1、山东师范大学生命科学学院 杨桂文第十章第十章 免疫学预防免疫学预防第一节第一节 疫苗的起源与发展疫苗的起源与发展舒伯特舒伯特(1797-1828)济慈济慈(1795-1821)Edward JennerLouis PasteurJenner 和 Pasteur,著名的免疫学家，公认为免疫接种和主动免疫的先驱。脊髓灰质炎脊髓灰质炎 Polio 狂犬病狂犬病Rabies 风疹风疹 RubellaHepatitis A Hepatitis B 流感流感Influenza白喉白喉 diphtheria 天花天花Smallpox virus轮状病毒轮状病毒 RotavirusPertussis 百日咳百
2、日咳患天花的小儿患天花的小儿（Infant with smallpox）1979年年WHO宣布在全球范围内消灭了天花病毒。宣布在全球范围内消灭了天花病毒。患患脊髓灰质炎的儿童脊髓灰质炎的儿童（Child with polio sequelae WHO）WHO 宣称将在宣称将在2003年在全球消灭脊髓灰质炎年在全球消灭脊髓灰质炎1.Diphtheria 白喉 2.Pertussis 百日咳 3.Tetanus 破伤风 4.mohilus 流感5.Poliovirus 脊髓灰质炎 6.Mumps 流行性腮腺炎 7.Measles 麻疹 8.Rubella 风疹Pre and post vaccin
3、e incidence of common infectious diseasesPostPre102123456781041060Number of casesMycobacterium tuberculosis.HIV 许多引起高死亡率和高发病率的疾病的控制有了极大的进展，但是，仍迫切需要大量的疫苗预防其他的疾病。每年，世界上仍有数以百万的人死于疟疾(malaria),结核(tuberculosis)和爱滋病(AIDS),原因是没有有效的疫苗来控制这些疾病。Four Plasmodium species are responsible for human malaria,P.falcipa
4、rum,P.vivax,P.ovale and P.malariae Mycobacterium tuberculosis.HIV Four Plasmodium species are responsible for human malaria,P.falciparum,P.vivax,P.ovale and P.malariae There remains the need to improve the safety and efficacy of present vaccines and to find ways to lower their cost and deliver them
5、efficiently to all who need them,especially in developing countries of the world.The WHO estimates that 20%-35%of infant deaths in the world are due to diseases that could be prevented by existing vaccines.仍然需要增加现行疫苗的安全性和有效性安全性和有效性，还需寻找低成本的途径，使其有效的应用于需要他们的人，尤其是发展中的国家。WHO估算，大约有20%-30%的儿童死于能够用现行的疫苗预防的
6、疾病。第二节第二节 免疫学预防免疫学预防 免疫学预防（免疫学预防（immunoprophylaxis）是指通过人工输入抗原性物质而刺激机体产生免疫效应物质（主（主动免疫动免疫），或直接输入免疫效应物质（被动免疫（被动免疫），从而特异性清除致病因子，达到预防疾病的目的。一、免疫预防概念一、免疫预防概念 特异性免疫的获得方式有两种：自然免疫自然免疫，主要指机体感染病原体后建立的特异性免疫，也包括胎儿或新生儿经胎盘或乳汁从母体获得的抗体；人工免疫（人工免疫（artificial artificial immunizationimmunization），即免疫学预防（也称免疫接种）,指采用人工方法,将
7、疫苗、类毒素或含特异性抗体和细胞的免疫制剂接种于人体，以增强宿主的抗病能力。用于免疫接种的抗原性生物制剂称为疫苗（疫苗（vaccinevaccine）。人工免疫分为两类：人工主动免疫人工主动免疫（artificial active immunization），将疫苗和类毒素等抗原物质接种机体，诱导免疫系统产生特异性抗体和（或）致敏淋巴细胞，从而预防感染；人工被动免疫人工被动免疫（artificial passive immunization），给人体注射含特异性抗体的免疫血清或细胞因子等制剂，使宿主迅速获得特异性免疫力，以治疗或紧急预防感染。Acquisition of passive and
8、 active immunityType Acquired through被动免疫来自母亲的抗体 Natural maternal antibody免疫球蛋白 Immune globulin抗毒素 Antitoxin主动免疫自然感染 Natural infection疫苗 Vaccines 减毒的微生物 Attenuated organisms 灭活的微生物 Inactivated organisms 纯化的微生物的分子Purified microbial macromolecules 克隆化的微生物抗原 Cloned microbial antigens (单独或与插入载体 alone or
