醫(yī)學(xué)免疫學(xué)課件：第3章 抗原

1、第三章 抗原 (antigen, Ag)什么是免疫學(xué)？ “免疫” 來自拉丁文“immunis” （免除稅收），免疫學(xué)包含著“免于疫患”之意。 免疫學(xué)是研究生物體對抗原物質(zhì)免疫應(yīng)答及其方法的生物-醫(yī)學(xué)科學(xué)，是機(jī)體識別“自身”與“非己”抗原，對自身抗原形成天然免疫耐受，對“非己”抗原產(chǎn)生排斥作用的一種生理功能。正常情況下，這種生理功能對機(jī)體有益，可產(chǎn)生抗感染、抗腫瘤等維持機(jī)體生理平衡和穩(wěn)定的免疫保護(hù)作用。當(dāng)免疫功能失調(diào)時(shí)，也會對機(jī)體產(chǎn)生有害的反應(yīng)和結(jié)果，如引發(fā)超敏反應(yīng)、自身免疫病和腫瘤等。 免疫學(xué)經(jīng)歷了4個(gè)迅速發(fā)展階段1876年后，多種病原菌被發(fā)現(xiàn)，用已滅活及減毒的病原體制成疫苗，預(yù)防多種傳染病，

2、使疫苗得以廣泛發(fā)展和使用。1900年前后，抗原與抗體的發(fā)現(xiàn)，揭示出“抗原誘導(dǎo)特異抗體產(chǎn)生”這一免疫學(xué)的根本問題，促進(jìn)了免疫化學(xué)的發(fā)展及抗體的臨床應(yīng)用。1957年后，細(xì)胞免疫學(xué)的興起，特異免疫是T及B淋巴細(xì)胞對抗原刺激所進(jìn)行的主動免疫應(yīng)答過程的結(jié)果。1977年后，分子免疫學(xué)的發(fā)展，得以從基因活化的分子水平，理解抗原刺激與淋巴細(xì)胞應(yīng)答類型的內(nèi)在聯(lián)系與機(jī)制。第一節(jié) 抗原的特異性第二節(jié) 抗原的種類第三節(jié) 非特異性免疫刺激劑本章內(nèi)容抗原: 自然界存在1017種抗原-能刺激機(jī)體產(chǎn)生特異性的免疫應(yīng)答-與抗體和致敏淋巴細(xì)胞結(jié)合，發(fā)生免疫效應(yīng) 抗原的化學(xué)本質(zhì) 蛋白質(zhì)，多肽，多糖， 類脂，脂肪，DNA, RNA

3、簡單化合物 免疫原性 lmmunogenicity抗原性antigenicity 抗原的兩大基本特性：（1）免疫原性(immunogenicity)與TCR或BCR結(jié)合，刺激細(xì)胞活化、增殖、分化，產(chǎn)生抗體或致敏淋巴細(xì)胞的能力(誘導(dǎo)免疫應(yīng)答）（2）抗原性 (反應(yīng)原性，antigenicity)與誘生的抗體或致敏淋巴細(xì)胞發(fā)生特異性結(jié)合的能力AgTBT漿細(xì)胞致敏T細(xì)胞bind and reactbind and react所有抗原都具有免疫原性和抗原性嗎？haptenCarrierhaptencomplete antigen 完全抗原(complete antigen）免疫原(immunogen)

4、(微生物和蛋白質(zhì)）免疫原性 抗原性 載體(Carrier) ：與半抗原結(jié)合后使之具有免疫原性的大分子物質(zhì)無免疫原性抗原性 半抗原(hapten) 不完全抗原（incmplete antigen)（小分子藥物和化合物）完全抗原半抗原蛋白質(zhì)載體青霉素孢子侵入血漿中的蛋白成分結(jié)合成完全抗原使機(jī)體產(chǎn)生抗青霉素的抗血清機(jī)體再次接觸青霉素發(fā)生嚴(yán)重的過敏反應(yīng)青霉素（半抗原）+血清白蛋白（載體）=完全抗原謹(jǐn)防中藥過敏反應(yīng) 半抗原載體效應(yīng) 在免疫應(yīng)答中，B細(xì)胞提呈載體表位給Th細(xì)胞，Th細(xì)胞活化后再輔助激活B細(xì)胞，即以載體把特異T-B細(xì)胞連接起來（T-B橋聯(lián)），T細(xì)胞才能激活B細(xì)胞，稱載體效應(yīng)。在免疫應(yīng)答中，B

