第三章抗原 表面具有特殊立体构型和免疫活性的化学基团决定的，这些基团称为抗原决定 簇(antigenic determinant),也称抗原表位(epitope)。抗原的特异性取决于抗 原决定簇，它对于免疫功能的研究及人工合成疫苗都极为重要（图31）。 3.抗原的免疫优势尽管所有具有免疫原性的抗原都能诱发免疫应答， 但是不同的免疫原分子同时注射给宿主，诱发的免疫应答是有差别的。有的免 疫原能诱发产生高效价的抗体，有的产生低效价的抗体。同一种免疫原分子上 有许多抗原决定簇，它们诱发免疫应答的能力也是不同的。有的决定簇能诱导 产生高效价的抗体，称为免疫优势决定簇(immunodominant determinant)。还 有的决定簇不能诱导产生抗体，这种无效力的决定簇称为免疫静止决定簇 (immunosilent determinant)。改变决定簇内某一单个的氨基酸残基，就可能引 起决定簇免疫优势的变化。 (二)抗原决定簇的组成和性质 在天然抗原中构成一个抗原决定簇所必须的条件是一定大小的分子链。蛋 白质抗原的每个决定簇是由5~7个氨基酸组成的短肽链；碳水化合物抗原的 每个决定簇是由6个六碳糖组成的短糖链；核酸半抗原的每个抗原决定簇约含 有6~8个核苷酸。一般而言，抗原决定簇只有暴露在分子的表面才能呈现它 的作用。 每个抗原分子上抗原决定簇的数目称为抗原结合价或抗原价(antigen va- lence),抗原价与抗原分子质量大小有关，每5000~-9000u有一个决定簇 例如鸡卵白蛋白分子质量为40500u,有5个决定簇；白喉杆菌外毒素分子质 量为70200u,有8个决定簇：牛血清白蛋白分子质量为69000u,有18个决 定簇。简单半抗原一般只与一个抗体分子结合，称为单价抗原，大部分天然抗 原分子结构复杂，含有多个抗原决定簇，称之多价抗原。 根据抗原决定簇特异性的不同，可将抗原分为单特异性决定簇抗原和多特 异性决定簇抗原两类（图32）。简单半抗原和非胸腺依赖性抗原为单特异性 决定簇，而绝大部分天然抗原为多特异性决定簇。暴露于分子表面的决定簇， 抗体 一抗原决定簇 单特异性决定膜 多特异性决定簇 图32抗原的单特异性和多特异性决定簇 27
兽医免疫学 能与免疫活性细胞接触，对激发机体的免疫应答有决定意义，故将这些暴露于 抗原大分子表面的决定簇称为功能决定簇（功能价），而在分子内部的决定簇 称为非功能决定簇（非功能价）。单特异性决定簇抗原发生免疫反应后，血清 中只出现一种特异性抗体。反之，用多特异性决定簇抗原免疫，则血清中可出 现多种特异性抗体。天然抗原如各类微生物，一般都有多个大分子，其表面有 多种决定簇，每一个决定簇都可以使机体产生一种抗体，因此一种抗血清往往 是针对多种抗原决定簇的不同抗体组成的混合物一多克隆抗体。 (三)抗原的交叉反应性 抗原物质分子表面有几个抗原决定簇即为几价抗原，通常说的多价抗原是 指表面有多个抗原决定簇。每个抗原决定簇可刺激机体产生一种抗体，因此一 种抗血清中往往含有针对该抗原各个决定簇的多种类型的特异性抗体。多价抗 原与一个抗体分子结合后，其他的决定簇还可以和另外的相应抗体结合。如果 抗原、抗体比例合适的话，就可以形成“网格状”结构的复合物（图3-3） 呈现肉眼可见的凝集反应或沉淀反应。但也有些抗原分子的决定簇较少，甚至 少到一个决定簇，这种单价抗原，主要是简单的半抗原，它只能与相应的抗体 结合，但不能相互凝集，也不出现可见的沉淀反应。 中 游 + 抗原 抗体 抗原抗体复合物 图33抗原抗体特异性结合形成网格状的结构示意图 每种抗原都可以具有数种不同的抗原决定簇，其中有些抗原决定簇为某种 抗原分子所特有，而有的抗原决定簇是和其他抗原所共有，这种共有的抗原成 分称为共同抗原(common antigen)或类属抗原(group antigen)。