分子免疫学抗原与抗原识别的分子与细胞学基础gaobo教育.ppt

一、抗原的概念 二、抗原的异物性与特异性 三、影响抗原诱导免疫应答的因素 四、 抗原的种类 五、非特异性免疫刺激剂 六、抗原识别的细胞分子基础,Contents,一、抗原和与抗原相关的几个基本概念,能够通过与 TCR 或者 BCR 特异结合而激活 T 或者B淋巴细胞、诱导正性或负性免疫应答的物质称为抗原。正性应答导致抗体或/和效应 T细胞的产生，而负性反应则引起抗原特异性的无反应状态 ( antigen-specific non-reactivity) ，即免疫耐受 (tolerance) 。,1抗原(Antigen),(2) 免疫原性（immunogenicity),Immunogenicity is the ability to induce a humoral and / or cell mediated immune response, including induce production of antibody and effector lymphocytes. 能够刺激机体产生免疫应答，包括诱导产生抗体及效应淋巴细胞。,活化的B细胞,抗体,活化的T杀伤细胞,（3）反应原性 (immunoreactivity) 抗原性 (antigenicity),Antigenicityis the ability to combine specifically with the final products of the above responses (I.e., antibody and /or cell-surface receptors). 能与抗体或效应 T淋巴细胞特异性结合的能力。,不能诱导免疫应答，但可与特异性免疫反应的产物发生反应的物质。 （只具有与抗体结合的能力，而单独不能诱导抗体产生的物质）。,能够使半抗原成为具有免疫原性（可诱导免疫应答）的物质称为载体。,4. 半抗原（Hapten）,5. 载体（carrier）：,半抗原(Hapten),具有反应原性(antigenicity) , 没有免疫原性(immunogenicity)的小分子物质。,小分子,免疫应答 （immune response）,+,载体 carrier,半抗原+载体=完全抗原,载体(carrier)：赋予半抗原免疫原性的大分子物质。,随着近年对固有免疫认识的深入，特别是对PAMP和DAMP等在固有免疫应答中的作用和机制的了解，抗原传统性定义的适用性受到了挑战。,固有免疫是否由抗原起动或激发。现已证实，固有免疫应答中存在分子识别，固有免疫的启动和激发是由固有免疫识别受体对PAMP、DAMP等识别的结果。PAMP、DAMP等可启动和激发以炎症反应为主的免疫应答，并清除病原体和凋亡细胞，但却并不一定与应答产物特异性结合。因此，PAMP、DAMP等这类固有免疫的启动物和激发者并不符合传统抗原的内涵，难以被定义为传统概念上的抗原。,挑战之一是：,适应性免疫应答是在固有免疫应答的基础上产生，如果固有免疫的启动和激发物质不能称之为抗原的话，那么这是否动摇了有关适应性免疫中抗原定义的基础?,挑战之二是：,免疫（Immunity）,固有免疫（Innate immunity）,适应性免疫（Adaptive immunity）,免疫原（Immunogen）-启动免疫应答的物质,抗原（antigen, Ag）-启动适应性免疫应答的物质,固有免疫原（Innagen，Ing）-启动固有免疫应答的物质,抗原的概念和延伸,Immunogen,Innagen (INg)/Innate Molecular Pattern (IMP),Antigen (Ag),PAMP,DAMP,Others?,Immunogenicity,Reactigenicity,熊思东.道亦道,非故道-试论固有免疫中的抗原和 免疫原的定义.现代免疫学, 2007 , 27 (6):441-443,抗原的概念和延伸,免疫原的特点,固有免疫原,抗 原,不限于特定类别的成分或单一分子 启动、诱导固有免疫应答 免疫原性、免疫反应性分离,免疫原性、免疫反应性一致 启动、诱导适应性免疫应答 以表位为识别基础,就免疫应答始动因素而言,熊思东.