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第四章 免疫调节
第4节 免疫学的应用
学习目标：
1.阐明疫苗发挥作用的原理。
2.说出器官移植面临的问题，认同器官捐献。
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？
问题探讨
讨论1：为什么注射的流感疫苗没起到预防作用呢？
麻疹病毒单一而稳定，因此当一个人感染了麻疹病毒以后身体产生相应的抗体，这些抗体可以保证人不再被相同的麻疹病毒感染，也就是不再患第二次麻疹。
麻疹病毒
讨论2：为什么接种过一次麻疹疫苗，终生就不会得麻疹了？
①流感病毒有多种亚型，每个季节盛行的流感病毒都有所不同。
②流感病毒为单链RNA病毒，极易发生变异。
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。
2. 作用机理：
疫苗
浆细胞
记忆B细胞
辅助性T细胞
B细胞
真正的病原体
记忆B细胞
浆细胞
APC
1. 概念：
疫苗
通常是用灭活的或减毒的病原体制成的生物制品。
接种疫苗后，人体内可产生相应的抗体(以及相应的记忆细胞 )，从而对特定传染病具有抵抗力。
抗体
抗体
清除病原体
（特点：记忆性和特异性）
(1)灭活疫苗：又称死疫苗，用理化方法将病原微生物灭活制成的疫苗。病原微生物丧失了致病能力，但抗原特性保留，依然可以引起人体的免疫反应，而且也不会发生致病的风险，主要诱导特异性免疫抗体产生。
3. 疫苗种类及实例
优点：
不足：
目的：
举例：
狂犬疫苗、流感疫苗、我国研制的新冠疫苗、人乳头瘤病毒 （HPV）疫苗
（世界上第一个预防癌症的疫苗）
接种量大，且需要多次接种，只产生体液免疫，不产生细胞免疫。
使机体产生更多的抗体和记忆B细胞
制备简单，安全性高，保存时间长，易保存、运输。
(2)减毒疫苗：又称活疫苗，将病原体通过体外长期培养或者是一些理化方法处理，丧失致病能力，毒性减弱或基本无毒的活菌或病毒制成的疫苗。
3. 疫苗种类及实例
优点：
不足：毒力有可能恢复、安全性低、不易保存、运输。
水痘疫苗、天花疫苗
卡介苗（预防肺结核）
麻疹疫苗（预防麻疹）
脊髓灰质炎疫苗（减毒或灭活，预防脊髓灰质炎（小儿麻痹））
举例：
接种一次、接种量少、免疫时间长、效果好；既可产生体液免疫，也可产生细胞免疫。
新型疫苗包括DNA疫苗和RNA疫苗。
1. DNA疫苗
(1)概念：DNA疫苗是将编码某种抗原蛋白的外源基因导入到动物体内，使其在体内表达并产生抗原(外源基因表达的蛋白质)，从而激活机体的免疫系统，诱发免疫应答。
(2)特点：制备简单，省时省力；使用一次，就能产生长期免疫力，无需增加剂量。
延伸拓展：新型疫苗
2. RNA疫苗
(1)概念：RNA疫苗是将编码抗原的mRNA通过一定的设计和修饰，导入细胞，以细胞为“工厂”，生产相应的抗原蛋白质，进而引起机体产生免疫应答。
(2)特点：不会整合到宿主的基因组中；可以在细胞质中直接翻译，无需运输到核内；免疫后抗原表达迅速达到高峰，然后又立刻衰减。
第一代疫苗
“打”病原体
“打”蛋白
“打”核酸
第二代疫苗
第三代疫苗
拓展：疫苗接种技术线路
(1)我国是世界上最早用免疫的方法预防传染病的国家。
4. 疫苗的发展历程
人痘接种法：挑取天花脓疱及痂皮，将痘痂研磨成粉末给健康人鼻内接种，被接种者大部分可以自愈，死亡率约2%。
英国的外科医生詹纳(Jenner)发明牛痘疫苗。
牛痘接种法：牛痘症状通常是在母牛的乳房部位出现局部溃疡。牛奶厂挤奶女工感染过牛痘后，就不再患天花。牛痘症状在她们身上仅表现为手上出现一些脓疱，间或伴随一些轻微的不适。
牛痘与人痘具有相同的免疫原性、而且更安全。
接种物 接种后反应 免疫效果
人痘接种 人减毒天花病毒 脓疱，2%的致死率 不再感染天花
牛痘接种 牛减毒天花病毒 脓疱，间或伴随一些轻微的不适 (2)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。
巴斯德简介：1822年12月27日~1895年9月25日，法国微生物学家、化学家，近代微生物学的奠基人。主要成就——巴氏消毒法、研制狂犬疫苗等。
(3)2006年，世界上第一个预防癌症的疫苗：人乳头瘤病毒(HPV)疫苗获得美国的批准。
2006年，人乳头瘤病毒(HPV)疫苗获得美国的批准。该疫苗可以预防由 HPV 引起的几种子宫颈癌，是世界上第一个预防癌症的疫苗，在人类研发癌症疫苗的道路上具有里程碑式的意义。
(4)2018年5月，我国首个人和动物的DNA疫苗获得新兽药证书，用于预防某个亚型的禽流感，这是新型的基因工程疫苗。
疫苗名称 作用
天花疫苗 预防天花病毒感染
卡介苗 预防结核病
脊髓灰质炎疫苗(“糖丸”) 预防脊髓灰质炎（小儿麻痹症）
人乳头状瘤病毒（HPV）疫苗 预防宫颈癌
麻疹疫苗 预防麻疹
乙脑疫苗 流行性乙型脑炎
流脑疫苗 流行性脑脊髓膜炎
百白破三联疫苗（DPT） 百日咳、白喉、破伤风
抗狂犬血清 狂犬病
新型冠状病毒肺炎灭活疫苗（Vero 细胞） 预防新冠病毒的感染
常见的疫苗及其预防的疾病