如马流产沙 门氏菌的菌体抗原有4、12，而肠炎沙门氏菌的菌体抗原为1、9、12，其中的 4和1、9分别为马流产沙门氏菌和肠炎沙门氏菌所特有，称4和1、9为特异 性抗原；12则为两者所共有，称为类属抗原。用这两种细菌分别给家兔免疫 所制得的免疫血清中的抗体，除能与本菌发生明显的特异性反应外，还能与含 有类属抗原的另一种细菌发生反应，这种反应称为交叉反应或类属反应。通常 交叉反应的反应强度较特异性反应弱。抗原的特异性是免疫学诊断、预防和治 疗疾病的基础，正确区分特异性抗原和类属抗原，不但可以鉴定微生物的种 ·28
第三章抗原 类，还可以了解各种微生物之间是否有亲缘关系。 不同抗原物质之间有时可出现不同程度的交叉反应，发生交叉反应主要有 以下几种形式： (1)不同物种间存在共同的抗原组成：某些微生物与哺乳动物组织之间存 在着共同抗原，可引起交叉反应。存在于人、动物、植物、微生物之间的具有 相同抗原性的抗原，称为异嗜性抗原。 (2)不同抗原分子存在共同的抗原决定簇：沙门氏菌属的多糖抗原是菌群 分型的主要依据，其决定簇由6一7种糖组成。此决定簇的特异性又决定于其 末端，“决定簇2”为A群沙门氏菌所共有；末端为伤寒杆菌糖和甘露糖的 “决定簇9”为D群沙门氏菌所共有；而末端由鼠李糖和葡萄糖组成的“决定 簇12”则为A、B、D3个群所共有。对决定簇2、9的单因子血清可用于沙门 氏菌的分群，是群特异性的抗原。 (3)不同决定簇之间部分构型类似：蛋白质抗原的决定簇通常决定于多肽 末端的氨基酸组成，特别是末端氨基酸的羧基对特异性影响最大。如末端氨基 酸相似，即可出现交叉反应。而交叉反应的强度又与相似的程度成正比。 第四节半抗原与载体 (一)半抗原 半抗原是一类不完全抗原，它只具有反应原性而不具有免疫原性。小分子 物质不是免疫原，不能诱导机体产生免疫应答，但是它们与大分子胶体蛋白连 接后，就能诱导机体产生免疫应答，并能与相应的抗体结合。这些小分子物质 称为半抗原，与半抗原相连接的大分子蛋白称为载体。当青霉素等药物、药理 活性肽类、一些激素、cAMP、cGMP等代谢物、嘌吟、嘧啶碱基、核苷、核 苷酸、寡核苷酸等分子质量较小的半抗原与适宜的载体蛋白结合成复合物后， 就可各自诱导产生高度特异的抗体。 半抗原可分成两类： (1)复合半抗原：无免疫原性，但具有免疫反应性，在试管中与相应抗体发 生特异性结合，并产生肉眼可见的反应，如细菌的荚膜多糖、类脂、脂多糖等。 (2)简单半抗原：既无免疫原性，也无免疫反应性，但能与抗体发生肉眼 不可见的结合，从而可阻止抗体与相应的完全抗原或复合半抗原间的可见反 应。如酒石酸、苯甲酸、抗生素等低分子化合物。 (二)半抗原载体现象 通过动物对已知半抗原载体复合物的反应证明，抗体的特异性虽然依赖于 29
兽医免疫学 半抗原决定簇，但载体大分子对于抗体反应的性质和量也有影响。例如，用已 知的半抗原载体复合物[如半抗原二硝基苯(DNP)与载体卵白蛋白(OA) 结合]免疫动物，可引起动物对DNP的初次免疫反应，产生抗DNP抗体。用 同一半抗原载体进行再次免疫时，则引起机体对半抗原的再次免疫反应。但是 如果用DNP和另一载体（如牛Y球蛋白，BGG)第二次免疫该动物时，则只 引起初次免疫应答反应，而不能刺激机体发生再次应答。半抗原只有结合与初 次免疫所用的载体相同的载体时，才能引起再次免疫反应，这一现象称为载体 效应(carrier effect)。单独用载体或半抗原免疫动物，都不能引起对半抗原的 体液免疫反应。 载体现象的发现进一步证明，T细胞表面的抗原受体主要和免疫原的载体 相互作用，而B细胞表面的抗原受体则和完整抗原的半抗原决定簇相互作用。 实验证明，如果用DNP和载体(OA)复合物免疫动物之后，再用同一复合物 或单独用OA作为抗原，均可引起细胞介导免疫应答的再次反应。