结核分枝杆菌抗原是联系结核分枝杆菌与宿主免疫系统的纽带，是研发疫苗和免疫诊断的关键环节，是进行抗原功能研究从而明确结核分枝杆菌作为病原菌的生理和毒力的决定性成分。结核分枝杆菌编码约4000个蛋白，但是到目前为止已经明确的具有免疫原性的抗原蛋白仅为其中的小部分，这部分具有免疫原性的抗原蛋白是目前结核病诊断和治疗的基础。本节我们将以结核分枝杆菌的免疫原性蛋白在菌体上的分布分类加以介绍。按菌体分布位置划分，结核分枝杆菌的免疫原性的组分主要包括胞质蛋白、胞壁蛋白以及分泌蛋白。按组成成分又可以分为糖类组分，脂类组分和核酸。

1.热休克蛋白（heat shock protein，HSP）家族　这些蛋白的发现是由于它们具有普遍的热休克蛋白家族的保守区域，尤其是HSP　60和HSP　70家族。HSP在正常的生理条件下具有表达量，但是在温度升高以及氧自由基等刺激条件下产生过量表达。热应激蛋白具有多种重要功能，作为分子伴侣来调节多肽的折叠、形成多聚体以及辅助蛋白穿过细胞膜。这些功能的发挥主要用来维持蛋白和保护蛋白的高级结构，防止其功能丧失，从而协助细胞适应环境的变化。在自然界中，HSP在活的细胞内发挥重要功能，HSP　60和HSP　70家族尤其重要。HSP是细胞抽提物中优势呈递抗原，尤其是在早期研究中的单克隆抗体的制备中占绝对优势。

HSP　60蛋白在分枝杆菌中被称为65kDa抗原，或许是目前为止研究最为深入的热休克蛋白，具有很强的抗原性，该抗原的B细胞和T细胞抗原决定簇已经被充分地进行了分析。HSP　60蛋白在自身免疫反应中得到证明，主要是由于其参与了自身反应性T细胞免疫，在结核分枝杆菌中主要发挥免疫调节性作用，进而改变了疾病的发展过程。

GroEL蛋白是通过形成多体蛋白而具有热休克蛋白的功能，其脚手架结构能够催化新合成的多肽正确折叠。在结核分枝杆菌染色体上编码GroEL抗原的两个蛋白的基因串联在一起，前一个基因虽然可以形成一个操纵子，为10kDa抗原；但是实际上65kDa抗原是由第二个非紧密相联的65kDa抗原家族编码的，这就是为什么存在GroEL蛋白和65kDa抗原蛋白两个名称。至今尚不清楚为什么分枝杆菌以及相关的链霉菌需要两个基因，而普通细菌，如大肠杆菌和枯草杆菌却只有一个基因。GroEL蛋白的两个基因间的序列有差异。结核分枝杆菌中的两个基因之间以及与大肠杆菌之间相似度非常高。每一个GroEL蛋白或许发挥类似其在大肠杆菌中的功能；也可能第二个GroEL蛋白具有另外一些分枝杆菌特有的功能。目前为止两个基因编码的蛋白在抗原性方面的区别尚未发现，但是65kDa抗原已经确定是主要的免疫反应靶标。10kDa的GroEL蛋白分子与65kDa抗原蛋白类似，在人和小鼠中被发现是主要的B细胞和T细胞抗原。

HSP70蛋白存在于多种分枝杆菌中，是作为主要抗原的热休克蛋白。HSP　70蛋白具有ATP酶和自身磷酸化活性。其ATP酶活性的变化与HSP　70调节多肽底物的折叠有关。同其他细菌类似，分枝杆菌也存在编码热休克蛋白的DnaK基因，具有与HSP　70类似的ATP酶和自身磷酸化活性。该基因的前面存在调节DnaK活性的多个基因。在分枝杆菌中，DnaK基因形成一个操纵子，该操纵子包括GrpE、DnaJ以及一个调节蛋白（HspR）。DnaK表达的诱导或许是由于对温度敏感的有HspR参与的蛋白之间的相互作用的结果。结核分枝杆菌HSP　60和HSP　70蛋白在被巨噬细胞吞噬后表达升高。

