E第三章抗原“免疫”是机体通过区别“自已”和“非已”，对非已物质进行识别应答和予以清除的生物学效应的总和。这些非已物质就是抗原。抗原（antigen，Ag）是指所有能激活和诱导免疫应答的物质，通常指能被T、B淋巴细胞表面特异性抗原受体（TCR或BCR）识别及结合，激活T、B细胞增殖、分化、产生免疫应答效应产物（特异性淋巴细胞或抗体），并与效应产物结合，进而发挥适应性免疫应答效应的物质。理论上抗原可为自然界所有的外源和自身物质，但机体免疫细胞通常识别的抗原是蛋白质，也包括多糖、脂类和核酸等。第一节抗原的性质与分子结构基础并非所有的外源或自身物质都是抗原，具备免疫原性和免疫反应性两个重要特性的物质才是抗原。抗原诱导机体产生的适应性免疫应答仅对该抗原专一，而与其他抗原无关，这一性质称为免疫应答的抗原特异性。适应性免疫应答之所以具有抗原特异性，是由于免疫应答是由TCR/BCR识别抗原所包含的最小的基本结构单位一一抗原表位所诱导的。一、抗原的基本特性：免疫原性与免疫反应性抗原具备两个重要特性：免疫原性（immunogenicity）和免疫反应性（immunoreactivity）。免疫原性指抗原被T、B细胞表面特异性抗原受体（TCR或BCR）识别及结合诱导机体产生适应性免疫应答的能力：免疫反应性是指抗原与其所诱导产生的免疫应答效应物质（活化的T/B细胞或抗体）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完全抗原（completeantigen）。然而，某些小分子物质单独不能诱导免疫应答，即不具备免疫原性，但当其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后可获得免疫原性，能诱导免疫应答，此类小分子物质称为半抗原（hapten），又称不完全抗原（incompleteantigen）。半抗原可与免疫应答效应物质结合，具备免疫反应性。结构复杂的蛋白质大分子通常为完全抗原，许多小分子化合物及药物属半抗原，如青霉素降解产物青霉烯酸，本身并无免疫原性，一目与血清蛋白结合可成为完全抗原诱导机体产生E抗体并介导I型超敏反应（青霉素过敏）。二、适应性免疫应答的抗原特异性抗原诱导的免疫应答具有抗原特异性（antigenic:specificity），即抗原刺激机体产生适应性免疫应答及其与应答效应产物发生结合均显示专一性，某一特定抗原只能刺激机体产生针对该抗原的活化T/B细胞或抗体，且仅能与该淋巴细胞或抗体发生特异性结合。特定抗原与特异性T细胞或特异性抗体专一结合的特性，是目前免疫学检测、诊断及治疗技术的分子基础。如乙型肝炎病毒表面抗原（HBsAg），能诱导机体产生HBsAg特异性抗体，该抗体仅与HBsAg特异性结合，不会与乙型肝炎病毒的其他抗原（如核心抗原）或其他病毒抗原发生结合。利用这一特性研制的人血清HBsAg检测试剂盒，可判断是否感染了乙型肝炎病毒。20
