免疫学起源于抗感染的研究,成熟于免疫生物学的发展和对机体识别“自己”与“非己”功能的认识。
11世纪,中国南宋时期,人痘苗的创造性发明,标志着一门新的学科――免疫学的诞生;18世纪,英国医生Jerner发明的牛痘苗使人类最终征服了天花,并煅铸了生物制品历史的里程碑。之后,她的科学和哲学思想,在Berhing(德)、Ehrlich(德)、Metchnikoff(俄)、Burnet(澳)、Jerne(丹)、Doherty(美)、Zinkernagel(瑞)等一代代免疫学家之间血脉承继,薪火相传,并推动着免疫学飞速发展,日臻完善。
但艾滋病、SARS、禽流感、排斥反应、肿瘤……仍然是免疫学急需征服的重大问题。
通过免疫应答的形式,以识别和排除抗原性异物为己任的免疫系统,不仅其内部存在着精细的调控机制,而且也必然与神经系统和内分泌系统之间发生错综复杂的联系;思考这种联系并就此进行的研究,使我们进一步加深了对机体生理功能活动整体性的理解,极大地丰富了对机体内环境稳定机制的认识。
当前,免疫学正以一种极富生命力的“基础研究-应用研究-高科技开发”的模式飞速发展。如果把她看作是一幅正在描绘的巨幅画卷,站在她面前,我们能时刻感受到她不断展现的精彩纷呈的变化,我们也应该为她增辉添彩。
本网络课程将带你去领略日新月异的免疫学知识之浩瀚――悠久的历史源远流长,腾飞的今日举世瞩目,辉煌的历程群星闪烁,卓越的成就前景无限。
祝你心情舒畅,学习愉快。
第一章 绪论
简介
1979年10月26日那是个极其特殊的日子,因为在这一天世界卫生组织庄严宣告:全世界已经消灭了“天花”。天花是一种由病毒引起的烈性传染病,数千年来,难以计数的人因天花而丧生。在这个病魔一次次肆虐的日子里,无数的家庭妻离子散,家破人亡;无数的城市和乡村尸陈遍野,白骨如山。今天,由天花造成的那个“千村薜荔人遗尸,万户萧疏鬼唱歌”的时代终于一去不复返了。人类之所以能消灭天花,那是因为有了免疫学。
第一节 免疫学概念
一、免疫与免疫学的基本概念
免疫(immunity)一词来源于拉丁文“immunis”,其原意是“免除服役”或“免除税收”。在微生物学和医学中引用时,是指“免除疫患”之意,即机体对传染病的抵抗力。免疫学起源于抗感染的研究,是时,主要研究传染病的免疫学诊断、治疗和预防等方面。
进入20世纪后,人们发现,血型不符的两个个体输血时,会出现严重的输血反应,而两个个体血型相符者,彼此则可以输血;自体植皮成功,异体植皮排斥。这种现象说明,机体具有识别“自己”或“非己”物质的能力,是自己的物质接受,不是自己的物质排斥;进人机体的抗原性异物,除病原生物外,亦可以是其他成分;机体产生的免疫应答,除免疫防御外,也有对机体造成损害的一面。再者,临床中出现的一些免疫性疾病,仅用免疫防御也是无法解释的,如青霉素半抗原进入体内与特异性抗体的免疫反应所引起的过敏,显然不能应用抗感染免疫来解释。因此说,传统免疫的概念是陈旧的、不全面的。现代免疫概念认为:免疫是机体识别和排除抗原性异物,维持自身稳定和平衡的一种生理功能,通常对机体有利,某些条件下也可对机体造成损害。
免疫学是研究机体免疫系统(immune system)组织结构和生理功能的一门基础科学,内容包括免疫系统的组成与结构特点、免疫系统的生理功能。
二、免疫系统的组成和功能
(一)免疫系统的组成
免疫系统包括免疫器官、无被膜淋巴组织、免疫细胞以及免疫分子等。免疫器官、免疫细胞和免疫分子相互关联、相互作用,共同协调,完成机体免疫功能。
1、免疫器官
免疫器官是指实现免疫功能的器官和组织,因为这些器官的主要成分是淋巴组织,故也称淋巴器官。免疫器官(immun ologicorgan),按功能不同分为两类:中枢淋巴器官,由骨髓及胸腺组成,主要是淋巴细胞的发生、分化、成熟的场所,并具有调控免疫应答的功能;周围淋巴器官,由淋巴结、脾脏及扁桃腺等组成,成熟免疫细胞在这些部位执行应答功能。
2、免疫细胞
