《病原體識別》課件

病原體識別課程概述課程目標理解病原體識別機制掌握模式識別受體與病原相關分子模式了解免疫應答激活過程主要內(nèi)容免疫系統(tǒng)基礎病原體類型識別機制信號傳導學習方法理論結(jié)合案例分子機制與臨床應用第一部分：免疫系統(tǒng)概述1防御系統(tǒng)抵御外來入侵者2識別系統(tǒng)區(qū)分自身與非自身3監(jiān)視系統(tǒng)清除異常細胞4平衡系統(tǒng)免疫系統(tǒng)的組成分子抗體、細胞因子、補體細胞T細胞、B細胞、NK細胞、巨噬細胞器官免疫系統(tǒng)的功能免疫監(jiān)視識別并消除異常細胞免疫防御抵抗病原體入侵免疫調(diào)節(jié)維持免疫平衡免疫記憶快速響應再次感染先天性免疫和適應性免疫先天性免疫出生即具備快速響應非特異性識別無免疫記憶模式識別為基礎適應性免疫后天獲得響應較慢高度特異性具免疫記憶抗原特異性識別協(xié)同作用先天免疫觸發(fā)適應性免疫適應性免疫增強先天反應信號分子交叉調(diào)控第二部分：病原體的類型細菌原核生物，獨立生存，細胞壁結(jié)構(gòu)病毒非細胞結(jié)構(gòu)，依賴宿主復制真菌真核生物，細胞壁含特殊多糖寄生蟲復雜多細胞生物，生活史復雜細菌結(jié)構(gòu)特點細胞壁、細胞膜、無核膜分類革蘭陽性菌、革蘭陰性菌、無細胞壁菌致病機制毒素產(chǎn)生、黏附侵入、免疫逃逸免疫識別特征肽聚糖、脂多糖、鞭毛蛋白病毒基本結(jié)構(gòu)核酸、衣殼蛋白、包膜2分類DNA病毒、RNA病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒復制依賴宿主細胞機制免疫識別特征雙鏈RNA、單鏈RNA、CpGDNA真菌結(jié)構(gòu)特點細胞壁含殼聚糖和葡聚糖真核細胞分類酵母菌絲狀真菌二形性真菌致病特點表面定植組織侵入毒素產(chǎn)生免疫識別特征β-葡聚糖甘露聚糖幾丁質(zhì)寄生蟲多樣性原蟲、蠕蟲、節(jié)肢動物生命周期多階段復雜生活史免疫識別特征糖脂質(zhì)、表面蛋白、分泌物第三部分：模式識別受體（PRR）識別捕獲病原體分子模式傳導激活下游信號通路調(diào)控啟動炎癥基因表達防御激活防御機制PRR的定義和功能定義識別病原體保守分子模式的受體先天免疫系統(tǒng)的哨兵進化上高度保守分布表達于免疫細胞表面存在于胞質(zhì)內(nèi)可分泌至細胞外功能識別病原分子模式激活先天免疫反應促進適應性免疫應答PRR的類型膜結(jié)合型Toll樣受體，C型凝集素受體胞質(zhì)型NOD樣受體，RIG-I樣受體分泌型甘露糖結(jié)合凝集素，C反應蛋白內(nèi)體型TLR3、TLR7、TLR9Toll樣受體（TLR）結(jié)構(gòu)特征富含亮氨酸重復序列TIR結(jié)構(gòu)域傳導信號細胞分布細胞膜或內(nèi)體膜上多種免疫細胞表達識別特點識別多種PAMPs啟動防御性炎癥反應TLR的主要類型受體定位配體識別病原體TLR1/2細胞膜三?