第二章-抗原和抗体

第二章抗原和抗体Section2AntigenandAntibody第一节抗原（Antigen）第一节抗原(Antigen,Ag）（一）抗原的概念（二）抗原的特性（三）抗原的分类（四）决定免疫原性的因素（五）抗原的特异性和交叉反应（六）半抗原及其应用（一）抗原的概念抗原的定义：一类能刺激机体免疫系统使之产生特异性免疫应答，并能与相应的应答产物在体内外发生特异性结合的物质。Antigen:Substancesthatprovokeaspecificimmuneresponsewhichinvolvestheproductionofproteinscalledantibodiesandspecializedlymphocytesthatspecificallytargetontheantigensthatcausetheirformation.抗原的产生B细胞抗体AgT细胞效应性T细胞能刺激机体免疫系统使之产生特异性免疫应答能与相应的应答产物在体内外发生特异性结合的物质（一）抗原的概念（二）抗原的特性免疫原性(Immunogenicity)：刺激机体免疫系统产生特异性免疫反应，并形成抗体或致敏淋巴细胞的性质。Immunogenicity:abilitytostimulatethegenerationofantibodiesandactivatedspeciallymphocytes.免疫原性抗原性（antigenenicity)反应原性(Immunoreactivity)：能与抗体或致敏淋巴细胞特异性结合出现免疫反应的性质。Immunoreactivity(Reactinogenicity):abilitytorecognizeandbindtotheproducedantibodiesandactivatedlymphocytes.（二）抗原的特性（1）免疫原性免疫原性是指引起免疫应答的性能，它涉及抗原分子与免疫细胞的相互作用，即它必须经过抗原呈递细胞的加工、处理和呈递作用，以及被T和B细胞的抗原识别受体所识别。抗原的免疫原性与抗原分子的化学性质相关，更与机体的免疫应答特性相关；抗原的免疫原性，首先决定于其自身的化学特性，但同一种抗原，对不同种动物或同种动物不同个体间其免疫原性强弱，可表现很大差异，因此一种抗原的免疫原性是由其化学性质和宿主因素决定的。具有免疫原性的物质称为免疫原（immunogen）。（二）抗原的特性（2）反应原性抗原的反应原性只涉及抗原分子与抗体分子或T细胞抗原受体分子（TCR）间的相互作用，即分子与分子的相互作用。只是抗原分子表面的有限部位能与抗体分子结合，称此部位为抗原决定簇或表位。因此，免疫反应性主要决定于抗原分子的化学性质。如抗原为蛋白质分子，其反应性可决定于其氨基酸序列或其空间构型。（三）抗原的分类抗原物质的种类非常多，根据不同的研究角度，对抗原有着不同的分类方法，主要的分类体系有：根据来源与机体的亲缘关系分类根据自然来源根据引起免疫应答的抗原依赖T细胞的关系分类根据抗原性能分类根据化学组成分类超抗原异种抗原(heteroantigen)：与免疫动物不同种属的抗原。例如：动物血清、微生物－对人而言同种异型抗原(Alloantigen)：与免疫动物同种属，能刺激同种而基因型不同的个体产生免疫应答。例如：人的ABO型血。A型血红细胞B型血红细胞O型血红细胞AB型血红细胞抗原来源与机体的亲缘关系自身抗原(Autoantigen)：能引起自身免疫应答的自身组织成分。例如：脑组织、眼晶状体蛋白及突变组织等异嗜性抗原（Heterophileantigen）：是指不同种属动物、植物及微生物表面上存在的共同抗原（交叉抗原）。由于这类抗原是Forssman（瑞典病理学家）发现的，所以又称Forssman抗原。这种类型的抗原在临床上可能会引起某些疾病。