21第三章抗原三、决定抗原特异性的分子结构基础：抗原表位1.抗原表位的概念T、B细胞通过其表面的特异性抗原受体（TCR/BCR）对抗原的识别呈现高度特异性；被抗原活化的T细胞和活化B细胞效应产物抗体与抗原的结合也呈高度特异性。上述两种特异性的分子基础取决于抗原分子所含的抗原表位（epitope），又称抗原决定基（antigenicdeterminant）。表位是抗原分子中决定免疫应答特异性的特殊化学基团，是抗原与T/B细胞抗原受体（TCR/BCR）或抗体特异性结合的最小结构与功能单位。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。1个抗原分子中能与抗体结合的抗原表位总数称为抗原结合价（antigenicvalence）。天然蛋白大分子通常为多价抗原，含多种、多个抗原表位，可诱导机体产生含有多种特异性抗体的多克隆抗体。一个半抗原相当于一个抗3Y原表位，仅能与TCR/BCR或抗体分子的一个结合部位结合。2.抗原表位的类别根据抗原表位中氨基酸的空间结构特点，可将其分为顺序表位（sequentialepitope）和构象表位（conformationalepitope）（图3E31）。顺序表位由连续线性排列的氨基酸构成，又称图3-1抗原分子中的线性表位与构象表位线性表位（linearepitope）；而构象表位由不连续排表位是抗原分子中决定免疫应答特异性的特殊列、但在空间上彼此接近形成特定构象的若干氨基化学基团，是抗原与抗原受体（TCR/BCR）或抗酸组成体特异性结合的最小结构与功能单位。蛋白抗根据T、B细胞所识别的抗原表位的不同，表位可原常含有多种不同表位。由连续线性排列的氨分为T细胞表位和B细胞表位。T细胞仅识别由APC基酸残基短肽所构成的表位为顺序（线性）表位（如E1和E3）；有些氨基酸在序列上不连续排加工后与MHC分子结合为复合物并提呈于APC表面列，但在空间上彼被此接近形成特定构象，称构象的线性表位，此类表位称T细胞表位。T细胞表位又表位（如E2）可分两种：①CD8+T细胞识别的表位，含8~10个氨基酸，其中第2、9位氨基酸为锚定氨基酸（anchorresidue）；②CD4*T细胞识别的表位，较长，含13~17个氨基酸。BCR或抗体识别的B细胞表位,无需APC加工和提呈，含5~15个氨基酸，多为构象表位，少数为线性表位，位于抗原分子表面（动画3-1“天然蛋白分子中的T/B细胞表位”）。表3-1是T细胞表位和B细胞表位特性的比较。表3-1T细胞表位与B细胞表位特性的比较T细胞表位B细胞表位识别表位受体TCRBCRMHC分子参与必需无需表位性质蛋白多肽蛋白多肽、多糖、脂多糖、核酸等表位大小8~10个氨基酸（CD8*T细胞表位）5~15个氨基酸13~17个氨基酸（CD4*T细胞表位）表位类型线性表位构象表位或线性表位表位位置抗原分子任意部位通常位于抗原分子表面四、半抗原-载体效应天然蛋白抗原同时存在T和B细胞表位，可分别激活T细胞和B细胞，其中B细胞激活有赖于T
22第章抗原细胞辅助。某些人工合成的简单有机化学分子属半抗原，免疫原性很低，须与蛋白质载体偶联才可诱导抗半抗原的抗体产生。其机制为：B细胞特异性识别半抗原；蛋白载体含CD4+T细胞表位，被B细胞或其他APC提呈并活化CD4*T细胞。由此，T-B细胞通过载体而相联系，Th细胞借此相互作用辅助激活B细胞。（动画3-2“半抗原-载体交联物诱导的抗体应答”）五、共同抗原表位与交叉反应某此抗原分子中含多个抗原表位，而不同抗原间可能含相同或相似的抗原表位，称为共同抗原表位（commonepitope）。