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第四章 免疫调节
第4节 免疫学的应用
问题探讨
某同学在流感开始大规模流行前接种了流感疫苗,可是没过一两个月,她患流感了;而她听说接种过一次麻疹疫苗,终生就不会得麻疹了。她对此很困惑:这到底是什么原因呢?
讨论:
为什么注射的流感疫苗没起到预防作用呢?
流感病毒极易发生变异、该同学注射的流感疫苗所预防的流感与她所患的流感可能不是同一个类型的,所以没有起到预防作用。
在人类的历史上,传染病夺去了无数人的生命,而免疫学正是在人类与传染病斗争的过程中发展起来的。现在随着人类对免疫系统认识的深入,免疫学得到了越来越广泛的应用。疫苗的发明和应用,就是典型的例证。
天花病毒患者
黑死病
在历史上天花曾经导致许多人死亡。天花是人类历史上发病率最高、死亡者最多的传染病。整个18世纪欧洲人死于天花的总数,在1.5亿人以上,天花疫苗的发明和使用,根除了天花。
牛痘疫苗中含有人工处理的减毒天花病毒,接种后引起人体的免疫反应,产生抗体与记忆细胞。
瘟疫、战争、饥荒,被称为人类历史悲剧的“三剑客”
我国是世界上最早用疫苗的方法预防传染病的国家,而法国科学家巴斯德有关疫苗的研制,开创了科学地进行免疫接种的新时期。之后,许多研究者针对不同感染性疾病的特异性病原体进行研究,研制出许多疫苗。
疫苗
减毒活疫苗
它是采用人工定向变异的方法,或从自然界筛选出毒力高度减弱或基本无毒的活微生物制成的疫苗。减毒活疫苗接种后,微生物在机体内有一定的生长繁殖能力,可使机体发生类似隐性感染或轻度感染的反应,但不产生临床症状。因为病原体在体内有一定的生长增殖能力,所以免疫效果强而持久,如口服脊髓灰质炎疫苗。
灭活疫苗
另外,为了达到通过一次接种预防多种疾病的目的,研究者开发出了联合疫苗。联合疫苗指含有两个或多个活的、灭活的生物体或者提纯的抗原,由生产者联合配制而成,用于预防多种疾病或由同一生物体的不同种或不同血清型引起的疾病或不同生活周期传染病。联合疫苗包括多联疫苗(预防不同疾病)和多价疫苗(预防同一疾病的多个亚型或血清型),如百白破三联疫苗、流感三价疫苗等。
灭活疫苗又称死疫苗,是选用免疫原性强的病原体,经人工大量培养后,用理化方法灭活制成。这类疫苗中的病毒已被杀死,安全性很好,但产生的免疫效果比减毒活疫苗要差,主要诱导特异性抗体产生,常需多次接种。
新型疫苗
该类型的疫苗包括基因工程疫苗等,它是以现代基因工程的手段,由病毒DNA的一段无毒序列制成,如现在我国应用的新型乙肝疫苗。这种疫苗安全性好,预防效果与灭活疫苗相似,但要多次强化。
一、疫苗
用灭活的或减毒的病原体制成的生物制品。
为应对新冠病毒疫情,我国启动了新冠病毒灭活疫苗、核酸疫苗、重组蛋白疫苗、腺病毒载体疫苗、减毒流感病毒载体疫苗五条技术路线。
自2019年底被发现始,仅仅三个月的时间,新型冠状病毒(2019-nCoV/SARS-CoV-2)迅速蔓延并已肆虐全球,严重威胁到人类的身体健康与生命安全。