9、 in vector)多价复合疫苗 Multivalent complexes类毒素 Toxoid 1.免疫免疫缺陷缺陷（Deficiency）：先天或后天先天或后天B细胞缺陷导致细胞缺陷导致的抗体合成障碍或合并其他免疫缺陷。的抗体合成障碍或合并其他免疫缺陷。2.易感人群易感人群接触或可能接触某种疾病，而时间不允许主动接触或可能接触某种疾病，而时间不允许主动免疫产生足够的保护作用。免疫产生足够的保护作用。3.疾病疾病已经存在已经存在，抗体起改善和帮助抑制毒素作用，如破，抗体起改善和帮助抑制毒素作用，如破伤风。伤风。什么情况需应用被动免疫？什么情况需应用被动免疫？Disease AgentBla
10、ck widow spider bite 黑寡妇蜘蛛咬伤黑寡妇蜘蛛咬伤Botulism 波特淋菌中毒波特淋菌中毒Diphtheria 白喉白喉Hepatitis A and B 甲肝和乙肝甲肝和乙肝 Measles 麻疹麻疹Rabies 狂犬病狂犬病Snake bite 蛇咬伤蛇咬伤Teranus 破伤风破伤风马抗蛇毒血清马抗蛇毒血清 Horse antivenin马抗蛇毒血清马抗蛇毒血清 horse antivenin马抗毒素血清马抗毒素血清 Horse antivenin人免疫球蛋白人免疫球蛋白 Pooled human immune gamma globulin人免疫球蛋白人免疫球蛋白
11、Pooled human immune gamma globulin人免疫球蛋白人免疫球蛋白 Pooled human immune gamma globulin马抗蛇毒血清马抗蛇毒血清 Horse antivenin人免疫球蛋白人免疫球蛋白 Pooled human immune gamma globulin 或或 马抗毒素马抗毒素Common agents used for passive immunization第三节第三节 常用疫苗及其分类常用疫苗及其分类一、常规疫苗一、常规疫苗 以灭活或减毒的完整病原体（如细菌、病毒）或细菌毒以灭活或减毒的完整病原体（如细菌、病毒）或细菌毒素等制备的
12、疫苗称为常规疫苗，常规疫苗是目前得到最广泛素等制备的疫苗称为常规疫苗，常规疫苗是目前得到最广泛的应用的疫苗。的应用的疫苗。1.死疫苗（死疫苗（dead vaccine）亦称灭活疫菌（）亦称灭活疫菌（inactivated vaccine），），是用物理、化学方法将病原微生物杀死而制成的制剂。死疫苗已经失去感染力和致病性，但保留一定免疫原性，由此诱导的免疫应答可抵御自然感染的病原微生物。死疫苗具有安全、易于保存与运输等优点。绝大多数细菌疫苗为死疫苗。产生充分的体液免疫产生充分的体液免疫（Gives sufficient humoral immunity if boosters given）不出现
13、突变和复毒不出现突变和复毒（No mutation or reversion(a big advantage)）可用于免疫缺陷的病人可用于免疫缺陷的病人（Can be used with immuno-deficient patients）一般在热带地区活性不受影响一般在热带地区活性不受影响（Sometimes better in tropics）Advantages of inactivated vaccine许多接种者不产生免疫反应许多接种者不产生免疫反应（Many vaccinees do not raise immunity）需要多次免疫需要多次免疫（Boosters needed）无
14、局部免疫无局部免疫（No local immunity(important)）成本高成本高（Higher cost）猴子短缺猴子短缺（Shortage of monkeys(polio)）灭活失败，接种病毒的毒株灭活失败，接种病毒的毒株（Failure in inactivation and immunization with virulent virus）Disadvantages of inactivated vaccines2.减毒疫苗（减毒疫苗（live-attenuated vaccine）简称活疫苗（）简称活疫苗（live vaccine），），是用无毒或弱毒的活病原微生物所制成，
15、无毒性和致病性，但保留其免疫原性及在体内生长、繁殖的能力。与死疫苗相比，其特点为：可在体内增殖，所需接种量小，且仅需一次接种；接种过程类似隐性或轻度感染，接种局部及全身反应较轻；免疫效果较死疫苗好。Advantages of attenuated vaccines 激活免疫系统的所有时相。激活免疫系统的所有时相。可产生体液可产生体液IgG和局部和局部IgA。对所有保护性抗原均产生免疫应答，不同于抗原性发对所有保护性抗原均产生免疫应答，不同于抗原性发 生改变的死疫苗的。生改变的死疫苗的。免疫性持久，交叉反应多，在大多数的疫苗接种者中可迅免疫性持久，交叉反应多，在大多数的疫苗接种者中可迅 速产生免