免疫细胞(immun pcyte)是泛指所有参与免疫反应的细胞及其前身,包括造造血干细胞、淋巴细胞、单核巨噬细胞、树突状细胞和粒细胞等。免疫细胞可分为以下几大类:
(1)淋巴细胞,包括T细胞,B细胞,NK细胞等
(2)辅佐细胞,包括巨噬细胞,树突状细胞(既抗原提呈细胞)等
(3)其它细胞,包括肥大细胞,有粒白细胞等
3、免疫分子
免疫分子分为膜型和分泌型两类,膜型包括BCR(B细胞识别抗原的受体),TCR(T细胞识别抗原的受体),MHC分子(主要组织相容性基因复合体),CD分子(白细胞分化抗原)等。分泌型包括抗体、补体和细胞因子等。
(二)免疫系统的功能
免疫系统的生理功能主要有免疫防御、免疫稳定和免疫监视。免疫防御是指机体的免疫系统在正常情况下,能有效地抵御外来病原生物的侵袭,并能消除感染。当这种抗菌素感染免疫反应强烈时,可引起超敏反应,过低时,可引起持续感染或免疫耐受。免疫稳定,是指机体的各种免疫细胞,能清除自身体内的一些异常细胞,消除其对机体正常生理功能的影响,维持自身内环境的稳定性。当免疫稳定异常时,可损伤正常组织出现自身免疫病。免疫监视指清除体内突变的细胞。该功能失调时,机体可出现恶性肿瘤。
第二节 免疫学发展史
免疫学科的形成与发展大致经历了四个时期:①免疫学经验时期(11~17世纪);②经典免疫学时期(18世纪末到20世纪中叶);③近代免疫学时期(20世纪中叶);④现代免疫学时期(20世纪60年代至今)。
一、免疫学经验时期
我国早在南宋时期(11世纪),就创造性地发明了人痘苗,用人工轻度感染的方法,达到预防天花的目的,这是医学史上的一项伟大贡献。到了16世纪,人痘法有了重大进展,人们将人痘苗(时苗)反复传代,连种7次,即为种苗。种苗抗原性保存而毒性较弱,使用时无甚危险,却有预防天花的效果。到了17世纪,不但我国已普遍使用人痘苗预防天花,也很快传人俄国、朝鲜、日本等国。后又经俄国传人土耳其。1721年,英国驻±耳其大使夫人Montagu将人痘法传人英国,在英国曾进行了人体实验,把接种人痘者移居天花流行区,结果发现接种者均获得抵抗力。
二、经典免疫学时期
对人体免疫功能的认识首先从抗感染免疫开始,从18世纪末至20世纪中叶,随着微生物学的发展,人们对免疫功能的认识从人体现象的观察进入了科学实验时期。它的发展和微生物学的发展密切相关,并成为微生物学的一个分支。这一时期重要成就有:1796年,英国人Jerner发明了牛痘苗;1881年,法国的Pasteur发明了减毒疫苗;1884年,俄国的Metchnikoff发现吞噬细胞;1890年,德国的Behring发现抗体;1895年,比利时的Bordet发现补体。
三、近代免疫学时期
20世纪中叶至60年代,由于近代免疫生物学的进展和细胞系选择学说的提出,使免疫学发展有了重大的转折和突破。这一时期的主要成就有:1942年,英国的Chase揭示了特异性细胞的免疫功能1945年,英国的Owen发现天然免疫耐受现象;1953年,英国的Medawar发现获得性免疫耐受;1956年,丹麦学者Jerne提出了天然抗体选择学说;1957年,澳大利亚免疫学家Burnet提出了抗体生成的克隆选择学说。
四、现代免疫学时期
20世纪60年代后,免疫学进入了现代免疫学时期,近40年来,免疫学的研究不断取得激动人心的巨大进展。自此,免疫学开始发展成为一门独立于微生物学之外的重要学科。
1957年Glick发现早期摘除鸡的法氏囊(Bursaof Fabricius),可影响抗体的产生。1961年Miller,1962年Good,分别在哺乳动物体内进行早期胸腺摘除术,严重地影响了动物的免疫功能。1965年,Gowan证明了淋巴细胞是具有免疫功能的细胞。1969年,Claman.Miller和Mitchell等人,在淋巴细胞中区分了T和B两类淋巴细胞,并证实了T.B细胞在抗体产生中的协同作用。Cooper等人证实了淋巴细胞在周围淋巴组织的分布。1969年,Dumonde等发现了淋巴因子。70年代Unanue等证明了巨噬细胞在免疫应答中的作用。通过这些研究,在器官、细胞和分子水平上,揭示了机体存在一个十分重要的功能系统——免疫系统。该系统由中枢免疫器官(胸腺、法氏囊)、外周免疫器官(脾、淋巴结等)、免疫细胞(T.B细胞等)和免疫分子(抗体、淋巴因子、补体等)组成。
