04第四章抗原及.ppt

第四章抗原及抗原呈递 山东师范大学生命科学学院杨桂文 第一节抗原 抗原 Antigen Ag 是一类能刺激机体免疫系统产生特异性免疫应答 能与相应克隆的淋巴细胞上独特的抗原受体特异性结合 诱导 活化或抑制 淋巴细胞产生免疫应答 产生抗体和 或致敏 效应 淋巴细胞 同时又能与免疫应答产物 即相应抗体和 或致敏 效应 淋巴细胞 在体内外特异性结合 发生免疫反应的物质 一 抗原的概述 1 抗原的概念 2 抗原的特性 免疫原性 immunogenicity 系指抗原刺激机体免疫系统产生免疫应答 抗体和 或致敏 效应 淋巴细胞 的性能 免疫反应性 immunoreactivity 或反应原性 reactivity 系指抗原分子能与免疫应答产物 即相应抗体和 或致敏 效应 淋巴细胞 在体内外特异性结合 发生免疫反应的性能 1 免疫原性 immunogenicity Immunogenicityistheabilitytoinduceahumoraland orcellmediatedimmuneresponse includinginduceproductionofantibodyandeffectorlymphocytes 能够刺激机体产生免疫应答 包括诱导产生抗体及效应淋巴细胞 活化的B细胞 抗体 活化的T杀伤细胞 2 反应原性 immunoreactivity Antigenicityistheabilitytocombinespecificallywiththefinalproductsoftheaboveresponses I e antibodyand orcell surfacereceptors 能与抗体或效应T淋巴细胞特异性结合的能力 完全抗原 completeantigen 是指既具有免疫原性又具有免疫反应性的抗原物质 如微生物和蛋白质 半抗原 hapten 亦称不完全抗原 incompleteantigen 是指本身只具有反应原性而无免疫原性简单小分子抗原物质 如某些多糖 类脂和药物等 3 完全抗原和半抗原 半抗原 Hapten 具有抗原性 antigenicity 没有免疫原性 immunogenicity 的小分子物质 小分子 免疫应答 immuneresponse 载体carrier 半抗原 载体 完全抗原 载体 carrier 赋予半抗原免疫原性的大分子物质 4 变应原和耐受原 有些抗原能刺激机体发生病理性免疫应答即超敏反应 此类抗原称为变应原 allergen 在某些特定条件下 抗原也可诱导机体对该抗原表现出特异性无反应状态 即产生免疫耐受性 此类抗原被称为耐受原 tolerogen 二 决定免疫原性的因素 1 异物性 异种物质同种异体物质改变和隐蔽的自身物质 大分子物质化学组成和结构物理状态 2 理化性状 1 大分子量 10kD 100kD 10kD 免疫原 Immunogens 强免疫原 Strongimmunogens 弱免疫原 Poorimmunogens 分子量大 抗原决定簇多抗原分子结构复杂 不易被降解 持续刺激免疫细胞 高免疫反应 2 复杂的化学结构 明胶分子 分子量 100kD 直链氨基酸 加苯环氨基酸 2 酪氨酸 免疫原性很弱 免疫原性大大增强 3 物理性质一般聚合状态的抗原性物质较其单体的免疫原性强 颗粒性抗原的免疫原性比可溶性抗原强 3 免疫途径 皮内注射皮下注射肌肉注射喷雾吸入口服 剂量 适中途径 皮内 皮下 腹腔注射和静脉注射 口服 耐受 次数 合适免疫佐剂 选择 弗氏佐剂 IgG明矾佐剂 IgE 机体对抗原的应答是受免疫应答基因 主要是MHC 控制的 因个体遗传基因的不同 人群中对同一抗原可有高 中 低不同程度的应答 年龄 性别 健康状态 青壮年强于幼年和老年 雌性比雄性动物抗体生成高 感染 免疫抑制剂的应用 4 机体应答性 在上述四种因素中 前两者是决定某一物质能否成为抗原的基本条件 后两者则是与机体有关的内在因素 三 抗原的特异性 抗原的特异性 Specificityofantigen 抗原只能刺激具有相应抗原受体的淋巴细胞产生免疫应答 且免疫应答产物只与该种抗原结合 发生反应 而不与其他抗原性物质发生反应 抗原的这一特性称为抗原的特异性 Specificity 1 抗原特异性的研究 不同酸基对半抗原 抗体反应特异性的影响 化学基团 COOH 空间位置对半抗原 抗体反应特异性的影响 2 抗原决定簇 抗原决定簇 antigenicdeterminant 