因此，某些抗原诱生的特异性抗体或活化淋巴细胞，不仅可与自身抗原表位特异性结合，还可与其他抗原中相同或相似的表位反应，此为交叉反应（cross-reaction），含共同抗原表位的不同抗原称为交叉抗原（crossantigen）（动画3-3“共同抗原与交叉反应”）。机体感染链球菌导致风湿性心脏病的主要原因是链球菌中含有与心肌抗原的交叉抗原，其诱导的抗体与T细胞可交叉攻击心肌。第二节影响抗原免疫原性的因素抗原诱导机体产生的特异性免疫应答的类型及强度受多种因素影响，但主要取决于抗原物质本身的异物性、理化特性、结构与构象性质以及进人机体的方式与频率，也受机体遗传因素的影响。一、抗原分子的理化与结构性质1.异物性除自身抗原外，抗原通常为非已物质。抗原与机体之间的亲缘关系越远，组织结构差异越大，异物性越强，其免疫原性就越强。不同种属之间的异物性很强，如各种病原体、动物蛋白制剂等对人是异物，为强抗原；鸡卵蛋白对鸭是弱抗原，对哺乳动物则是强抗原；灵长类组织成分对人是弱抗原，而对啮齿类动物则为强抗原。即使为同一种属，不同个体之间仍存在异物性，如不同人体之间的器官移植物（同种异体移植物）具有很强的免疫原性（由MHC介导）；自身成分如发生改变，可被机体视为异物成为自身抗原；未发生改变的自身成分，如在胚胎期未与淋巴细胞接触诱导建立特异性免疫耐受，也具有免疫原性，如眼晶状体蛋白等在正常情况下被屏障隔离于免疫系统之外，如因外伤溢出接触淋巴细胞，可诱导强免疫应答导致交叉性眼炎等疾病。2.化学属性抗原本身的化学属性也决定了其免疫原性，天然抗原多为大分子有机物和蛋白质，免疫原性较强。多糖、脂多糖也有免疫原性。脂类和哺乳动物的细胞核成分如DNA、组蛋白等通常无免疫原性，但肿瘤细胞、免疫细胞因过度活化发生调亡后，其释放的核酸和组蛋白可能发生化学修饰或构象变化从而具备免疫原性，成为自身抗原，可诱导机体产生自身抗体。3.分子量一般而言，抗原的分子量越大，含有抗原表位越多，结构越复杂，则免疫原性越强。分子量大于100kD的抗原为强抗原，小于10kD的抗原通常免疫原性较弱。4.分子结构分子量大小并非决定免疫原性的绝对因素，分子结构的复杂性同样重要。明胶分子量为100kD，但因其由直链氨基酸组成，缺乏含苯环的氨基酸，稳定性差，免疫原性很弱。明胶分子偶联2%的酪氨酸后免疫原性显著增强。胰岛素分子量仅5.7kD，但其结构中含复杂的芳香族氨基酸，则免疫原性仍较强。5.分子构象（conformation）抗原表位的空间构象很大程度上影响了抗原的免疫原性。某抗原分子在天然状态下可诱生特异性抗体，但一经变性，由手所含构象表位的改变，可失去诱生抗体的能力。抗原大分子中所含抗原表位的性质、数目、位置和空间构象均可影响抗原的免疫原性或免疫反应性。例如，氨苯磺酸、氨苯砷酸和氨苯甲酸在结构上相似，仅一个有机酸基团有差异，均可诱生特异性抗体；但抗氨苯磺酸抗体仅与氨苯磺酸高度结合，对相似的氨苯砷酸和氨苯甲酸只起中等和弱
23第三章抗原反应（表3-2），表明化学基团性质可影响抗原表位的免疫反应性（动画3-4“化学基团的性质对抗原免R疫反应性的影响”）。即使均为氨苯磺酸，但抗间位氨苯磺酸抗体只对间位氨苯磺酸产生强反应，对邻位氨苯磺酸和对位氨苯磺酸仅呈弱或无反应，提示化学基团的位置也影响抗原表位的免疫原性与免疫反应性（表3-3）。抗右旋、抗左旋和抗消旋酒石酸的抗体仅对相应旋光性的酒石酸起反应，即空间构象也显著影响抗原表位的免疫原性与免疫反应性。