16、疫性。速产生免疫性。接种方便，如接种方便，如 polio and adenovirus vaccines。可在某一群体内消除野型病毒。可在某一群体内消除野型病毒。突变，复毒突变，复毒（Mutation;reversion to virulence(this is a major disadvantage)）扩散到其他没有接种的人（扩散到其他没有接种的人（Spread to contacts of vaccinee who have not consented to be vaccinated(could also be an advantage in communities where vac
17、cination is not 100%)）很难传入到热带地区很难传入到热带地区（Poor“take”in tropics）对免疫缺陷病无能为力对免疫缺陷病无能为力（Problem in immunodeficiency disease）.Disadvantages of Attenuated vaccine鸡胚鸡胚培养细胞培养细胞大量突变病毒大量突变病毒原代猴肾细胞减毒减毒繁殖快，生长迅速繁殖快，生长迅速I 减毒活疫苗 Attenuated Vaccines生长迅速，无毒性，只在非神经组织（non-nervous）中生长（肾），不在CNS生长Sabin 疫苗Sabin polio vacci
18、ne传代病毒于其他宿主（foreign host）牛分支杆菌 Mycobacterium bovis 置于含胆汁的培养基，逐渐增加胆汁的浓度13年年卡介苗 Bacillus Calmette-Guerin (BCG)在胆汁中适应性生长，充分减毒成为预防肺结核的疫苗。温度敏感 temperature sensitivegrow better at 32-35 degrees than 37 degrees冷适应cold adaptedgrow as low as 25 degrees脊髓灰质炎I型减毒疫苗基因组57个碱基改变21个氨基酸改变减毒疫苗是由病毒表面蛋白发生改变产生的 减毒鼻疫苗att
19、enuated nasal vaccine冷适应疫苗cold-adapted vaccineculture cells渐进性低温传代progressively lower temperatures12代，或12代以上dozen or more of these passages只在25C生长良好grows well only at around 25限制病毒在上呼吸道restricted to the upper respiratory tract.流感病毒 influenza virus3.类毒素（类毒素（toxoid），细菌外毒素经0.30.4%甲醛溶液处理失去毒性而保留其免疫原性，此即类
20、毒素，可诱导机体产生抗外毒素抗体（即抗毒素）。常用的类毒素为破伤风类毒素与白喉类毒素。二、新型疫苗二、新型疫苗 所谓新型疫苗是指为克服以完整病原体所制备疫苗存在的问题，国内外均在研制新型的组分病苗(第二代疫苗)，即以能诱导有效保护性反应的抗原成分制备疫苗。基因基因:编码抗原蛋白编码抗原蛋白(病毒，细菌，原虫等病毒，细菌，原虫等)连接到一个载体细菌，酵母，昆虫，哺乳动物细胞表达系统表达免疫原性 蛋白疫苗疫苗 vaccinevaccine导入Be cloned 酵母大发酵罐HBsAg 蛋白蛋白vaccine第一个第一个 重组抗原疫苗重组抗原疫苗 Hepatitis B vaccineHBsAg纯化
21、刺激机体产生保护性抗体Protective antibodies 用5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil）突变并经过筛选温度敏感而获得的流感病毒A和RSV温度敏感突变株（Temperature-sensitive mutants）.在流感发病过程中，TS基因基因（TS gene）可在实验室进行重排重排，产生一株病毒，它具有现在流行株的外壳，和减毒株的内部蛋白。基因重排疫苗基因重排疫苗Attenuated influenza vaccine strain using a cold-sensitive mutant that can be reassorted with new virule
22、nt strains 减毒株新的毒株（流行株）重排病毒（新疫苗）基因重排基因重排 新的减毒流感疫苗新的减毒流感疫苗是用一个冷敏感突变株冷敏感突变株与一个流行的新的毒株流行的新的毒株的基因重排获得的。重排病毒的基因包括来自于*减毒株的内部蛋白基因（因此是减毒的），但将展示展示出抗原性变异了的*新的毒株的表面蛋白。由于它是基于活的减毒病毒，制备针对每年新的流感病毒变异株的疫苗将更迅速于现在的方法，如估计对即将到来的流感季节那个流感株是重要的，然后将这些病毒合起来制备一个死疫苗。重组重组BCG多价疫苗模式图多价疫苗模式图DNA 编码致病性抗原质粒Recombinant plasmidVaccinia
23、 启动子转染感染 牛痘病毒组织培养细胞组织培养细胞同源性重组筛选重组牛痘载体疫苗免疫表达基因产物免疫原免疫反应Attenuated poliovirus腺病毒减毒伤寒杆菌BCG减毒微生物三、核酸疫苗三、核酸疫苗DNA疫苗是有目的的将DNA质粒质粒（plasmid）导入人体（vaccinee）。质粒携有编码蛋白的基因编码蛋白的基因，体内低效率感染细胞，表达抗原，引起免疫反应。最好叫做 DNA-mediated or DNA-based immunization，因为目的目的不是产生对DNA分子本身的抗体，而是得到由受者细胞表达的蛋白。Plasmidvaccine质粒疫苗编码抗原蛋白的基因质粒产生
