第三章 抗原.doc

第三章 抗原（antigen，Ag）有关概念1.抗原(Ag)是指能与T、B淋巴细胞的TCR或BCR 结合，促使其增殖、分化，产生抗体或致敏淋巴细胞，并与之结合，进而发挥免疫效应的物质。 即：抗原物质具备两个重要特性免疫原性，抗原性（1）免疫原性：指抗原刺激机体产生免疫应答，诱生抗体或致敏淋巴细胞的能力。 （2）抗原性：指抗原与其所诱生的抗体或致敏淋巴细胞特异性结合的能力。 2.完全抗原( Ag) 同时具有免疫原性和抗原性的物质。又称免疫原，即通常所称的抗原。3.半抗原即仅具备抗原性（而不具备免疫原性）的物质，又称不完全抗原（只具有与抗体结合能力，而单独不能诱导抗体产生的物质。）4.载体使半抗原变成完全抗原的物质。5.变应原可诱导变态反应的Ag。6.耐受原可诱导机体产生免疫耐受的Ag。 第一节 抗原的异物性与特异性 Ag免疫原性的本质是具有异物性的大分子复杂有机物（一定的理化性状）。Ag特异性(specificity)是免疫应答最重要的特点，也是免疫学诊断和免疫学防治的依据。一、异物性异物即“非己”物质，指化学结构与宿主自身成分相异，或机体的未成熟免疫细胞（胚胎期和出生后）未曾接触过的物质（因此，异物性是对机体的免疫系统而言的“异物”）。 抗原来自亲缘关系越远的物种，其组织结构（及化学组成）与宿主差异越大，异物性越强，免疫原性也就越强（如鸭与鹅、与兔）。 异物性物质：（1）异种物质、 （2）同种异体物质、 （3）自身物质：发生改变的自身物质，在胚胎期未与免疫活性细胞充分接触的自身物质（即与免疫系统隔绝的自身成分，如精子、脑组织、眼晶体蛋白）。二、 特异性Ag特异性是指抗原刺激机体产生免疫应答及其与免疫应答产物发生反应所显示的专一性。 即某一特定抗原只能刺激机体产生特定的免疫应答（如：产生特异性的抗体或致敏淋巴细胞），且仅能与该抗体或致敏淋巴细胞发生特异性结合的特性。（一） 抗原表位（决定簇）的概念 为什么Ag有特异性？ 表位是抗原分子中决定抗原特异性的特殊化学基团，是Ag与TCR/BCR或Ab特异性结合的基本结构单位。又称抗原决定簇。Ag结合价：是指Ag分子上能和Ab分子结合的抗原表位的总数。 半Ag相当于1个抗原表位，为1价的抗原； 天然Ag一般含多种、多个抗原表位，1分子天然抗原可与多个抗体分子结合，为多价Ag。（二）抗原表位的类型（按结构分） 1.顺序表位和构象表位（1）顺序表位 ：一段序列相连续的（连续性线性排列的）短肽。又称线性表位。（2）构象表位 ：序列上不相连续的多肽或多糖，在空间上形成特定的构象。又称非线性表位。 T细胞仅识别由APC加工提呈的线性表位；B细胞可识别线性或构象表位。 2. T细胞表位和B细胞表位 T、B细胞对抗原识别的方式不同，通常识别同一抗原分子上的不同抗原表位，故有T细胞表位及B细胞表位之称。 小鼠实验：胰高血糖素N端117 氨基酸残基为B表位，C端1829氨基酸残基为T表位。 B细胞表位多位于抗原表面，T细胞表位可存在于抗原的任何位置。 T细胞表位与B细胞表位的特性比较 T细胞表位 B细胞表位识别表位受体 TCR BCRMHC分子参与 必需 无需表位性质 主要是线性短肽 天然多肽、多糖、脂多糖、有机化合物等表位大小 812个氨基酸(CD8+T) 517个氨基酸或57个单糖、核苷酸 1217个氨基酸(CD4+T) 表位类型 线性表位 构象表位或线性表位表位位置 抗原分子任意部位 抗原分子表面3.功能性表位和隐蔽性表位（1）功能性表位位于Ag分子表面的可被BCR/Ab识别和结合的表位。（2）隐蔽性表位位于Ag分子内部的不能被BCR/Ab识别、结合的表位。（可因变性和酶切而暴露成为功能性表位） （功能性表位和隐蔽性表位只相对于B细胞而言，T细胞识别的表位只能由APC提呈，其表位可在抗原分子的表面或内部。） （三）抗原表位特异性的影响因素 表位的（化学基团的）性质、数目、位置和空间构象决定着Ag表位的特异性。以上关于抗原特异性、表位的有关结论是经过用各种化学结构非常相似的氨基苯酸作为半抗原，与载体结合为完全抗原后的动物免疫试验得到的。