这一时期中,许多新的生物学技术应用于免疫学研究,如单克隆抗体标记技术、免疫转印技术、分子杂交技术、转基因技术、细胞融合技术等等。分子遗传学和分子生物学技术的应用,促进了分子免疫学的发展,分子免疫学已成为现代免疫学快速发展的领头学科。免疫学检测技术具有高度的特异性和灵敏度,已成为生物学研究中超微量分析的重要手段和临床医学中快速、准确、简便的检测方法。
第三节 免疫学展望
一、现代免疫学的研究特点
传统的免疫学基础课题的研究,仍然是免疫学今后研究的主要内容。基础理论的研究蕴藏着巨大潜力,其成果可以推动科学的发展和人类社会的进步。运用免疫学理论和方法,对免疫功能紊乱所致疾病的防治,也是现代免疫学研究的重要领域。近年来,另一个研究的明显趋势,是与免疫基础研究相结合的生物高技术产业的兴起。基础免疫学研究的成果,从实验室直接转向生物技术产品的开发,这种转化正以惊人的速度进行着。免疫学的发展正以一种崭新的“基础研究—应用研究—高技术开发”模式,将科学研究成果迅速转化为生产力,这是现代免疫学发展的一个重要特点。
二、免疫学在生命科学中的地位
(一)免疫学与生物学
免疫系统对“自己”与“非己”的识别,对“自己”成分的免疫耐受,对“非己”成分的免疫应答,都涉及细胞间的信息传递、细胞内信号传递和能量转换等生命过程的基本特性,对生命活动的研究有着重要意义。免疫遗传学的研究,第一次揭开了生理功能系统的遗传控制机制。这对于在基因水平上对生物体进行生理功能研究,具有重要意义。MHC基因复合体的结构和功能研究、免疫球蛋白基因表达的等位排斥现象的研究、免疫球蛋白及其他免疫分子基因的研究、DNA结合蛋白调节细胞因子表达的研究等,大大丰富了分子生物学的研究内容,促进了对真核细胞基因结构和表达调控的认识。
免疫学技术的发展及其独特高效的检测方法,为生命科学的研究提供了有力的手段。单克隆抗体的应用,给生物学的发展带来了突破性的变革,免疫组化技术与分子杂交技术的结合,使基因及其表达的研究可达到定量、定性、定位的程度。免疫学技术很快地被应用于解剖学、组织学、细胞学、生物化学、遗传学、分子生物学、微生物学、动物学、植物学等各方面的研究中,在生物学的发展中起着举足轻重的作用。
(二)免疫学与生物技术
从免疫学的发展史中可以看出,免疫学的每一步进展都推动着生物技术的发展。近年来,免疫学的巨大进展在更深的层次和更广阔的范围内,推动了生物高新技术产业的发展。用细胞工程产生的单克隆抗体,用基因工程产生的细胞因子等,为临床医学提供了一系列具有免疫调节作用的新型药物。目前,以细胞因子和单克隆抗体为主要产品的生物高技术产业,已成为具有巨大市场潜力的新兴产业部门。
(三)免疫学与医学
免疫学在抗感染中的作用为人所共知,在生殖控制和延缓衰老方面也有新的突破。生殖免疫学的研究,也为不孕的治疗提供了可能。抗衰老的免疫药理学研究,可能发现一类具有恢复和促进老年机体免疫功能的药物,为延缓衰老做出贡献。
免疫学在生命科学中的地位和作用也可由诺贝尔奖的颁发中反映出来。1901年首次医学或生理学奖的获得者就是在免疫学领域有突出贡献的von Behring。至今,免疫学领域获奖的科学成果就占了17项,为获奖次数的20%(表1)。这是生命科学领域中任何单一学科所不能比拟的。这一事实,说明免疫学及其成就的重要性,同时也反映了免疫学是生命科学领域中的一块肥沃的原野,研究范围极为广阔。免疫学不仅其固有领域有待深入开发,而且由于免疫学已渗透至生命科学的各个方面,又受到后者的反渗透,相互之间形成了众多的边缘学科,亟待探索和研究的奥秘俯拾皆是,从而吸引了大批科学家为之辛勤耕耘,并不断结出硕果。
在国际上,将免疫学、分子生物学及神经生物学并重,为指导生命科学发展的三大前沿学科;在应用科学中,免疫学既往是、现在是、将来仍然是人类征服疾病、保障自身健康的最有效武器。