抗原與抗原識別的分子與細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ) 140929 gaobo

抗原與抗原識別的細(xì)胞分子基礎(chǔ)INSTITUTEFORIMMUNOBIOLOGYDEPARTMENTOFIMMUNOLOGY高波

2014-09-29gaobo@一、抗原的概念二、抗原的異物性與特異性三、影響抗原誘導(dǎo)免疫應(yīng)答的因素四、抗原的種類五、非特異性免疫刺激劑六、抗原識別的細(xì)胞分子基礎(chǔ)Contents一、抗原和與抗原相關(guān)的幾個基本概念能夠通過與TCR或者BCR特異結(jié)合而激活T或者B淋巴細(xì)胞、誘導(dǎo)正性或負(fù)性免疫應(yīng)答的物質(zhì)稱為抗原。正性應(yīng)答導(dǎo)致抗體或/和效應(yīng)T細(xì)胞的產(chǎn)生，而負(fù)性反應(yīng)則引起抗原特異性的無反應(yīng)狀態(tài)(antigen-specificnon-reactivity)

，即免疫耐受(tolerance)

。1．抗原(Antigen)(2)免疫原性（immunogenicity)Immunogenicityistheabilitytoinduceahumoraland/orcellmediatedimmuneresponse,includinginduceproductionofantibodyandeffectorlymphocytes.能夠刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答，包括誘導(dǎo)產(chǎn)生抗體及效應(yīng)淋巴細(xì)胞?；罨腂細(xì)胞抗體活化的T殺傷細(xì)胞（3）反應(yīng)原性(immunoreactivity)

抗原性(antigenicity)Antigenicityistheabilitytocombinespecificallywiththefinalproductsoftheaboveresponses(I.e.,antibodyand/orcell-surfacereceptors).能與抗體或效應(yīng)T淋巴細(xì)胞特異性結(jié)合的能力。

不能誘導(dǎo)免疫應(yīng)答，但可與特異性免疫反應(yīng)的產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。（只具有與抗體結(jié)合的能力，而單獨(dú)不能誘導(dǎo)抗體產(chǎn)生的物質(zhì)）。

能夠使半抗原成為具有免疫原性（可誘導(dǎo)免疫應(yīng)答）的物質(zhì)稱為載體。4.半抗原（Hapten）5.載體（carrier）：半抗原(Hapten)

具有反應(yīng)原性(antigenicity),沒有免疫原性(immunogenicity)的小分子物質(zhì)。小分子免疫應(yīng)答（immuneresponse）+載體carrier半抗原+載體=完全抗原載體(carrier)：賦予半抗原免疫原性的大分子物質(zhì)。隨著近年對固有免疫認(rèn)識的深入，特別是對PAMP和DAMP等在固有免疫應(yīng)答中的作用和機(jī)制的了解，抗原傳統(tǒng)性定義的適用性受到了挑戰(zhàn)。固有免疫是否由抗原起動或激發(fā)。現(xiàn)已證實(shí)，固有免疫應(yīng)答中存在分子識別，固有免疫的啟動和激發(fā)是由固有免疫識別受體對PAMP、DAMP等識別的結(jié)果。PAMP、DAMP等可啟動和激發(fā)以炎癥反應(yīng)為主的免疫應(yīng)答，并清除病原體和凋亡細(xì)胞，但卻并不一定與應(yīng)答產(chǎn)物特異性結(jié)合。因此，PAMP、DAMP等這類固有免疫的啟動物和激發(fā)者并不符合傳統(tǒng)抗原的內(nèi)涵，難以被定義為傳統(tǒng)概念上的抗原。挑戰(zhàn)之一是：適應(yīng)性免疫應(yīng)答是在固有免疫應(yīng)答的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，如果固有免疫的啟動和激發(fā)物質(zhì)不能稱之為抗原的話，那么這是否動搖了有關(guān)適應(yīng)性免疫中抗原定義的基礎(chǔ)?挑戰(zhàn)之二是：

免疫（Immunity）固有免疫（Innateimmunity）適應(yīng)性免疫（Adaptiveimmunity）

免疫原（Immunogen）--啟動免疫應(yīng)答的物質(zhì)

抗原（antigen,Ag）--啟動適應(yīng)性免疫應(yīng)答的物質(zhì)

