抗原的概念与特性

抗原的概念与特性1一、抗原的概念1888年P.P.Emile Roux和A.E.J.Yersin在研究白喉发病机理时，发现白喉杆菌能产生外毒素；1890年Emil A．Von Behring等人将白喉外毒素注射给动物，发现在该动物血清中存在一种能中和白喉外毒素的物质，他们称之为抗毒素。

19世纪末和20世纪初，许多科学家先后发现了免疫血清在体内和试管中可以凝集细菌和溶解细菌，并进而发展到对病原微生物的鉴定和传染病的诊断。

把血清中与细菌或毒素起反应的物质统称为抗体，引起抗体产生的刺激物质，如细菌、病毒、毒素等称为抗原（antigen，Ag）。

随着免疫学研究的逐步深入，如前所述，抗原分子进入体内，刺激免疫细胞、免疫基因、免疫分子等，出现一系列复杂的生物学过程，称之为免疫应答。

免疫应答又分为对机体有利的免疫应答，如抗感染免疫；和对机体不利的免疫应答，如超敏反应。

因此，现代免疫学认为：凡能刺激机体免疫系统产生抗体或致敏淋巴细胞，并能与其相应抗体或致敏淋巴细胞在体内或体外发生特异性反应的物质，统称为抗原。

二、抗原的特性：根据抗原的概念可以看出抗原有两种特性（1）免疫原性（immunogenicity）即抗原刺激机体免疫系统产生免疫应答的过程。

该过程包括：抗原进入机体后，刺激淋巴细胞活化、增殖、分化，产生抗体或致敏的效应淋巴细胞。

（2）反应原性（reactogenicity）即抗原与相应抗体或致敏的效应T细胞发生特异性反应的性能，又称免疫反应性（immunoreactivity）。

同时具有这两种性能的物质称为完全抗原（completeangigen），一般说的抗原即完全抗原，如细菌、病毒、异种动物血清和大多数蛋白质等。

只具有免疫反应性，而单独使用不能刺激机体产生免疫应答的物质（即不具有免疫原性），为不完全抗原（incomplete antigen）或半抗原（hapten）。

如大多数的多糖、某些小分子的药物（如青霉素）和一些简单的有机分子（分子量小于4kD），它们本身无免疫原性，不能刺激机体产生抗体或效应T细胞，但能与已产生的抗体发生特异性反应。

当半抗原与载体蛋白（或具有免疫原性的载体）结合后可成为完全抗原，进入机体后可刺激免疫系统产生免疫应答。

在不同情况下常把抗原称为不同名称，如引起凝集反应的抗原称为凝集原；引起沉淀反应的称为沉淀原，引起超敏反应的抗原称为过敏原（又称变应原，即引起变态反应的抗原）；引起免疫耐受的抗原又称耐受原。

第二节构成抗原的条件一、异源性凡是化学结构与宿主成分不同的外来物质，或者在胚胎期机体的淋巴细胞从未接触过的物质，均属异源性物质。

异源并非专指异体物质，除外来分子外，还可是自身物质的分子结构发生改变（如病毒感染的细胞、肝癌细胞等）和胚胎期与淋巴细胞隔绝的自身组织物质（如精于、眼晶状体蛋白等），均属异物。

正常情况下，T和B淋巴细胞发育成熟的标志是细胞表面表达特异性抗原受体。

在胚胎期，这种带有特异性抗原受体的淋巴细胞首先接触的是机体自身的细胞和蛋白质，淋巴细胞一旦与之结合，该细胞克隆就被抑制，不能继续分化发育，有的干脆被杀死称克隆排除。

于是通过这种负筛选的方法，把不能与自身细胞、蛋白应答的淋巴细胞克隆筛选出来，形成只对外来（即非己）抗原物质产生应答的免疫功能。

即只有“非己”的、同种异体或异种的抗原物质才能诱导宿主的正免疫应答，这是由于免疫系统在个体发育过程中，对“自己”抗原产生耐受，不能识别，而对“非己”抗原能够识别所致。