还有一类热休克蛋白是α－晶体蛋白类。这些蛋白分子包含一些异质性小热休克蛋白，它们跟α－晶体蛋白具有20%～30%的同源性。在分枝杆菌中存在两个α－晶体蛋白类分子，分别为16kDa（结核分枝杆菌）和18kDa（麻风分枝杆菌）。16kDa热休克蛋白具有增强蛋白稳定性的作用，由此可以促进结核分枝杆菌在刺激性外界环境中的长期存活。在静止期和厌氧培养的条件下，16kDa蛋白的表达量上升，这表明α－晶体蛋白在处于相对“休眠”的分枝杆菌中发挥了作用，能够促使分枝杆菌在宿主体内更长时间的存活。

2.热休克蛋白之外的胞内蛋白　除了热休克蛋白外，还存在许多重要的胞内抗原蛋白，如10kDa蛋白、28kDa蛋白、34kDa蛋白、超氧化物歧化酶、细菌铁蛋白、硫氧还蛋白、丙氨酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶。这些蛋白主要是一些参与代谢的酶类。结核分枝杆菌生长在人体血液细胞中，通过调整其自身的代谢途径或操纵宿主的代谢，结核分枝杆菌获得足够的营养来生存和发展。因此，这类蛋白对于结核分枝杆菌繁殖和生长具有重要意义。

3.DNA作为比较新的抗原种类已经逐渐为人们所熟知，尤其是CpG寡脱氧核苷酸（CpG ODN）。我们在此将其归为胞内抗原进行阐述。

长期以来，DNA被认为只具有较弱的免疫原性，难以引起机体强烈的免疫反应，但自从1984年Tokunaga等发现从卡介苗（BCC）中提取的DNA片段具有抗肿瘤活性后，人们对DNA的免疫学特性开始有了全新的认识。研究结果表明：以未甲基化CpG双核苷为核心的特定核苷酸序列是DNA具有免疫学活性的重要条件，免疫系统通过对这些特定序列的识别来诱发针对外源性DNA的免疫应答。CpG ODN引起的免疫保护可用于抵抗大量致病病原体。天然免疫系统通过Toll样受体9（TLR－9）检测这些未甲基化的CpG基序，进入免疫应答状态。大量研究显示细菌DNA中所含的CpG基序或人工合成的CpG ODN均具有强烈的免疫调节功能，可以快速引发机体的抗感染免疫。不同的CpG ODN刺激产生的免疫效应稍有不同。一般认为CpG ODN必须具备的结构条件有：①必须含有未甲基化的CpG双核苷酸，如果CpG缺失或胞嘧啶发生甲基化，则其活性丧失；②CpG两侧序列需为两个5′嘌呤和两个3′嘧啶，且当5′端为CpG，3′端为TpC或TpT时活性最强；③ODN需有一定的长度，如少于8个碱基则无刺激活性。

胞壁中的主要抗原为脂蛋白、糖蛋白和非蛋白糖类，此外还存在一些纯粹的蛋白类抗原。脂蛋白中研究较多的是19kDa、38kDa等。糖类组分中研究较多的抗原主要包括阿拉伯甘露糖（LAM）、分枝菌酸阿拉伯半乳糖，PIM等。

