第一章抗原課件

微生物學(xué)與免疫學(xué)MicrobiologyandImmunology2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍1免疫學(xué)

Immunology杜軍中山大學(xué)藥學(xué)院微生物與生化制藥研究室免疫學(xué)是生命科學(xué)中發(fā)展最快的學(xué)科涉及的領(lǐng)域最廣細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳性、醫(yī)學(xué)、微生物學(xué)等等學(xué)科分支、網(wǎng)絡(luò)最復(fù)雜對生命科學(xué)相關(guān)新技術(shù)影響最大激光顯微鏡、流式細(xì)胞儀、蛋白電泳、分子標(biāo)識、基因敲除對人類健康貢獻(xiàn)最大獲諾貝爾獎最多26人2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍3為什么我們會過敏？為什么器官移植需要基因配型？為什么人體能消滅入侵的“敵人”？為什么疫苗能夠預(yù)防疾?。繛槭裁疵庖呦到y(tǒng)不能完全清除腫瘤？為什么艾滋病會導(dǎo)致免疫系統(tǒng)的崩潰？2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍4緒論

一、免疫（Immunity）的定義是機(jī)體對“自己”和“非己”的識別，應(yīng)答過程中產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)，從而維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的生理性功能。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍5脊髓灰質(zhì)炎Poliomyelitis2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍8脊髓灰質(zhì)炎由病毒侵入血液循環(huán)系統(tǒng)引起的

急性傳染病，由于脊髓前角運(yùn)動神經(jīng)元受損，與之有關(guān)的肌肉失去了神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用而發(fā)生萎縮。皮下脂肪，肌腱及骨骼也萎縮，使整個機(jī)體變細(xì)，發(fā)生癱瘓，俗稱小兒麻痹癥。脊髓灰質(zhì)炎Poliomyelitis2024/4/169免疫具有識別“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。在一定條件下，當(dāng)免疫功能失調(diào)時，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。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍10

二、免疫系統(tǒng)的功能免疫防御（Immunologicaldefence)： 即感染免疫是機(jī)體針對外來抗原性異物（如微生物、毒素）的免疫清除作用，為一種免疫保護(hù)功能。正常時可產(chǎn)生抗感染免疫的作用，防御功能過強(qiáng)會產(chǎn)生超敏反應(yīng)，過弱則產(chǎn)生免疫缺陷（后兩種情況均屬異常反應(yīng)）。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍112.免疫自穩(wěn)（immunologicalhomeostasis）：是機(jī)體可及時清除體內(nèi)衰老或損傷的體細(xì)胞。對自身成分處于耐受狀態(tài)，以維持內(nèi)環(huán)境相對穩(wěn)定的一種生理功能。正常時：機(jī)體可及時清除體內(nèi)損傷、衰老、變性的血細(xì)胞和抗原－抗體復(fù)合物，而對自身成份保持免疫耐受；異常時：發(fā)生生理功能紊亂、自身免疫病等2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍123.免疫監(jiān)視（immunologicalsurvillance）： 是機(jī)體可識別和清除體內(nèi)突變、畸變細(xì)胞的功能。如喪失：機(jī)體突變細(xì)胞失控，

