抗原、抗体基础

第一节有关免疫的基本概念免疫学（Immunology）是研究抗原性物质、机体的免疫系统和免疫应答的规律和调节以及免疫应答的各种产物和各种免疫现象的一门科学。

免疫发源于抵抗微生物感染的研究，但现代免疫的概念已不再局限于该范围，而是指动物（人）机体对自身（self )和非自身（nonself )的识别，并清除非自身的大分子物质，从而保持机体内、外环境平衡的一种生理学反应。

执行这种功能的是机体的免疫系统。

一、免疫的基本特性（一）识别自身与非自身（recognition of self and nonself）免疫功能正常的动物机体能识别自身与非自身的大分子物质，这是机体产生免疫应答的基础。

动物机体识别的物质基础是存在于免疫细胞（T淋巴细胞、B淋巴细胞）膜表面的抗原受体，它们能与一切大分子抗原物质的表位(epitope）结合。

免疫系统的识别功能是相当精细的，不仅能识别存在于异种动物之间的一切抗原物质，而且对同种动物不同个体之间的组织和细胞的微细差别也能加以识别。

（二）特异性（specificity）动物机体的免疫应答和由此产生的免疫力具有高度的特异性，即具有很强的针对性，如接种新城疫疫苗可使鸡产生对新城疫病毒的抵抗力，而对其他病毒如鸡马立克病病毒无抵抗力。

（三）免疫记忆（immunological memory）免疫具有记忆功能。

动物机体在初次接触抗原物质的同时，除刺激机体形成产生抗体的细胞（浆细胞）和致敏淋巴细胞外，也形成了免疫记忆细胞，对再次接触的相同抗原物质可产生更快的免疫应答。

动物患某种传染病康复后或用疫苗接种后，可产生长期的免疫力，归功于免疫记忆。

二、免疫的基本功能（一）抵抗感染(defense)是指动物机体抵御病原微生物的感染和侵袭的能力，又称免疫防御。

动物的免疫功能正常时，能充分发挥对进入动物体内的各种病原微生物的抵抗力，通过机体的非特异性和特异性免疫，将病原微生物消灭。

若免疫功能异常亢进时，可引起变态反应；而免疫功能低下或免疫缺陷，可引起机体微生物的机会感染。

（二）自身稳定（homeostasis）又称免疫稳定（immunological homeostasis)。

在动物的新陈代谢过程中，每天可产生大量的衰老死亡的细胞，免疫的第二个重要功能就是将这些细胞清除出体内，以维持机体的生理平衡。

若此功能失调则可导致自身免疫性疾病。

（三）免疫监视（immunological surveillance）机体内的细胞常因物理、化学和病毒等致癌因素的作用变为肿瘤细胞。

动物机体免疫功能正常时，即可对这些细胞加以识别，然后清除，这种功能即为免疫监视。

若此功能低下或失调，则可导致肿瘤的发生。

第三节抗原一、抗原的概念（一）抗原与抗原性凡是能刺激机体产生抗体和致敏淋巴细胞并能与之结合引起特异性反应的物质称为抗原（antigen)。

抗原具有抗原性，抗原性（antigencity）包括免疫原性与反应原性两个方面的含义。

免疫原性（immunogenicity）是指能刺激机体产生抗体和致敏淋巴细胞的特性。

反应原性(reactinogenicity）是指抗原与相应的抗体或致敏淋巴细胞发生反应的特性，又称为免疫反应性（immunoreactivity）。

（二）完全抗原与半抗原抗原又分为完全抗原与不完全抗原。

既具有免疫原性又有反应原性的物质称为完全抗原（complete antigen)，也可称为免疫原（immunogen)。

只具有反应原性而缺乏免疫原性的物质称为不完全抗原（incomplete antigen)，亦称为半抗原（hapten)。

半抗原又分为简单半抗原和复合半抗原，前者的相对分子质量较小，只有一个抗原决定簇，不能与相应的抗体发生可见反应，但能与相应的抗体结合，如抗生素、酒石酸、苯甲酸等；后者的相对分子质量较大，有多个抗原决定簇，能与相应的抗体发生肉眼可见的反应，如细菌的荚膜多糖、类脂、脂多糖等都为复合半抗原。