道亦道,非故道-试论固有免疫中的抗原和 免疫原的定义.现代免疫学, 2007 , 27 (6):441-443,Ag启动、激发以特异性CTL和Ab为主 的免疫应答，清除病原体和靶细胞,产生致敏的淋巴T细胞和Ab,适应性免疫识别的效应,适应性免疫识别的效应,固有免疫识别的效应 产生活性氧、活性氮、抗菌肽 细胞因子、粘附分子、急性期蛋白 共刺激分子（B7.1、B7.2),PAMP、DAMP启动、激发以炎症反应为主 的免疫应答，清除病原体和凋亡细胞,固有免疫识别的效应,自体不存在、改变的自我、胚胎期免疫系统未接触。 决定抗原的免疫原性。 异物性是免疫原的核心。非己物为异物。 抗原与机体之间的亲缘关系越远，组织结构的差异越大，免疫原性越强。,二、抗原的基本特性（异物性与特异性）,异物性(Foreignness),+,+,亲源关系与免疫排斥反应,*各种病原体、动物蛋白 *自身成分在胚胎期末未与免疫活性细胞接触过的物质 (精子、眼内容物等，又称为隐蔽性抗原) *同种异体 （ABO血型、HLA分子等）,异物性(Foreignness),为什么是异物？,免疫系统个体发育过程 ，对“自己”物质产生耐受，不能识别，而对“非己”物质能够识别。,异物性的意义排异,抗原只和自己相应的抗体和致敏淋巴细胞相结合这一特性，称为抗原的特异性（ Specificity ）。,特异性（Specificity）,意义-是免疫学诊断与防治的理论依据 (1)两对半：检测HBV (2)接种牛痘：消灭天花 决定抗原特异性的物质基础,特异性（Specificity）,表位,分子中决定抗原特异性的特殊化学基团，称为抗原表位。 它是TCR/BCR及抗体特异性结合的基本单位，通常由517个氨基酸或57个多糖残基或核苷酸组成。,1）抗原表位（epitope）的概念,表位，抗原决定簇 Epitope or Antigenic Determinant:,抗原与特异性免疫反应产物结合的最小单位。,antigen,antigen,antigen,。,2）抗原表位的类型,顺序表位（线性表位）,构象表位（非线性表位）,T细胞表位,B细胞表位,表位的结构特点,T/B识别表位的区别,构象表位（conformational epitope ） 序列上不连续的多肽或多糖，有空间构象形成的决定基，又叫非线性表位（non-linear epitope ），见于BCR或抗体识别的决定基，一般位于分子的表面。,顺序表位（sequential epitope） 一段序列相连续的氨基酸片段，又叫线性表位（linear epitope ），多位于抗原分子的内部，主要是T细胞决定基。,T细胞表位和B细胞表位,在免疫应答中，TCR和BCR 所识别的抗原表位不同，分别称为T细胞表位和B细胞表位。,（1）人胰高血糖素免疫小鼠,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,NH3,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,COOH,（2）产生特异性抗体和T效应细胞,没有发现一个表位同时被T细胞和B细胞识别。,*位于抗原分子的表面,抗原中被BCR 和抗体分子所识别的部位称为B细胞表位（B cell epitope）。,*抗原表面能够与抗体结合的最小单位,*具有构象依赖性 （抗原表位与抗体分子的抗原结合部位在形状上互补才能保证抗原与抗体的紧密结合。）,（1）B细胞表位 (B cell epitope),（2）T细胞表位,蛋白质分子中被MHC分子递呈并被TCR识别的肽段称为T细胞表位（T cell epitope ）。