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根据抗原与机体的亲缘关系分类

时间:2021-05-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:一般来说,抗原与机体之间的亲缘关系越远,组织结构差异越大,异物性越强,其免疫原性就越强。抗原的特异性是指抗原刺激机体产生免疫应答及其与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异性的抗体或致敏淋巴细胞,且仅能与该抗体或淋巴细胞发生特异性结合。有多种因素影响机体对抗原免疫应答的类型及强度,但主要取决于抗原物质本身的性质及其与机体的相互作用。

第二章 抗 原

学习目标

1.掌握抗原的概念、抗原的两种特性、抗原的特异性与交叉反应。

2.熟悉影响抗原免疫原性的因素以及抗原的分类。

3.了解超抗原、佐剂的基本概念。

第一节 有关抗原的基本概念

一、抗原与抗原的特性

抗原(antigen,Ag)是指能与T细胞、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。抗原一般具备两个重要特性:一是免疫原性(immunogenicity),即抗原刺激机体产生免疫应答,诱导产生抗体或致敏淋巴细胞的能力;二是抗原性(antigenicity),即抗原与其所诱导产生的抗体或致敏淋巴细胞特异性结合的能力。同时具有免疫原性和抗原性的物质称免疫原(immunogen),又称完全抗原(complete antigen),即通常所称的抗原;仅具备抗原性的物质,称为不完全抗原(incomplete antigen),又称半抗原(hapten)。

一般而言,具有免疫原性的物质均同时具备抗原性,即均属完全抗原。半抗原若与大分子蛋白质或非抗原性的多聚赖氨酸等载体(carrier)交联或结合也可成为完全抗原。例如:许多小分子化合物及药物属单抗原,其与血清蛋白结合可成为完全抗原,并介导超敏反应(如青霉素过敏)。能诱导变态反应的抗原又称为变应原(allergen);可诱导机体产生免疫耐受的抗原又称为耐受原(tolerogen)。

二、抗原决定基及其种类

抗原与TCR或BCR或抗体作用的化学基团仅仅是抗原分子的一小部分结构,对于蛋白质抗原来说,仅仅由5~6个氨基酸残基组成。抗原分子中能与抗体或淋巴细胞抗原识别受体特异性作用的特殊化学基团称为抗原决定基或抗原决定簇(antigenic determinant),又称为表位(epitope)。其中与TCR作用的最小结构单位称为T细胞决定基(T cell determinant)或T细胞表位(T cell epitope),简称T表位;与BCR或抗体分子作用的最小结构单位称为B细胞决定基(B cell determinant)或B细胞表位(B cell epitope),简称B表位。

B表位位于抗原分子表面,直接与BCR或抗体作用。二者作用的分子基础是二者接触点在空间结构上互补吻合。B表位又可分为功能表位和隐蔽表位。位于抗原分子表面,易被BCR或抗体识别结合的表位称功能表位,其中个别在免疫应答中起关键作用,称优势表位。而位于分子内部不能直接与BCR或抗体作用的表位称为隐蔽表位。若受理化因素作用,抗原结构发生改变,抗原内部的隐蔽表位可能会暴露而成为新的功能性表位。

T表位和B表位在空间结构上存在差别。T表位均由空间上连续的结构单位构成,即顺序表位,又称线性表位,可位于抗原分子的任意部位;而功能性B表位只能位于抗原分子的表面,在空间结构上,除线性表位外,B表位还包括空间上不连续的结构单位即构象表位,又称非线性表位。