5、細(xì)胞識別半抗原（B細(xì)胞表位） T細(xì)胞識別載體表位（T細(xì)胞表位） 載體效應(yīng) 變應(yīng)原(allergen)誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生速發(fā)型變態(tài)反應(yīng)（即超敏反應(yīng)）的抗原 過敏原（又稱為變應(yīng)原、過敏物、致敏原、致敏物）是指能引起過敏的物質(zhì), 促進(jìn)個(gè)體發(fā)生I型超敏反應(yīng)的非寄生抗原 耐受原(Tolerogen)誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生耐受（特異性無應(yīng)答）的抗原第一節(jié) 抗原的特異性 抗原的特異性 (antigenic specificity) 抗原與其受體(TCR, BCR)和免疫應(yīng)答產(chǎn)物抗體專一結(jié)合的性質(zhì)免疫原性的特異性：指某一特定抗原只能激發(fā)針對該抗原的特異性抗體和/或致敏淋巴細(xì)胞抗原性的特異性：指某一特定抗原只能與其特異性抗體和

6、/或致敏淋巴細(xì)胞結(jié)合而發(fā)生反應(yīng) 抗原決定基/簇 (Antigenic determinant) ：存在于抗原分子表面的能夠決定抗原特異性的特殊化學(xué)基團(tuán)，又稱表位(epitope)。是被免疫細(xì)胞識別的標(biāo)志及免疫反應(yīng)具有特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)?？寺∵x擇學(xué)說：每個(gè)個(gè)體都存在龐大的表達(dá)不同抗原受體的淋巴細(xì)胞庫。具備107-109個(gè)識別不同抗原決定基的能力。 抗原結(jié)合價(jià)(antigenic valence)蛋白分子能與抗體結(jié)合的抗原表位總數(shù)。 半抗原為1價(jià)，僅能與抗體分子的一個(gè)結(jié)合部位結(jié)合，為單價(jià)抗原天然抗原為多價(jià)，可以和多個(gè)抗體分子結(jié)合。表位多特異性表位多價(jià)抗原單特異性表位多價(jià)抗原多特異性表位一定是多價(jià)抗原

7、，但多價(jià)抗原未必是多特異性表位 影響抗原免疫原性的因素 異物性是抗原特異性的重要基礎(chǔ)高分子量的化合物免疫原性強(qiáng)理化復(fù)雜性和免疫原性密切相關(guān)可降解性和表位識別關(guān)系密切半抗原和載體MHC控制對肽抗原的免疫應(yīng)答抗原受體的多樣性決定抗原識別的特異性抗原結(jié)合部位接種劑量和途徑并不是什么物質(zhì)都能刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答（一）異物性（foreignness）一種物質(zhì)被機(jī)體免疫系統(tǒng)識別為非己的抗原異物的特性，是抗原特異性的重要基礎(chǔ) 抗原所來源的物種與宿主間的種系關(guān)系愈遠(yuǎn)，其免疫原性愈強(qiáng)。各類病原微生物、各種動物蛋白均對人具有強(qiáng)免疫原性，同種異體移植物也是強(qiáng)免疫原性的抗原。自身成分發(fā)生改變，也可被機(jī)體視為非已物質(zhì)，

8、即變?yōu)槊庖咴?。（二）分子量抗原的分子量越大，抗原決定基多，化學(xué)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，能在體內(nèi)久留,免疫原性愈強(qiáng)。分子量大，大于10kD以上的物質(zhì)具有免疫原性；小于4kD為弱抗原或無免疫原性。與化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)：明膠分子量雖高達(dá)100kD，但直鏈氨基酸結(jié)構(gòu)易被降解，故免疫原性弱。結(jié)構(gòu)越復(fù)雜免疫原性越強(qiáng)芳香族氨基酸（酪氨酸），不易在體內(nèi)降解，能較長時(shí)間刺激免疫細(xì)胞。多糖可形成枝狀結(jié)構(gòu)并形成抗原決定簇：血細(xì)胞表面的多糖抗原，微生物表面的多糖或低聚糖抗原。核酸分子：抗DNA/RNA抗體（三）理化性質(zhì)（1）順序表位和構(gòu)象表位 線性表位（linear epitope, 順序表位）： 一段序列相連的氨基酸片段形成, 共價(jià)

