂多糖（LPS）相關(guān)的受體過程中，Beutler及同事發(fā)現(xiàn)了對(duì)LPS具有抵抗力的老鼠攜帶有一個(gè)基因突變，這個(gè)基因與果蠅中的Toll基因非常相似。這種Toll類似物受體（TLR）原來就是神秘的LPS受體。當(dāng)它與LPS相結(jié)合，就會(huì)激活先天免疫反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)過度時(shí)，炎癥就可能導(dǎo)致感染性休克。,/newsf/2011-10/2011108150513339.htm,、調(diào)理性受體（opsonic receptors ）,包括IgG Fc受體和補(bǔ)體受體CR1， CR3， CR4。,M的主要生物學(xué)功能,、清除、殺傷病原體； 、參與和促進(jìn)炎癥反應(yīng)； 、殺傷腫瘤和病毒感染細(xì)胞； 、抗原呈遞； 、免疫調(diào)節(jié)。,（二）自然殺傷細(xì)胞 (natural killer cells, NK),發(fā)育依賴于骨髓或胸腺； TCR-,BCR-, CD16+, CD56+； 體積大、胞漿含大顆粒，又稱大顆粒淋巴細(xì)胞。 具有天然殺傷功能和ADCC效應(yīng)，抗病毒和抗腫瘤。,NK的殺傷機(jī)制,效應(yīng)：具有直接殺傷靶細(xì)胞和ADCC效應(yīng),殺傷病毒感染細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞等。,、 識(shí)別HLA- I類分子的受體： （1）殺傷細(xì)胞免疫球蛋白樣受體 （killer immunoglobulin-like receptor , KIR）； KIR2DL和KIR3DL：胞內(nèi)含ITIM基序，為抑制性受體； KIR2DS和KIR3DS：胞漿區(qū)短，與DAP-12(胞內(nèi)含ITAM)非共價(jià)鍵結(jié)合，為活化性受體。 （2）殺傷細(xì)胞凝集素樣受體 （killer lectin-like receptor，KLR） NKG2A胞內(nèi)含ITIM， CD94/NKG2A為抑制性受體； NKG2C胞漿區(qū)短，與DAP-12非共價(jià)鍵結(jié)合，CD94/NKG2C為活化性受體。,NK細(xì)胞的活性調(diào)節(jié),（1）NKG2D： NK, T表達(dá)；與含ITAM的DAP-10結(jié)合，介導(dǎo)殺傷； 結(jié)合MHC I類鏈相關(guān)的A/B分子（MICA/B）； MIC A/B表達(dá)于乳腺癌等上皮腫瘤表面，正常細(xì)胞缺失。 （）自然細(xì)胞毒性受體NKp46，NKp30，NKp44： NKp46，NKp30：所有NK均表達(dá)，與含ITAM的CD3鏈結(jié)合，介導(dǎo)殺傷； NKp44：活化NK特異表達(dá)，與含ITAM的DAP-12結(jié)合，介導(dǎo)殺傷。,2、NK識(shí)別非HLA-I類分子的殺傷活化受體,NK細(xì)胞表面的殺傷抑制性受體,3、 KIR和KLR的作用及意義,（1）正常情況下，KIR2DL/3DL及CD94/NKG2A等抑制性受體與HLA-I類分子的親和力更高，起主導(dǎo)作用； （3）病毒感染細(xì)胞及腫瘤細(xì)胞表面HLA-I類分子下降或缺失，NK不能識(shí)別自我，其它殺傷性受體識(shí)別非HLA-I類分子，介導(dǎo)殺傷。,Major receptor families expressed by NK cells,M. Inngjerdingen, et al.Tissue Antigens, 2011, 78, 8188.,CD56dim NK cells and CD56bright NK cells,Human blood NK cells could be subdivided into two major populations based on the surface intensity of CD56 and the low-affinity Fc receptor CD16. A major population of CD56dim NK cells (90%) expresses high levels of CD16, whereas a minor subset of CD56bright NK cells expresses limited CD16. CD56dim NK cells displayed high cytotoxicity, the CD56bright NK cells were more potent cytokine producers. CD56dim cells also exclusively mediate antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity because of CD16 expression.,M. Inngjerdingen, et al.Tissue Antigens, 2011, 78, 8188.,NK cell subsets in man, mouse and rat,M. Inngjerdingen, et al.Tissue Antigens, 2011, 78, 8188.,the main NK cell subsets in man, mouse and rat,M. Inngjerdingen, et al.Tissue Antigens, 2011, 78, 8188.,抗原呈遞細(xì)胞（Antigen-presenting cell, APC）: 能夠加工、處理抗原并將抗原信息提呈給T淋巴細(xì)胞的一類細(xì)胞。 專職性抗原呈遞細(xì)胞（professional APC ）：表達(dá)MHC II類分子和T細(xì)胞活化所需的共刺激分子及粘附分子，具有顯著的抗原攝取、加工、處理與提呈功能的細(xì)胞，包括DC、B細(xì)胞和M。,二、 APC,專職性抗原呈遞細(xì)胞的比較,Ralph M. Steinman, DC and Nobel Prize,1943年出生于加拿大蒙特利爾。 獲獎(jiǎng)理由：第一個(gè)發(fā)現(xiàn)了免疫系統(tǒng)中的樹突細(xì)胞及其對(duì)獲得性免疫應(yīng)答的獨(dú)特激活與調(diào)節(jié)能力。 1973年，Ralph Steinman在與外界環(huán)境接觸的組織（皮膚）中發(fā)現(xiàn)了一種新的細(xì)胞類型，他稱之為樹突細(xì)胞。之后證明樹突細(xì)胞在T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答中具有關(guān)鍵作用。