固有免疫原（Innagen，Ing）--啟動固有免疫應(yīng)答的物質(zhì)抗原的概念和延伸ImmunogenInnagen(INg)/InnateMolecularPattern(IMP)Antigen(Ag)PAMPDAMPOthers?ImmunogenicityReactigenicity熊思東.道亦道,非故道----試論固有免疫中的抗原和免疫原的定義.現(xiàn)代免疫學(xué),2007,27(6):441-443抗原的概念和延伸免疫原的特點(diǎn)固有免疫原抗原不限于特定類別的成分或單一分子啟動、誘導(dǎo)固有免疫應(yīng)答免疫原性、免疫反應(yīng)性分離免疫原性、免疫反應(yīng)性一致啟動、誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫應(yīng)答以表位為識別基礎(chǔ)就免疫應(yīng)答始動因素而言熊思東.道亦道,非故道----試論固有免疫中的抗原和免疫原的定義.現(xiàn)代免疫學(xué),2007,27(6):441-443Ag啟動、激發(fā)以特異性CTL和Ab為主的免疫應(yīng)答，清除病原體和靶細(xì)胞產(chǎn)生致敏的淋巴T細(xì)胞和Ab適應(yīng)性免疫識別的效應(yīng)適應(yīng)性免疫識別的效應(yīng)

固有免疫識別的效應(yīng) 產(chǎn)生活性氧、活性氮、抗菌肽 細(xì)胞因子、粘附分子、急性期蛋白 共刺激分子（B7.1、B7.2)

PAMP、DAMP啟動、激發(fā)以炎癥反應(yīng)為主的免疫應(yīng)答，清除病原體和凋亡細(xì)胞固有免疫識別的效應(yīng)自體不存在、改變的自我、胚胎期免疫系統(tǒng)未接觸。決定抗原的免疫原性。異物性是免疫原的核心。非己物為異物。抗原與機(jī)體之間的親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，組織結(jié)構(gòu)的差異越大，免疫原性越強(qiáng)。二、抗原的基本特性（異物性與特異性）異物性(Foreignness)人雞猴猴抗體+人RBC抗體+雞RBC+++++親源關(guān)系與免疫排斥反應(yīng)**各種病原體、動物蛋白**自身成分在胚胎期末未與免疫活性細(xì)胞接觸過的物質(zhì)(精子、眼內(nèi)容物等，又稱為隱蔽性抗原)**同種異體（ABO血型、HLA分子等）異物性(Foreignness)為什么是異物？免疫系統(tǒng)個體發(fā)育過程，對“自己”物質(zhì)產(chǎn)生耐受，不能識別，而對“非己”物質(zhì)能夠識別。

異物性的意義—排異AgT,B細(xì)胞特異性免疫應(yīng)答效應(yīng)物Ag抗原被排除抗原只和自己相應(yīng)的抗體和致敏淋巴細(xì)胞相結(jié)合這一特性，稱為抗原的特異性（

Specificity

）。特異性（Specificity）意義--是免疫學(xué)診斷與防治的理論依據(jù)

(1)兩對半：檢測HBV(2)接種牛痘：消滅天花決定抗原特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)特異性（Specificity）表位分子中決定抗原特異性的特殊化學(xué)基團(tuán)，稱為抗原表位。它是TCR/BCR及抗體特異性結(jié)合的基本單位，通常由5~17個氨基酸或5～7個多糖殘基或核苷酸組成。1）抗原表位（epitope）的概念表位，抗原決定簇EpitopeorAntigenicDeterminant:抗原與特異性免疫反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)合的最小單位。antigenantigenantigen。

2）抗原表位的類型順序表位（線性表位）構(gòu)象表位（非線性表位）T細(xì)胞表位B細(xì)胞表位表位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)T/B識別表位的區(qū)別構(gòu)象表位（conformationalepitope

）序列上不連續(xù)的多肽或多糖，有空間構(gòu)象形成的決定基，又叫非線性表位（non-linearepitope

），見于BCR或抗體識別的決定基，一般位于分子的表面。順序表位（sequentialepitope）一段序列相連續(xù)的氨基酸片段，又叫線性表位（linearepitope