第二节 抗原的异物性与特异性

抗原免疫原性的本质是异物性。抗原特异性是免疫应答中最重要的特点,也是免疫学诊断和免疫学防治的理论依据。

一、异物性

异物性是抗原的重要性质。异物即非己的物质。一般来说,抗原与机体之间的亲缘关系越远,组织结构差异越大,异物性越强,其免疫原性就越强。如鸡卵蛋白对鸭是弱抗原,但对哺乳动物则是强抗原;非人灵长类(猴或猩猩)组织成分对人是弱抗原,而对啮齿动物则多为强抗原。异物性不仅存在于不同种属之间,如各种病原体、动物蛋白制剂等对人是异物,为强抗原;也存在于同种异体之间,如同种异体移植物是异物,也有免疫原性;自身成分如发生改变,也可被机体视为异物;即使自身成分未发生改变,但在胚胎期未与免疫活性细胞充分接触,也具有免疫原性,如精子、脑组织、眼晶状体蛋白等在正常情况下被相应的屏障所隔离,并不与机体的免疫系统接触。如因外伤逸出,免疫活性细胞可视其为异物。

二、特异性

抗原的特异性是指抗原刺激机体产生免疫应答及其与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异性的抗体或致敏淋巴细胞,且仅能与该抗体或淋巴细胞发生特异性结合。决定抗原特异性的结构基础是存在于抗原分子中的抗原表位。

抗原分子上能与抗体分子结合的抗原表位的总数称为抗原结合价(antigenic valence)。一个半抗原相当于一个抗原表位,仅能与抗体分子的一个结合部位结合。天然抗原一般是大分子,含多种、多个抗原表位,是多价抗原,可以和多个抗体分子结合。

某些抗原不仅可与其诱生的抗体或致敏淋巴细胞反应,还可与其他抗原诱生的抗体或致敏淋巴细胞反应,其原因是在这些抗原分子中常带有多种抗原表位,不同抗原之间含有的相同或相似的抗原表位,称为共同抗原表位(common epitope),抗体或致敏淋巴细胞对具有相同和相似表位的不同抗原的反应,称为交叉反应(cross-reaction)。共同抗原的存在和交叉反应的发生并非否定抗原的特异性,而是由于抗原的异质性和共同表位所致。

第三节 影响抗原诱导免疫应答的因素

有多种因素影响机体对抗原免疫应答的类型及强度,但主要取决于抗原物质本身的性质及其与机体的相互作用。影响抗原诱导免疫应答的因素可概述为以下三个方面。

一、抗原分子的理化性质

1.化学性质 天然抗原多为大分子有机物。一般来说蛋白质是良好的抗原。糖蛋白、脂蛋白和多糖类、脂多糖都有免疫原性。脂类和哺乳动物的细胞核成分如DNA、组蛋白等通常情况下一般难以诱导免疫应答。但细胞在某些状态下如肿瘤或过活化时,其染色质、DNA和组蛋白都具有免疫原性,能诱导相应的自身抗体生成。

2.分子量大小 抗原的分子量一般在10千道尔顿(kD)以上。一般来说,抗原的分子量越大,含有抗原表位越多,结构越复杂,免疫原性越强。大于100 kD的为强抗原,小于10 kD的通常免疫原性较弱,甚至无免疫原性。

3.结构的复杂性 分子量大小并非决定免疫原性的绝对因素。明胶分子量为100 kD,但免疫原性却很弱,原因在于明胶是由直链氨基酸组成,缺乏含苯环的氨基酸,稳定性差。如在明胶分子中接上2%的酪氨酸后,其免疫原性大大增强。胰岛素分子量仅5.7 kD,但其序列中含芳香族氨基酸,其免疫原性较强。

4.分子构象(conformation)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,却失去了诱生同样抗体的能力。这是由于其构象表位改变的缘故。因此,抗原分子的空间构象很大程度上影响抗原的免疫原性。

5.易接近性(accessibility)是指抗原表位被淋巴细胞抗原受体所能接近的程度。

6.物理状态 一般聚合状态的蛋白质较其单体有更强的免疫原性;颗粒性抗原的免疫原性强于可溶性抗原。因此,如将免疫原性弱的物质吸附在某些大颗粒表面,可增强其免疫原性。