二、构成免疫原的条件抗原物质要有良好的免疫原性，需具备以下条件。

（一）异源性又称异质性。

在正常情况下，动物机体能识别自身物质与非自身物质，只有非自身物质进入机体内才能具有免疫原性。

因此，异种动物之间的组织、细胞及蛋白质均是良好的抗原。

通常动物之间的亲缘关系相距越远，生物种系差异越大，免疫原性越好，此类抗原称为异种抗原。

同种动物不同个体的某些成分也具有一定的抗原性，如血型抗原、组织移植抗原，此类抗原称为同种异体抗原。

动物自身组织细胞通常情况下不具有免疫原性，但在下列情况下可显示抗原性成为自身抗原：(1)组织蛋白的结构发生改变，如机体组织遭受烧伤、感染及电离辐射等作用，使原有的结构发生改变而具有抗原性。

(2)机体的免疫识别功能紊乱，将自身组织视为异物，可导致自身免疫病。

(3)某些组织成分，如眼球晶状体蛋白、精子蛋白、甲状腺球蛋白等因外伤或感染而进入血液循环系统，机体视之为异物引起免疫反应。

（二）分子大小抗原物质的免疫原性与其分子大小有直接关系。

免疫原性良好的物质相对分子质量一般都在10000以上，在一定条件下，相对分子质量越大，免疫原性越强。

相对分子质量小于5000的物质其免疫原性较弱。

相对分子质量在1000以下的物质为半抗原，没有免疫原性，但与大分子蛋白质载体结合后可获得免疫原性。

因此，蛋白质分子大多是良好的抗原，例如，细菌、病毒、外毒素、异种动物的血清都是抗原性很强的物质。

（三）化学组成、分子结构与立体构象的复杂性抗原物质除了要求具有一定的相对分子质量外，相同大小的分子如果化学组成、分子结构和空间构象不同，其免疫原性也有一定的差异。

一般而言，分子结构和空间构象愈复杂的物质免疫原性愈强，譬如含芳香族氨基酸的蛋白质比含非芳香族氨基酸的蛋白质免疫原性强，将苯丙氨酸、酪氨酸等芳香族氨基酸连接到相对分子质量大（10万以上）而免疫原性较弱的明胶（由直链氨基酸组成）肽链上，可使其免疫原性大大增强。

如果用物理化学的方法改变抗原的空间构象，其原有的免疫原性也随之改变或消失。

同一分子不同的光学异构体之间免疫原性也有差异。

（四）物理状态不同物理状态的抗原物质其免疫原性也有差异。

颗粒性抗原的免疫原性通常比可溶性抗原强。

可溶性抗原分子聚合后或吸附在颗粒表面可增强其免疫原性。

例如将甲状腺球蛋白与聚丙烯酰胺凝胶颗粒结合后免疫家兔，可使其产生的IgM效价提高20倍。

免疫原性弱的蛋白质如果吸附在氢氧化铝胶、脂质体等大分子颗粒上，可增强其抗原性。

此外，蛋白质抗原被消化酶分解为小分子物质后，一般便失去抗原性。

所以抗原物质通常要通过非消化道途径以完整分子状态进入体内，才能保持抗原性。

三、抗原决定簇抗原的分子结构十分复杂，但抗原分子的活性和特异性并不是决定于整个抗原分子，决定其免疫活性的只是其中的一小部分抗原区域。

抗原分子表面具有特殊立体构型和免疫活性的化学基团称为抗原决定簇(antigenic determinant)或抗原决定基，由于抗原决定簇通常位于抗原分子表面，因而又称为抗原表位。