9、結(jié)構(gòu)組成，多在抗原分子內(nèi)，不易接近抗體 主要由TCR識別，BCR也可識別 糖，磷脂 構(gòu)象表位（conformational epitope, 非線性表位） 序列上不相連， 折疊并置構(gòu)成，位于分子表面 由BCR識別 蛋白質(zhì)，既線又構(gòu)（四）抗原的可降解性和表位識別抗體A抗體B抗體結(jié)合部位抗體結(jié)合部位非連續(xù)性抗原表位連續(xù)性抗原表位抗體與連續(xù)型抗原表位和非連續(xù)性抗原表位的相互作用T細(xì)胞抗原表位和B細(xì)胞抗原表位的區(qū)別T細(xì)胞抗原表位（免疫原性決定簇）B細(xì)胞抗原表位（抗原決定簇）受體MHC性質(zhì)大小類型位置TCR必需蛋白質(zhì)降解后的多肽812個(gè)氨基酸（CD8 I類） 1220個(gè)氨基酸（CD4 II類） 線性抗原

10、分子的任何部位（多在內(nèi)部）BCR無需各種天然抗原分子57個(gè)氨基酸、57個(gè)單糖或 57個(gè)核苷酸構(gòu)象或線性抗原分子表面抗原表位的性質(zhì)、數(shù)目、位置、空間排列和立體構(gòu)象決定著抗原-抗體反應(yīng)的高度特異性化學(xué)基團(tuán)性質(zhì)對抗原表位特異性的影響半抗原反應(yīng)強(qiáng)度氨苯磺酸氨苯砷酸氨苯甲酸SO3HNH2AsO3HNH2COOHNH2+ + + + +/半抗原化學(xué)基團(tuán)位置對抗原表位特異性的影響反應(yīng)強(qiáng)度間位氨苯磺酸SO3HNH2+ + +/鄰位氨苯磺酸鄰位氨苯磺酸NH2SO3HNH2SO3H+ + 共同抗原： 不同分子上存在相同或者相似的表位 異嗜性抗原（heterophilic Ag，forssman Ag)共同抗原存在

11、于不同種屬來源的抗原分子之間（人、動物、植物和微生物之間的臨床意義共同抗原 急性腎小球腎炎 心肌炎 風(fēng)濕熱 風(fēng)心病共同抗原 潰瘍性結(jié)腸炎 共同抗原 牛痘苗預(yù)防天花 溶血性鏈球菌心肌大腸桿菌O14型 結(jié)腸粘膜牛痘病毒人天花病毒交叉反應(yīng)由于共同抗原的存在，其中一種抗原刺激機(jī)體產(chǎn)生的免疫應(yīng)答產(chǎn)物（抗體或致敏淋巴細(xì)胞）可以與其他的不同抗原發(fā)生特異性的結(jié)合. 腎小球基底膜 A族溶血性鏈球菌表面成分 人腎小球基底膜及心肌組織異嗜性抗原引起自身免疫病每個(gè)個(gè)體含約6個(gè)MHCI 和10-20個(gè)MHCII，但能提呈巨大數(shù)量的抗原肽。MHCI結(jié)合8-10個(gè)氨基酸片段， MHCII結(jié)合12-16個(gè)氨基酸片段。MHC分