二、宿主因素

1.遗传因素 由于遗传基因不同,不同个体对同一种抗原所表现出的反应也不同。同种不同品系的动物对同一种抗原的反应,有些产生强烈的免疫应答,而有些则为弱应答或无应答。人群对某种抗原应答能力也呈现出明显的个体差异。现已证实控制机体对抗原应答的基因主要是MHC(详见第五章)。

2.年龄、性别和健康状况 正常情况下,青壮年个体比幼年和老年的应答能力强。雌性动物较雄性动物抗体生成高,但妊娠期应答能力受到显著抑制。感染或免疫抑制剂都能干扰抑制对抗原的应答。

三、抗原进入机体的方式

抗原进入机体的数量、途径、次数、两次免疫的间隔时间以及免疫佐剂的应用和佐剂类型等都明显影响机体对抗原的应答。一般而言,抗原剂量要适中,剂量太低和太高则可诱导免疫耐受。免疫途径以皮内免疫最佳,皮下免疫次之,腹腔注射和静脉注射免疫效果相对较差,口服易诱导耐受。注射间隔时间要适当,次数不要太频。要选择好免疫佐剂,弗氏佐剂主要诱导IgG类抗体产生,明矾佐剂易诱导IgE类抗体产生。

第四节 抗原的分类

抗原的种类繁多,可以从不同的角度对抗原进行分类。

一、根据诱生抗体时需否Th细胞参与分类

1.胸腺依赖性抗原(thymus dependent antigen,TD-Ag)此类抗原刺激B细胞产生抗体时依赖于T细胞辅助,故又称T细胞依赖性抗原。绝大多数蛋白质抗原如病原微生物、血细胞、血清蛋白等均属TD-Ag。先天性胸腺缺陷和后天性T细胞功能缺陷的个体,TD-Ag诱导机体产生抗体的能力明显低下。

2.胸腺非依赖性抗原(thymus independentantigen,TI-Ag)与TD-Ag不同,该类抗原刺激机体产生抗体时无需T细胞的辅助,又称T细胞非依赖性抗原。TI-Ag可分为TI -1 Ag和TI-2 Ag。TI-1 Ag具有B细胞多克隆激活作用,如细菌脂多糖(LPS)等,成熟或未成熟B细胞均可对其产生应答;TI-2 Ag如肺炎球菌荚膜多糖、聚合鞭毛素等,其表面含多个重复B表位,仅能刺激成熟B细胞。婴儿和新生动物B细胞发育不成熟,故对TI-2 Ag不应答或低应答,但对TI-1 Ag仍能应答。TD-Ag与TI-Ag的区别详见表2-1。

表2-1 TD-Ag与TI-Ag的特性比较

二、根据抗原与机体的亲缘关系分类

1.异嗜性抗原(heterophilic antigen)为一类与种属无关,存在于人、动物及微生物之间的共同抗原。异嗜性抗原最初由Forssman发现,故又名Forssman抗原。例如,溶血性链球菌的表面成分与人肾小球基底膜心肌组织具有共同抗原存在,故在链球菌感染后,其刺激机体产生的抗体可与具有共同抗原的心、肾组织发生交叉反应,导致肾小球肾炎或心肌炎;大肠杆菌O14型脂多糖与人结肠黏膜有共同抗原存在,有可能导致溃疡性结肠炎的发生。

2.异种抗原(xenogeneic antigen) 指来自于另一物种的抗原性物质,如病原微生物及其产物、植物蛋白、用于治疗目的的动物抗血清及异种器官移植物等,对人而言均为异种抗原。微生物的结构虽然简单,但其化学组成却相当复杂,都有较强的免疫原性。临床上治疗用的动物免疫血清,如马血清抗毒素有其两重性:一是特异性抗体,有中和毒素的作用;二是异种抗原,可刺激机体产生抗马血清抗体,反复使用可导致超敏反应的发生。

3.同种异型抗原(allogeneic antigen)指同一种属不同个体间所存在的抗原,亦称同种抗原或同种异体抗原。常见的人类同种异型抗原有血型(红细胞)抗原和组织相容性抗原(人主要为HLA)。血型抗原有40余种抗原系统,常见的有ABO系统和Rh系统,HLA是人体最为复杂的同种异型抗原。