），多位于抗原分子的內(nèi)部，主要是T細(xì)胞決定基。T細(xì)胞表位和B細(xì)胞表位

在免疫應(yīng)答中，TCR和BCR所識別的抗原表位不同，分別稱為T細(xì)胞表位和B細(xì)胞表位。（1）人胰高血糖素免疫小鼠123456789101112131415161718NH31920212223242526272829COOH（2）產(chǎn)生特異性抗體和T效應(yīng)細(xì)胞抗體：針對N端1~17氨基酸殘基T效應(yīng)細(xì)胞：針對C端18~29氨基酸殘基沒有發(fā)現(xiàn)一個表位同時被T細(xì)胞和B細(xì)胞識別。*B細(xì)胞表位是天然的，*位于分子的表面或轉(zhuǎn)折處*為構(gòu)象決定基或順序決定基*是抗原分子的三級結(jié)構(gòu)COOH123456789101112131415161718NH31920212223242526272829*T細(xì)胞表位是抗原提呈細(xì)胞加工提呈的抗原肽*呈線性排列**位于抗原分子的表面抗原

抗體CDR3表位B細(xì)胞表位

抗原中被BCR和抗體分子所識別的部位稱為B細(xì)胞表位（Bcellepitope）。**抗原表面能夠與抗體結(jié)合的最小單位**具有構(gòu)象依賴性（抗原表位與抗體分子的抗原結(jié)合部位在形狀上互補(bǔ)才能保證抗原與抗體的緊密結(jié)合。）（1）B細(xì)胞表位(Bcellepitope)（2）T細(xì)胞表位

蛋白質(zhì)分子中被MHC分子遞呈并被TCR識別的肽段稱為T細(xì)胞表位（Tcellepitope

）。TCRMHCHIVpeptideEp1Ep2Ep3T細(xì)胞表位（TCellepitope）能夠與MHC并被TCR識別的肽段與蛋白質(zhì)分子構(gòu)象無關(guān)與肽段在蛋白質(zhì)分子中的位置無關(guān)主要決定于肽段的氨基酸序列與宿主表達(dá)的MHC分子有關(guān)T細(xì)胞和B細(xì)胞抗原表位的特性比較T細(xì)胞表位B細(xì)胞表位表位受體TCRBCRMHC分子必需無需表位性質(zhì)主要是線性短肽天然的多肽、多糖、脂多糖、有機(jī)化合物表位的大小8~12個氨基酸（CD8+T細(xì)胞）5~15個氨基酸、5~7個單糖

12~17個氨基酸（CD4+T細(xì)胞）或5~7個核苷酸表位類型線性表位構(gòu)象表位；線性表位表位位置抗原分子任意部位抗原分子表面3）影響抗原特異性的因素抗原表位的性質(zhì)抗原表位的數(shù)目抗原表位的空間構(gòu)象4）表位-載體作用

在人工抗原中，半抗原為簡單的有機(jī)化學(xué)分子，半抗原與蛋白質(zhì)載體偶聯(lián)后，可誘導(dǎo)出抗半抗原抗體。半抗原(Hapten)

+載體carrier5）共同抗原與交叉反應(yīng)

天然抗原表面常帶有多種抗原決定基，每一種B細(xì)胞決定基都可引起一種特異性抗體產(chǎn)生。因此復(fù)雜抗原能使機(jī)體產(chǎn)生多種抗體。因而在兩種不同的抗原之間可以存在有相同或相似的抗原決定基，稱為共同抗原（commonantigen）。

抗體對具有相同或相似決定基的不同抗原的反應(yīng)，稱為交叉反應(yīng)（cross-reaction）。牛痘疫苗VACCINE天花病毒Bm細(xì)胞鏈球菌M蛋白ABAC人心肌/腎小球基底膜細(xì)胞共同抗原表位

風(fēng)濕性心臟病發(fā)病機(jī)制心肌細(xì)胞鏈球菌

風(fēng)濕性心臟病發(fā)病機(jī)制抗體交叉反應(yīng)MφNK1、抗原的理化特性化學(xué)性質(zhì)、分子量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、分子構(gòu)象、易接近性、物理狀態(tài)2、宿主因素：遺傳、年齡、性別、健康狀態(tài)3、免疫方法：劑量、途徑、次數(shù)、佐劑三、影響抗原免疫應(yīng)答的因素