2021年6月15日,据国家卫健委发布的数据显示,我国新冠疫苗接种突破9亿剂次,覆盖超过6亿人,疫苗接种剂次和覆盖人群数量,都居于全球首位。
接种疫苗是预防感染新型冠状病毒肺炎(COVID-19)最为有效的解决方案,是终结疫情最有力的科技武器。
2020年1月24日,中国疾控中心成功分离中国首株新型冠状病毒毒种;
3月16日,重组新型冠状病毒疫苗获批启动临床试验;
4月13日,中国新型冠状病毒疫苗进入Ⅱ期临床试验;
6月19日,中国首个新型冠状病毒mRNA疫苗获批启动临床试验;
8月5日,北京生物制品研究所新型冠状病毒灭火疫苗生产车间通过国家相关部门组织的生物安全联合检查,具备使用条件;
8月20日,中国生物新型冠状病毒灭活疫苗的临床试验在秘鲁启动(Ⅲ期)。
灭活疫苗
浆细胞
记忆B细胞
抗体
辅助性T细胞
B细胞
真正的病原体
记忆
B细胞
浆细胞
抗体
清除病原体
2.作用
APC
减毒疫苗
APC
记忆B细胞
辅助性T细胞
B细胞
靶细胞
记忆T细胞
细胞毒性T细胞
浆细胞
抗体
细胞毒性T细胞
真正的病原体
记忆
B细胞
浆细胞
抗体
清除
病原体
靶细胞
记忆
T细胞
细胞毒性T细胞
裂解靶细胞
暴露抗原
疫苗保留了病原体刺激动物体免疫系统的特性。当疫苗进入机体后,免疫系统便会产生相应的抗体、细胞毒性T细胞、记忆细胞等;当动物再次接触到这种病原菌时,就会刺激记忆细胞,进行更快、更强的免疫来攻击病原体,从而保护机体免受伤害。
第一次接触抗原时,要经过5—10天的潜伏期,才能在血液中检测到抗原引起的特异性抗体;
第二次接触抗原时,一般在2h内血液中的特异性抗体就能达到最高值。
思考·讨论:接种疫苗时遇到的问题 P83
1、某同学接种了流感疫苗,大夫提醒他说:“这一两天要留意,可能会有轻微发热或其他症状。”为什么接种疫苗可能会有轻微的反应?
疫苗通常是用灭活的或减毒的病原体制成的生物制品,接种的疫苗作为外来抗原可激发机体发生免疫反应,有些疫苗尤其是减毒疫苗引发的免疫反应相对强烈,能引起可感知的反应。
2、有人认为,接种多种疫苗很麻烦,应该设计一种用来预防多种疾病的疫苗。这种想法可行吗?请谈谈你的理由。
这种想法是可行的,因为免疫反应具有特异性,不同疫苗可引发不同的免疫过程,产生不同的记忆细胞。理论上,制备联合疫苗时要保证其中含有不同的有效抗原成分。
临床应用中已有不少联合疫苗,例如:百白破三联疫苗可以同时预防百日咳、白喉、破伤风,还有麻疹、风疹二联疫苗,流行性脑膜炎二价疫苗等。
是否能够设计出针对许多疾病(具有与它们相关的多个抗原决定簇)的一种疫苗呢?理论上是可行的,但会遇到很多困难。
3、患免疫缺陷病的儿童,能否接种疫苗,尤其是减毒活疫苗?为什么?
不同类型的免疫缺陷患者,对是否接种疫苗、可以接种哪种疫苗的要求,是有区别的。
但一般情况下,不建议患免疫缺陷的儿童接种疫苗,特别是减毒活疫苗。这是因为这些儿童的免疫力较低,接种疫苗相当于受到外来抗原的刺激,处理不当,容易引起强烈的免疫反应。
4、疫苗必须包含一个完整的病原体吗?为什么?
