病原生物与免疫学(第4版)(全国高等学历继续教育“十三五”(临床专科)规划教材)
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第一节 抗原的性质与结构基础

免疫原性和免疫反应性是抗原的两个重要的基本特性。 抗原的两个基本特性均具备特异性。
一、抗原的基本特性
抗原一般具有两种基本特性:免疫原性(immunogenicity)和免疫反应性(immunoreactivity)。 免疫原性指抗原能诱导B 细胞分化为浆细胞产生抗体和诱导T 细胞分化为效应性T 细胞的能力;免疫反应性指抗原与其诱导产生的效应物质,即相应抗体或效应性T 细胞特异性结合的能力。 同时具有免疫原性和免疫反应性的物质称为完全抗原(complete antigen),即通常所称的抗原,如细菌、病毒、异种动物血清等;只具有免疫反应性而无免疫原性的物质称为不完全抗原(incomplete antigen)或半抗原(hapten),如某些多糖和药物等简单小分子物质。 半抗原单独作用于机体时无免疫原性,只有与体内大分子蛋白质等载体结合后可获得免疫原性而成为完全抗原,能诱导机体产生针对半抗原的特异性抗体或效应性T细胞。
二、抗原的特异性
抗原特异性是指抗原选择性激活适应性免疫细胞产生应答产物及其与免疫应答产物,即相应抗体或效应性T 细胞结合并相互作用的高度专一性。 即某一特定抗原只能激活具有相应受体的淋巴细胞克隆,产生针对该抗原的特异性抗体或效应性T 细胞,此抗原也只能与其刺激产生的相应抗体或效应性T 细胞特异结合。 例如,接种乙肝疫苗(抗原)只能诱导机体产生针对乙肝病毒的抗体,这种抗体也只能与乙肝病毒结合,而不能与甲肝病毒或其他抗原结合。 可见,抗原的两个基本特性均有特异性。
三、抗原表位
抗原的特异性是免疫学检测、诊断及防治的分子基础和理论依据。 决定抗原特异性的结构基础是存在于抗原分子中的抗原表位(epitope)。
1.抗原表位的概念
抗原表位是抗原分子中决定该抗原特异性的特殊化学基团,又称抗原决定基(antigenic determinant,AD),通常由5~15 个氨基酸残基或5~7 个多糖残基/核苷酸组成。 抗原表位是抗原与T/B 细胞表面的抗原识别受体(TCR/BCR)及抗体特异性识别结合的基本结构单位。
抗原表位的性质、数目、位置和空间构象均可影响抗原的特异性。 抗原表位对抗原特异性的影响是通过人工结合抗原证实的。 实验方法简述如下:①将结构上相似的苯胺、间位氨基苯甲酸、间位氨基苯磺酸、间位氨基苯砷酸(均为半抗原)分别与同一种载体蛋白结合,组成人工结合抗原;②用人工结合抗原免疫动物,获得相应的免疫血清(抗体);③用免疫血清分别与上述已知半抗原进行反应。 实验结果显示(表1-1):上述四种结构上仅有一个酸基不同的半抗原只能与相应免疫血清(抗体)结合,而不能与其他免疫血清结合,表明抗原表位的性质可影响抗原的特异性。 此外,类似的研究还发现,抗原表位的数目、位置和空间构象均可影响抗原的特异性。
表1-1 不同酸基对半抗原—抗体反应特异性的影响
2.抗原表位的类型
根据抗原表位的空间结构特点可将其分为顺序表位(sequential epitope)和构象表位(conformational epitope)。 顺序表位由肽链上一段序列相连续的线性氨基酸残基所构成,又称线性表位。 顺序表位存在于抗原分子的任意部位。 构象表位由多肽或多糖链上空间位置相邻,而序列上不相连续的氨基酸或多糖残基所构成。 根据T、B 细胞所识别的抗原表位不同,可将表位分为T 细胞表位和B 细胞表位。 由于T 细胞表位需要抗原提呈细胞的加工提呈,所以只可以是线性表位,但无论在分子内部还是分子表面,均可被提呈而被T 细胞识别。 B 细胞表位可以直接被B 细胞识别,所以构象表位和线性表位均可,但需要位于抗原分子的表面,否则由于位阻效应,BCR 识别不到,这些分子内部B 细胞识别不到的表位称为隐蔽表位或无功能表位(图1-1)。
3.抗原结合价
一个抗原可具有一种或多种不同的抗原表位,一个抗原分子中能与相应抗体结合的抗原表位的总数称为抗原的抗体结合价,简称抗原结合价(antigenic valence)。 大多数天然抗原分子结构复杂,表面具有多种、多个抗原表位,为多价抗原。 有些抗原只有一个抗原表位,为单价抗原。
4.交叉反应
天然抗原通常有多种抗原表位,可刺激机体产生多种特异性抗体。 如果两种不同的抗原分子间具有相同或相似的抗原表位,那么这两种抗原刺激机体产生的抗体(抗血清),不仅能与诱导其产生的抗原发生特异性结合反应,而且还能与含有相同或相似抗原表位的其他抗原发生反应(图1-2)。 因此在免疫学中,将两种不同抗原分子之间具有的相同或相似的抗原表位称为共同抗原表位,含有共同抗原表位的抗原互称为共同抗原(common antigen)。 一种抗原刺激机体产生的抗体,与具有共同抗原表位的其他抗原发生的反应,称为交叉反应(cross reaction)。
图1-1 抗原表位分类示意图
1~4 为线性表位,5 为构象表位;1、3、4 为T 细胞表位,2、5 为B 细胞表位;2 为B 细胞的隐蔽表位,T 细胞表位需要APC 提呈均为功能表位
图1-2 交叉反应示意图