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抗原

抗原(antigen, Ag)是指能刺激机体产生特异性免疫应答,并与免疫应答产物抗体和致敏淋巴细胞结合,发生免疫效应的物质。抗原具有免疫原性和和抗原性两个特性。抗原可来自外界及自身,机体免疫细胞识别的抗原通常是蛋白质,也可识别多糖和核酸等。

抗原性质

抗原(antigen, Ag)是指那些能够诱导机体免疫系统产生特异性免疫应答,又能与相应抗体或致敏淋巴细胞在体内外发生特异性效应的物质。因此,抗原具有免疫原性(immunogenicity)和和抗原性(antigenicity)两个重要特性。

免疫原性,即能与B细胞和T细胞抗原受体结合,刺激细胞活化、增殖、分化,产生抗体和致敏淋巴细胞的性能。

抗原性,又称免疫反应性(immunoreactivity)或反应原性,即抗原能够与其所诱生的抗体或致敏淋巴细胞特异性结合的能力。

具备上述两种特性的物质为完全抗原(complete antigen),或免疫原(immunogen),一般而言,具有免疫原性的物质均具有抗原性,即均属完全抗原,如微生物、异种蛋白;仅具备抗原性的物质被称为半抗原(hapten),或不完全性抗原(incomplete antigen),如某些多糖、类脂、药物。半抗原若与大分子蛋白质或多聚赖氨酸等载体交联或结合,可具免疫原性,即成为完全抗原。

2 抗原特异性与抗原决定簇

抗原特异性是指抗原与其受体(TCR和BCR)和免疫应答产物抗体专一结合的性质。一种特定抗原仅能激活特异性识别该抗原的淋巴细胞克隆,后者所产生的抗体或效应T细胞仅可与该抗原发生特异结合。抗原与免疫应答产物共同决定彼此的特异性。被抗原受体TCR和BCR特异性识别的抗原部分称为抗原表位(epitope),又称抗原决定簇(antigenic determinant, AD),是抗原特异性的物质基础。[1][2]

3 决定免疫原性的条件

免疫原性是判断一种物质是否为抗原的关键,主要取决于物质本身的性质及其与机体的应答性。[2]

3.1 异物性

异物性是抗原特异性的重要基础。除自身抗原外,抗原一般均为非己物质。异物性的程度取决于其与机体的亲缘关系:亲缘关系走远,则异物性越强,即免疫原性越强。

3.2 理化性状

一般说来,高分子量化合物的免疫原性较强。抗原分子量通常在10 000 Da以上,低于4 000 Da者一般无免疫原性。大分子物质成为抗原的主要原因:(1)表面抗原决定簇多;(2)组成复杂,结构稳定,不易被破坏和清除,在体内停留的时间长,可持续刺激。由单一的氨基酸组成的聚合物,即使相对分子量较大,仍缺乏免疫原性。化学性质相同的抗原物质可因其物理性状不同而影响免疫原性。例如:颗粒抗原的免疫原性强于可溶性抗原;多聚休的免疫原性强于单体。化学结构越复杂,其免疫原性超强。

3.3 免疫方法

抗原剂量太低或太高都不行,要在合理的范围内。免疫途径不同,刺激免疫系统产生的应答强度不同。一般而言。抗原物质从非经口途径进入机体可显示较强的免疫原性。

3.4 机体应答性

同种但不同品系的动物,其对同一抗原产生应答的强度或性质各异。同一品系也存在个体差异。

抗原特异性的分子基础

4.1 抗原决定簇

蛋白质抗原决定簇的大小一般5-17个氨基酸残基;糖类抗原决定簇约含5-7 个单位的单糖残基;核酸类的每个抗原决定簇约含5-7个核苷酸。表位结构的性质与位置可影响抗原的特异性。