疫苗不必包含一个完整的病原体。
一般情况下,引起免疫反应的并不是整个病原体,而是病原体所含有的抗原。因此,可以利用病原体的某些成分(如蛋白质、多糖夹膜类)及其产物制备疫苗。随着免疫学、生物技术和分子生物学的发展,DNA疫苗也已经在临床中使用。
脊髓灰质炎疫苗预防小儿麻痹症
P83 当给机体输人外源抗原时,免疫系统能够产生反应,而且这种反应具有特异性。除此之外,免疫系统还具有记忆性,免疫力能维持较长的时间。疫苗的应用是人们根据免疫反应的规律来设计的,这样可以促进对机体有利的免疫反应,从而维护人体健康。到目前为止,疫苗仍是人类发明的对抗传染病的一件有效的武器,而且对某些疾病来讲,注射疫苗可能是唯一有效的预防措施。
随着免疫学、生物化学的发展以及生物技术的不断改进,疫苗的研制
和应用已扩展到许多非传染病领域,而且已经出现了治疗性制剂。
治疗性疫苗是指在已经感染病原体的机体中,通过诱导特异性免疫,达到治疗或防止疾病恶化的目的的疫苗。
二、器官移植
医学上把用正常的器官置换丧失功能的器官,以重建其生理功能的技术叫作器官移植( organ transplantation)。
随着器官保存技术和外科手术方法等的不断改进,以及高效免疫抑制剂的陆续问世,器官移植已经成为治疗多种重要疾病的有效手段。但是,器官移植依旧面临很多问题,这些问题的解决,也涉及免疫学的应用。
肾移植
(一)、器官移植所面临的问题及希望
资料1 人类很早就尝试做器官移植以挽救一些病人。1901年,法国医生卡雷尔在给一位朋友的信中写道:“肾移植这种手术,在同种异体之间从来还没有成功过。”1952年,法国另一位医生为一位16岁的患者移植了患者母亲的一颗肾,然而这颗凝结着伟大母爱的肾只存活了22天。
资料2 据媒体报道,瑞金市3岁男孩张某身患白血病。幸运的是,张某的骨髓与父亲的骨髓配型成功了。而身在千里之外的白血病患者李某却没有那么幸运,与其亲属的骨髓配型均没有成功。
资料3 据世界卫生组织于2013年的调研结果显示,全球一年实施了12万例器官移植手术,而这只能满足不到10%移植需求者的需求。另有数据表明,2015年,我国实施器官移植手术突破1万例(其中肝移植2000多例、肾移植5000多例),位居世界第2位,但2015年肝移植需求者新增4000多人,肾移植需求者新增了1万多人。
资料4 据媒体报道,2015年,研究人员利用干
细胞培养出具有单个腔室结构的迷你跳动心脏
(相当于成人心脏尺寸的千分之一);2017年,研
究人员又利用干细胞成功培养出了人类胚胎期
的结肠组织,培养成熟后,它与人体的肠组织具
有很高的相似性。你还可以搜集到更多的科学
家利用干细胞培养组织、器官的研究进展的报道。
器官移植所面临的问题及希望
讨论:
1.最初进行的器官移植,为什么总是不成功呢
2.在进行器官移植或骨髓移植时,为什么都要先进行配型,即检查供体和受体之间的组织相容性呢
3.利用由自体干细胞培养出的组织、器官进行移植,有何优点
4.在进行器官移植时,运用免疫抑制剂可以提高成活率。但这些药物会使淋巴细胞减少,因而患者容易患感染性疾病。这一问题该如何解决
在进行器官移植或骨髓移植时,都要先进行配型,这是因为,受体和供体的组织相容性抗原越一致,在进行移植时发生免疫排斥的可能性就越低,移植的器官就越容易存活。如果配型不合适,发生排斥的可能性就大,就不适合移植。
2.在进行器官移植或骨髓移植时,为什么都要进行配型,即检查供体和受体之间的组织相容性呢?
1.最初进行的器官移植,为什么总是不成功呢?
没有考虑免疫排斥问题。
3.利用由自体干细胞培养出的组织、器官进行移植,有何优点?
利用自体干细胞培养出的组织、器官进行移植,移植器官和受体的组织相容性抗原时相同的,移植后发生免疫排斥的可能性很小。
4.在进行器官移植时,运用免疫抑制剂可以提高成活率。但这些药物会使淋巴细胞减少,因而患者容易患感染性疾病。这一问题该如何解决?