抗原来源与机体的亲缘关系正常组织细胞组织结构发生变化烧伤等损伤豚鼠脏器制成细胞悬液产生抗体绵羊红细胞发生特异性抗原抗体反应豚鼠脏器细胞表面与绵羊红细胞表面具有相同的抗原分子Forssman抗原的发现在某些病原菌的表面具有同人类细胞表面相同的抗原。例如：溶血性链球菌的细胞壁成分同人肾小球基底膜细胞和心肌细胞具有相同的抗原分子。溶血性链球菌机体产生抗溶血性链球菌的抗体溶血性链球菌肾小球基底膜细胞心肌细胞进入人体例子内源性抗原（endogenousantigen）：在自身细胞内合成、并存在于细胞内的抗原。如：胞内菌和病毒感染细胞所合成的细菌抗原、病毒抗原肿瘤细胞合成的肿瘤抗原。外源性抗原（exogenousantigen）：被单核巨噬细胞吞噬、捕获，或与B细胞特异性结合，而后进入细胞内的抗原，均称为外源性抗原。所有来自体外的微生物、疫苗、异种蛋白等；自身细胞合成而释放于细胞外的非自身物质，如肿瘤相关抗原、口蹄疫病毒（FMDV）的VIA抗原等。抗原自然来源抗原自然来源胸腺依赖性抗原（thymus-dependentantigen,TDAg）：多为蛋白质类抗原，它可以刺激机体产生IgG，这类抗原刺激机体产生的体液免疫必需要Th细胞的参与，所以称为胸腺依赖性抗原。它可以诱导细胞免疫和免疫记忆。例如：血细胞、细菌血清成分等。非胸腺依赖性抗原（thymus-independentantigen,TIAg）:此类抗原种类较少，它刺激B细胞产生IgM，这类抗原刺激机体产生体液免疫不需要T细胞的协助，所以称为非胸腺依赖性抗原。它不能引起细胞免疫和免疫记忆。例如：多糖类物质。对胸腺的依赖性抗原类型胸腺依赖性抗原TD非胸腺依赖性抗原TI抗原性质蛋白质类脂多糖等多糖类产生Ig种类IgGIgM引起的免疫反应可引起二次反应只能引起初次反应参与细胞需Th细胞参与不需Th细胞参与抗体免疫类型细胞免疫体液免疫体液免疫TD抗原和TI抗原的比较完全抗原：既具有免疫原性又具有反应原性的抗原。又称为免疫原。免疫原一定是抗原，但抗原不一定是免疫原。不完全抗原：只有反应原性而没有免疫原性的抗原。又称为半抗原。抗原的性能分类天然抗原：天然具有抗原性的生物物质，如血浆、酶、激素。含多种抗原成分，如血浆中的血浆蛋白质具有多种抗原性。人工抗原：用人工方法将没有免疫原性的小分子化合物偶联于蛋白质载体上所制成的复合抗原。蛋白质抗原：蛋白质破坏、改变丧失；蔗糖可抑制其变性多糖抗原：与蛋白质结合后，刺激动物产生抗体；福尔马林处理后对热稳定类脂抗原：类脂多糖、蛋白多糖复合物、特异性多糖抗体、细菌细胞壁多糖蛋白复合物化学组成分类超抗原Superantigen超抗原(superantigenSAg)是1989年由瑞典著名科学家White提出的。他发现某些细菌或病毒的产物可以使很高比例的T细胞激活，他将这类抗原称为超抗原。超级抗原是一类来源非常复杂的蛋白质，其在免疫应答中只需要极微量的（以ng计）这种抗原，就可以利用一种非常独特的机制刺激T细胞、B细胞、NK细胞和LAK细胞等免疫细胞大量增殖，产生大量细胞因子，并引发多种免疫效应，从而迅速杀死侵入人体的病毒和体内变异细胞，维持人体免疫平衡。超抗原的作用特点一般的抗原只能激活外周血中0.0001~0.001%的T细胞，而超抗原可使2~25%的T细胞激活。不需APC处理，不受MHC限制；可激活T细胞，又可致T细胞产生免疫耐受或抑制。因具有强激活T细胞作用，其功效强大，广泛应用于防治各类由免疫系统功能下降所引起的老年性慢性疾病及免疫功能严重缺陷患者，如心脑血管疾病、糖尿病、肝炎、胃肠道疾病、肿瘤等，具有见效时间快、安全无任何毒副作用，从根本上预防和治疗的特点。超抗原和普通抗原的比较ConventionalAntigenSuperantigenPolyclonalTcellresponse1:4-1:10（2％～20％）Monoclonal/OligoclonalTcellresponse1:104-1:106（四）决定免疫原性的因素免疫原性(Immunogenicity)---刺激机体免疫系统产生特异性免疫反应，并形成抗体或致敏淋巴细胞的性质。