是指存在于抗原物质表面或者其它部位的具有一定组成和结构的特殊化学基团 它是TCR BCR及抗体特异结合的基本单位 又称表位 epitope 构象决定簇 conformationaldeterminant 序列上不连续的多肽或多糖 有空间构象形成的决定簇 常见于BCR或抗体识别的决定簇 一般位于分子的表面 顺序决定簇 sequentialdeterminant 一段序列相连续的氨基酸片段 又叫线性决定簇 lineardeterminant 多位于抗原分子的内部 主要是T细胞决定簇 Ep1 Ep2 Ep3 1 抗原决定簇结构 2 功能性 抗原 决定簇和隐蔽性抗原决定簇 存在于抗原分子表面 能被淋巴细胞识别 启动免疫应答 同时能与抗体和 或致敏 效应 淋巴细胞特异性结合而发生免疫反应的抗原决定簇 称为功能性决定簇 一般提到的抗原决定簇 都是指这种存在于抗原分子表面的功能性决定簇 存在于抗原分子内部 不能被淋巴细胞识别 无法触发免疫应答的抗原决定簇 称为隐蔽的决定簇 经理化因素处理或经抗原呈递细胞加工后 这种隐蔽的在抗原分子内部的决定簇有可能充分暴露 从而作为新的功能性决定簇发挥免疫作用 3 抗原的结合价 抗原的结合价 antigenicvalence 是指能和抗体分子结合的功能性决定基的数目 半抗原为一价 而天然抗原一般是大分子 由多种 多个抗原决定簇组成 是多价抗原 可以和多个抗体分子交互结合 多价抗原 4 T细胞表位和B细胞表位 在免疫应答中 TCR和BCR所识别的抗原表位不同 分别称为T细胞表位和B细胞表位 1 人胰高血糖素免疫小鼠 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 NH3 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 COOH 2 产生特异性抗体和T效应细胞 没有发现一个表位同时被T细胞和B细胞识别 位于抗原分子的表面 抗原中被BCR和抗体分子所识别的部位称为B细胞表位 Bcellepitope 抗原表面能够与抗体结合的最小单位 具有构象依赖性 抗原表位与抗体分子的抗原结合部位在形状上互补才能保证抗原与抗体的紧密结合 1 B细胞表位 Bcellepitope 2 T细胞表位 蛋白质分子中被MHC分子递呈并被TCR识别的肽段称为T细胞表位 Tcellepitope TCR MHC HIVpeptide TCR识别MHC 抗原肽 TCR 抗原肽 MHC II T细胞 抗原递呈细胞 Ep1 Ep2 Ep3 T细胞表位 TCellepitope 能够与MHC并被TCR识别的肽段 与蛋白质分子构象无关 与肽段在蛋白质分子中的位置无关 主要决定于肽段的氨基酸序列 与宿主表达的MHC分子有关 抗原分子中的T细胞表位与B细胞表位 T细胞和B细胞抗原表位的特性比较 T细胞表位B细胞表位 表位受体TCRBCR MHC分子必需无需 表位性质主要是线性短肽天然的多肽 多糖 脂多糖 有机化合物 表位的大小8 12个氨基酸 CD8 T细胞 5 15个氨基酸 5 7个单糖12 17个氨基酸 CD4 T细胞 或5 7个核苷酸 表位类型线性表位构象表位 线性表位 表位位置抗原分子任意部位抗原分子表面 5 共同抗原与交叉反应 天然抗原表面常带有多种抗原决定簇 每一种B细胞决定簇都可引起一种特异性抗体产生 因此复杂抗原能使机体产生多种抗体 因而在两种不同的抗原之间可以存在有相同或相似的抗原决定簇 称为共同抗原 commonantigen 出现于亲缘关系很近的生物之间的共同抗原称为类属抗原 groupantigen 出现于不同种属生物之间的共同抗原称为嗜异性抗原 heterophileantigen 抗体对具有相同或相似决定簇的不同抗原的反应 称为交叉反应 cross reaction 四 抗原的分类 1 根据抗原的免疫原性和免疫反应性分类 完全抗原 不完全抗原 2 根据抗原与机体的亲缘关系而分类 1 异种抗原 xenogenicAg 来自另一物种的抗原称为异种抗原 微生物治疗用动物免疫血清 马血清抗毒素 马血清抗毒素的两重性 1 特异性抗体 中和毒素2 异种抗原 可刺激机体产生抗马血清抗体 超敏反应 2 同种异型抗原 allogenicAg 在同一种属不同个体之间所存在的抗原 人类同种异型 血型 红细胞 抗原组织相容性抗原 人主要为HLA 血型 ABO系统和Rh ABOAB 抗原 抗体 AB A B 抗B抗A抗A 抗B 血型 RBC 3 自身抗原 autoantigen 