一、抗原

一、抗原

抗原(antigen,Ag)是指所有能诱导机体发生适应性免疫应答的物质。通常作为抗原受体(TCR/BCR)的配体,被T/B淋巴细胞特异性识别与结合,并诱导T/B细胞活化、增殖、分化,产生免疫应答效应产物(特异性淋巴细胞或抗体),并能与效应产物在体内外发生特异性结合。

抗原物质具备两个重要特性:免疫原性(immunogenicity)和免疫反应性(immunoreactivity)。免疫原性指抗原诱导机体产生适应性免疫应答,产生活化的T/B细胞或抗体的能力;免疫反应性是指抗原与相应的免疫应答效应物质(活化的T/B细胞或抗体)在体内外特异性结合的能力。同时具有免疫原性和免疫反应性的物质称为免疫原(immunogen),又称完全抗原(complete antigen);仅具备免疫反应性而不具备免疫原性的物质,称为不完全抗原(incomplete antigen),又称半抗原(hapten)。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交联或结合也可成为完全抗原,此为载体效应。例如:许多小分子化合物及药物(青霉素等)属于半抗原,其与血清蛋白结合可成为完全抗原。

(一)抗原的性质

自然界中物质种类繁多,但是并不是所有物质都可以作为抗原,一种物质作为抗原一般须具备下列性质。

1.异物性 免疫系统具有识别“自己”和“非己”的能力,通常只有“非己”物质才能有效激活适应性免疫应答。异物性是物质成为抗原的重要条件。通常抗原来源与宿主种系关系越远,免疫原性越强;反之,种系关系越近免疫原性越弱。但异物性并不仅指异体成分,在胚胎期未与免疫活性细胞充分接触过的物质或自身成分发生改变与修饰能被其免疫系统识别的物质也可被视为异物。

2.特异性 抗原特异性(antigenic specificity)指抗原与抗原受体专一性结合,诱导产生特异性免疫应答并与免疫应答产物发生专一结合的特性。抗原特异性是免疫应答最突出的特点,决定抗原特异性的物质基础是抗原分子中的抗原表位。

抗原表位(epitope),又称抗原决定基(antigenic determinant,AD)指抗原分子中决定抗原特异性的特殊化学基团。抗原通过抗原表位与相应的淋巴细胞表面的抗原受体结合,从而激活淋巴细胞,引起免疫应答。抗原也借表位与相应抗体或致敏淋巴细胞发生特异性结合而发挥免疫效应。表位通常由5~15个氨基酸残基组成,也可由多糖残基或核苷酸组成。

图示

图7-1 抗原分子线性构象位示意图

1、2线性表位;3构象表位

根据抗原表位结构不同,分为连续性抗原表位和不连续性抗原表位。连续性表位又称线性表位,是由肽链上顺序连续的氨基酸组成。不连续性抗原表位又称构象表位,是由那些空间邻近但顺序上不连续的氨基酸组成(图7-1)。免疫应答过程中,根据抗原表位是否被TCR、BCR 识别,分为T细胞表位和B细胞表位,能被TCR识别的称为T细胞表位,能被BCR识别的称为B细胞表位。

3.一定的理化性状 抗原的分子量、化学属性、分子组成、分子构象、易接近性和物理性状等理化性质可影响抗原的抗原性。抗原的化学属性通常为蛋白质、多糖和脂类,一般情况下分子量大于10 kD,分子组成结构较复杂的含有环状结构的蛋白质具有较强的抗原性。核酸多无免疫原性,而与蛋白质结合则具有免疫原性。聚合状态的蛋白质强于单体;颗粒性抗原强于可溶性抗原。

分子构象指抗原表位的三维结构,其决定该抗原分子能否与相应淋巴细胞表面抗原受体相互吻合,从而启动免疫应答。因此,抗原分子构象的细微变化,可能导致其免疫原性发生改变。易接近性指抗原表位与BCR相互接触的难易程度。抗原氨基酸残基的位置和距离能够影响抗原与BCR的空间结合,进而影响抗原的免疫原性。

(二)抗原的分类

抗原种类很多,依据抗原不同的特性与分类原则,将抗原分为不同种类。

1.根据抗原与抗原提呈细胞的关系分类(https://www.daowen.com)

(1)外源性抗原(exogenous antigen) 指来自机体细胞外的抗原。可被APC以吞噬、吞饮及受体介导的胞吞方式摄入至细胞浆中,与MHC-Ⅱ类分子结合,形成稳定的抗原肽-MHCⅡ类分子复合物,提呈给CD4+T细胞。

(2)内源性抗原(endogenous antigen) 指细胞内合成的抗原,如病毒感染的细胞所合成的病毒蛋白、肿瘤细胞合成的肿瘤抗原以及胞内某些自身成分等。可与MHC-Ⅰ类分子结合形成复合物,供CD8+T细胞的TCR识别。