这是人类对特异性免疫的一个重要和基本的认识。 （四）表位（半抗原）载体作用 半抗原与蛋白质等载体偶联后（人工结合抗原）才能诱导机体产生针对半抗原的抗体，称为“半抗原(表位)-载体作用”。 B细胞识别半抗原（半抗原只能是B表位!），是产生抗体的细胞，并可把载体中的T表位提呈给CD4+T细胞。 T细胞识别载体表位，是载体反应细胞，辅助B细胞活化产生抗体。 天然抗原常同时存在 T 细胞和 B 细胞表位，故可同时活化 T 细胞和 B 细胞。为什么会有“半抗原载体作用”呢？ B细胞活化常需要两个条件： BCR交联（多价抗原才能激活B细胞），要有活化Th细胞的辅助。半抗原与载体结合后转变为多价抗原，而载体中又含有激活T细胞的T表位。这就是载体使半抗原转变为完全抗原的原理。（五）共同抗原表位与交叉反应 共同Ag表位不同的Ag之间存在有相同或相似的表位，称为。 共同抗原具有共同抗原表位的抗原称为。 交叉反应Ab或致敏淋巴细胞对具有相同或相似表位的不同Ag的（结合）反应，称为第二节 影响Ag诱导免疫应答的因素（前提：Ag物质对于宿主具有异物性！）一、抗原分子的理化性质1.化学性质：蛋白质、多糖、糖蛋白、脂蛋白、脂多糖等。DNA和组蛋白在一定条件下可为Ag。2.分子量大小 ：分子量一般在10kD以上。一般来说，分子量越大表位越多，结构越复杂（不易迅速降解），免疫原性越强。低于10kD的物质通常免疫原性较弱或无。 3.结构的复杂性 含有芳香族氨基酸的蛋白质免疫原性较强，如胰岛素（分子量仅5.7kD ）。明胶（一种动物蛋白）分子量为100kD，但免疫原性很弱。在明胶分子中接上2%的酪氨酸才具有较强的免疫原性。核酸与蛋白质结合后可刺激机体产生抗体，脂类也是如此。4分子构象 ：某些抗原分子在天然状态下可诱生特异性抗体，但经变性改变构象后，即失去了诱生同样抗体的能力。 这是由于其表位的空间构象发生了改变（失去原有表位）。故抗原分子的空间构象影响抗原的免疫原性。5. 易接近性 ：是指抗原分子的表位被淋巴细胞表面的相应抗原受体所能接近（接触和结合）的程度。这主要是对Ag激发Ab应答而言。 （实际上是指Ag要有功能性表位）6物理状态 ：聚合的蛋白质蛋白质单体，颗粒性Ag可溶性Ag 聚合的抗原或颗粒性抗原更容易被APC捕获，且在同一APC内的浓度更高，所以更易引起BCR交联，更易被APC提呈给T细胞。二、宿主方面的因素 1遗传因素 机体对抗原的免疫应答受遗传（基因）控制。不同遗传背景的同一种动物对特定Ag的应答不同。 不同遗传背景的豚鼠对白喉杆菌的抵抗力各异，且有遗传性。多糖Ag对人和小鼠具有免疫原性，对豚鼠则无。 现已知，MHC（基因）是控制个体免疫应答质和量的关键因素。2年龄、性别与健康状态青壮年幼年和老年，新生动物或婴儿对多糖抗原不应答，雌性动物Ab应答雄性 怀孕、感染、免疫抑制剂等均可干扰或抑制机体对Ag的免疫应答三、抗原进入机体的方式Ag进入机体的数量、途径、次数、接种的间隔时间、免疫佐剂的应用及其类型都影响机体对Ag的应答。 1. Ag剂量过高或过低可诱导免疫耐受。2. 免疫途径诱导免疫应答的一般规律是：皮内注射皮下注射肌肉注射腹腔注射和静脉注射口服。 第三节 抗原的种类 一、根据刺激B细胞产生Ab是否需要Th细胞参与分类1.胸腺依赖性Ag(,TD-Ag) 刺激B细胞产生Ab依赖于T细胞辅助的Ag。 绝大多数蛋白质抗原、细胞Ag、病原体、人工结合Ag属于TD-Ag。是同时具有T表位和B表位的（蛋白质）Ag 。2. 胸腺非依赖Ag (TI-Ag) 是刺激B细胞产生Ab时无需T细胞辅助的抗原，又称T细胞非依赖性抗原。 主要是多糖等表位重复的线性Ag。又分为以下两类：（1）TI-1 Ag:该类抗原对B细胞具有多克隆激活作用。含有B细胞丝裂原和重复B细胞表位，能使成熟和不成熟的B细胞应答。典型代表为细菌脂多糖（LPS）。（2）TI-2 Ag :只含有重复的B表位，仅能使成熟的B细胞应答。