免疫抑制剂会抑制机体的免疫功能,主要抑制与免疫反应有关的细胞(T细胞、B细胞和吞噬细胞)的增殖和功能,使免疫系统处于暂无应答或弱应答的状态。
需要在用免疫抑制剂药物与预防感染之间寻求平衡,并尽量使运用免疫抑制剂的病人避免接触病原体,或通过适当锻炼,提高自身免疫力。
(二)、免疫排斥
每个人的细胞表面都带有一组与别人不同的蛋白质
—组织相容性抗原,也叫做人类白细胞抗原,简称HLA。
HLA是表明细胞身份的标签物质,每个人的白细胞都认识这些物质,因此,正常情况下不会攻击自身细胞,如果将异体的器官或组织移植过来,白细胞就能识别出HLA不同而发起攻击,这种现象叫做免疫排斥。
①组织相容性抗原
②免疫排斥
(三)、如何提高异体器官移植的成活率:
①供体与受体的主要HLA有一半以上相同
②受体在器官移植初期使用免疫抑制剂
(四)、器官移植存在的问题:
①免疫排斥反应 ②供体器官短缺
器官短缺的解决方法
①利用自体干细胞培养相应的组织和器官②利用基因工程技术生产没有免疫排斥的猪器官。③唤醒潜藏在人们心灵深处的爱心,有更多的人加入到自愿捐献器官的行列中来。
三、免疫学的其他应用
1.免疫诊断
根据抗原能和抗体特异性结合的特性,用人工标记的抗体对组织内的抗原进行检测,帮助人们发现体内组织中的抗原。如检测病原体和肿瘤标志物等。
2.免疫治疗
指利用免疫学原理,针对疾病的发生机制,人为干预或调整机体的免疫功能。分为免疫增强疗法和免疫抑制疗法。
免疫治疗已成为与传统的手术、化学疗法、放射疗法并列的重要治疗立法,对于免疫功能低下者使用免疫增强疗法,对于有些疾病则使用免疫抑制疗法。如:治疗类风湿关节炎、系统性红斑狼疮等。
通过对人体输入抗体、胸腺素、淋巴因子或某些药物等,调节病人的免疫功能,从而达到治疗疾病的目的。
胸腺素:从牛、羊、猪的胸腺中提取出的多肽。能促进T细胞的分化、成熟、增强T细胞的功能
治疗:抗体缺陷患者注射抗体(从健康人血清中分离出来)
细胞免疫缺陷或低下注射胸腺素(艾滋病、系统性红斑狼疮)
比较项目 人工主动免疫 人工被动免疫
输入物质
免疫产生的时间
免疫持续时间
免疫记忆
主要用途
知识拓展:主动免疫与被动免疫
疫苗(抗原)
抗体、细胞因子等
慢,1~4周
快,立即
较长,半年至数年,甚至终生
较短,2~3周
有
无
疾病的预防
疾病的治疗
被动免疫——免疫疗法
①定义:机体被动接受抗体、致敏淋巴细胞或其产物所获得的特异性免疫能力。
②实例:抗蛇毒血清是一种药品,含有特异性抗体,具有中和相应蛇毒的作用, 用于蛇咬伤者的治疗,其中蝮蛇毒血清,对竹叶青蛇和烙铁头蛇咬伤亦有疗效。咬伤后,应迅速注射本品,愈早愈好。
治疗方法
手术疗法
化学疗法
放射疗法
免疫疗法
免疫增强疗法
用于免疫低下者
注射抗体或淋巴因子
(白细胞介素、干扰素)
免疫抑制疗法
治疗一些自身免疫疾病:
类风湿关节炎、系统性红斑狼疮
用免疫抑制药物或其他措施人工减弱或阻断机体免疫应答能力
三代疫苗技术
3代
新冠疫苗5条技术路线
Vero细胞中培养
新
冠
病
毒
灭活病毒
注射
人体
S蛋白基因(DNA)