；募毦鶷LR3內(nèi)體雙鏈RNA病毒TLR4細胞膜脂多糖革蘭陰性菌TLR5細胞膜鞭毛蛋白鞭毛細菌TLR9內(nèi)體CpGDNA細菌、病毒NOD樣受體（NLR）結(jié)構(gòu)特征中央核苷酸結(jié)合域C端富含亮氨酸重復區(qū)N端效應結(jié)構(gòu)域主要成員NOD1：識別細菌肽聚糖NOD2：識別細菌肽聚糖衍生物NLRP3：形成炎癥小體NLRC4：識別細菌鞭毛蛋白功能特點胞質(zhì)內(nèi)病原體傳感器激活NF-κB信號通路調(diào)控炎癥小體形成誘導抗菌肽產(chǎn)生RIG-I樣受體（RLR）3主要成員RIG-I、MDA5、LGP22配體類型病毒RNA，特定修飾結(jié)構(gòu)4結(jié)構(gòu)域數(shù)RNA解旋酶域，CARD域等RIG-I樣受體是胞質(zhì)內(nèi)的病毒RNA傳感器，識別病毒復制過程中產(chǎn)生的特異性RNA分子激活后引發(fā)I型干擾素產(chǎn)生，誘導抗病毒狀態(tài)C型凝集素受體（CLR）識別特性鈣依賴性識別病原體碳水化合物結(jié)構(gòu)特點含碳水化合物識別結(jié)構(gòu)域分布樹突狀細胞、巨噬細胞表面功能識別真菌多糖，促進吞噬第四部分：病原相關分子模式（PAMP）細菌病毒真菌寄生蟲PAMP在不同病原體中的分布情況，細菌PAMPs種類最多，研究最透徹PAMP的定義和特點病原體特有分子標記宿主細胞不表達此類分子進化保守性高病原體生存必需，難以變異多種病原體共有相似結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在多種微生物中易被PRR識別結(jié)構(gòu)暴露，適合與受體結(jié)合細菌PAMP肽聚糖細胞壁主要成分被TLR2和NOD1/2識別脂多糖（LPS）革蘭陰性菌外膜成分被TLR4識別鞭毛蛋白細菌鞭毛主要成分被TLR5和NLRC4識別病毒PAMP核酸特征雙鏈RNA單鏈RNACpGDNA5'三磷酸RNA識別受體TLR3TLR7/8TLR9RIG-I激活效應I型干擾素產(chǎn)生促炎癥細胞因子釋放抗病毒蛋白表達真菌PAMP1β-葡聚糖真菌細胞壁主要成分2甘露聚糖細胞壁外層成分3幾丁質(zhì)細胞壁結(jié)構(gòu)多糖真菌細胞壁由多層多糖和糖蛋白復合結(jié)構(gòu)組成，提供了多種可被模式識別受體識別的分子模式這些結(jié)構(gòu)被Dectin-1、Dectin-2、TLR2/4等多種受體識別寄生蟲PAMP糖基磷脂酰肌醇膜錨定糖脂被TLR2/4識別表面蛋白多種結(jié)構(gòu)蛋白被多種PRR識別基因組DNA含CpG基序被TLR9識別分泌酶組織入侵酶激活多種受體第五部分：PRR與PAMP的相互作用10-12納米級分子相互作用尺度10-9摩爾典型親和力范圍<1s秒級結(jié)合反應時間PRR與PAMP之間的相互作用是高度特異的分子識別過程，通過多個接觸位點形成穩(wěn)定復合物識別后引發(fā)構(gòu)象變化，激活下游信號傳導TLR4與LPS的識別LPS結(jié)合LBP脂多糖結(jié)合蛋白捕獲LPSCD14轉(zhuǎn)運CD14將LPS轉(zhuǎn)運至MD-2MD-2/TLR4結(jié)合LPS與MD-2結(jié)合形成復合物TLR4二聚化觸發(fā)下游信號轉(zhuǎn)導TLR5與鞭毛蛋白的識別TLR5識別細菌鞭毛蛋白保守區(qū)域，通過多步驟結(jié)合形成高親和力復合物結(jié)合導致TLR5二聚化，招募MyD88，激活NF-κB通路TLR3與病毒dsRNA的識別識別位點TLR3胞外馬蹄形結(jié)構(gòu)N端和C端都參與結(jié)合識別dsRNA骨架結(jié)構(gòu)識別特點長度依賴性：>40bppH依賴性：酸性環(huán)境內(nèi)體定位識別信號傳導招募TRIF而非MyD88激活IRF3和NF-κB誘導I型干擾素產(chǎn)生NOD1/2與肽聚糖的識別NOD1識別γ-D-谷氨酰-間二氨基庚酸主要識別革蘭陰性菌誘導NF-κB和MAPK活化NOD2識別胞壁?