在结核分枝杆菌中发现的脂蛋白主要有19kDa、26kDa、27kDa和38kDa脂蛋白，其中19kDa和38kDa脂蛋白具有较强的抗原性。这两类蛋白具有细菌脂蛋白的一般特点，即信号肽序列和半胱氨酸基序（motif）。基因组序列分析发现结核分枝杆菌含有30～50个类似基因的可读框（ORF）。38kDa脂蛋白抗原与PstS或PhoS具有30%的同源性，推测可能具有磷酸盐转运功能，而其他脂蛋白则类似于其他细菌的养分运输蛋白。19kDa脂蛋白抗原没有发现明显的同源蛋白，它的功能需要进一步明确。19kDa和38kDa抗原在一些其他慢生分枝杆菌中存在同源蛋白，例如前面所讲的结核分枝杆菌中的pstS基因在胞内分枝杆菌也发现许多个。19kDa和38kDa抗原除了乙酰化外，有些蛋白还同时存在糖基化。对19kD抗原的结构分析表明糖链以O－基结核于乙酰化的N末端，N－基结合的糖链则靠近于C末端，如果苏氨酸参与被O－基糖链的形式糖基化则19kDa抗原容易被降解。38kDa抗原和牛结核分枝杆菌中的MPB83可能是具有一定的可溶性的分枝杆菌糖蛋白，它们在N－末端存在类似的糖基化基序。相对而言19kD抗原的糖基化侧链结构更为复杂。38kDa抗原和牛结核分枝杆菌中的MPB83被广泛用来分别对人结核和牛结核分枝杆菌进行血清学诊断。19kDa抗原能够诱导较强的T细胞反应，是重组疫苗设计的重要组分。

包括阿拉伯甘露糖（LAM）、分枝酰阿拉伯半乳糖（mAG），磷脂酰己醇甘露糖（PIM）和分枝杆菌酸等在内的分枝杆菌非蛋白组分早已被认定为抗结核抗体识别的主要靶标。分枝杆菌属的细菌细胞壁脂质含量较高，约占干重的60%。CD1分子是结核分枝杆菌细胞壁内的多种脂类物质的抗原递呈分子。LAM是分枝杆菌所特有的细胞壁成分，具有特异性。研究表明LAM具有较强的免疫原性可刺激机体产生相应的抗体，但是结核分枝杆菌可以通过LAM的在细胞上的配体来抑制巨噬细胞对IFN－γ的应答和对抗原的呈递能力。

细胞外面还存在一类称为黏附素的抗原蛋白，此外这类蛋白在细菌培养上清液中存在量也较大。该类蛋白主要包括肝素结合血凝素（HBHA）、纤连蛋白结合蛋白（FAP）和层粘连蛋白结合蛋白（LBP）。据推测它们可能都存在一定的糖基化修饰区域，对于产生免疫保护具有重要作用。

HBHA最初是由Menozzi等在1996年发现的，是黏附素的一种，分子量28kDa，其C末端富含赖氨酸，并在翻译后进行甲基化修饰，甲基化修饰对保证其免于蛋白酶的降解及其免疫特性有重要意义。HBHA以二聚体的形式存在，有三个功能区域，分别为N－端的由18个氨基酸组成的跨膜区、由81个氨基酸组成的α－螺旋区和富含脯氨酸和丙氨酸的C－末端。C－末端的甲基化对于稳定HBHA结构以及刺激IFN－γ的产生具有决定意义。HBHA在结核病血清学诊断中的作用价值越来越受到重视，其在免疫治疗感染小鼠模型中也显示出一定的作用。

在结核分枝杆菌存在两种FAP：抗原蛋白85复合体和FAP。抗原85复合体在分泌蛋白中进行描述。FAP是第一个被研究的结核分枝杆菌黏附素，目前已经在鸟结核分枝杆菌复合群、副结核分枝杆菌、堪萨斯分枝杆菌、犊牛分枝杆菌及结核分枝杆菌复合群中发现有编码FAP蛋白的基因。分枝杆菌可以通过FAP与纤连蛋白结合进入宿主组织细胞。最近的研究发现卡介苗（BCG）的FAP蛋白还具有抗肿瘤特性。