质粒
重组质粒
导
入
CHO细胞
S蛋白
人体
注
射
提纯
人体
注射
5型腺病毒
注射
人体
S蛋白的mRNA
脂质体
mRNA疫苗
人体
注射
①
②
③
④
⑤
第一代疫苗:①;
第二代疫苗:③;
第三代疫苗:②④⑤
1、下图为某人被狗咬到后的处理和治疗情况。下列叙述不正确的是( )
A.清理伤口、不包扎,其作用分别是能减少人被狂犬病病毒、厌氧菌等感染的机会
B.狂犬病病毒具有一定的潜伏期,注射狂犬病疫苗,是为了刺激机体产生抗体和记忆细胞
C.每隔一定时间注射狂犬病疫苗,对机体抗体和记忆细胞的产生起到增强作用
D.注射狂犬病免疫球蛋白能直接消灭侵入细胞内的狂犬病病毒
D
被狗咬后
清理伤口,不包扎
注射狂犬病疫苗(注射时间/d:0、3、7、14、30)
注射狂犬病免疫球蛋白
练习:
2、人乳头瘤病毒(HPV)可导致子宫颈癌。请回答下列有关HPV疫苗与预防子宫颈癌的相关问题。
⑴当个体接种HPV疫苗后,该疫苗作为_____可诱导B淋巴细胞增殖、分化成________和记忆细胞,记忆细胞在机体被HPV感染时能够迅速作出反应,因而能够起到降低患子宫颈癌风险的作用。
⑵研究表明,受HPV侵染的细胞表面的HLA分子表达水平往往下降,这与患子宫颈癌有什么关系?
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浆细胞
抗原
受HPV侵染的细胞表面的HLA分子表达水平下降,会导致癌细胞无法有效地向T细胞呈递抗原信息,这样,癌细胞就有可能逃避免疫监视,增加患子宫颈癌的概率。
一、被称为“糖丸爷爷”的顾方舟一生只做一件事情,即研制“糖丸”——脊髓灰质炎活疫苗,为我国消灭脊髓灰质炎(俗称小儿麻痹)作出了重要贡献。判断下列相关表述是否正确。
①该“糖丸”是用灭活的病毒制成的( )
②该疫苗可以识别组织相容性抗原( )
③当接种该疫苗后,机体会产生一定的免疫反应( )
×
×
√
P85 练习与应用
二、拓展应用
1.巴斯德将感染了狂犬病的兔的神经组织制成匀浆,每天取样给家兔注射。开始几天被注射的家兔都会发病,但随着匀浆放置时间的延长,家兔发病的反应越来越弱,放置10—14天的匀浆失去家兔患病的作用。这时,如果再给这些没有发病的、被注射了“过期病兔神经组织匀浆”的家兔注射新鲜病兔的神经组织匀浆,家兔也不会发病了。1885年巴斯德将匀浆注射给一个9岁的被疯狗咬伤的小男孩,连续注射十几天后,小男孩活下来了。这位小男孩就是世界上第一位狂犬病疫苗注射者。后来,巴斯德制成了狂犬病疫苗,即过期病兔的神经组织匀浆。
①根据上述资料推测,巴斯德所制作的狂犬病疫苗的本质是什么?
曾寄生于兔神经组织的狂犬病病毒。
②为什么要对小男孩连续注射十几天呢?
需要进行微量叠加
③现在用的狂犬病疫苗与巴斯德制作的疫苗有区别吗?是怎么制作出来的?有兴趣的同学请查阅资料并与同学分享。
本质上它们没有区别,但制作方法是不一样的。通过查阅文献,学生应能知道,现在狂犬病疫苗多使用动物细胞培养技术制备,而巴斯德的狂犬病疫苗是凭经验制成的,可能含有活病毒和灭活病毒。