有可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生；或出現(xiàn)病毒的持續(xù)感染。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍13免疫系統(tǒng)的三大功能2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍14功能生理性反應(yīng)（有利）病理性反應(yīng)（有害）免疫防御清除病原微生物及其他抗原超敏反應(yīng)（過度）免疫缺陷?。ú蛔悖┟庖咦苑€(wěn)清除損傷或衰老的細(xì)胞，免疫網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答自身免疫病免疫監(jiān)視清除突變或畸變的惡性細(xì)胞腫瘤發(fā)生、持續(xù)病毒感染免疫系統(tǒng)三大功能的生理和病理表現(xiàn)三、免疫的類型1.固有免疫(innateimmunity),天然免疫naturalimmune非特異性免疫nonspecificimmune是種群長期進(jìn)化過程中逐漸形成的，是機(jī)體抵御病原體侵襲的第一道防線。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍15固有免疫特點(diǎn)特點(diǎn)：出生時即具備，作用范圍廣，并非針對特定抗原。效應(yīng)機(jī)制：皮膚、黏膜及其分泌的殺菌物質(zhì)體內(nèi)多種非特異性免疫效應(yīng)細(xì)胞、效應(yīng)分子2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍16固有免疫的識別模式識別受體(PRR)：主要是指存在于固有免疫細(xì)胞表面的一類能夠直接識別結(jié)合病原微生物或宿主凋亡細(xì)胞表面某些共有特定分子結(jié)構(gòu)的受體。主要表達(dá)于吞噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞表面，包括甘露糖受體、清道夫受體和Toll樣受體。PRR有四個特點(diǎn)：全部由胚系基因編碼組成性地表達(dá)引起快速應(yīng)答能夠識別各種病原體。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍17固有免疫的識別病原相關(guān)分子模式（pathogenassociatedmolecularpattern,PAMP)識別：細(xì)菌胞壁的糖類和脂類成分，如脂多糖、類脂、肽聚糖、脂蛋白等；細(xì)菌胞核成分及病毒成分，如非甲基化寡核苷酸CpGDNA、單鏈RNA、雙鏈RNA；應(yīng)激狀態(tài)和病理?xiàng)l件下受損細(xì)胞所釋放的某些分子，如熱休克蛋白等。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍182.適應(yīng)性免疫（adaptiveimmunity)特異性免疫（specificimmunity)獲得性免疫（acquiredimmunity)為接觸特定抗原而產(chǎn)生，僅針對該特定抗原而發(fā)生反應(yīng)。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍19免疫學(xué)（Immunology）即是研究免疫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，理解其對機(jī)體有益的防衛(wèi)功能和有害的病理作用及其機(jī)制，以發(fā)展有效的免疫學(xué)措施，實(shí)現(xiàn)防病治病的目的。免疫系統(tǒng)是由免疫組織和器官、免疫細(xì)胞及免疫活性分子等組成。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍202024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍21第一章

抗原

Antigen

抗原（antigen，Ag）是一類能與淋巴細(xì)胞抗原受體（TCR、BCR）特異性結(jié)合，刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答，并能與相應(yīng)的免疫應(yīng)答產(chǎn)物（抗體或致敏淋巴細(xì)胞）在體內(nèi)外發(fā)生特異性結(jié)合的物質(zhì)。TCR：T細(xì)胞抗原結(jié)合受體BCR：B細(xì)胞抗原結(jié)合受體2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍23抗原的基本特征1．免疫原性（immunogenicity）：指抗原分子能誘導(dǎo)機(jī)體免疫系統(tǒng)發(fā)生免疫應(yīng)答，產(chǎn)生相應(yīng)抗體或效應(yīng)T淋巴細(xì)胞的能力。2．反應(yīng)原性（reactogenicity），抗原性（antigenicity)：指抗原分子能與相應(yīng)抗體、效應(yīng)T細(xì)胞在體內(nèi)或體外發(fā)生特異性結(jié)合的能力。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍24完全抗原與半抗原完全抗原：同時具有免疫原性和反應(yīng)原性的物質(zhì)被稱為抗原或完全抗原，如多數(shù)蛋白質(zhì)、細(xì)菌、病毒等；半抗原：只具有反應(yīng)原性而不具有免疫原性，單獨(dú)不能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)抗體或效應(yīng)T淋巴細(xì)胞的物質(zhì)，稱為半抗原，如多糖、某些小分子藥物等。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍25欲使半抗原變?yōu)橥耆乖?，必須在半抗原中加入大分子物質(zhì)作為載體，當(dāng)半抗原與載體結(jié)合后即獲得免疫原性，成為完全抗原。通常用大分子蛋白質(zhì)作為載體，也可用大分子的多聚賴氨酸等作為載體。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍26某些情況下抗原可有不同的名稱：如引起凝集反應(yīng)的抗原稱為凝集原；引起沉淀反應(yīng)的稱為沉淀原，引起超敏反應(yīng)的抗原稱為過敏原（又稱變應(yīng)原，即引起變態(tài)反應(yīng)的抗原）；引起免疫耐受的抗原又稱耐受原。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍27第一節(jié)決定免疫原性條件決定免疫原性的主要因素是抗原自身的分子構(gòu)成和理化性質(zhì)，但也與宿主的遺傳背景以及宿主本身的反應(yīng)狀態(tài)有關(guān)。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍28一、抗原的理化性質(zhì)分子量大?。捍笥?Kd化學(xué)組成：蛋白質(zhì)＞核酸＞多糖類易接近性：結(jié)合越穩(wěn)定免疫原性越強(qiáng)物理性狀：越易降解免疫原性越強(qiáng)2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍29二、抗原與機(jī)體的相互作用1.異物性：異物性是決定物質(zhì)是否具有免疫原性的最關(guān)鍵因素：