4.2 抗原价

抗原分子表面能够与抗体结合的表位数量称为抗原价,完全抗原一般为多价抗原。只有一个抗原决定簇为单价抗原。

4.3 功能决定簇和隐蔽决定簇

功能决定簇:暴露在抗原分子表面,启动参与应答有决定意义。隐蔽决定簇:在抗原的内部,无法触及免疫应答,只有经过理化处理暴露后才起作用。

4.4 表位结构的性质与位置

抗原表位的化学基团构成及空间构型的改变会影响其特异性。

4.5 顺序决定簇和构象决定簇

抗原分子中的构象表位和线性表位(曹雪涛,何维,2015) 依表位的结构特点可将表位分为两类:(1)线性表位,又称顺序表位,是由序列上相连接的一些氨基酸残基通过共价结构形成。线性表位主要是TCR识别的表位,BCR亦可识别。(2)构象表位,又称非线性表位,是由序列上不相连的氨基酸残基在空间上通过折叠并置构成 ,一般位于抗原分子的表面,被BCR识别。构象表位在抗原被降解后可遭到破坏。

4.6 交叉反应和共有决定簇

免疫系统可识别不同表位间的细微区别,从而显示免疫应答的特异性。但在实践中已发现,某些特定抗原不仅可与其诱导的抗体/致敏淋巴细胞结合或相互作用,还可与其他抗原诱生的抗体/致敏淋巴细胞发生反应被称为交叉反应。交叉反应的存在由于复杂抗原具有多个抗原决定簇,不同抗原之间存在相同或相似的抗原决定簇。不同种属间可存在共有决定簇。

抗原的种类

根据化学性质不同可分为五类:蛋白质、多糖、多肽寡糖、核酸和脂类、小分子化学物质。

根据产生抗体时是否需要Th细胞参与分成两类:胸腺依赖性抗原(thymus dependant antigen, TD-Ag)、胸腺非依赖性抗原(thymus independant antigen, TI-Ag)。

根据抗原与抗体的亲缘关系可分为五类:异嗜性抗原(heterophilic antigen)、异种抗原(xenogenic antigen)、同种异型抗原(allogenic antigen)、自身抗原(autoantigen)、独特型抗原(idiotype antigen)。

根据是否在抗原提呈细胞内合成可分为:内源性抗原(endogenous antigen)和外源性抗原(exogenous antigen)。

根据抗原产生方式的不同分为天然抗原和人工抗原。

根据物理性状不同可分为颗粒性抗原和可溶性抗原。

根据抗原来源及其与疾病相关性,可分为移植抗原、肿瘤抗原、自身抗原。

非特异性免疫刺激剂

抗原可以诱导特异性免疫应答,还存在一些物质能非特异性激活B细胞、T细胞。

6.1 免疫佐剂[1]

免疫佐剂(adjuvant)是指预先或与抗原同时注入体内、可增强机体对抗原的应答或改变应答类型的非特异性免疫增强物质。免疫佐剂的来源有:微生物类、生物因子类、人工合成类、天然物质类及微量因子类。免疫佐剂常用于制备免疫血清和预防接种。

6.2 超抗原

超抗原(superantigen, SAg)由1989年White提出,是一类由细菌外毒素和逆转录病毒蛋白构成的抗原性物质,只需极低浓度即能激活T细胞产生很强的免疫应答。目前所知的超抗原主要是细菌的毒素性产物,如金黄色葡萄球菌肠毒素、A链球菌产生的毒素等。与普通抗原相比,它不需要抗原递呈细胞加工处理可直接与MHC类分子结合形成配体,然后该配体进一步与TCR VB区结合形成三聚体激活多克隆T细胞,具极高的T细胞激活频率。

6.3 丝裂原 丝裂原(mitogen)又称有丝分裂原,可至细胞发生有丝分裂,进而增殖。体外实验中,特定丝裂原可使静止的淋巴细胞体积增大、胞浆增多、DNA合成增加,出现淋巴母细胞化即淋巴细胞转化(lymphocyte transformation)和有丝分裂。

参考资料

  1. 抗原,搜狗, 2018-02-13