抗原和抗体医学PPT

抗 原和抗体,1、掌握抗原概念、特性；熟悉抗原决定簇、抗原结合价、共同抗原；了解半抗原载体效应、抗原的分类，熟悉食品中的抗原2、掌握抗体和免疫球蛋白的概念，免疫球蛋白的结构及其与功能的关系，掌握五类免疫球蛋白的特性和功能特点，熟悉免疫球蛋白的生物学活性。,I 定义和一般特性,1. 抗原(Antigen):,第一节 抗原 Antigen ( Ag ),能够通过与 TCR 或者 BCR 特异结合而激活 T 或者B淋巴细胞、诱导正性或负性免疫应答的物质称为抗原。正性应答导致抗体或/和效应 T细胞的产生，而负性反应则引起抗原特异性的无反应状态 ( antigen-specific non-reactivity) ，即免疫耐受 (tolerance) 。,Antigen (Ag),Antigen binding causes cytotoxic T cells,Memory T cell,Activated cytotoxic T cell,Antigen binding triggers release of antibodies,Memory B cell,Activated B cell,Antibodies,2.抗原的基本性质,（1）免疫原性 ( immunogenicity)（2）反应原性 (immunoreactivity) 或抗原性 (antigenicity),抗原分子一般具备两种特性，即：,(1) 免疫原性（immunogenicity),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) antigenicity (抗原性),能与抗体或效应 T淋巴细胞特异性结合的能力。,3、半抗原与载体,半抗原（Hapten）： 不能诱导免疫应答，但可与特异性免疫反应的产物发生反应的物质。 （只具有与抗体结合的能力，而单独不能诱导抗体产生的物质）。,载体（carrier）： 能够使半抗原成为具有免疫原性（可诱导免疫应答）的物质称为载体。,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 （immune response）,+,载体 carrier,载体(carrier)：赋予半抗原免疫原性的大分子物质。,1、抗原的理化性质（1）化学性质（2）大分子量（3）复杂的化学结构（4）分子构象的易接近性2、宿主因素（1）异物性（2）宿主的遗传特性（3）年龄、性别、健康状态3、免疫方法,影响免疫原性的因素,1、抗原的理化性质 （chemical and physical nature of antigens）,（1）化学性质（ chemical nature ） 糖蛋白、脂蛋白、多糖、脂多糖 活化的淋巴细胞中的DNA，染色体、组蛋白,自身抗DNA、组蛋白抗体,抗核抗体,（2）大分子量,10kD,100kD,100kD ）,直链氨基酸,加苯环氨基酸（2%酪氨酸）,（免疫原性很弱）,（4）分子构象(conformation)的易接近性(accessibility),抗原性 +,酪氨酸 多聚丙氨酸 谷氨酸 多聚赖氨酸,+,2、宿主因素,（1）异物性异物性是免疫原的核心。非己物为异物。抗原与机体之间的亲缘关系越远，组织结构的差异越大，免疫原性越强。,*各种病原体、动物蛋白 *同种异体*自身成分在胚胎期末未与免疫活性细胞接触过的物质 (精子、眼内容物等，又称为隐蔽性抗原),（2）宿主的遗传特性 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。,（3）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,3、免疫方法,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,III 抗原的特异性（Specificity of antigen）,1、抗原的特异性：抗原只和自己相应的抗体和致敏淋巴细胞相结合这一特性，称为抗原的特异性（ Specificity ）,2、抗原决定组簇 （antigenic determinant）：抗原分子中决定抗原特异性的特殊的化学基团，它是TCR/BCR及抗体特异性结合的基本单位，又称表位( epitope )。,表位，抗原决定簇Epitope or Antigenic Determinant:,抗原与特异性免疫反应产物结合的最小单位。,antigen,antigen,antigen,构象决定基（conformational determinant） 序列上不连续的多肽或多糖，有空间构象形成的决定基，见于BCR或抗体识别的决定基，一般位于分子的表面。,顺序决定基（sequential determinant） 一段序列相连续的氨基酸片段，又叫线性决定基（linear determinant），多位于抗原分子的内部，主要是T细胞决定基。,Ep1,Ep2,Ep3,根据结构分为两类：,3、抗原决定基结构：,4、功能性抗原决定基,位于分子表面的表位易被BCR或抗体结合，称为功能性抗原决定基。其中有个别化学基团起关键作用，称为免疫优势基团。,位于分子内部的不能与BCR或抗体结合的表位，称隐蔽性抗原决定基，它可因理化因素而暴露在分子表面成为功能性表位，或因蛋白酶解或修饰（如磷酸化）产生新的表位，它们均可成为自身抗原，诱发自身免疫病。