抗原

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抗原 (antigen, Ag),是指能够刺激机体产生(特异性)免疫应答,并能与免疫应答产物抗体致敏淋巴细胞在体外结合,发生免疫效应(特异性反应)的物质。抗原的基本特性有两种,一是诱导免疫应答的能力,也就是免疫原性,二是与免疫应答的产物发生反应,也就是抗原性

概述

抗原的基本能力是免疫原性和反应原性。免疫原性是指能够刺激机体形成特异抗体或致敏淋巴细胞的能力。反应原性是指能与由它刺激所产生的抗体或致敏淋巴细胞发生特异性反应。具备免疫原性和反应原性两种能力的物质称为完全抗原,如病原体、异种动物血清等。

只具有反应原性而没有免疫原性的物质,称为半抗原,如青霉素磺胺等。半抗原没有免疫原性,不会引起免疫反应。但在某些特殊情况下,如果半抗原和大分子蛋白质结合以后,就获得了免疫原性而变成完全抗原,也就可以刺激免疫系统产生抗体和效应细胞。在青霉素进入体内后,如果其降解产物和组织蛋白结合,就获得了免疫原性,并刺激免疫系统产生抗青霉素抗体。当青霉素再次注射人体内时,抗青霉素抗体立即与青霉素结合,产生病理性免疫反应,出现皮疹过敏性休克,甚至危及生命。

抗原性质

抗原的基本性质具有异物性、大分子性和特异性。

异物性是指进入机体组织内的抗原物质,必须与该机体组织细胞的成分不相同。抗原一般是指进入机体内的外来物质,如细菌病毒花粉等;抗原也可以是不同物种间的物质,如马的血清进入兔子的体内,马血清中的许多蛋白质就成为兔子的抗原物质;同种异体间的物质也可以成为抗原,如血型移植免疫等;自体内的某些隔绝成分也可以成为抗原,如眼睛水晶体蛋白质、精细胞甲状腺球蛋白等,在正常情况下,是固定在机体的某一部位,与产生抗体的细胞相隔绝,因此不会引起自体产生抗体。

但当受到外伤或感染,这些成分进入血液时,就像异物一样也能引起自体产生抗体,这些对自体具有抗原性的物质称为自身抗原,所产生的抗体称为自身抗体。由于自身抗体与自身抗原发生反应,于是就引起自身免疫疾病,如过敏性眼炎甲状腺炎等。机体其它自身组织的蛋白可因电离辐射烧伤、某些化学药品和某些微生物等理化和生物因素的作用发生变性时,也可成为自身抗原,引起自身免疫疾病,如红斑狼疮病白细胞减少病慢性肝炎等。

大分子性是指构成抗原的物质通过是相对分子质量大于10000的大分子物质,分子量越大,抗原性越强。绝大多数蛋白质都是很好的抗原。为什么抗原物质都是大分子物质呢?这是因为大分子物质能够较长时间停留在机体内,有足够的时间和免疫细胞(主要是巨噬细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞)接触,引起免疫细胞作出反应。如果外来物质是小分子物质,将很快被机体排出体外,没有机会与免疫细胞接触,如大分子蛋白质经水解后成为小分子物质,就失了抗原性。特异性是指一种抗原只能与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合。

抗原的特异性是由分子表面的特定化学基团所决定的,这些化学基团称为抗原决定簇。抗原以抗原决定簇与相应淋巴细胞的抗原受体结合而激活淋巴细胞引起免疫应答。换言之,淋巴细胞表面的抗原识别受体通过识别抗原决定簇而区分“自身”与“异己”。抗原也是以抗原决定簇与相应抗体特异性结合而发生反应的。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。