因此，根据抗原来源与宿主的关系，异源性抗原有：1、异种物质通常认为，与宿主的生物学亲缘关系越远的物质，其分子结构差异越大，免疫原性也越强。

如微生物抗原对人来说是强抗原，马血清对人是强抗原，对驴则是弱抗原，说明种系关系越近的物质，其免疫原性也越弱。

如鸭血清蛋白对鸡呈弱免疫原性，而对兔则表现为强免疫原性。

2、同种异体物质同种不同个体之间的不同基因型物质，其组织细胞成分不同，分子结构也不相同，相互具有免疫原性。

如人类不同个体不同血型的红细胞表面的抗原；除同卵双生子外，不同个体间组织相容性抗原等。

3、自身组织正常情况下，自身组织对机体无免疫原性，但若自身组织的结构发生改变，或胚胎期淋巴细胞从未接触过的正常自身组织，出生后淋巴细胞一旦与之接触，也视为“非己”，而具有免疫原性。

如机体受感染、电离辐射、外伤或药物等各种因素的影响下，使自身物质的组织成分发生改变，对机体自身产生免疫原性，诱导机体的免疫应答称此物质为改变的自身抗原。

终生与免疫系统隔绝的成分，如眼球内的晶体蛋白、甲状腺球蛋白、精子等一旦释放入血，会被免疫系统视为“非己”物质，成为自身抗原，称为隐蔽的自身抗原。

自身抗原刺激免疫系统发生免疫应答，可导致自身免疫病。

二、抗原的理化特性1、化学组成2、大分子物质并非所有的异源性物质都具有免疫原性，凡具有免疫原性的物质，必须具有一定的化学组成和结构，其分子量都较大，一般在10kD以上。

小于10kD者，其免疫原性较弱，低于4kD者，一般不具有免疫原性。

其原因一般认为：分子量越大，其表面的抗原决定簇越多，化学结构也较稳定。

再者，大分子物质不易被破坏而排除，存留在体内的时间长，有利于与免疫细胞接触，从而刺激机体的免疫系统产生免疫应答。

3、分子结构的复杂性仅分子量大，若是结构简单的聚合物，不一定具有免疫原性，还要求有一定复杂的化学结构和化学组成。

在蛋白质分子中，凡含有大量芳香族氨基酸，尤其是含有酪氨酸的蛋白质，其免疫原性更强，如蛋白质分子中含有2％的酪氨酸，即具有良好的免疫原性。

而以非芳香族氨基酸为主的蛋白质，其免疫原性弱。

蛋白质和多糖抗原，凡结构复杂的，免疫原性强，反之则较弱。

其复杂性是由氨基酸和单糖的类型及数量等决定的，如聚合体蛋白质分子较简单可溶性蛋白质分子的免疫原性强，结构复杂的多糖，如细菌的细胞壁、荚膜及红细胞血型抗原等，均具有较强的免疫原性，核酸、脂质无免疫原性，但与蛋白质结合形成核蛋白、脂蛋白则具有免疫原性。

在自身免疫病中，天然核蛋白可诱导免疫应答，产生抗DNA或抗RNA抗体。

三、抗原的物理状态与可降解性免疫原性的强弱也与抗原物质的物理性状有关。

例如：球形蛋白质分子的免疫原性比纤维形蛋白质分子强；聚合状态的蛋白质较其单体的免疫原性强；颗粒性抗原较可溶性抗原的免疫原性强，这是由于溶解蛋白易被蛋白酶降解的原因。

因此，许多免疫原性较低的蛋白质，一经聚合或吸附在大的颗粒表面，就可以增强其免疫原性。

可降解性对抗原性也有影响。

降解过快，没有足够的分子去刺激免疫细胞；缺乏降解性，不易被APC降解、加工。

例如：含L-氨基酸的蛋白质易降解，具有抗原性；含D-氨基酸的聚合体不易降解，不具有抗原性。

四、进入机体的剂量和途径具有免疫原性的物质进入机体后能否诱导免疫系统产生免疫应答，还受抗原的剂量、免疫的途径、免疫间隔的时间等多种因素的影响。

五、宿主遗传性同种动物不同品系或不同个体对同种抗原产生的免疫应答强度不完全相同，过去认为这是个体差异性。

但研究证明与遗传相关，受动物种属的遗传属性和动物个体的生理状态的影响，并由MHCⅠ区的免疫应答基因决定。

六、免疫佐剂1、定义：是指先于抗原或与抗原混合或同时注入动物体内，能非特异性增强机体对抗原特异性免疫应答的一类物质。

也可称为免疫增强剂、抗原佐剂2、作用机制：① 增加抗原的体积，易被APC摄取；② 延长抗原在体内的存留期，增加与免疫细胞接触的机遇；③ 诱发抗原注射部位及局部淋巴结炎症，有利于刺激免疫细胞的增殖。