,5、抗原的结合价,抗原的结合价（antigenic valence ）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、多个抗原决定基组成，是多价抗原，可以和多个抗体分子交互结合。,+,多价抗原,6、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,抗体CDR3,表位,B 细 胞 表 位,抗原中被BCR 和抗体分子所识别的部位称为B细胞表位（B cell epitope）。,*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,（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（T cell epitope ）。,TCR,MHC,HIV peptide,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 （T Cell epitope）,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,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 TCR BCR,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） 515个氨基酸、 57个单糖 12 17个氨基酸（CD4+T细胞） 或57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,7、共同抗原与交叉反应,天然抗原表面常带有多种抗原决定基，每一种B细胞决定基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基，称为共同抗原（common antigen）。,抗体对具有相同或相似决定基的不同抗原的反应，称为交叉反应（cross-reaction）。,免疫记忆Immunologica memory,ABcowpox牛痘DE,Anti-Cowpox牛痘 antibody,cowpox牛痘 Bm cell,Anti- Cowpox牛痘antibody against Smallpox天花,Smallpox天花Bm cell,cowpox牛痘Bm cell,1、根据产生抗体时需否Th细胞参与而分类,*胸腺依赖抗原 （thymus dependent antigen, TD-Ag）,*胸腺非依赖抗原 （thymus independent antigen, TI-Ag）,TD和TI抗原均是完全抗原,IV 抗原的种类,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,T-dependent Antigens 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。蛋白质分子为 T-dependent antigens。在结构上，这些抗原的特征为有许多不同的抗原决定基（many different antigenic determinants） ，但拷贝数很少。,（2）、胸腺非依赖抗原（thymus independent antigen, TI-Ag）,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. Polymeric structure ( 多聚体样结构) - These antigens are characterized by the same antigenic determinant repeated many times （相同的抗原决定基重复多次）as illustrated in Figure.,TI 抗原的特征 Properties of T-independent antigens,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,Resistance to degradation (降解) - T-independent antigens are generally more resistant to degradation and thus they persist for longer periods of time and continue to stimulate the immune system.,2、根据抗原与机体的亲缘关系而分类,（1）异种抗原（xenogenic Ag）： 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。,（2）同种异型抗原（allogenic Ag）： 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,A B O AB,抗原,抗体,A B A,B,抗B 抗A 抗A,抗B ,血型,（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（hetorophilic antigen）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,2、超抗原 ( SUPERANTIGENS ),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(1 in 104 -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(up to 25%)，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。