抗原决定簇决定抗原的特异性，即决定抗原与抗体发生特异性结合的能力。

（一）构象决定簇和顺序决定簇抗原分子中由分子基团间特定的空间构象形成的决定簇称为构象决定簇（conformational determinant)，又称不连续决定簇(discontinuous determinant)，一般是由位于伸展肽链上相距很远的几个残基，或位于不同肽链上的几个残基，由于抗原分子内肽链盘绕折叠而在空间上彼此靠近而构成。

因此，其特异性依赖于抗原大分子整体和局部的空间构象。

抗原决定簇空间构象的改变，其抗原特异性也随之改变。

抗原分子中直接由分子基团的一级结构序列（如氨基酸序列）决定的决定簇称为顺序决定簇（sequential determinant），又称为连续决定簇(continuous determinant)。

（二）决定簇的大小与数量抗原决定簇的大小是相当恒定的，但也有差异，通常具有50～70nm2的表面积，其大小主要受免疫活性细胞膜受体和抗体分子的抗原结合点所制约。

决定簇的环形结构容积一般不大于3nm3。

蛋白质分子抗原的每个决定簇由5～7个氨基酸残基组成，多糖抗原由5～6个单糖残基组成，核酸抗原的决定簇由5～8个核苷酸残基组成。

抗原分子抗原决定簇的数目称为抗原的抗原价（antigenic valence)。

含有多个抗原决定簇的抗原称为多价抗原(multivalent antigen)，大部分抗原都属于这类抗原；只有一个抗原决定簇的抗原称为单价抗原（monovalent antigen)，如简单半抗原。

根据决定簇特异性的不同，又有单特异性决定簇（monospecific determinant)和多特异性决定簇(multispecific determinant)之分，前者只有一种特异决定簇，后者则含有两种以上不同特异性的决定簇（图10-8）。

抗原分子表面、能与免疫活性细胞接近，对激发机体的免疫应答起着决定意义的决定簇称为抗原的功能价，隐蔽于抗原分子内部的决定簇谓之非功能价，后者只有在用酶轻度消化后才能暴露。

天然抗原一般都是多价和多特异性决定簇抗原。

抗原价与分子大小有一定的关系，据估计相对分子质量每5000大约图10-8 单特异性和多特异性决定簇会有1个决定簇，例如牛血清白蛋白（BSA）的相对分子质量为69000，有18个决定簇，但只有6个决定簇暴露于外面。

决定簇的种类视抗原结构不同而异，如鸡卵白蛋白相对分子质量为42000，有5种决定簇，而相对分子质量为700000的甲状腺球蛋白则有40种决定簇。

四、半抗原－载体现象小分子的半抗原不具有免疫原性，不能诱导机体产生免疫应答，但当与大分子物质（载体）连接后，就能诱导机体产生免疫应答，并能与相应的抗体结合，这种现象称为半抗原-载体现象，大多数天然抗原都可以看成是半抗原与载体的复合物，半抗原实质上就是抗原决定簇，而其余部分则为载体。

研究表明，半抗原结构的任何改变（如大小、形状、表面基团、立体构型和旋光性），都会导致产生的抗体的特异性发生改变。

半抗原与载体结合后首次免疫动物，可测得半抗原的抗体（初次免疫反应），但当二次免疫时，半抗原连接的载体只有与首次免疫所用的载体相同时，才会有再次反应，这种现象称为载体效应(carrier effect)。

例如用半抗原二硝基苯(DNP）与载体卵白蛋白（OV A）结合免疫动物，可引起对DNP和OV A的初次应答，产生抗DNP和OV A抗体。

用同一半抗原载体进行再次免疫时，则引起机体对DNP和OV A抗原的再次应答，反应强烈。

但是，如果用DNP和另一载体牛γ球蛋白(BGG）结合进行第二次免疫，则只引起初次应答，抗DNP抗体滴度很低。

只有用原来的DNP-OV A复合物时才能引起再次应答。