,TCR,MHC,HIV peptide,Ep1,Ep2,Ep3,T 细胞表位 （T Cell epitope）,能够与MHC并被TCR识别的肽段,与蛋白质分子构象无关,与肽段在蛋白质分子中的位置无关,主要决定于肽段的氨基酸序列,与宿主表达的MHC分子有关,T细胞和B细胞抗原表位的特性比较,T细胞表位 B细胞表位,表位受体 TCR BCR,MHC分子 必需 无需,表位性质 主要是线性短肽 天然的多肽、多糖、 脂多糖、有机化合物,表位的大小 8 12个氨基酸 （CD8+T细胞） 515个氨基酸、 57个单糖 12 17个氨基酸（CD4+T细胞） 或57个核苷酸,表位类型 线性表位 构象表位；线性表位,表位位置 抗原分子任意部位 抗原分子表面,3）影响抗原特异性的因素,抗原表位的性质,抗原表位的数目,抗原表位的空间构象,4）表位-载体作用,在人工抗原中，半抗原为简单的有机化学分子，半抗原与蛋白质载体偶联后，可诱导出抗半抗原抗体。,半抗原(Hapten),+,载体 carrier,5）共同抗原与交叉反应,天然抗原表面常带有多种抗原决定基，每一种B细胞决定基都可引起一种特异性抗体产生。因此复杂抗原能使机体产生多种抗体。因而在两种不同的抗原之间可以存在有相同或相似的抗原决定基，称为共同抗原（common antigen）。,抗体对具有相同或相似决定基的不同抗原的反应，称为交叉反应（cross-reaction）。,链球菌,人心肌/肾小球基底膜细胞,共同抗原表位,风湿性心脏病发病机制,风湿性心脏病发病机制,抗体,交叉反应,1、抗原的理化特性 化学性质、分子量、结构复杂性、分子构象、易接近性、物理状态 2、宿主因素：遗传、年龄、性别、健康状态 3、免疫方法：剂量、途径、次数、佐剂,三、影响抗原免疫应答的因素,糖蛋白、脂蛋白、多糖、脂多糖 活化的淋巴细胞中的DNA，染色体、组蛋白,自身抗DNA、组蛋白抗体,抗核抗体,1、抗原的理化特性,（1）化学性质,1、抗原的理化特性,（1）化学性质,（2）分子量大小,10kD,100kD,10kD,免疫原（Immunogens）,强免疫原 （Strong immunogens ）,弱免疫原 （Poor immunogens）,分子量大,抗原决定基多 抗原分子结构复杂,不易被降解,持续刺激免疫细胞,高免疫反应,1、抗原的理化特性,明胶分子（分子量100kD ）,直链氨基酸,加苯环氨基酸（2%酪氨酸）,（免疫原性很弱）,（免疫原性大大增强）,1、抗原的理化特性,（3）结构的复杂性,（4）分子构象,某些抗原分子在天然状态下可诱生特异性抗体，但经变性改变构象后，失去诱生同样抗体的能力。,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 多聚赖氨酸,+,1、抗原的理化特性,（6）物理状态,1、抗原的理化特性,聚合状态单体 颗粒性抗原可溶性抗原,（2）宿主的遗传特性 机体对抗原的应答是受免疫应答基因（主要是MHC）控制的。因个体遗传基因的不同，人群中对同一抗原可有高、中、低不同程度的应答。,（3）年龄、性别、健康状态,青壮年强于幼年和老年,雌性比雄性动物抗体生成高,感染、免疫抑制剂的应用,2、宿主因素,3、免疫方法,剂量： 适中 途径：皮内 皮下 腹腔注射和静脉注射 口服（耐受） 次数：合适 免疫佐剂：选择- 弗氏佐剂：IgG 明矾佐剂：IgE,1、根据产生抗体时需否Th细胞参与而分类,*胸腺依赖抗原 （thymus dependent antigen, TD-Ag）,*胸腺非依赖抗原 （thymus independent antigen, TI-Ag）,TD和TI抗原均是完全抗原,四、抗原的种类,（1）、胸腺依赖抗原（thymus dependent antigen, TD-Ag）,T-dependent Antigens TD抗原在没有Th细胞的帮助下，不能直接刺激B细胞产生抗体。蛋白质分子为 T-dependent antigens.在结构上（Structurally ），这些抗原的特征为有许多不同的抗原决定基（many different antigenic determinants） ，但拷贝数很少（a few copies as illustrated in the Figure ）,（2）、胸腺非依赖抗原（thymus independent antigen, TI-Ag）,T-independent Antigens - T-independent antigens are antigens which can directly stimulate the B cells to produce antibody without the requirement for T cell help In general, polysaccharides are T-independent antigens. The responses to these antigens differ from the responses to other antigens.,胸腺非依赖抗原能直接刺激B细胞产生抗体，而无需T细胞的帮助。