表3-2化学基团的性质对抗原表位免疫反应性的影响半抗原与针对氨苯磺酸的血清抗体的反应强度NH2氨苯磺酸+++SO,HNH2氨苯砷酸AsO,HNH2氨苯甲酸+/COOH表3-3化学基团的位置对抗原表位免疫反应性的影响半抗原与针对间位氨苯磺酸的血清抗体的反应强度NH间位氨苯磺酸+++SO,HNH对位氨苯磺酸SO,HNH2邻位氨苯磺酸++SO,H6.易接近性（accessibility）指抗原表位在空间上被BCR所接近的程度。抗原分子中表位氨基酸残基所处侧链位置的不同可影响抗原与BCR的空间结合，从而影响抗原的免疫原性与免疫反应性。如图3-2所示，氨基酸残基在侧链的位置不同（A与B相比），其免疫原性也不同；而氨基酸残基因侧链间距不同（B与C相比），使BCR可接近性不同，故免疫原性也不同。7.物理性状一般聚合状态的蛋白质较单体有更强的免疫原性；颗粒性抗原的免疫原性较强，可溶性抗原免疫原性较弱。将免疫原性弱的物质吸附在颗粒物质表面或组装为颗粒性物质，可显著增强其免疫原性。二、宿主的特性1.遗传因素机体对抗原的应答能力受多种遗传基因特别是主要组织相容性复合体（MHC)基
24第三章抗原11C888福88福HoO+++土+++免疫原性ABc酪氨酸O○谷氨酸三多聚赖氨酸=多聚丙氨酸图3-2抗原表位的易接近性影响抗原的免疫原性抗原氨基酸残基的位置和间距决定了该抗原的免疫原性。以多聚赖氨酸为骨架、以多聚丙氨酸加酪氨酸和谷氨酸为侧链，组成抗原分子。当酪氨酸和谷氨酸残基位于侧链的最外侧时，最容易被BCR所接近，因此该抗原结构具有很强的免疫原性（A）；而当酪氨酸和谷氨酸位于侧链内侧时，其免疫原性丧失或很弱（B）：而当侧链的间距增大，位于内侧的酪氨酸和谷氨酸残基的可接近性增大，其免疫原性又变强（C)因的控制。MHC分子通过结合抗原表位提呈给TCR，辅助T细胞对抗原表位的识别而发挥重要免疫调控功能。不同遗传背景的小鼠以及人群中的不同个体，由于MHC基因呈现高度多态性，导致对抗原分子中抗原表位的结合各异，进而导致T/B细胞免疫应答的差异，显示对同一抗原的应答能力不同。对某一抗原呈高反应的小鼠品系或人对其他抗原可能呈低反应性。MHC基因多态性及其他免疫调控基因差异，从遗传上决定个体对同一抗原的免疫应答与否及应答程度不同。2.年龄、性别与健康状态青壮年个体通常比幼年和老年个体对抗原的免疫应答强；新生动物或婴儿对多糖类抗原不应答，故易引起细菌感染。雌性比雄性动物诱导抗体的能力强，但怀孕个体的应答能力受到显著抑制，同时发生由自身抗体介导的自身免疫病的概率也增高。感染或免疫抑制剂都能干扰和抑制机体对抗原的应答三、抗原进入机体的方式抗原进入机体的量、途径、次数、频率及免疫佐剂的应用和佐剂类型等均可显著影响机体对抗原的免疫应答强度和类型、适中的抗原剂量可诱导免疫应答，而过低和过高抗原量可诱导免疫耐受。皮内注射和皮下免疫途径容易诱导免疫应答，肌内注射次之，而静脉注射效果较差，口服免疫则易诱导耐受，适当间隔（如1~2周）免疫可诱导较好免疫应答，频繁注射抗原则可能诱导耐受。不同类型的免疫佐剂可显著改变免疫应答的强度和类型，弗氏佐剂主要诱导IgG类抗体产生，明矾佐剂则易诱导IgE类抗体产生。第三节抗原的种类抗原的种类繁多，根据不同分类原则可将抗原分为不同种类。一、根据诱生抗体时是否需要Th细胞参与分类1.胸腺依赖性抗原（thymusdependentantigen，TD-Ag）绝大多数蛋白质抗原如病原微