,超抗原,TCRV b,抗原肽,MHC-II a,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。,-S-S-,Va,Ca,Vb,Cb,TCR-ab,胞膜,胞浆,糖基,alpha chainbeta chain,MHC-IIcontains two non-covalently associated polypeptide chains,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。,与抗原混合使用能够增强机体对抗原免疫反应强度的物质称为免疫佐剂。,完全弗氏佐剂（complete Freunds adjuvant ）含有矿物油、羊毛脂和灭活结核杆菌（Mycobacterium tuberclosis）,不完全弗氏佐剂（ incomplete Freunds adjuvant ）含有石蜡油和羊毛脂。,1、最有效的免疫佐剂为弗氏佐剂（Freunds adjuvant）,2、矿物盐：硫酸铝钾盐、钠盐和氨盐（mineral salt）。 铝盐是人用佐剂,3、未甲基化5-CG- 3 二核苷酸的六碱基序列（CpG） 具有免疫激活作用,V 免疫佐剂( Adjuvant ),外来抗原进入体内可能产生四种不同的结果：,1 无应答 - 抗原浓度太低或者宿主已经处于耐受状态,2 抗原特异性体液和细胞免疫应答（正性应答） 宿主此后的一段时间里对该抗原处于免疫状态,3 超敏反应 抗原特异性免疫应答伴有较强的炎症反应或损伤,4 诱导免疫耐受（负性应答） 宿主在此后的一段时间里对该抗原处于无反应状态,第二节 抗 体 免疫球蛋白,与抗体有关的诺贝尔奖获得者,Ig基因结构,Tonegawa,1987,单克隆抗体,Koler,Milstein & Jerne,1984,放射免疫测定,Yalow,1977,抗体分子结构,Edelman & Poter,1972,抗体生成、吞噬,Ehrlich & Metchnikoff,1908,血清治疗,von Bering,1901,抗体与免疫球蛋白的发现,Normal sera,抗体Antibody (Ab)B细胞识别Ag后增殖分化为浆细胞所产生的，具有与Ag特异性结合活性的球蛋白，主要存在于血清等体液中。,Ag1,Ab1,Ag1-Ab1,Ag2,Ag2,Ag2-Ab2,sIg（secreted Ig）：存在于体液（血清、血管外液体, 外分泌液） mIg（membrane-bound Ig）：细胞膜表面,抗体的分布,抗体分子的基本结构,IgG分子由两条H链和两条L链共价结合而成。轻链包括VL和CL两个结构域，重链含有1个VH和3个CH 结构域。VH和VL共同组成抗原结合部位。Ig分子中线对称，具有两个相同的抗原结合部位。,1.重链和轻链（Heavy & light chains）1)重链（Heavy chain:H链） 大约500 a.a, 糖基(+) 类别（Class ）:H链：, , , , . (Ig) IgA, IgG, IgM IgD, IgE2)轻链（light chain:L链） 大约214 a.a,糖基(-) 型别（ type）: ,2.可变区与恒定区,1)V区N-末端 1/2L+1/4(1/5)H高变区（hypervarible region，HVR)(complimentarity determining region,CDR):形成Ag结合位点骨架区（Framework region，FR):维持高变区的空间构型。,3.铰链区（Hinge region）,特点：1)极富弹性2)富含脯氨酸功能:1) 有利于 Ab 与Ag的结合2)有利于 Ab 与补体的结合,IgG分子结合抗原前后的构象变化,IgM CH3区，IgG CH2区,4.功能区,连接链和分泌片,(1)化学本质：浆细胞分泌的多肽链,J CHAIN,IgA dimer,(2)存在：IgM（五聚体）, sIgA（双体）.,IgM,1)连接链（joining chain，J链）,Secretorypiece,Joining chain,IgA dimer,2)分泌片（Secretory Piece，SC),(1) 化学本质: 多肽链(70kD),(2)来源：上皮细胞,（3）作用：a.帮助IgA穿越黏膜,b.保护s IgA抵抗蛋白酶的水解作用,Secretory IgA(sIgA),Plasma cells,IgA dimer,pIgR,SC,Epithelial Cell,C区1、固定补体2.结合组织细胞调理作用介导ADCC介导I型超敏反应3.穿越胎盘和黏膜,V区:特异性结合抗原 中和作用（病毒、毒素） 凝集细菌 阻止黏附,抗体分子的生物学活性,FcR,antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用,Target cell,Ab,Effector cell,Target cell,表达Fc受体的组织细胞(NK、M、中性粒细胞）通过识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的的靶细胞。