【在胚胎期、未與免疫活性細(xì)胞充分接觸過的物質(zhì)】異物性的強(qiáng)度：物體與機(jī)體的親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，差異程度越大，免疫原性越強(qiáng)。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍30異物性物質(zhì)通常分為三類：1．異種物質(zhì)如各種病原體、動物蛋白質(zhì)制劑等對人是異種物質(zhì)，具有很強(qiáng)的免疫原性。2．同種異體物質(zhì)如人類ABO血型系統(tǒng)，因不同血型紅細(xì)胞表面的血型抗原不同，A型血人的紅細(xì)胞對B型血人為異物，B型血人的紅細(xì)胞對A型血人亦為異物，故不同血型（O型血除外）個體間的紅細(xì)胞互具免疫原性。3．隱蔽的自身成分如某些自身成分（眼晶狀體蛋白、精子）在胚胎期及出生后因其解剖位置隔離從未與免疫細(xì)胞接觸過，若一旦釋放到血液中，機(jī)體則視之為異物，具有很強(qiáng)的免疫原性。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍312.宿主因素遺傳背景：主要組織相容性抗原復(fù)合物（MHC）分子組成與結(jié)構(gòu)年齡和機(jī)體健康狀態(tài)：抗原進(jìn)入機(jī)體途徑和劑量：2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍32第二節(jié)抗原的特異性抗原的特異性具體表現(xiàn)在免疫原性和反應(yīng)原性兩個方面：前者指某一抗原分子只能誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生某一特定免疫應(yīng)答，產(chǎn)生相應(yīng)抗體或效應(yīng)T淋巴細(xì)胞的專一性能；后者指某一抗原分子只能與相應(yīng)的免疫應(yīng)答產(chǎn)物（抗體或效應(yīng)T淋巴細(xì)胞）發(fā)生特異性結(jié)合的專一性能；抗原特異性是免疫應(yīng)答中最重要的特點(diǎn)，也是免疫學(xué)診斷和免疫學(xué)防治的理論依據(jù)。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍33一、決定抗原特異性的分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