在正常情况下 机体对自身组织细胞不会产生免疫应答 即自身耐受 但在感染 外伤 服用某些药物等影响下 使隔离抗原释放 或改变和修饰了自身组织的抗原结构 诱发对自身抗原的应答 RBC 自身免疫性溶血性贫血 药物 RBC 自身抗体 RBC 抗原抗体复合物 激活补体 红细胞膜 C9 C8 C5b 6 7 4 异嗜性抗原 hetorophilicantigen 又称Forssam抗原 是指一类与种属无关的存在于人 动物 植物和微生物之间的共同抗原 乙型溶血性链球菌细胞壁C抗原M抗原 链球菌感染 急性肾小球肾炎 大肠杆菌O14型脂多糖 结肠粘膜 溃疡性结肠炎 心瓣膜的糖蛋白心肌成分 风湿热 A族链球菌 肾小球基底膜 3 根据抗原的来源 天然抗原人工结合抗原人工合成抗原 4 根据产生抗体时需否Th细胞参与而分类 胸腺依赖性抗原 thymusdependentantigen TD Ag 胸腺非依赖性抗原 thymusindependentantigen TI Ag TD和TI抗原均是完全抗原 TI与TD抗原 1 2 CD40 CD40L B细胞 B细胞 Th细胞 TI 1抗原 TD抗原 CD4 1 胸腺依赖性抗原 thymusdependentantigen TD Ag T dependentAntigens TD抗原在没有Th细胞的帮助下 不能直接刺激B细胞产生抗体 在结构特征上 Structurally 这些抗原含有许多不同的抗原决定簇 manydifferentantigenicdeterminants 但拷贝数很少 afewcopiesasillustratedintheFigure 2 胸腺非依赖性抗原 thymusindependentantigen TI Ag T independentAntigens T independentantigensareantigenswhichcandirectlystimulatetheBcellstoproduceantibodywithouttherequirementforTcellhelpIngeneral polysaccharidesareT independentantigens Theresponsestotheseantigensdifferfromtheresponsestootherantigens 胸腺非依赖抗原能直接刺激B细胞产生抗体 而无需T细胞的帮助 一般来说 多糖为TI抗原 TI抗原所刺激产生的免疫反应不同于其它抗原产生的反应 1 Polymericstructure 多聚体样结构 Theseantigensarecharacterizedbythesameantigenicdeterminantrepeatedmanytimes 相同的抗原决定簇重复多次 asillustratedinFigure TI抗原的特征PropertiesofT independentantigens 革兰氏阴性细菌胞壁结构 细菌脂多糖 LPS 的分子结构 脂蛋白 膜蛋白 LPS 外膜 胞膜 膜间质 n 脂A 核 磷脂 多糖 多糖重复单位 Resistancetodegradation 降解 T independentantigensaregenerallymoreresistanttodegradationandthustheypersistforlongerperiodsoftimeandcontinuetostimulatetheimmunesystem 5 超抗原 超抗原 supperantigen Sag 是一类由细菌外毒素和逆转录病毒蛋白构成的不同于促有丝分裂原的抗原性物质 这类抗原作用不受MHC限制 无严格的抗原特异性 无需抗原递呈细胞的加工处理 只需极低浓度 1一10ng m1 即可激活多克隆T细胞 产生很强的免疫应答 故称超抗原 免疫系统在进行TD抗原反应时 大多数的抗原只能被少数T细胞克隆 1in104 105 识别 并激活免疫反应 然而 有一些抗原可多克隆的激活T细胞 upto25 这种抗原称为超抗原 superantigens 超抗原 少量抗原分子能激活大量T细胞的高效能抗原 S S Va Ca Vb Cb TCR ab 胞膜 胞浆 糖基 alphachainbetachain MHC IIcontainstwonon covalentlyassociatedpolypeptidechains 超抗原能与MHC II分子的a1和TCRVb链结构域结合 从而直接激活某些TCRVb亚型的T细胞 