但如果单独 用DNP或者DNP和另一载体(BGG)的复合物作为抗原，则不引起细胞介导 免疫应答的再次反应。这说明致敏的T淋巴细胞只能识别载体，不能对半抗 原或结合在另一载体上的半抗原发生免疫反应。 任何一个完全抗原均可看做是半抗原与载体的复合物。在免疫应答中，T 细胞识别载体，B细胞识别半抗原，故细胞免疫应答中载体起重要作用，而体 液免疫应答时，也必须通过T细胞来识别载体，从而促进B细胞对半抗原的 反应。例如，牛的胰高血糖素可引起豚鼠明显的体液免疫应答，它可被胰蛋白 酶裂解为两个片断，一个片段能引起T细胞的增生，另一片段能与胰高血糖 素抗体结合，而对T细胞的功能没有影响。现已证明，胰高血糖素是含有29 个氨基酸残基的多肽，其体液抗体的决定簇位于分子N端一半的肽段(1 17),而C端的肽段(18~29)主要和细胞免疫特异性有关。并非所有抗原都 如此简单，大多数抗原物质具有多种抗原决定簇，可以看做是多种半抗原和载 体的复合物。 第五节，抗原的类型 根据不同的分类方法，可把抗原分为不同的种类 (一)根据诱导抗体产生是否需要T细胞分 根据刺激机体产生抗体是否需要T细胞辅助，将抗原分为胸腺依赖性抗 原(thymus dependent antigen,TDAg）和非胸腺依赖性抗原(thymus inde- pendent antigen,TIAg)
第三章抗原 1,胸腺依赖性抗原、在刺激机体使B细胞分化成浆细胞的过程中需要辅 助性T细胞协助，这种抗原称为胸腺依赖性抗原或T细胞依赖性抗原。绝大 部分抗原均属此类，如异种红细胞、异种组织、微生物、异种蛋白质及人工复 合抗原等。 2.非胸腺依赖性抗原不需要T细胞协助就能直接刺激B细胞分化成浆 细胞的抗原称为非胸腺依赖性抗原。如大肠杆菌脂多糖(LPS)、肺炎球菌荚 膜多糖，(SSS)、聚合鞭毛素(POL)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。此类抗原 的特点是由同一构成单位重复排列而成。 (二)根据抗原物质的性质分 根据抗原物质是天然的生物物质还是人工合成物质可将抗原分为天然抗 原、人工抗原和合成抗原。 1.天然抗原自然界中天然存在的来自于动物、植物和微生物的抗原物 质。如微生物及其毒素、寄生虫、动物血清、各种血细胞以及植物花粉等均为 天然抗原。天然抗原有的呈颗粒状，如血细胞、细菌等；有的为可溶性，如血 清蛋白、细菌毒素等。 2.人工抗原经过人工化学改造的天然抗原即为人工抗原。制备人工抗 原主要是为了研究了解免疫原性的化学基础，因此将高度复杂的天然抗原用已 知的化学基团置换，这种方法可以为免疫反应的特异性本质提供很多重要的信息。 3.合成抗原是指用化学方法将某些已知氨基酸按一定顺序聚合成大分 子多肽，使其具有抗原性。可以使用一种氨基酸，也可以使用多种氨基酸构成 多肽，这种合成肽可以是直链的，也可以是带有侧链的。合成抗原一方面可用 于抗原结构、抗原特异性等免疫理论的研究，另一方面合成肽疫苗可能提供更 为优秀的无副作用的生物制品。 (三)根据抗原的来源分 根据抗原的来源不同，可将抗原分为异种抗原(heteroantigen)、同种抗原 (alloantigen,homoantigen)、自身抗原(autoantigen)、异嗜性抗原(het erophile antigen) 1.异种抗原来自与被免疫动物不同种属生物的抗原物质，如各种疫苗、 异种红细胞、异种蛋白等。大部分抗原均为异种抗原。 2,同种抗原来自与被免疫动物同种属动物的抗原，如血型抗原、组织 相容性抗原等。 3.自身抗原被免疫动物的自身组织在某种特定条件下所形成的抗原。 4.异嗜性抗原是一类与种族特异性无关的，存在于人、动物、植物 微生物之间的性质相同的抗原。这一抗原首先由Forssman发现，故又称 ·31·