第三节抗原的特异性与抗原决定簇一、什么是抗原的特异性特异性是指物质之间的相互吻合性或针对性、专一性，如钥匙与锁的关系。

抗原进入机体只能激发特异的淋巴细胞分化增殖，产生的抗体或致敏淋巴细胞只针对与相应的抗原反应，这种性质称为抗原的特异性。

抗原特异性表现在2个方面：①免疫原性的特异性；②反应原性的特异性。

抗原特异性是免疫应答最重要的特点，也是免疫学诊断与防治的理论依据。

抗原特异性的物质基础是抗原分子中的抗原决定簇。

二、抗原决定簇抗原抗体反应最重要的特点是具有高度的特异性，而抗原的特异性又是以它本身的分子结构为基础的。

实验表明，抗原与抗体的特异性结合与抗原分子表面的特殊结构的化学基团有关，称这种能与抗体特异性结合的，抗原分子表面的特殊结构的化学基团，为抗原决定簇（determinant）。

抗原决定簇与相应的淋巴细胞表面的抗原受体（mIg或TCR）结合，诱导机体产生免疫应答；抗原决定簇与相应的抗体特异性结合发生免疫反应。

因此，抗原决定簇是免疫应答和免疫反应具有特异性的物质基础，即抗原决定簇决定了抗原的特异性。

抗原决定簇的化学基团（对位上的酸基不同）性质不同，其抗原特异性就会有差别。

抗原决定簇的空间构型（羧基的邻位、间位和对位）也影响抗原的特异性。

由此可以证明，天然蛋白质的抗原决定簇，由于其氨基酸的数目、组成、排列顺序、空间构型的差异，从而引起了抗原特异性的不同。

抗原结合价是指抗原分子表面能与抗体结合的决定簇总数。

三、抗原决定簇的类型第四节半抗原-载体现象一、人工结合抗原二、半抗原与载体概念的提出半抗原（hapten）指只具有免疫反应性，而单独使用不能刺激机体产生免疫应答的物质（即不具有免疫原性）。

我们可以这么理解：半抗原是外加在抗原分子上的已知化学结构的化学基团，在一定意义上与抗原分子上的抗原决定簇是同义语。

三、载体效应载体效应：初次与再次免疫时，只有使半抗原结合在同一种载体上，才能产生抗半抗原的再次免疫应答，这种现象称为载体效应。

Mitchison等在70年代阐明了载体效应的细胞学基础：半抗原-载体概念极其重要，它可解释为什么低分子量化合物与体内载体蛋白质分子结合诱发超敏性反应产生的药物过敏症。

如苯胺类染料、镇静剂司眠脲、退热剂阿司匹林、氨基比林以及多种抗生素分解产物等是诱发药物过敏症的原因。

第五节抗原的交叉性一、交叉抗原不同抗原物质之间除了具有本身特异性抗原之外，还可能存在着共同的抗原决定簇。

如果两种不同的抗原之间存在相同的抗原决定簇,则将带有相同抗原决定簇的抗原称为交叉抗原或共同抗原。

二、交叉反应（Crossreaction）一种抗体对具有共同抗原决定簇的两种不同抗原都能结合，产生免疫反应，称为交叉反应。

交叉反应可用于临床感染的诊断，如立克次体感染时，可用变形杆菌抗原代替立克次体抗原检测体内相应的抗体(即外斐反应)。

第六节抗原的类型抗原的种类很多，因研究工作或理论探讨的需要，根据抗原某方面的特性，采用不同的分类方法加以归类。

一、根据抗原颗粒大小和溶解性分类1、颗粒性抗原包括细菌、支原体、立克次体、衣原体、红细胞等，它们相对颗粒较大，在水溶液中溶解很难形成亲水胶体，当与相应抗体发生特异性结合后可出现凝集反应（如红细胞凝集）。