；淖R別革蘭陽性和陰性菌Crohn病相關基因招募RIP2激酶識別機制直接結(jié)合肽聚糖片段誘導構(gòu)象變化暴露CARD域招募下游分子RIG-I與病毒RNA的識別結(jié)構(gòu)要素N端CARD信號域中央RNA解旋酶域C端識別域識別配體短雙鏈RNA5'三磷酸RNA病毒復制中間體激活過程構(gòu)象變化CARD域暴露MAVS聚集Dectin-1與β-葡聚糖的識別初始識別碳水化合物識別域結(jié)合β-1,3-葡聚糖聚集形成多個Dectin-1分子聚集胞內(nèi)激活ITAM基序磷酸化Syk招募激活下游信號通路Dectin-1是識別真菌細胞壁β-葡聚糖的主要受體，激活后觸發(fā)吞噬作用和炎癥反應第六部分：病原體識別后的信號轉(zhuǎn)導PRR識別病原體后激活的主要信號通路相對強度，不同途徑具有偏向性的下游效應MyD88依賴途徑TLR激活二聚化暴露TIR結(jié)構(gòu)域MyD88招募接頭蛋白結(jié)合受體TIR域IRAK激酶復合物形成髓樣分化因子復合體TRAF6泛素化激活TAK1和IKK復合物NF-κB活化轉(zhuǎn)錄因子入核啟動基因表達TRIF依賴途徑1TLR3/4激活內(nèi)體TLR3或內(nèi)吞TLR4激活TRIF2招募信號分子TRAF3和TBK1/IKKε形成復合物3IRF3磷酸化TBK1磷酸化IRF34啟動基因表達I型干擾素和促炎基因表達NF-κB活化靜息狀態(tài)NF-κB與抑制蛋白IκB結(jié)合2IκB磷酸化IKK復合物磷酸化IκB3IκB降解泛素化修飾后蛋白酶體降解核轉(zhuǎn)位NF-κB入核結(jié)合DNA元件NF-κB激活是多種PRR信號通路的共同下游事件，控制促炎癥細胞因子和趨化因子的表達IRF3/7活化病原體核酸感應TLR3/4、RLR、STING等激酶活化TBK1、IKKε磷酸化IRF2IRF二聚化磷酸化IRF形成同源二聚體核轉(zhuǎn)位與轉(zhuǎn)錄激活干擾素基因表達4炎癥小體的激活NLRP3炎癥小體響應多種微生物信號激活Caspase-1NLRC4炎癥小體識別細菌鞭毛蛋白需要NAIP輔助AIM2炎癥小體識別胞質(zhì)內(nèi)雙鏈DNA通過ASC激活Caspase-1第七部分：效應機制抗病原體防御直接清除入侵病原體2炎癥反應招募和活化免疫細胞3細胞因子網(wǎng)絡協(xié)調(diào)免疫系統(tǒng)各組分適應性免疫激活形成特異性長期免疫防御炎癥反應的啟動感染后時間(小時)炎癥因子水平血管通透性中性粒細胞浸潤炎癥反應在病原體識別后迅速啟動，各項指標在時間軸上呈現(xiàn)動態(tài)變化細胞因子的產(chǎn)生TNF-α主要促炎介質(zhì)誘導血管擴張增強細胞黏附分子表達IL-1β需炎癥小體激活誘導急性期反應促進T細胞活化IL-6多功能細胞因子促進急性期蛋白合成調(diào)節(jié)T細胞分化IL-12連接先天和適應性免疫促進Th1反應激活NK細胞趨化因子的產(chǎn)生4-10恒定因子免疫穩(wěn)態(tài)時低水平表達100-500誘導倍數(shù)感染后表達大幅上調(diào)50-500濃度梯度形成定向遷移通路(ng/ml)趨化因子CXCL8(IL-8)和CCL2(MCP-1)等在病原體識別后由表皮細胞、巨噬細胞等大量產(chǎn)生形成化學濃度梯度，吸引中性粒細胞、單核細胞等遷移至感染部位I型干擾素的產(chǎn)生關鍵因子IFN-αIFN-βIFN-ωIFN-εIFN-κ產(chǎn)生細胞漿細胞樣樹突狀細胞巨噬細胞被感染上皮細胞成纖維細胞誘導因素病毒RNA識別病毒DNA識別細菌核酸IRF3/7活化I型干擾素通過IFNAR受體作用，誘導數(shù)百種干擾素刺激基因（ISG）表達，建立抗病毒狀態(tài)抗微生物肽的產(chǎn)生防御素α-防御素：中性粒細胞產(chǎn)生β-防御素：上皮細胞產(chǎn)生穿孔細菌膜形成孔道cathelicidinLL-37：人源主要形式破壞微生物膜結(jié)構(gòu)趨化性招募免疫細胞再生蛋白主要在腸道上皮產(chǎn)生穩(wěn)定黏膜屏障功能抑制細菌定植吞噬作用的增強巨噬細胞吞噬主要吞噬細胞PRR激活增強吞噬能力中性粒細胞快速響應釋放活性氧和酶類樹突狀細胞專職抗原提呈細胞連接先天和適應性免疫第八部分：適應性免疫的激活病原體識別PRR識別PAMPAPC活化提高抗原處理和提呈能力T細胞激活識別MHC-抗原復合物B細胞應答產(chǎn)生特異性抗體抗原提呈細胞的活化抗原攝取吞噬或內(nèi)吞病原體抗原處理蛋白酶體/溶酶體降解2MHC結(jié)合抗原肽與MHC結(jié)合3表面提呈MHC-肽復合物表達共刺激分子的上調(diào)分子表達細胞配體主要功能CD80/CD86APCCD28T細胞活化CD40APCCD40LAPC完全活化ICOSLAPCICOS促進T細胞增殖OX40LAPCOX40維持T細胞反應PRR激活導致共刺激分子表達上調(diào)，為T細胞活化提供必要的第二信號T細胞的活化抗原識別TCR識別MHC-抗原復合物共刺激CD28與CD80/86結(jié)合細胞因子刺激IL-12、IFN-γ等塑造分化方向增殖分化形成效應和記憶T細胞B細胞的活化抗原識別B細胞受體(BCR)直接識別抗原形成BCR-抗原復合物T細胞幫助CD40L-CD40相互作用細胞因子刺激生發(fā)中心反應抗體親和力成熟形成記憶B細胞和漿細胞第九部分：病原體的免疫逃逸策略抗原變異頻繁改變表面分子，逃避識別抑制信號干擾PRR信號轉(zhuǎn)導屏蔽暴露形成生物膜，隱藏PAMPs逃避PRR識別修飾PAMPs修改LPS結(jié)構(gòu)減弱TLR4識別隱藏PAMPs宿主膜包裹，避免暴露3分子模擬表達類似宿主結(jié)構(gòu)4降解PRRs分泌蛋白酶降解受體干擾信號轉(zhuǎn)導阻斷接頭分子病毒蛋白阻斷MyD88或TRIF降解信號分子促進關鍵組分泛素化降解2修飾蛋白脫磷酸化或去泛素化競爭性抑制表達與宿主相似的抑制結(jié)構(gòu)抑制效應分子的產(chǎn)生細胞因子干擾分泌細胞因子拮抗劑捕獲促炎細胞因子干擾細胞因子受體干擾素抑制阻斷IRF活化干擾JAK-STAT信號抑制ISG表達抗微生物肽抵抗改變膜電荷減少結(jié)合分泌蛋白酶降解肽類主動外排肽類抑制適應性免疫的激活1抗原呈遞抑制下調(diào)MHC分子表達2共刺激抑制阻斷CD80/86表達3調(diào)節(jié)性因子分泌誘導IL-10和TGF-β產(chǎn)生4免疫細胞凋亡誘導T細胞和B細胞死亡第十部分：臨床應用100+臨床試驗P