1．抗原決定基

【抗原分子中決定抗原特異性的基本結(jié)構(gòu)或化學(xué)基團(tuán)稱抗原決定基（antigenicdeterminant）】它是TCR/BCR及抗體特異結(jié)合的基本單位，又稱表位（epitope）。通常由5－15個氨基酸、5－7個多糖殘基或核苷酸組成。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍34抗原結(jié)合價（antigenicvalence)抗原分子表面能與抗體分子結(jié)合的功能性表位的數(shù)量。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍35表位的性質(zhì)、數(shù)目及空間構(gòu)象決定著抗原的特異性。如：抗苯胺抗體只與苯胺發(fā)生反應(yīng)，抗對氨基苯甲酸抗體只與對氨基苯甲酸發(fā)生反應(yīng)?？乖?抗體反應(yīng)還與化學(xué)基團(tuán)的空間構(gòu)型有關(guān)。如抗右旋、抗左旋和抗消旋的酒石酸抗體只與其相應(yīng)酒石酸起反應(yīng)。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍362024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍37抗原分子還具有一定的空間結(jié)構(gòu)，位于抗原分子表面的表位易被BCR或抗體結(jié)合，稱功能性抗原決定基。位于抗原分子內(nèi)部，不能與BCR或抗體結(jié)合的表位稱隱蔽性抗原決定基，但它可因理化因素的影響而暴露在分子表面成為功能性表位。隱蔽性抗原決定基的暴露和新生產(chǎn)的表位均可成為自身抗原，誘發(fā)自身免疫病。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍382024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍39T細(xì)胞表位和B細(xì)胞表位

TandBepitopes抗原分子中能被T細(xì)胞抗原受體（TCR）識別的結(jié)構(gòu)稱為T細(xì)胞表位（線性，經(jīng)加工處理的多肽）抗原分子中能被B細(xì)胞抗原受體（BCR）和抗體分子識別的結(jié)構(gòu)稱為B細(xì)胞表位（構(gòu)象、線性，天然多肽）2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍40二、共同抗原和交叉反應(yīng)天然抗原表面常帶有多種抗原決定基（表位），每一種抗原決定基可刺激機(jī)體產(chǎn)生一種特異抗體。因此，復(fù)雜抗原能使機(jī)體產(chǎn)生多種抗體。在兩種不同的抗原之間可以存在相同或相似的抗原決定基，稱為共同抗原決定基，帶有共同抗原決定基的抗原稱為共同抗原（commonantigen）。由共同抗原決定基刺激機(jī)體產(chǎn)生的抗體可以和具有相同或相似抗原決定基的不同抗原發(fā)生結(jié)合反應(yīng)，稱為交叉反應(yīng)（cross-reaction）

2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍412024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍42不同抗原分子間有可能存在相同或極為相似的表位特異性反應(yīng)交叉反應(yīng)的意義：①給免疫學(xué)診斷帶來困難；②可引起某些免疫性疾病，如潰瘍性結(jié)腸炎；③可協(xié)助診斷某些疾病，如外斐（Weil-Felix）試驗(yàn)可協(xié)助診斷立克次體病。用普通變形桿菌的菌株抗原代替立克次體抗原檢測患者血清中有無立克次體抗體的凝集試驗(yàn)。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍43第三節(jié)抗原的分類一、依據(jù)抗原誘生抗體對T細(xì)胞的依賴性1．胸腺依賴性抗原（thymusdependentantigen，TD-Ag）：需要T細(xì)胞輔助才能誘導(dǎo)B細(xì)胞產(chǎn)生抗體。絕大多數(shù)蛋白質(zhì)抗原為TD抗原，如病原微生物、血細(xì)胞、血清蛋白等。它們既能引起體液免疫應(yīng)答（主要產(chǎn)生IgG類抗體），也能引起細(xì)胞免疫應(yīng)答和回憶反應(yīng)。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍442．胸腺非依賴抗原（thymusindependentantigen，TI-Ag）：不需要T細(xì)胞輔助即能誘導(dǎo)B細(xì)胞產(chǎn)生抗體。少數(shù)抗原為TI抗原，如細(xì)菌的脂多糖、莢膜多糖、聚和鞭毛素等。它們只能引起體液免疫應(yīng)答（只產(chǎn)生IgM類抗體），不能引起細(xì)胞免疫應(yīng)答和回憶反應(yīng)。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍45二、根據(jù)抗原與機(jī)體的親緣關(guān)系1．異種抗原（xenogenicantigen）指來自另一物種的抗原物質(zhì)。如異種動物血清、植物花粉、病原微生物及其代謝產(chǎn)物等。2．同種異型抗原（allogeneicantigen）指同一種屬個體之間存在的不同的抗原物質(zhì)。人類同種異型抗原包括血型（紅細(xì)胞）抗原和組織相容性抗原。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍46３．自身抗原（autoantigen）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，處于自身耐受狀態(tài)。如果自身耐受被打破，自身組織成分即成為自身抗原，可引起自身免疫應(yīng)答。此外，若因感染、外傷、輻射或某些藥物的影響，機(jī)體內(nèi)隔離抗原（晶體蛋白、精子等）釋放、組織細(xì)胞隱蔽性抗原決定基暴露或新表位的產(chǎn)生均可使自身組織成分成為自身抗原，誘發(fā)自身免疫應(yīng)答。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍474.異嗜性抗原（Heterophileantigen）：最初由Forssman發(fā)現(xiàn)，故又稱Forssman抗原。存在于人、動物及微生物之間的共同抗原。如：A族溶血性鏈球菌表面成分與人腎小球基底膜及心肌組織具有共同抗原。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍48異種抗原同種異型抗原自身抗原三、根據(jù)抗原的來源分類天然抗原(naturalantigen)人工抗原(artificialantigen)2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍50第四節(jié)非特異性免疫刺激劑一、佐劑（adjuvant）與抗原同時或預(yù)先注入機(jī)體后，能夠增強(qiáng)該抗原的免疫原性或改變機(jī)體免疫應(yīng)答類型的物質(zhì)。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍511.免疫佐劑的種類化合物：氫氧化鋁、明礬、多聚肌苷酸、胞苷酸（polyI:C)、弗氏佐劑生物制劑：處理的細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物、細(xì)胞因子、熱休克蛋白2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍522.佐劑的作用機(jī)制改變抗原的物理性狀，延緩抗原在體內(nèi)的存留時間；引發(fā)炎癥反應(yīng)；刺激淋巴細(xì)胞增殖、分化2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍53佐劑的應(yīng)用很廣。用于免疫動物可獲得高效價抗體；用于預(yù)防接種可增強(qiáng)疫苗的免疫效果，近年來佐劑還可用于抗腫瘤和慢性感染的輔助治療。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍54在實(shí)驗(yàn)研究常用于動物免疫的佐劑為弗氏佐劑，又分為弗氏完全佐劑（completeFreundadjuvant,CFA）弗氏不完全佐劑（incompleteFreund’sadjuvant,IFA），IFA是將油劑（如羊毛脂、石蠟油）和乳化劑（如吐溫80）按一定比例混合，再與水溶性抗原一起乳化，經(jīng)足夠時間形成油包水的乳劑用于免疫動物。IFA中加入卡介苗（死分枝桿菌）即形成CFA其佐劑作用更強(qiáng)。該制劑易在注射局部形成硬結(jié)或潰瘍，故不適用于人體。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍55二、超抗原1.超抗原（superantigen,SAg）概念指一類只需要極低濃度（1ng~10ng/ml）即可激活大量的T細(xì)胞或B細(xì)胞（2%~20%），產(chǎn)生極強(qiáng)的免疫應(yīng)答的抗原。如金黃色葡萄球菌腸毒素A~E血清型均為超抗原，能活化多數(shù)T細(xì)胞釋放大量細(xì)胞因子，產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，引起毒素性休克綜合征等嚴(yán)重臨床癥狀。2024/4/16微生物與生化制藥研究室杜軍562.超抗原的作用特點(diǎn)可直接結(jié)合于MHCII類分子；可在TCR和MHCII類分子之間“架橋”，形成TCR-抗原-MHCII類分子的復(fù)合物；無MHC的限制性；所誘導(dǎo)的應(yīng)答效應(yīng)以分泌大量細(xì)胞因子為主。2024/4/16微生物與生