分枝杆菌的LBP和HBHA都具有共同的赖氨酸丰富区，LBP的甲基化赖氨酸对其功能也起重要作用。与HBHA不同的是，LBP不仅参与了菌体与宿主间的吸附过程，也有助于菌体对巨噬细胞的调理作用。对这种调理作用过程中的巨噬细胞受体的研究有利于进一步理解菌体对单核细胞和巨噬细胞的趋向性。麻风分枝杆菌的LBP主要是组蛋白样蛋白（Hlp），它介导菌体结合肺泡表皮细胞和巨噬细胞，其中主要是Hlp／LBP的C－端起作用，仅C－端也能结合施万细胞。结核分枝杆菌的Rv3312a也表现出与层粘连蛋白结合的特点，经过体外结合以及突变体证明Rv3312a是结核分枝杆菌的定植因子。

ESAT－6主要存在于致病性结核分枝杆菌而不在非结核分枝杆菌的早期培养滤液中的低分子量蛋白。由RD－1区的Rv3875基因编码，它缺乏传统的信号序列，由ESX－1系统分泌。一些研究表明，RD－1介导的毒力与ESAT－6的分泌有关，灭活基因esat－6和cfp－10，或者分泌系统基因，可导致结核分枝杆菌在巨噬细胞内的生长减少。这表明虽然ESAT－6在结核病患者中诱发出远比其他分枝杆菌蛋白更强烈的免疫应答，但是表达ESAT－6的重组BCG毒力增加。

CFP－10由RD－1区的基因Rv3874（1hp或esxB）编码，Rv3874位于ESAT－6编码基因Rv3875（esxA）的上游，并与其处于同一操纵子中，一起进行协同转录。与ESAT－6的球形蛋白结构不同，CFP－10以天然线性分子形式存在，与ESAT－6形成一紧密的1∶1复合物。与ESAT－6一样，CFP－10与细菌的毒力密切相关，也能诱发机体特异性Th1免疫应答，在活动性结核与潜伏感染的鉴别诊断中具有很高的应用价值。

由FbpA（Ag85A）、FbpB（Ag85B）、FbpC2（Ag85C）3种纤连结合蛋白形成的异三聚体复合物。Ag85A、Ag85B、Ag85C的分子量分别为32kDa、30kDa 和31.5kDa。MTB全基因序列中还发现一个新的基因fbpC1，其转录产物与Ag85成分高度相关（约40%序列相同）但不具备其他三种Ag85复合物具有的分枝菌酸转移酶活性。研究显示，Ag85复合物及其组分在MTB细胞壁的合成中起着极其重要的作用。Ag85可与细胞表面纤连蛋白（fibronectin，FN）结合，是MTB的FN受体，在分枝杆菌黏附细胞的过程中起重要作用，提示其与MTB的致病性有关。

MTB　8.4蛋白是从结核分枝杆菌H37Rv株培养滤液中纯化分离出的一种低分子量蛋白抗原，因其成熟蛋白分子量为8.4kDa而得名。不含信号序列，其编码基因为Rv1174c。能诱导小鼠产生特异性Th1型细胞免疫反应，分泌高水平的IFN－γ，也能诱导PPD阳性者PBMC增殖并分泌IFN－γ，是开发新型结核疫苗的重要抗原之一。

该蛋白是一种24kDa的结核分枝杆菌分泌性蛋白，它具有超氧化物歧化酶活性。其编码基因为RD－2区的Rv1980c。MPT64蛋白主要存在于MTB、牛结核分枝杆菌和某些BCG菌株（Tokyo株、Russia株、Sweden株、Moreau株）中。目前关于MPT64抗原的研究结论还有诸多不一致之处。几种研究显示这种抗原诱发中等程度淋巴细胞应答，而且仅见于少数结核病患者中。在小规模的MPT64迟发型超敏反应的临床调查中发现，结核病患者中仅有6%对MPT64皮下注射呈阳性反应而50%对抗原Ag85B有反应。相反，最近用大剂量MPT64斑点试验评估时发现，该抗原区别患者和健康者的特异性达100%，敏感性为98.1%。所以，MPT64真正用于结核病诊断还有待进一步研究。