与人类有关的抗原

1、 病原微生物。在医疗中将病原微生物制成疫苗进行预防接种,可以提高人的免疫力。也可以根据微生物抗原的特异性进行各种免疫学试验,帮助诊断疾病。 2、 同种异体抗原。有两大类,一类是红细胞血型抗原,包括A、B、O血型抗原,Rh血型抗原等。不同血型间相互输血,可引起严重的输血反应;另一类是存在于人类白细胞细胞膜上的人类白细胞抗原(HLA),又称主要组织相容性抗原。它们与血型抗原一样,也是由遗传决定的,受染色体上的基因控制。不同的个体(同卵双生者除外)其组织细胞的组织相容性抗原绝大多数不完全相同,因此,在同种异体进行皮肤或脏器移植时,常因供者移植物中存在受者所没有的抗原成分,刺激受者产生对移植物的免疫反应,导致移植物受到排斥而坏死脱落。

3、 动物免疫血清。临床上常用的各种抗毒素血清,一般都是用免疫马来制备的。一方面,抗毒素能中和与其相应的外毒素,起到防治疾病的作用;另一方面,它能刺激人体产生抗马血清蛋白的抗体,当再次接受马的免疫血清时,有可能发生超敏反应

4、 嗜异性抗原。一类与种属特异性无关的、存在于人以及某些动物、植物、微生物的性质相同的抗原。

5、 肿瘤抗原。由物理的、化学的因素或某些病毒诱发的实验动物肿瘤,其细胞中或细胞表面均出现特异性抗原,称为肿瘤特异性抗原。已证实在某些人类肿瘤中心存在着与病毒密切相关的抗原。

抗原的分类

根据抗原性质分为两类:完全抗原和不完全抗原。完全抗原(complete antigen) 简称抗原。是一类既有免疫原性,又有免疫反应性的物质。如大多数蛋白质、细菌、病毒、细菌外毒素等都是完全抗原。

不完全抗原,即半抗原(hapten)是只具有免疫反应性,而无免疫原性的物质,故又称不完全抗原。半抗原与蛋白质载体结合后,就获得了免疫原性。又可分为复合半抗原和简单半抗原。复合半抗原不具有免疫原性,只具免疫反应性,如绝大多数多糖(如肺炎球菌的荚膜多糖)和所有的类脂等;简单半抗原既不具免疫原性,又不具免疫反应性,但能阻止抗体与相应抗原或复合半抗原结合。如肺炎球菌荚膜多糖的水解产物等。

根据抗原刺激B细胞产生抗体是否而要T细胞协助分类,可分为胸腺依赖性抗原(TD-Ag)和胸腺非依赖性抗原(TI-Ag)。TD-Ag是指需要T细胞辅助和巨噬细胞参与才能激活B细胞产生抗体的抗原性物质。TD抗原免疫应答特点:能引起体液免疫应答也能引起细胞免疫应答;产生IgG等多种类别抗体;可诱导产生免疫记忆。TI-Ag是指无需T细胞辅助可直接刺激B细胞产生抗体的抗原,特点:只能引起体液免疫应答;只能产生IgM类抗体;无免疫记忆

根据抗原的来源可将抗原分为

(1)异种抗原(xenoantigens):来源于不同物种的抗原,如微生物、动物蛋白对于人是异种抗原;

(2)同种异型抗原9alloantigens):来源于同一物种的不同个体的抗原,如来自于另一个个体的血型抗原,主要组织相容性抗原等;

(3)自身抗原(autoantigens)来自于自身的抗原,如眼晶状体蛋白等;

(4)异嗜性抗原(heterophilic antigens):又称Forssman抗原,存在于不同物种间的共同抗原,可存在于动物、植物、微生物及人类中,如溶血性链球菌于人心内膜肾小球基底膜所具有的共同抗原就是异嗜性抗原。

抗原处理与递呈

捕获

辅佐细胞可通过多种方捕获抗原,例如吞噬作用(对同种细胞或细菌等大型颗粒)和胞饮作用(对病毒等微小颗粒或大分子)等。这种吞噬和吞饮作用无抗原特异性,可能的识别机制在于吞噬细胞与被吞噬颗粒之间的表面亲水性差异。另外还有受体介导的内摄作用,这是弱吞噬力的辅佐细胞捕获抗原的主要方式,例如B细胞可借助抗原受体(表面免疫球蛋白)与相应的抗原特异性结合,并将抗原内化处理。这些捕获方式与中性粒细胞的吞噬作用。