,ADCC,抗 体 的 抗 病 毒 效 应,介导 ADCC,经典途径激活补体,调理吞噬作用,IgG,IgM,IgA,IgE,IgD,五类免疫球蛋白的特点和功能,IgG 分 子 的 四 种 亚 型,IgG1,IgG4,IgG3,IgG2,g1，g2，g3 和 g4 等IgG 链分别参与组成IgG1、IgG2、IgG3和IgG4等分子。IgG3的铰链区最长，IgG2铰链区较短。四种亚类的IgG分子在血清中的浓度不同，所发挥的生物学特性亦不相同。,出生后3个月开始合成，35岁接近成人含量最多 占血清总Ig的 75%产生比较晚，是再次应答的主要抗体半衰期最长(t =23天)分布最广，血管外的主要抗体唯一能通过胎盘的Ig激活补体 IgG13（经典），IgG4（替代）结合细胞 巨噬细胞，单核细胞调理作用 NK细胞，巨噬细胞介导ADCC 结合SPA协同凝集实验,特性：,IgG,IgG,功能：,抗感染的主要抗体 介导 II,III型超敏反应介导自身免疫,调理 介导 ADCC 固定补体中和病毒和毒素,抗菌 抗病毒抗外毒素,IgG 分 子,血液中含量最高，半衰期长，通过胎盘抗感染免疫多种生物学活性 （中和，调理， 活化补体）,介导 ADCC,调理吞噬作用,IgM,J 链,IgM 抗 体 结 构,分 泌 型 IgM,膜 型 IgM,sIgM,Iga Igb,Iga Igb,IgM,抗感染的先锋抗体 介导 II,III型超敏反应 介导自身免疫天然血型抗体,调理作用 (最强 ) 激活补体中和病毒和外毒素 凝集微生物 介导 ADCC,功能：,抗菌作用最强 (5001000IgG) 抗病毒 抗外毒素,IgA dimer,IgA 分 子,分泌型IgA（sIgA）是体液中的主要免疫球蛋白，参与黏膜免疫的主要Ig。,IgA,特点:,血清中含量第二 (血清型 IgA，serum IgA)主要以分泌型存在( 外分泌液中）.(secretory IgA,sIgA) sIgA通过初乳被动转移给新生儿,唾液, 眼泪, 乳汁, 鼻黏膜, 支气管分泌液, 生殖 道分泌物, 前列腺液, 小肠黏膜分泌液.,SC,J chain,IgA dimer,sIgA,功能：,粘膜局部抗感染的主要抗体,阻止病原体粘附于粘 膜细胞中和病毒和外毒素,伤寒沙门氏杆菌, 奈瑟氏淋球菌 脊髓灰质炎病毒，流感病毒,抗菌作用 抗病毒作用 抗外毒素作用,IgE 分 子 的 结 构,IgE 分 子,*与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgE受体结合，与过敏反应有关*参与抗寄生虫免疫反映,IgE,IgE,性质,1)含量最少,2)与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的FcR受体结合,亲细胞性抗体:不与Ag结合，即可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的FcR牢固结合,3)不能激活补体,IgE,作用,参与过敏反应( I型超敏反应),结合肥大细胞 和嗜碱性粒细胞 导致各种生物活性的介质的释放,嗜酸性粒细胞有IgE的FcR，嗜酸性粒细胞通过此受体结合包被在蠕虫上的IgE的Fc段，最终杀死寄生虫,抗寄生虫感染,过 敏 反 应 的 基 本 原 理,IgD 分 子,*在膜表面的表达是B 细胞成熟的主要标志；*膜型IgD 作为BCR的组成部分，发挥信号传导作用,表,7-1,人抗体分子的特性,抗体类别,IgG,IgA,IgM,IgD,IgE,重链类别,g,a,m,d,e,重链亚类,g1, g2, g3, g4,a1, a2,轻链类别,k,和,l,k,和,l,k,和,l,k,和,l,k,和,l,分子式,g,2,l,2,或,g,2,k,2,a,2,l,2,或,(a,2,l,2,),5,SCJ,a,2,k,2,或,(a,2,k,2,),5,SCJ,(m,2,l,2,),5,J,或,(m,2,k,2,),5,J,d,2,l,2,或,d,2,k,2,e,2,l,2,或,e,2,k,2,分子量,（,kDa,）,150,160,或,400,900,180,190,固定补体能力,+,0,+,0,0,血清浓度,(mg/100ml),1000,200,120,3,0.05,血清半衰期,(,天,),23,6,5,3,2,穿过胎盘,0,0,0,0,肥大细胞和嗜碱,性细胞脱颗粒,？,0,0,0,+,裂解细菌能力,+,+,+,?,?,抗病毒能力,+,+,+,?,?,免疫球蛋白既可结合抗原，又可作为抗原，激发机体的免疫应答，因而也是一类抗原物质。由于免疫球蛋白的遗传基础不同，不同的免疫球蛋白的抗原性也有差异。利用血清学方法测定和分析免疫球蛋白抗原性予以分类，称为免疫球蛋白的血清型。,免疫球蛋白的抗原性,类型名称 变异部位 血清型,类 CH IgG，IgA, IgM, IgD, IgE 亚类 CH IgG14, IgA12, IgM 型 CL , 亚型 CL() CH (13) CH (2) A2M1, A2M2 CL () Km1, Km1，Km3 VH/VL 极多，108,同种型同种异型独特型,1、同种型(isotype)：同一种属所有个体免疫球蛋白 分子共同的抗原特异性标志。 C区决定,2、同种异型（allotype)： 同一种属不同个体间免疫球蛋白分子所具有的不同的抗原特异性标志。 链、链、链、链c区决定,3、独特型(idiotype,Id)： 每个免疫球蛋白分子所特有的抗原特异性标志。 超变区特殊的氨基酸序列极其构型决定,抗体多样性的遗传学基础,胚系中众多的V、D、J基因片段， VDJ随机组合多不准确连接，核苷酸插入基因突变,Susumu TonegamaNobel P