糖蛋白、脂蛋白、多糖、脂多糖

活化的淋巴細(xì)胞中的DNA，染色體、組蛋白自身抗DNA、組蛋白抗體抗核抗體自身免疫病1、抗原的理化特性（1）化學(xué)性質(zhì)蛋白質(zhì)抗原多糖和脂類抗原應(yīng)答類型細(xì)胞免疫、體液免疫體液免疫抗體類型IgM、IgG和IgA等IgM和少量IgG親和力高親和力低親和力免疫記憶形成不形成免疫耐受的誘導(dǎo)不易易1、抗原的理化特性（1）化學(xué)性質(zhì)（2）分子量大小>10kD>100kD<10kD免疫原（Immunogens）強(qiáng)免疫原（Strongimmunogens）弱免疫原（Poorimmunogens）分子量大抗原決定基多抗原分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易被降解持續(xù)刺激免疫細(xì)胞高免疫反應(yīng)1、抗原的理化特性明膠分子（分子量>100kD

）直鏈氨基酸加苯環(huán)氨基酸（2%酪氨酸）（免疫原性很弱）（免疫原性大大增強(qiáng)）1、抗原的理化特性（3）結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（4）分子構(gòu)象某些抗原分子在天然狀態(tài)下可誘生特異性抗體，但經(jīng)變性改變構(gòu)象后，失去誘生同樣抗體的能力。1、抗原的理化特性（5）易接近性抗原性+++

酪氨酸多聚丙氨酸谷氨酸多聚賴氨酸+++1、抗原的理化特性（6）物理狀態(tài)1、抗原的理化特性聚合狀態(tài)＞單體顆粒性抗原＞可溶性抗原（2）宿主的遺傳特性機(jī)體對抗原的應(yīng)答是受免疫應(yīng)答基因（主要是MHC）控制的。因個體遺傳基因的不同，人群中對同一抗原可有高、中、低不同程度的應(yīng)答。（3）年齡、性別、健康狀態(tài)青壯年強(qiáng)于幼年和老年雌性比雄性動物抗體生成高感染、免疫抑制劑的應(yīng)用2、宿主因素3、免疫方法劑量：適中途徑：皮內(nèi)>

皮下>

腹腔注射和靜脈注射

>

口服（耐受）次數(shù)：合適免疫佐劑：選擇---弗氏佐劑：IgG

明礬佐劑：IgE1、根據(jù)產(chǎn)生抗體時需否Th細(xì)胞參與而分類**胸腺依賴抗原（thymusdependentantigen,TD-Ag）**胸腺非依賴抗原（thymusindependentantigen,TI-Ag）TD和TI抗原均是完全抗原四、抗原的種類（1）、胸腺依賴抗原（thymusdependentantigen,TD-Ag）T-dependentAntigens

–TD抗原在沒有Th細(xì)胞的幫助下，不能直接刺激B細(xì)胞產(chǎn)生抗體。蛋白質(zhì)分子為T-dependentantigens.在結(jié)構(gòu)上（Structurally），這些抗原的特征為有許多不同的抗原決定基（manydifferentantigenicdeterminants），但拷貝數(shù)很少（afewcopiesasillustratedintheFigure）（2）、胸腺非依賴抗原（thymusindependentantigen,TI-Ag）T-independentAntigens

-T-independentantigensareantigenswhichcandirectlystimulatetheBcellstoproduceantibodywithouttherequirementforTcellhelpIngeneral,polysaccharidesareT-independentantigens.Theresponsestotheseantigensdifferfromtheresponsestootherantigens.

胸腺非依賴抗原能直接刺激B細(xì)胞產(chǎn)生抗體，而無需T細(xì)胞的幫助。一般來說，多糖為TI抗原。TI抗原所刺激產(chǎn)生的免疫反應(yīng)不同于其它抗原產(chǎn)生的反應(yīng)。1.Polymericstructure(多聚體樣結(jié)構(gòu))-Theseantigensarecharacterizedbythesameantigenicdeterminant

repeatedmanytimes（相同的抗原決定基重復(fù)多次）asillustratedinFigure

.