超抗原 TCRVb 抗原肽 MHC IIa T细胞 APC 超抗原 superantigens SAg 能同时与MHC分子及TCR多肽结合 从而激活多克隆T细胞的蛋白质大分子 超抗原能与MHC II分子及TCRb链结合 从而造成T细胞的非特异性活化 超抗原作用示意图 超抗原与普通抗原的比较 五 医学上重要的抗原 1 病原微生物 2 细菌外毒素 类毒素和抗毒素 外毒素 extoxin 是某些细菌在生长代谢过程中分泌到菌体外的毒性物质 外毒素的毒性极强 对组织的细胞毒性作用有高度选择性 可引起各自不同的特殊病变和临床表现 外毒素为蛋白质 有很强的抗原性 类毒素 toxoid 外毒素经0 3 0 4 甲醒溶液处理后 丧失毒性作用而保留有抗原性 即成为类毒素 抗毒素 antitoxin 由外毒素刺激机体产生的抗体通常称为抗素 3 异嗜性抗原 异嗜性抗原 heterophileantigen 是指某些不同种属动 植物或微生物之间存在的共同抗原 由Forssman首先发现 故又称为Forssman抗原 4 白细胞分化抗原 白细胞分化抗原是指白细胞 血小板和血管内皮细胞等在分化成熟为不同谱系 lineage 和分化不同阶段以及活化过程中出现或消失的细胞表面的抗原性标志 在有关人类白细胞分化抗原的研究中 目前应用以单克隆抗体鉴定为主的聚类分析法 将识别同一分化抗原的来自不同实验室的单克隆抗体归为一个分化群 clusterofdifferentiation CD 简称CD系列 将单克隆抗体检测鉴定的白细胞分化抗原称为CD抗原或CD分子 5 血型抗原 ABO血型系统Rh血型系统 6 自身抗原 隐蔽的自身抗原改变 修饰 的自身抗原 7 主要组织相容性抗原 MHCI类抗原MHCII类抗原 8 肿瘤抗原 肿瘤特异性抗原 tumorspecificantigen TSA 肿瘤相关抗原 tumorassociatedantigen TAA 肿瘤胚胎性抗原甲胎蛋白 alpha fetoprotein AFP 病毒诱导的肿瘤抗原 免疫佐剂 immunoadjuvant 是指那些与抗原一起或先于抗原注入机体后可增强机体对该抗原的免疫应答能力或改变免疫应答类型的特质 免疫佐剂简称佐剂 adjuvant 六 免疫佐剂 微生及其产物 卡介苗 短小棒状杆菌 脂多糖无机化合物 氢氧化铝 Al OH 3 明矾 多聚核苷酸 人工合成的双链多聚肌苷酸 胞苷酸 polyI C 和双链多聚腺苷酸 尿苷酸 polyA U 弗氏佐剂 Freundsadjuvant FA 弗氏 Freud 完全佐剂和弗氏不完全佐剂 CFA和IFA 是目前动物实验中最常用的佐剂 1 免疫佐剂的种类 2 佐剂的免疫生物学作用 增强免疫原性增加抗体滴度改变产生的抗体类型引起或增强迟发型超敏反应 3 佐剂增强免疫应答的机制 1 改变抗原物理性状 增加抗原在体内滞留时间 延长抗原与免疫细胞作用时间 从而增强抗原免疫原性 2 抗原经佐剂作用后 易被巨噬细胞吞噬和有效加工 处理 呈递 3 刺激单核巨噬细胞 释放细胞因子 调节和增强淋巴细胞的应答能力 4 刺激淋巴细胞的增殖分化 从而增强和扩大免疫应答的能力 第二节主要组织相容性复合体 MHC 在人或同种不同品系动物个体间进行组织器官移植时 可因两者组织细胞表面同种异型抗原存在差异而发生排斥反应 这种代表个体特异性的引起移植排斥反应的同种异型抗原称为组织相容性抗原 histocompatibilityantigen 或移植抗原 transplantationantigen 组织相容性抗原包括多种复杂的抗原系统 其中能引起强烈而迅速的排斥反应的抗原系统称为主要组织相容性抗原系统 majorhistocompatibility 简称主要组织相容性系统 majorhistocompatibilitysystem MHS 主要组织相容性复合体 majorhistocompatibilitycomplex MHC 是编码主要组织相容性抗原的基因群 这些基因群彼此紧密连锁 位于同一染色体上 具有控制同种移植排斥 免疫应答和免疫调节等的复杂功能 不同动物种的MHC名称 一 HLA复合体 人的MHC基因 及其产物 人类HLA复合体结构及其产物 一 HLA复合体 人的MHC基因 及其产物 I类基因区 内含经典HLA A B C基因位点和新近确定的非经典HLA E F G H等基因位点 II类基因区 包括HLA DP DQ DR三个亚区和新近确定的HLA DN DO DM三个亚区 III类基因区 位于II类与I类基因区之间 