免疫原（immunogen）---即具有免疫原性又有免疫反应原性的抗原。抗原进入机体后能否引起机体的免疫系统产生特异性反应，是由多种因素决定的。一种抗原能否成功地诱导宿主产生免疫应答取决于三个方面：抗原的性质、宿主的反应性和免疫方式决定的。异物性异物性是指抗原与所刺激的机体的自身物质的差异。抗原通常是非自身的物质，不同物质之间的抗原性差别取决于它们化学上的异质性。一般地，物质来源的亲缘关系越远，其化学结构差别越大，抗原性也越强；反之亲缘关系越近，抗原性越弱。例如：鸭血清蛋白，对鸡是弱抗原；对家兔来讲是强抗原。再如：器官移植---异种移植物，排斥强；同种移植物，排斥较弱；自身移植物，不排斥可长期存活。抗原的性质分子大小必需是有机物，无机物不具备抗原性；需在具有足够大的分子量，一个有效的免疫原分子质量大多在10KD以上。分子量越大，结构就越稳定，越不易被破坏和清除，免疫原性越强；化学结构分子化学结构具有一定的复杂程度，一般地化学结构越复杂，免疫原性越强；因此：支链化合物直链化合物，球形分子线性分子，芳香环的加入可以增强免疫原性；抗原只有被降解后才能被抗原递呈细胞(APC)递呈。抗原性的强弱可通过人工合成的抗原来证实。抗原的性质例子宿主的健康和营养状况与抗原进入机体后能否引起免疫反应及免疫反应的强弱具有相关性。对不同动物或同种动物的不同个体，免疫原性的强弱表现出很大差异。个体差异有很大影响。在正常情况下，机体分泌的各种粘液物质中会含有分泌性的IgA，这些分泌性的免疫球蛋白会对外来的抗原起到一定的清除作用。当冬天温度低的时候，粘液分泌量减少，机体对外来致病因素的防御性降低。宿主的反应性抗原进入的途径、剂量、次数和间隔时间以及免疫佐剂（能够增强机体对抗原的免疫应答的物质）的使用等免疫方式都可影响免疫应答。最为常见的免疫途径有以下几种：口服、喷雾吸入、皮下注射、腹腔注射、静脉注射，以这几种免疫方式来说，静脉注射的方式进入机体的抗原性最强。一般情况下，颗粒性抗原（细菌，红细胞，大的多聚体）不论皮下或静脉注射均可引起良好的抗体应答，而许多可溶性蛋白或糖类则需较严格的免疫程序，包括用量较大，多次注射以及与佐剂同时使用。免疫方式（五）抗原的特异性和交叉反应抗原反应的最大特性之一是其免疫效应具有特异性（specificity），这种特异性在其免疫原性和免疫反应性两个方面都表现得非常突出。例如伤寒杆菌诱导的免疫应答只能针对伤寒杆菌；志贺杆菌不能诱导出对伤寒杆菌的免疫力，与抗伤寒杆菌抗体也不发生反应。这就是传统免疫学进行免疫预防和免疫诊断的基本依据。抗原的特异性与蛋白分子中氨基酸种类、排列顺序、特殊基团和空间构型等因素有关，也与其电荷性质及亲水性有关系。抗原的特异性不是平均地取决于整个分子，而是取决于分子表面的特殊基团或是空间结构。抗原决定簇(Antigenicdeterminant)：抗原分子表面具有特殊立体构型和免疫活性的化学基团。是被免疫细胞识别的靶结构，也是免疫反应具有特异性的物质基础。由于抗原决定簇通常位于细胞表面，因此又称为抗原表位。表位（epitope）：是免疫原的免疫活性区域，是淋巴细胞表面的抗原特异性受体（TCR/BCR）或抗原结合的基本单位。抗原决定簇的概念表位大小:3nm*1.5nm*0.7nm一个多肽表位含5~6个氨基酸残基；一个多糖表位含5~7个单糖；一个核酸半抗原表位含6~8个核苷酸。表位构成方式：顺序表位---某些氨基酸残基按一定顺序连续排列组成的线状序列。它是蛋白质分子的一级结构，连续，比较稳定。构象表位---由分子内不连续的2~3各氨基酸残基折叠排列所形成的三位结构。空间构象，蛋白质的二级或三级结构，不连续，不太稳定。抗原决定簇（表位）表位的数量:可以用饱和情况下能够结合抗