這些發(fā)現(xiàn)最初受到了質(zhì)疑，但是Steinman隨后的工作證明樹突細(xì)胞對(duì)于激活T細(xì)胞具有獨(dú)特的能力。,/newsf/2011-10/2011108150513339.htm,DC細(xì)胞表達(dá)的膜分子,PRR: TLR, CLR et al.,DC的功能,、抗原提呈與免疫激活作用，顯著刺激nave T細(xì)胞分化； 、免疫調(diào)節(jié)，分泌細(xì)胞因子； 、誘導(dǎo)和維持免疫耐受。,S. Manicassamy, B. Pulendran. Seminars in Immunology 21 (2009) 185-193,TLR & CD4+ T cell differentiation,Cytokines determine the differentiation and regulate the activation of Th cells,Jinfang Zhu, et al. Annu. Rev. Immunol. 2010. 28:44589,Infection and immune responses,Bourgeois, C., et al. , Curr Opin Microbiol, 2010. 13(4): 401-8.,CARD9 mutations linked to subcutaneous phaeohyphomycosis and Th17 cell deficiencies,Wang X, et al. J ALLERGY CLIN IMMUN. 2013, accepted.,CARD9 mutations linked to subcutaneous phaeohyphomycosis and Th17 cell deficiencies,Wang X, et al. J ALLERGY CLIN IMMUN. 2013, accepted.,Targeting C-type Lectin receptors on dendritic cells for neonatal adjuvant setting S. Lemoine, Pasteur Institute, France.,Targeting Dectin-1 using curdlan, a beta 1-3 glucan, as an adjuvant in neonatal vaccination; Dectin-1 triggering can induce pro-inflammatory cytokines both in mice and in humans; Signal through Dectin-1 was able to induce protective TH1/TH17 response in newborn mice and protect them from MTB infection; These results show the potential of CLR related pathways as a relevant target for future adjuvant development.,非專職性抗原呈遞細(xì)胞,非職業(yè)性抗原呈遞細(xì)胞：在通常情況下不表達(dá)MHC II類分子，但在炎癥過程中或IFN-等細(xì)胞因子的作用下，可以表達(dá)MHC II類分子和共刺激分子及粘附分子，并具有一定的抗原處理和提呈能力。包括內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、上皮及間皮細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞等。 表達(dá)MHC I類分子的靶細(xì)胞是特殊的非專職性APC。,三、MHC及其編碼分子,20世紀(jì)40年代研究發(fā)現(xiàn)小鼠近交系之間皮膚移植物的排斥主要由定位在17號(hào)染色體上的H-2基因決定。 H-2基因的特點(diǎn)： 在移植排斥中起主要作用； 本身含多個(gè)功能相近的基因座位，結(jié)構(gòu)上為基因復(fù)合體，因此把小鼠的H-2稱為“主要組織相容性復(fù)合體”。 人的MHC稱為HLA基因或HLA基因復(fù)合體，其編碼產(chǎn)物稱為HLA分子或HLA抗原。 小鼠MHC=H-2； 人MHC=HLA。,Jean Dausset：1916-2009 ，20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)HLA系統(tǒng)； 1980獲Nobel Prize 。,HLA系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)者,MHC結(jié)構(gòu)及其多基因特性,特點(diǎn)：多基因性；多態(tài)性。 多基因性：復(fù)合體由緊密相鄰的基因座位組成，編碼產(chǎn)物具有相同或相似的功能。 分類：MHC I，II，III類基因； 經(jīng)典的MHC I，II類基因產(chǎn)物的主要生理功能是呈遞抗原，多態(tài)性豐富； 免疫功能相關(guān)基因：傳統(tǒng)的MHC III類基因等。,經(jīng)典MHC I類和II類基因,小鼠H-2： 定位于17號(hào)染色體；I類基因：K、D、L； II類基因：Ab、Aa、Eb、Ea。 人HLA基因： 定位于6p21.31；I類基因：B、C、A； II類基因：DP、DQ、DR亞區(qū)，每個(gè)亞區(qū)由兩個(gè)或兩個(gè)以上基因座組成，分別編碼分子量相近的a鏈和鏈，形成DPa-DP、DQa-DQ、DRa-DR三種異二聚體。,（一）HLA I類分子： 鏈和2微球蛋白組成； 表達(dá)于所有有核細(xì)胞表面； 鏈胞外有3個(gè)結(jié)構(gòu)域1，2，3， 1，2組成抗原肽結(jié)合槽； 識(shí)別和提呈內(nèi)源性抗原肽，與輔助性受體CD8結(jié)合，對(duì)CTL的識(shí)別起限制作用。,HLA分子,（二）HLA II類分子,分子量相似的鏈和鏈組成； 表達(dá)于B、DC、M等APC細(xì)胞及胸腺上皮細(xì)胞、活化的T表面。 1，1形成抗原肽結(jié)合槽。 識(shí)別和提呈外源性抗原肽，與輔助性受體CD4結(jié)合，對(duì)Th的識(shí)別起限制作用。,免疫功能相關(guān)基因,（一）血清補(bǔ)體成份編碼基因：C4B，C4A，BF，C2。 （二）抗原加工提呈相關(guān)基因： 1、低分子量多肽基因：LMP2，LMP7； 2、抗原加工相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)體基因：TAP1，TAP2； 3、TAP相關(guān)蛋白基因； 4、HLA-DM，DO基因。 （三）非經(jīng)典的I類基因：HLA-E(CD94/NKD2A,C的配體)