TI抗原的特征

PropertiesofT-independentantigens革蘭氏陰性細(xì)菌胞壁結(jié)構(gòu)細(xì)菌脂多糖（LPS）的分子結(jié)構(gòu)脂蛋白膜蛋白LPS外膜胞膜膜間質(zhì)n脂A核磷脂多糖多糖重復(fù)單位Resistancetodegradation(降解)-T-independentantigensaregenerallymoreresistanttodegradationandthustheypersistforlongerperiodsoftimeandcontinuetostimulatetheimmunesystem.TD抗原TI抗原化學(xué)性質(zhì)蛋白質(zhì)脂多糖等抗原表位T、B表位重復(fù)B表位T細(xì)胞輔助必需無需免疫應(yīng)答體液、細(xì)胞免疫體液免疫抗體類型多種IgM免疫記憶有無TD-Ag與TI-Ag的特性比較2、根據(jù)抗原與機(jī)體的親緣關(guān)系而分類（1）異種抗原（xenogenicAg）：微生物治療用動物免疫血清：馬血清抗毒素馬血清抗毒素的兩重性：1、特異性抗體----中和毒素2、異種抗原，可刺激機(jī)體產(chǎn)生抗馬血清抗體。來自另一物種的抗原稱為異種抗原。類毒素毒素馬血清抗毒素超敏反應(yīng)抗體抗原（2）同種異型抗原（allogenicAg）：人類同種異型：血型（紅細(xì)胞）抗原組織相容性抗原（人主要為HLA）血型：

ABO系統(tǒng)和RhABOAB抗原抗體AB－A,B抗B抗A抗A,抗B－血型在同一種屬不同個體之間所存在的抗原。RBC+RBC補(bǔ)體RBCRBCA型A抗原B型抗A抗體抗A抗體在正常情況下，機(jī)體對自身組織細(xì)胞不會產(chǎn)生免疫應(yīng)答，即自身耐受。但在感染、外傷、服用某些藥物等影響下，使隔離抗原釋放，或改變和修飾了自身組織的抗原結(jié)構(gòu)，誘發(fā)對自身抗原的應(yīng)答。RBC自身免疫性溶血性貧血藥物RBC自身抗體

RBC抗原抗體復(fù)合物激活補(bǔ)體紅細(xì)胞膜C9C8C5b67（3）自身抗原（autoantigen）：又稱Forssam抗原，是指一類與種屬無關(guān)的存在于人、動物、植物和微生物之間的共同抗原。乙型溶血性鏈球菌細(xì)胞壁C抗原

M抗原鏈球菌感染急性腎小球腎炎大腸桿菌O14型脂多糖結(jié)腸粘膜潰瘍性結(jié)腸炎心瓣膜的糖蛋白心肌成分風(fēng)濕熱A族鏈球菌腎小球基底膜（4）異嗜性抗原（hetorophilicantigen）：（5）獨(dú)特型抗原(idiaotypeantigen)TCR、BCR或IgV區(qū)所具有的獨(dú)特的氨基酸序列和空間構(gòu)型結(jié)構(gòu)，可誘導(dǎo)抗獨(dú)特型抗體的產(chǎn)生。內(nèi)源性抗原(endogenousantigen)

病毒蛋白、腫瘤抗原等外源性抗原（exogenousantigen）來源于細(xì)胞外的抗原3、根據(jù)抗原是否在抗原提呈細(xì)胞內(nèi)合成分類四、其他分類產(chǎn)生方式物理性狀化學(xué)性質(zhì)誘導(dǎo)不同的免疫應(yīng)答天然抗原、人工抗原顆粒性抗原、可溶性抗原蛋白質(zhì)抗原、多糖抗原、多肽抗原移植抗原、腫瘤抗原、變應(yīng)原、過敏原、耐受原等五、非特異性免疫刺激劑超抗原佐劑絲裂原超抗原(SUPERANTIGENS)

免疫系統(tǒng)在進(jìn)行TD抗原反應(yīng)時，大多數(shù)的抗原只能被少數(shù)T細(xì)胞克隆(1in104-105)識別、并激活免疫反應(yīng)。然而，有一些抗原可多克隆地激活T細(xì)胞(upto25%)，這種抗原稱為超抗原（superantigens

）。超抗原

——少量抗原分子能激活