内含众多编码血清补体成分和其他血清蛋白的基因 主要基因产物为C4 C2 B因子 TNF 和热休克蛋白70 二 MHCI类和II类抗原分子的结构 1 HLAI类抗原分子的结构 2 MHCII类抗原分子的结构 三 肽与MHC分子结合的结构基础 1 抗原肽结合槽 Peptide bindingcleft X射线晶体衍射分析结果表明 MHC分子顶部有一较深的沟槽 cleft 是其接纳抗原肽的部位 称为抗原肽结合槽 简称肽槽 肽槽的侧壁是相反走向的两组 螺旋 底部为一组8个折叠袢组成的 片层 肽槽由 1和 2两个结构域组成肽槽的两端成封闭状只能接纳8 10氨基酸残基的抗原肽肽槽内一般有较浅的凹槽 接纳抗原肽的残基侧链 肽槽由 和 链的 1和 1结构域组成肽槽两端成敞开状所接纳的抗原多为12 17肽肽槽中的凹槽相对较深 接纳抗原肽的残基侧链 2 抗原肽 不同HLA等位基因产物以特定的共同基序选择性地结合抗原肽 四 MHCI类和II类抗原分子的分布 MHCI类分子 广泛分布于有核细胞及血小板和网织红细胞表面 而在神经细胞 成熟的红细胞和滋养层细胞表面尚未检出 血清 尿液 唾液 精液和乳汁等体液中 MHCII类分子 主要存在于B细胞 巨噬细胞和其它抗原递呈细胞 以及胸腺上皮细胞和活化T细胞表面 在血管内皮细胞和精子细胞上也可少量表达 五 MHCI类和II类抗原分子的主要功能 引起移植排斥反应 抗原递呈作用MHC限制性诱导胸腺内前T细胞分化发育 MHC抗原递呈作用及MHC的限制性 诱导胸腺内前T细胞分化发育 1 单倍型遗传 在每一个个体 每一个基因座位上都有两种可能的基因型和表型 当然可以是相同的 也可以是不同的 由于MHC基因位于同一条染色体上 其多基因座位上的基因型组合相对稳定 很少发生同源染色体间交换 这就构成了以单元型 haplotype 也称单倍型 为特征的遗传 同一条染色体上紧密连锁的一系列等位基因的特殊组合 称为单元型 haplotype 五 MHC复合体的遗传特征 2 连锁不平衡 HLA各基因并非完全随机地组成单元型 某些基因常紧密的连锁在一起 而另一些基因则不常连锁在一起 这就呈现出连锁不平衡 linkagedisequilibrium HLA A2 0 3B46 0 05单元型预期 0 3 0 05 0 015实际值 0 04两个数值相差 0 04 0 015 0 025 连锁不平衡参数 3 基因的多态性 FIGURECheetahfemalewithtwonearlyfullgrowncubs PolymorphisminMHCgenesofthecheetahisverylimited presumablybecauseofabottleneckinbreedingthatoccurredinthenottoodistantpast Itisassumedthatallcheetahsalivetodayaredescendantsofaverysmallbreedingpool PhotographtakenintheOkavangoDelta Botswana byT J Kindt 六 HLA在医学上的意义 HLA与同种器官移植的关系HLA与输血反应的关系HLA与疾病的相关性HLA异常表达与疾病的关系 第三节抗原递呈细胞及抗原的加工呈递 一 基本概念 1 抗原加工与递呈 抗原加工与呈递包含两个过程 抗原加工 antigenprocessing 是指蛋白质抗原在抗原呈递细胞内被降解成能与MHC分子结合的肽的过程 而抗原呈递 antigenpresentation 则是指MHC分子与抗原肽结合 将其展示于细胞表面供T细胞识别的过程 内源性抗原 内源性抗原 endogenousantigens 是指细胞内产生的蛋白质抗原 既指细胞产生的自身所固有的蛋白质 也包括胞内寄生的病毒或其它病原体依赖宿主细胞蛋白质合成机制所产生的蛋白质抗原 以及细胞恶性转化后产生的突变蛋白 即肿瘤抗原 内源性抗原在所有有核细胞内加工 由MHCI类分子递呈 3 外源性抗原 外源性抗原 exogenousantigens 泛指由细胞外进入细胞的蛋白质抗原 可以是细胞摄入的各种病原体和疫苗 以及在吞噬体或内体中生长的病原体 自身蛋白被摄入后也成为外源性抗原 外源性抗在抗原递呈细胞中加工 由MHCII类分子递呈 外源性抗原在体内的分布和定位 静脉注入的抗原 局限在骨髓 肝 脾的淋巴组织中 腹腔注入的抗原 局限在肠大网膜的淋巴组织中 皮下注入的抗原 局限在局部导引淋巴组织中