(2)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。
5. 疫苗作用特点
6. 疫苗的意义
(1)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。
(1)特异性，接种一种疫苗一般只能预防由一种病原体引起的传染病。
(2)记忆性，免疫力能维持较长的时间。
结合自己的疫苗接种经历，讨论以下问题：
1. 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？
不建议。特别是减毒活疫苗。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。
思考·讨论
接种疫苗时遇到的问题
2. 为什么有些疫苗要注射多次？
刺激机体产生更多的抗体和记忆细胞。
3. 某同学接种了疫苗，大夫说这一两天要留意，可能会有轻微发烧或其它症状。为什么接种疫苗可能会有轻微的反应？
疫苗是用灭活或减毒的病原体制成的，疫苗作为抗原使机体发生免疫反应。有些减毒疫苗引发的免疫反应相对强烈，能引起可感知的反应。
4. 有人认为接种多种疫苗很麻烦，应该设计一种预防多种疾病的疫苗，这样可行吗？
可行，免疫反应具有特异性，不同的疫苗引发不同的免疫反应，产生不同的记忆细胞。制备联合疫苗要保证其中含有不同的有效抗原成分。如：百白破三联疫苗可同时预防百日咳、白喉、破伤风。
思考·讨论
接种疫苗时遇到的问题
疫苗必须包含一个完整的病原体吗？为什么？
不必。一般情况下，引起免疫反应病原体所含有的抗原，可以利用病原体的某些成分（如蛋白质、多糖荚膜等）及其产物制备疫苗。
旁栏思考（P83）
1.(2021·广东，1)我国新冠疫情防控已取得了举世瞩目的成绩，但全球疫情形势仍然严峻。为更有效地保护人民身体健康，我国政府正在大力实施全民免费接种新冠疫苗计划，充分体现了党和国家对人民的关爱。目前接种的新冠疫苗主要是灭活疫苗，下列叙述正确的是
①通过理化方法灭活病原体制成的疫苗安全可靠
②接种后抗原会迅速在机体的内环境中大量增殖
③接种后可以促进T细胞增殖分化产生体液免疫
④二次接种可提高机体对相应病原的免疫防御功能
A.①④ B.①③ C.②④ D.②③
典题应用
√
2.1885年，巴斯德将患有狂犬病的病犬脑组织提取液注入兔脑中，连续传代90代并进行干燥后，制成了世界上第一支减毒狂犬病疫苗。下列叙述不正确的是
A.以兔作为宿主传代90代降低了狂犬病病毒的毒性
B.减毒处理后的狂犬病病毒仍然具有抗原特异性
C.减毒狂犬病疫苗注入体内可引发特异性免疫反应
D.动物实验证明研发的疫苗安全有效即可临床使用
√
1. 概念：
2. 现状：器官移植已经成为治疗多种重要疾病的有效手段。
(1)器官保存技术和外科手术方法等的不断改进；
(2)高效免疫抑制剂的陆续问世。
器官移植
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。
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。
讨论1：最初进行的器官移植，为什么总是不成功呢？
可能是没有考虑免疫排斥问题。
问题1：外来器官于机体来说相当于什么成分？
问题2：器官移植面临的最大问题是什么？
思考：器官移植手术后，免疫系统会把外来的器官当作“非己”成分进行攻击，主要是什么免疫起作用？
抗原
免疫排斥
细胞免疫
思考·讨论
器官移植所面临的问题及希望
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。
讨论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？
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。
思考·讨论
器官移植所面临的问题及希望
3. 器官移植容易失败原因
①组织相容性抗原
②免疫排斥
注：免疫排斥主要是细胞免疫起作用
每个人的白细胞都能够识别HLA，区分自己和非己。正常情况下，白细胞不会攻击自身细胞。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。
每个人的细胞表面都带有一组与别人不同的蛋白质，标明细胞身份的标签物质——组织相容性抗原，也叫人类白细胞抗原（HLA）。
器官移植的关键：
取决于供体与受体的HLA是否一致或相近。
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，或通过适当的锻炼，提高自身免疫力。
讨论3：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？
① 供体与受体的主要HLA有一半以上相同。
事实上，除了同卵双胞胎，要想在世界上找到两个HLA完全一致的人几乎是不可能的。
② 受体在器官移植初期使用免疫抑制剂
免疫抑制剂的应用，大大提高了器官移植的成活率，给需要进行器官移植的患者带来了希望。
4. 提高器官移植的成功率