处理

抗原处理(antigen processing)是指辅佐细胞将天然抗原转变成可被TH细胞识别形式的过程;这一过程包括抗原变性、降解和修饰等。例如细菌在吞噬体内被溶菌酶消化降解,将有效的抗原肽段加以整理修饰,并将其与MHCⅡ类分子相连接,然后转运到细胞膜上。

可与MHCⅡ类分子结合的都是蛋白性抗原;多糖和脂类不易于MHCⅡ类分子连接,难以被TH细胞识别,因而多不是良好的免疫原;但有时可以诱导抗体性免疫应答。

递呈

抗原递呈(antigen presentation)是辅佐细胞向辅助性T细胞展示抗原和MHCⅡ类分子的复合物,并使之与TCR结合的过程。这个过程是几乎所有淋巴细胞活化的必需步骤。抗原递呈之前,经处理后的抗原肽段已经连接在MHC分子顶端的槽中,这个复合物便是TCR的配体。TCR与配体结合的精确模式尚未清楚,一个合理的说法是TCR中α和β链的V段接触MHC分子的α螺旋(形成MHC分子顶端槽的肽段),使高可变的连接部(V-J及V-D-J)与抗原肽段相结合。这样保证了TCR识别抗原的特异性。 超抗原的递呈有独特的模式,它不需要胞内处理,可以直接与MHCⅡ类分子结合。超抗原不结合在MHCⅡ类分子的顶端槽中,而是结合在槽的外侧;与TCR结合时,不结合其α链,只结合β链的V节段。超抗原对TCR和MHCⅡ类分子的结合都非常牢固,象一支双向钩子将T细胞和辅佐细胞紧紧地连在一起,很容易使T细胞活化。另外,任何超抗原都只与含特殊β链V节段的TCR结合,这样的TCR约占外周T细胞总数的1%~10%,这一数字远远大于任何普通抗原所能识别的细胞数;所以某些产毒细胞感染时,容易发生急性期休克综合征,就是超抗原刺激的结果。

半抗原及危害

只具有反应原性而没有免疫原性的物质,称为半抗原,如青霉素、磺胺等。半抗原没有免疫原性,不会引起免疫反应。但在某些特殊情况下,如果半抗原和大分子蛋白质结合以后,就获得了免疫原性而变成完全抗原,也就可以刺激免疫系统产生抗体和效应细胞。

在青霉素进入体内后,如果其降解产物和组织蛋白结合,就获得了免疫原性,并刺激免疫系统产生抗青霉素抗体。当青霉素再次注射人体内时,抗青霉素抗体立即与青霉素结合,产生病理性免疫反应,出现皮疹或过敏性休克,甚至危及生命。

抗原相关的免疫系统/ 免疫学表格

免疫系统 它是人体抵御病原菌侵犯最重要的保卫系统。
子系统自适应免疫系统 | 天然免疫系统 | 体液免疫 | 细胞介导型免疫 | 补体系统 (过敏毒素) | 固有免疫
抗原与抗体抗原 (超抗原, 变应原) | 半抗原

表位 (线性表位, 构象表位)

抗体 (单克隆抗体, 多克隆抗体, 自身抗体) | 多克隆B细胞反应 | 同种异型免疫球蛋白同种异型 | 遗传型 | 免疫复合物
免疫细胞/白细胞淋巴系细胞:T细胞 | B细胞 | NK细胞

髓系细胞:肥大细胞嗜碱性粒细胞嗜酸性粒细胞 | 巨噬细胞

吞噬细胞:中性粒细胞 | 巨噬细胞 | 网状内皮系统

抗原递呈细胞:树突状细胞 | 巨噬细胞 | B细胞
免疫 与 耐受作用:免疫性自身免疫变态反应炎症交叉反应性 无作用:耐受 (中枢耐受, 外周耐受, 克隆无能, 克隆缺失) | 免疫缺损
免疫遗传学体细胞突变 | V(D)J 重组免疫球蛋白类别转换 | MHC/HLA
免疫物质 细胞因子调理素溶细胞素
其他诊断免疫学

参考文献

抗原,链接:http://www.a-hospital.com/w/%E6%8A%97%E5%8E%9F