4.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。但是在感染、外伤、服用某些药物等影响下,使隔离抗原释放,或改变和修饰了的自身组织细胞,可诱发机体免疫系统对其发生免疫应答,这些可诱导特异性免疫应答的自身成分称为自身抗原。

5.独特型抗原(idiotypic antigen) TCR、BCR或Ig的V区所具有的独特的氨基酸顺序和空间构型,可诱导自体产生相应的特异性抗体,这些独特的氨基酸序列所组成的抗原表位称为独特型(idiotype,Id),Id所诱生的抗体(即抗抗体,或称Ab2)称抗独特型抗体(AId)。因此能以Ab1→Ab2→Ab3→Ab4……的形式进行下去,从而形成复杂的免疫网络,可调节免疫应答。

三、根据抗原是否在抗原提呈细胞内合成分类

1.内源性抗原(endogenous antigen)指在抗原提呈细胞内新合成的抗原,如病毒感染细胞合成的病毒蛋白、肿瘤细胞内合成的肿瘤抗原等。此类抗原在细胞内加工处理为抗原短肽,与MHC-I类分子结合成复合物,可被CD8+ T细胞的TCR识别。

2.外源性抗原(exogenous antigen)指并非由抗原提呈细胞(APC)合成,而是来源于APC外的抗原。抗原提呈细胞可通过胞噬、胞饮和受体介导的内吞等作用摄取外源性抗原(如吞噬的细胞或细菌等),经加工为抗原短肽后,与MHC-Ⅱ类分子结合为复合物,可被CD4+ T细胞的TCR所识别。

四、其他分类

除了上述常见的抗原分类外,还可根据抗原的产生方式的不同,将其分为天然抗原和人工抗原;根据其物理性状的不同,分为颗粒性抗原和可溶性抗原;根据抗原的化学性质的不同,可分为蛋白质抗原、多糖抗原及多肽抗原等;根据抗原诱导不同的免疫应答,可分为移植抗原、肿瘤抗原、变应原、过敏原及耐受原等。

第五节 超抗原和佐剂

一、超抗原

超抗原(superantigen,SAg)是指能在极低浓度下即可非特异地刺激多数T细胞克隆活化增殖,产生极强免疫应答的物质。超抗原可分为外源性超抗原(如金黄色葡萄球菌肠毒素、链球菌致热外毒素、M蛋白等),以及内源性超抗原,如小鼠乳腺瘤病毒(MMTV)和人类免疫缺陷病毒(HIV-gp120)。超抗原的生物学意义是:①参与某些病理过程,如细菌性食物中毒、某些类型的休克、AIDS;②诱导自身免疫应答,引起某些自身免疫病;③诱导免疫抑制,即T细胞因过度激活而消耗,导致T细胞功能或数量失调;④诱导抗瘤效应,即大量T细胞的活化并分泌大量细胞因子,从而增强对瘤细胞的杀伤活性。

二、佐剂

佐剂(adjuvant):凡是与抗原一起注射或预先注射机体时,能够增强机体对抗原的免疫应答或改变免疫应答类型的物质称为佐剂。佐剂的种类很多,如生物佐剂(BCG、CP、LPS、CK、……)、化学佐剂(氢氧化铝、明矾、……)、人工合成的多聚物(poly I∶C,poly A∶U)以及弗氏完全佐剂和弗氏不完全佐剂。佐剂主要的生物学作用是:①使无效或微弱的免疫原为有效的免疫原;②提高抗体产生的滴度;③改变抗体产生的类型;④产生或增强迟发型超敏反应。佐剂的作用机制还不是十分清楚,可能是:改变抗原的物理性状;延长抗原在体内存留的时间;增加APC对抗原处理和呈递的能力;刺激淋巴细胞的增殖分化。

(靳 静 韩化敏 尚亚琳)

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