资料3：据世界卫生组织于2013年的调查结果显示，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），位居世界第二位，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。
讨论4：该资料说明器官移植面临什么问题？
供体器官十分短缺
① 免疫排斥反应
② 供体器官十分短缺
5. 器官移植存在的问题
脑死亡器官捐献：需要家属同意去掉呼吸机等支持系统，达到了脑心双死亡的状态。
心死亡器官捐献：心跳停止后，器官容易缺血，仅在约15min符合捐献标准。
离体器官保存时限短：心脏5小时，肝12小时，胰腺和肾脏分别为20h和24h以内。
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。
讨论5：利用由自体干细胞培养出的组织、器官进行移植，有何优点？
利用由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是相同的，移植后发生免疫排斥的可能性很小。
人工心脏（红色为心肌细胞，绿色环是一类结缔组织）
③利用基因工程技术生产没有免疫排斥的猪器官
猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似，而且猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要远远少于灵长类动物。
人体移植器官短缺
寻求可代替的抑制器官
猪的内脏与人相似
在器官供体基因组导入某种调节因子
抑制抗原决定基因的表达或除去抗原决定基因
结合克隆技术
培育出无免疫排斥的转基因克隆猪器官
① 利用自体干细胞培养相应的组织和器官
自体干细胞一类具有自我更新、自我复制能力的多潜能细胞。在一定条件下，它可以分化成多种APSC多能细胞，是一类具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。
6. 器官移植的希望
②鼓励更多的人自愿捐献器官
1. 免疫预防——疫苗
患病前的措施，即根据特异性免疫原理，采用人工方法将抗原或抗体制成各种制剂，接种到人体内，使人体产生对特定传染病的抵抗能力，达到预防某些疾病的目的。
主动免疫
（抗原）
减毒疫苗：如伤寒菌苗、卡介苗
灭活疫苗：如如乙脑疫苗、牛痘苗
类毒素：如白喉、破伤风类毒素
新型疫苗：如核酸疫苗
被动免疫
（抗体）
抗毒素：如白喉抗毒素
免疫球蛋白：如丙种球蛋白
免疫学在临床实践上的应用
2. 免疫诊断
根据抗原和抗体反应的高度特异性，将免疫学技术和制剂用于临床诊断。如检测病原体和肿瘤标志物。
检测病原体
检测肿瘤标志物(如甲胎蛋白AFP)
实例1：早早孕检测
早孕试纸中含有能够与人绒毛膜促性腺激素(HCG)结合的抗体，能够与HCG结合，并形成抗原抗体复合物，最后再与色素分子结合，并在试纸上显现条带。
个体表现型
A型
B型
AB型
O型
红细胞
抗原类型
A抗原
B 抗原
无抗原
抗体类型
抗B抗体
抗A抗体
既有A抗体
又有B抗体
无抗体
ABO血型是通过抗原抗体反应原理来检测。不同血型的人，在红细胞表面含有不同的抗原，能与相应抗体发生反应，出现肉眼可见的凝集反应。
实例2：ABO血型的鉴定
患病后的措施。即通过对人体输入抗体、胸腺素、细胞因子等某些药物或生物制剂等，调整病人的免疫功能，从而达到治疗疾病的目的。
免疫治疗
免疫增强疗法
对免疫功能低下者
如输入抗体、细胞因子等免疫活性物质
免疫抑制疗法
治疗一些自身免疫病
治疗类风湿关节炎、系统性红斑狼疮等常用免疫抑制剂
免疫重建
将正常个体的造血干细胞或淋巴细胞转移给免疫缺陷个体，以恢复其免疫功能。
3. 免疫治疗
(1)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？
本质上它们没有区别，但制作方法是不一样的。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。
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岁被疯狗咬伤的小男孩，连续注射十几天后，小男孩活下来了。
3.下列关于器官移植的叙述，错误的是
A.器官移植的目的是重建其生理功能
B.骨髓移植时，要进行配型，即检查供者和受者之间的组织相容性抗原是否完全相同
C.皮肤移植时，最好使用自身的皮肤进行移植
D.接受器官移植的患者，因需要使用免疫抑制剂，而容易患感染性疾病
√
典题应用
4.活化的T细胞表面的PD -1(程序性死亡受体1)与正常细胞表面的PD -L1
(程序性死亡配体1)一旦结合，T细胞即可“认清”对方，不触发免疫反应。癌细胞可通过过量表达PD -L1来逃避免疫系统的“追杀”。下列说法错误的是
A.如果阻断两种蛋白的结合，会增强T细胞对癌细胞的识别
B.可以使用PD -1抗体或PD -L1抗体阻断这一信号通路来治疗癌症
C.癌细胞PD -L1基因的过量表达可逃避T细胞的识别，躲避免疫系统的攻击
D.过度阻断PD -1/PD -L1信号通路，会引起过强的免疫反应
√

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