2.根据抗原与机体的亲缘关系分类

(1)异种抗原(xenogenic antigen) 与宿主不是同一种属的抗原物质,如各种病原微生物及其外毒素、类毒素、异种动物血清抗毒素等,对人而言,种属关系远,为异种抗原。通常情况下,异种抗原的免疫原性比较强,容易引起较强的免疫应答。

(2)同种异型抗原(allogenic antigen) 同种间不同个体存在的各种组织成分的抗原性差异,称同种异型抗原。人类重要的同种异型抗原有ABO血型抗原、Rh血型抗原和主要组织相容性抗原等。

(3)自身抗原(autoantigen) 能诱导宿主发生免疫应答的自身成分称为自身抗原。正常情况下,机体免疫系统不会对自身正常组织、细胞或分子产生免疫应答,但当机体受到外伤、微生物感染、药物等刺激时,自身结构改变,或者免疫系统异常而使免疫系统将自身物质当做抗原性异物来识别,诱发自身免疫应答。主要有3种类型:①自身隐蔽抗原。如眼葡萄膜色素蛋白、甲状腺球蛋白、精子等,在正常情况下它们与血液和免疫系统相对隔绝,但当其在外界作用情况下进入血液而暴露时,可能会被免疫细胞识别为异物;②自身修饰抗原。自身组织的分子结构在感染、药物、外伤或辐射等影响下而发生改变,形成或暴露出新的抗原表位;③自身正常物质。当体内淋巴细胞异常,不能识别自己与非己,则对自身正常物质出现免疫应答,也会引起自身免疫病。

(4)异嗜性抗原(heterophilic antigen) 存在于不同种属之间的共同抗原。最初是由Forman发现,故又名Forssman抗原。例如,溶血性链球菌的细胞膜与肾小球基底膜及心肌组织有共同抗原存在,故抗链球菌抗体可与心、肾组织发生交叉反应,引起肾小球肾炎或心肌炎;大肠杆菌脂多糖与人结肠黏膜有共同抗原存在,在感染后有可能导致溃疡性结肠炎的发生。

3.根据抗原激活机体免疫应答对T细胞的依赖性分类

(1)胸腺依赖性抗原(thymus dependent antigen,TD-Ag) 绝大多数蛋白质抗原如血清球蛋白、病原微生物等,需要依赖T 细胞的辅助才能刺激B细胞分化为浆细胞产生抗体,称为胸腺依赖性抗原,又称T细胞依赖性抗原。

(2)非胸腺依赖性抗原(thymus independent antigen,TI-Ag) 某些抗原激活B细胞产生抗体不需要T细胞的辅助,称为非胸腺依赖性抗原,又称非T细胞依赖性抗原。如细菌脂多糖、肺炎球菌荚膜多糖、聚合鞭毛素等。

4.其他分类 根据抗原理化性质分类,可将抗原分为颗粒性抗原和可溶性抗原;根据抗原分子的化学性质,可将抗原分为蛋白质抗原、多糖抗原和核酸抗原等;根据制备方法不同,可将抗原分为天然抗原、人工抗原和合成抗原;根据抗原引起免疫应答的类型可分为变应原(诱导变态反应)与耐受原(诱导机体产生免疫耐受)。

(三)非特异性免疫刺激剂

非特异性免疫刺激剂是指能激活多数或全部T淋巴细胞或B淋巴细胞克隆,不受TCR或BCR特异性限制的非特异性刺激物质,包括超抗原、佐剂和丝裂原等。

1.超抗原 仅需极低浓度(1~10纳克/毫升)即可使宿主总T细胞库中2%~20%的T细胞克隆活化,产生极强免疫应答的抗原物质,称为超抗原(superantigen,SAg)。其实质是通过与MHC-Ⅱ类分子和TCR-Vβ结合,刺激表达有特殊TCR-Vβ的T细胞亚群活化的一类多克隆激活剂。

2.佐剂 佐剂(adjuvant),即非特异性免疫增强剂,指那些同抗原一起或预先注入机体内能增强机体对抗原的免疫应答能力或改变免疫应答类型的物质。佐剂已被广泛应用于大多数灭活疫苗的制备中,有利于增强抗原的免疫原性,促进诱导免疫应答发生。

3.丝裂原 丝裂原(mitogen)是一类能够在体外刺激静止的淋巴细胞转化为淋巴母细胞并进行有丝分裂的物质,属于非特异性的淋巴细胞多克隆激活剂,能够与T细胞、B细胞表面表达多种丝裂原受体相互作用,激活某一类淋巴细胞的全部克隆。如:丝裂原为刀豆蛋白A(Con A)、植物血凝素(PHA)、美洲商陆(PWM)是人T细胞的丝裂原;葡萄球菌蛋白A(SPA)是人B细胞的丝裂原等。