如细菌荚膜多糖、聚合的鞭毛素等。 婴儿和新生动物对此类Ag（如肺炎球菌）不应答或低应答（因此时B细胞不够成熟！）。 TD-Ag 与TI-Ag 的特性比较 TD-Ag TI-Ag （表位）组成 B和T细胞表位 重复B细胞表位 T细胞辅助 必需 无需 免疫应答类型 体液和细胞免疫 体液免疫 抗体类型 多种 IgM 免疫记忆 有 无 抗原性质 主要为蛋白质 多为多糖、脂多糖二、根据Ag与机体的亲缘关系分类 1. 异嗜性Ag：为一类与种属无关，存在于人、动物及微生物之间的共同Ag 。又名Forssman抗原。 如溶血性链球菌表面成分与肾小球基底膜及心肌组织、大肠杆菌O14型脂多糖与人结肠粘膜之间。与感染诱发自身免疫病有关。 2. 异种Ag ：指细菌、病毒、其他动物的Ab（动物免疫血清）等来自于另一物种的Ag 。 3. 同种异型Ag ：指在同一种属不同个体之间所存在的Ag 。 人类主要有：血型Ag（如ABO系统和Rh系统） 组织相容性Ag（如人类HLA）4. 自身Ag：能诱导特异性免疫应答的自身成分。包括释放的隔离Ag，改变和修饰的自身组织细胞，自身免疫病时正常的自身成分5. 独特型Ag ( Id ) TCR 、BCR 或 Ig 的V区具有独特的氨基酸顺序和空间构象，可诱导自体产生相应的特异性抗体（或致敏淋巴细胞）而成为自身免疫原，这些独特的氨基酸序列和构象所形成的表位称独特型(,Id)。 可诱导自体产生抗独特型抗体AId，形成免疫调节网络。三、根据抗原是否在APC内合成分类 1.内源性Ag：在APC内新合成的Ag。如病毒感染细胞、肿瘤细胞中合成的病毒蛋白和肿瘤抗原。 此类抗原在细胞内加工成抗原肽，由MHC-类分子提呈给CD8+的T细胞。2.外源性Ag ：并非由APC合成，而是来源于APC外的抗原。即APC从细胞外摄取并加工处理和提呈的Ag。 如APC摄取的细菌、蛋白质抗原等。 该类抗原在APC内加工处理成短肽后，由MHC-类分子提呈给CD4+的T细胞识别。四、其他Ag分类方法 1根据抗原产生的方式分为天然抗原和人工抗原。2根据能否溶解于水区分为可溶性Ag和颗粒性Ag3根据化学性质分为蛋白质抗原、多糖抗原、多肽抗原等。4根据诱导免疫应答的作用可分为移植抗原、肿瘤抗原、变应原、过敏原及耐受原等。5.根据有无免疫原性区分为：完全抗原，半抗原6.根据特异性 还是非特异性激活T/B细胞分为：普通抗原，超抗原第四节 非特异性免疫刺激剂 一、超抗原（SAg） 是只需要极低浓度（110ng/ml）即可激活 220T细胞克隆，产生极强的免疫应答的抗原。 普通抗原只能激活1/100001/1000000的T细胞，因此，SAg是多克隆激活剂1、T细胞SAg （1）外源性SAg 主要是细菌外毒素，如金葡菌肠毒素（AE等）。（2）内源性SAg 主要是宿主细胞表达的（逆转录）病毒蛋白质。如小鼠乳腺肿瘤病毒表达在感染细胞表面的病毒蛋白质。（3）作用于TCR+ T细胞的SAg热休克蛋白（HSP）。2、B细胞SAg 如SPA和HIV的gp120。 超抗原与普通抗原的比较 超抗原 普通抗原化学性质 细菌外毒素、逆转录病毒蛋白 普通蛋白质、多糖等MHC结合部位 非多态区 多态区TCR结合部位 V V,J及V,D,JMHC限制性 - + 应答特点 直接刺激T细胞 APC处理后被T细胞识别反应细胞 CD4+细胞 T、B细胞T细胞反应频率 1/201/5 1/1061/104 二、免疫佐剂 是预先或与Ag同时注入机体，可增强机体对该 Ag 的免疫应答或改变免疫应答类型的非特异性免疫增强性物质。 佐剂有多种类型，有机物、无机物、生物制剂等均有。1. 生物性 卡介苗（BCG）、短小棒状杆菌、 LPS、细胞因子(cytokine)等。2. 无机物 氢氧化铝、明矾等。3. 人工合成 poly I:C、poly A:U 等。4. 矿物油 液体石蜡等。5. 新佐剂 脂质体、免疫刺激复合物、含CpG脱氧寡核苷酸等。如：弗氏完全佐剂（矿物油 + 卡介苗），弗氏不完全佐剂（矿物油）佐剂的作用机制： 改变抗原