24、抗原蛋白抗原肽与抗原结合使T杀伤细胞增殖，攻击靶细胞记忆T 细胞 激活的激活的T 杀伤细胞杀伤细胞与抗原结合促使抗体的释放记忆B细胞激活的B 细胞抗体抗体Advantages of DNA vaccines1)质粒容易大量的导入质粒容易大量的导入9)由于抗原的存在，可产生直接针对病原体任何抗原的由于抗原的存在，可产生直接针对病原体任何抗原的CTL反应反应8)没有蛋白成分，故对载体本身不产生免疫反应。没有蛋白成分，故对载体本身不产生免疫反应。7)质粒不复制，只编码有作用的蛋白。质粒不复制，只编码有作用的蛋白。6)用编码许多病毒蛋白片段的质粒混在一起可制备广谱的疫苗。用编码许多病毒蛋白片段的质粒混
25、在一起可制备广谱的疫苗。5)产生的抗原蛋白与自然感染相同。产生的抗原蛋白与自然感染相同。4)DNA 序列容易进行实验室改变，可以对感染原的变序列容易进行实验室改变，可以对感染原的变 异可作出相应的反应。异可作出相应的反应。3)DNA极其耐受温度，利于储藏和运输极其耐受温度，利于储藏和运输2)DNA 非常稳定非常稳定1)质粒有可能整合到宿主的基因组，引起插入突变Possible Problems3)可诱发免疫耐受（immunologic tolerance）2)可诱发自身免疫反应(e.g.pathogenic anti-DNA antibodies)四、其他类型疫苗四、其他类型疫苗抗独特型疫苗抗
26、独特型疫苗 Anti-idiotype vaccines.抗体的抗原结合部位（antigen binding site）是抗原三维结构的“映象”。抗体的这一独特氨基酸结构称为独特型独特型（idiotype）。将某一抗体注射到另一个动物体内，可产生这一抗体的抗抗独特型的抗体独特型的抗体（anti-ids）。这一抗体“模仿”了抗原三维结构，可被用于作为疫苗。把抗独特型的抗体作为疫苗注入人体，可产生抗抗-抗独特抗独特型的抗体型的抗体（anti-anti-idiotype antiobodies），它识别的结构与病毒（抗原）的结构相似，具有潜在的中和病毒的可能性。即：对乙型肝炎表面抗原（hepatit
27、is B S antigen）反应的抗体的抗独特型抗体可激发抗病毒的抗体。第四节第四节 疫苗的副作用疫苗的副作用引起发烧，不适，有的可以引起关节痛，活关节炎（arthritis，rubella),抽搐（convulsions）,和致死(pertussis),or 神经紊乱neurological disorders(influenza).疫苗应用的副作用疫苗应用的副作用 undesirable effect of Vaccines）Table 简介了由DTP（diphtheria-tetanus-polio）免疫后引起的一些副反应的发生率对鸡蛋产生过敏反应Allergies是接种了在鸡蛋里制备
28、的病毒疫苗(measles,mumps,influenza,yellow fever)的后果.Table.Approximate rates of adverse event occurring within 48 hours DTP vaccinationEventFrequencyLocal红 redness,肿swelling,痛pain1 in 2-3 dosesMild/moderate systemic热fever,嗜睡 drowsiness,烦躁 fretfulness1 in 2-3 doses呕吐vomiting,厌食anorexia1 in 5-15 dosesMore s
29、erious systemic持续哭闹persistent crying,发烧fever1 in 100-300 doses虚脱collapse,抽搐convulsions1 in 1750 doses急性脑病acute encephalopathy1 in 100,000 doses永久性的神经损伤permanent neurological deficit1 in 300,000 doses第五节第五节 免疫预防方案免疫预防方案12-8 Active ImmunizationRecommended childhood immunization schedule in the United
30、States,January-December 1999VaccineAgeBirth 1mo 2mos 4mos 6mos 12mos 15mos 18mos 4-6 yrs乙肝Hepatitis B白喉Diphtheria,破伤风tetanus,百日咳pertussis流感H.influenzae,type b脊髓灰质炎脊髓灰质炎Poliovirus轮状病毒Rotavirus麻疹Measles,腮腺炎mumps,风疹rubella水痘Varicella+Sabin 脊髓灰质炎疫苗三种（型）减毒脊髓灰质炎病毒糖丸（糖浆）口服sIgATh巨噬细胞IgAsIgA浆细胞BM细胞上皮细胞辅助野型病毒sIgA三种（型）Sabin 脊髓灰质炎疫苗糖丸第一次口服第一次口服第二次口服第二次口服第三次第三次