12、子結(jié)合的肽的氨基酸在肽內(nèi)的位置不同。（六）MHC控制對肽抗原的免疫應(yīng)答（七）抗原受體的多樣性決定抗原識別的特異性 淋巴細(xì)胞庫 （lymphocyte repertoire)每個(gè)個(gè)體表達(dá)107以上的不同抗原受體的B/T細(xì)胞克隆 體細(xì)胞重組 （somatic recombination) 通過不同基因片段的連接，在骨髓的未成熟B細(xì)胞和胸腺的未成熟T細(xì)胞內(nèi)會產(chǎn)生具有功能性的抗原受體基因，編碼產(chǎn)生多種多樣的BCR和TCR。與抗原相遇之前，抗原受體就已表達(dá)?？乖荏w的多樣性決定了抗原識別的特異性（八）抗原性與抗原結(jié)合部位抗體-抗原的結(jié)合：可逆性的非共價(jià)結(jié)合。包括：靜電力，氫鍵，范德華力，疏水作用。親和力

13、：抗體-抗原的結(jié)合解離常數(shù)（Kd）：結(jié)合一半抗體分子的抗原結(jié)合部位所需要的抗原濃度（10-7-10-11M）。Kd越小，親和力越強(qiáng)。（九）接種劑量和途徑1）抗原劑量、抗原進(jìn)入機(jī)體的途徑、免疫次數(shù)皮內(nèi)皮下靜脈腹腔口服：易形成局部的黏膜免疫，卻易誘導(dǎo)產(chǎn)生全身免疫耐受適中太高太低適當(dāng)次數(shù)與間隔2）性別、年齡、健康狀況、妊娠、心理狀態(tài)、疾病壓力等，均可影響免疫系統(tǒng)功能。第二節(jié)、抗原的種類1、根據(jù)化學(xué)性質(zhì)不同分類2、根據(jù)產(chǎn)生抗體時(shí)是否有Th細(xì)胞參與分類3、根據(jù)抗原與機(jī)體的親緣關(guān)系分類4、根據(jù)是否在抗原提呈細(xì)胞內(nèi)合成分類1、根據(jù)化學(xué)性質(zhì)不同分類蛋白質(zhì) （異種動物血清，細(xì)菌蛋白，病毒蛋白，移植抗原， Rh抗

14、原，腫瘤抗原和基因工程抗原）多糖核酸和脂類小分子化學(xué)物質(zhì)Rh抗原 12次的跨膜蛋白 Rh血型系統(tǒng)（Rhesus monkeys）恒河猴血型系統(tǒng)，存在抗原RhD和RhCE。Rh-，表示人類紅細(xì)胞沒有“RhD抗原” “熊貓血”Rh+，表示人類紅細(xì)胞有“RhD抗原”（99.64%）Rh血型不存在天然抗體，第一次輸血時(shí)不會發(fā)現(xiàn)Rh血型不合, 但Rh-的受血者接受了Rh+血液可產(chǎn)生抗Rh抗體IgG，如再次輸受Rh+血液時(shí)，即可發(fā)生溶血性輸血反應(yīng)。臨床上給病人重復(fù)輸血時(shí)，即使輸入同一獻(xiàn)血者的血液也應(yīng)做交叉配血試驗(yàn)。 “新生兒溶血癥”：Rh-女與Rh+男結(jié)婚，Rh+胎兒紅細(xì)胞與母體免疫系統(tǒng)接觸后，母體產(chǎn)生抗

15、Rh抗體。若該女再次懷Rh+胎兒時(shí)，母體的抗Rh抗體通過胎盤進(jìn)入胎兒血液，導(dǎo)致胎兒流產(chǎn)或新生兒產(chǎn)生溶血而死亡。如Rh-婦女孕前曾接受過Rh陽性血液輸血，則孕育的第一胎Rh+胎兒也會發(fā)生溶血現(xiàn)象。 多肽寡糖作為抗原 ABO血型（H型抗原）A血型血清中：抗B抗體紅細(xì)胞表面：A抗原ABO血型:沒有H物質(zhì)，孟買血型A型血有抗B抗原的抗體，為B凝集素B型血有抗A抗原的抗體，為A凝集素O型血有兩種凝集素AB型血不含有兩種凝集素實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的人源細(xì)胞常采用AB血清ABO血型不符的個(gè)體間輸血，引起嚴(yán)重的反應(yīng)血型鑒定2、根據(jù)產(chǎn)生抗體時(shí)是否有Th細(xì)胞參與分類胸腺依賴性抗原（thymus dependent anti

16、gen, TD-Ag)胸腺非依賴性抗原（thymus independent antigen, TI-Ag)特性 TD抗原 TI抗原結(jié)構(gòu)復(fù)雜表位種類多含T細(xì)胞和B細(xì)胞表位結(jié)構(gòu)簡單表位種類單純，排列密集有規(guī)律含有重復(fù)的B細(xì)胞表位天然抗原，如蛋白質(zhì)一般為多糖化學(xué)組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)免疫應(yīng)答特點(diǎn)需APC和T細(xì)胞輔助引起細(xì)胞免疫可產(chǎn)生各類Ig形成免疫記憶 不依賴T細(xì)胞不引起細(xì)胞免疫只產(chǎn)生Ig M不形成免疫記憶3、根據(jù)抗原與機(jī)體的親緣關(guān)系分類1）異嗜性抗原（heterophilic Ag)2）異種抗原 （Xenogenous Ag）3）同種異性抗原 （Allogeneic Ag)4）自身抗原（Allogenei

17、c Ag)5）獨(dú)特型抗原 （idiotype antigen) 2）異種抗原 （Xenogenous Ag）：不同種屬的抗原 如：病原微生物及其代謝產(chǎn)物、動物器官、組織及血清、植物蛋白等異種動物血清具有兩重性： 抗毒素作用 如：抗毒素血清（馬血清）破傷風(fēng)抗毒素血清、白喉抗毒素血清等。 異種抗原作用 異種動物的血清蛋白對人具有免疫原性，可導(dǎo)致血清過敏性休克。 3）同種異性抗原 （Allogeneic Ag)同一種屬不同個(gè)體間存在的特異性抗原人類的同種異型抗原主要有：HLA抗原ABO抗原Ig的同種異型抗原Rh抗原4）自身抗原（Allogeneic Ag):能引起免疫應(yīng)答的自身組織成分稱為自身抗原。

18、在T/B細(xì)胞發(fā)育成熟中，機(jī)體通過陰性選擇，清除或者抑制針對自身抗原的細(xì)胞克隆。正常情況下與血流和免疫系統(tǒng)相對隔絕自身物質(zhì)解剖位置特殊 在胚胎期尚未出現(xiàn)，機(jī)體未能建立自身免疫耐受 腦組織，精子，甲狀腺球蛋白及眼晶狀體蛋白等在正常情況下與免疫系統(tǒng)隔離，不能激發(fā)免疫應(yīng)答。外傷使這些成分流入血液，與免疫系統(tǒng)接觸，被機(jī)體視為異物，引起自身免疫應(yīng)答。受到外界刺激（輻射，藥物等）形成新的抗原表位。眼球血管角膜蛋白外傷正常組織細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化燒傷等損傷自身突變物質(zhì)角膜蛋白外流5）獨(dú)特型抗原 （idiotype antigen) 同一種屬、同一個(gè)體來源的抗體分子，由于不同B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的Ig V區(qū)尤其是CD

19、R區(qū)的氨基酸組成、排列和構(gòu)型的不同，可顯示不同的免疫原性，是每個(gè)Ig分子所特有的抗原特異性標(biāo)志，其表位又稱獨(dú)特位。抗體分子每個(gè)Fab片段均存在56個(gè)獨(dú)特位。單一個(gè)體數(shù)量大，108以上。獨(dú)特型抗體誘生的抗體為抗獨(dú)特型抗體。4、根據(jù)是否在抗原提呈細(xì)胞內(nèi)合成作用特點(diǎn)：無需抗原加工和處理，直接結(jié)合MHC-II分子 分別與TCR V和APC表面MHC-II分子非多肽區(qū)外側(cè)結(jié)合，形成TCRV超抗原MHC-II復(fù)合物所誘導(dǎo)的T細(xì)胞應(yīng)答并非針對超抗原本身，通過分泌大量細(xì)胞因子參與病理和生理過程分類：外源性超抗原：APC從外部攝取,金葡菌腸毒素、小腸結(jié)腸耶氏菌膜蛋白, 內(nèi)源性超抗原： APC內(nèi)部合成,逆轉(zhuǎn)錄病毒

20、蛋白第三節(jié)、非特異性免疫刺激劑激活多數(shù)或全部T或B淋巴細(xì)胞克隆，不受TCR或BCR特異性的限制的免疫刺激劑包括：1、超抗原 （super-antigen, SAg)2、免疫佐劑3、有絲分裂原1、超抗原 （super-antigen, SAg)是一類可直接結(jié)合抗原受體，在極低濃度下即可激活大量T細(xì)胞或B細(xì)胞克隆，并誘導(dǎo)強(qiáng)烈免疫應(yīng)答的物質(zhì)。超抗原與臨床的關(guān)系：參與某些中毒綜合征發(fā)生：細(xì)菌性超抗原參與臨床上多種嚴(yán)重的中毒綜合征的發(fā)生，如毒性休克綜合征、嬰兒突然死亡綜合征、食物中毒等。自身免疫病：超抗原也可激活體內(nèi)自身反應(yīng)性T細(xì)胞和B細(xì)胞克隆，引發(fā)或加劇自身免疫病，如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化等。 超抗

21、原與普通抗原比較 特點(diǎn) 普通抗原 超抗原物質(zhì)屬性 蛋白質(zhì)、多糖 細(xì)菌外毒素、逆轉(zhuǎn)錄病毒蛋白應(yīng)答特點(diǎn) 須被APC處理， 無須被處理， 后被T細(xì)胞識別 直接刺激T細(xì)胞反應(yīng)細(xì)胞 B細(xì)胞、T細(xì)胞 CD4+T細(xì)胞T細(xì)胞反應(yīng)頻率 1/106104 1/201/5與MHC-分子結(jié)合部位 肽結(jié)合溝 非多態(tài)區(qū)與TCR結(jié)合部位 鏈V、J區(qū) 鏈V、D、J區(qū) 鏈V區(qū)APC存在 + +MHC限制性 + - 抗原提呈細(xì)胞(APC)MHC分子普通抗原肽TCR超抗原普通抗原：一種抗原決定簇只能活化一個(gè)克隆的淋巴細(xì)胞超級抗原：少數(shù)幾個(gè)抗原決定簇就能活化多個(gè)克隆的淋巴細(xì)胞鏈鏈通過與MHC-II類分子(APC)和TCR-V (T

22、細(xì)胞)結(jié)合，刺激表達(dá)有特殊TCR-V 的T亞群活化Th細(xì)胞2、免疫佐劑(1)概念：預(yù)先或與抗原同時(shí)注射到體內(nèi)，能顯著增強(qiáng)抗原的免疫原性的物質(zhì)，屬非特異性免疫增強(qiáng)劑，本身并非抗原類物質(zhì)，但具有輔佐抗原增強(qiáng)免疫應(yīng)答的能力。(3)種類： 生物性佐劑：卡介苗及其它微生物或其代謝產(chǎn)物，如短小棒狀桿菌、百日咳桿菌、細(xì)菌內(nèi)毒素 無機(jī)化合物：氫氧化鋁等常作為預(yù)防接種疫苗中的佐劑。 有機(jī)物：礦物油 人工合成類： 胞苷酸（ PolyI：C） ，脂質(zhì)體， 弗氏完全佐劑（CFA）和弗氏不完全佐劑（IFA）(2)應(yīng)用： 增強(qiáng)特異性免疫應(yīng)答，制備疫苗或動物抗血清； 作為非特異性免疫增強(qiáng)劑，用于抗腫瘤或抗感染的輔助治療。 最常用于動物實(shí)驗(yàn)的弗氏佐劑(Freund adjuvant) ：成分：礦物油（石蠟油）+乳化劑（羊毛脂）+滅活的分枝桿菌（卡介苗）組成的油包水的乳化佐劑。弗氏完全佐劑（FCA）：三種成分俱全弗氏不完全佐劑（FIA）:不含滅活的分枝桿菌 能安全用于人體的佐劑僅限于氫氧化鋁、明礬、胞壁酰二肽、細(xì)胞因子、熱休克蛋白。在免疫預(yù)防中應(yīng)用氫氧化鋁作為佐劑，可大大提高疫苗免疫效果。臨床上將卡介苗、短小棒狀桿菌作為非特異性免疫增強(qiáng)劑，對腫瘤、慢性感