一般来说，多糖为TI抗原。TI 抗原所刺激产生的免疫反应不同于其它抗原产生的反应。,1. Polymeric structure ( 多聚体样结构) - These antigens are characterized by the same antigenic determinant repeated many times （相同的抗原决定基重复多次）as illustrated in Figure .,TI 抗原的特征 Properties of T-independent antigens,革兰氏阴性细菌胞壁结构,细菌脂多糖（LPS）的分子结构,脂蛋白,膜蛋白,LPS,外膜,胞膜,膜间质,n,脂A,核,磷脂,多糖,多糖重复单位,Resistance to degradation (降解) - T-independent antigens are generally more resistant to degradation and thus they persist for longer periods of time and continue to stimulate the immune system.,TD-Ag与TI-Ag的特性比较,2、根据抗原与机体的亲缘关系而分类,（1）异种抗原（xenogenic Ag）：,微生物 治疗用动物免疫血清：马血清抗毒素,马血清抗毒素的两重性：,1、特异性抗体-中和毒素 2、异种抗原，可刺激机体产生抗马血清抗体。,来自另一物种的抗原称为异种抗原。,超敏反应,（2）同种异型抗原（allogenic Ag）：,人类同种异型：血型（红细胞）抗原 组织相容性抗原（人主要为HLA）,血型： ABO系统和Rh,A B O AB,抗原,抗体,A B A,B,抗B 抗A 抗A,抗B ,血型,在同一种属不同个体之间所存在的抗原。,RBC,在正常情况下， 机体对自身组织细胞不会产生免疫应答，即自身耐受。但在感染、外伤、服用某些药物等影响下，使隔离抗原释放，或改变和修饰了自身组织的抗原结构，诱发对自身抗原的应答。,RBC,自身免疫性溶血性贫血,药物,RBC,自身抗体,RBC,抗原抗体复合物,激活补体,红细胞膜,C9,C8,C 5b,6,7,（3）自身抗原（autoantigen）：,又称Forssam抗原，是指一类与种属无关的存在于人、动物、植物和微生物之间的共同抗原。,乙型溶血性链球菌细胞壁C抗原 M抗原,链球菌感染,急性 肾小球肾炎,大肠杆菌O14型脂多糖,结肠粘膜,溃疡性结肠炎,心瓣膜的糖蛋白 心肌成分,风湿热,A族链球菌,肾小球基底膜,（4）异嗜性抗原（hetorophilic antigen）：,（5）独特型抗原(idiaotype antigen),TCR、BCR或Ig V区所具有的独特的氨基酸序列和空间构型结构，可诱导抗独特型抗体的产生。,内源性抗原(endogenous antigen) 病毒蛋白、肿瘤抗原等 外源性抗原（exogenous antigen） 来源于细胞外的抗原,3、根据抗原是否在抗原提呈细胞内合成分类,四、其他分类,产生方式 物理性状 化学性质 诱导不同的免疫应答,天然抗原、人工抗原 颗粒性抗原、可溶性抗原 蛋白质抗原、多糖抗原、多肽抗原 移植抗原、肿瘤抗原、变应原、 过敏原、耐受原等,五、非特异性免疫刺激剂,超抗原 佐剂 丝裂原,超抗原 ( SUPERANTIGENS ),免疫系统在进行TD抗原反应时，大多数的抗原只能被少数T细胞克隆(1 in 104 -105)识别、并激活免疫反应。然而，有一些抗原可多克隆地激活T细胞(up to 25%)，这种抗原称为超抗原（ superantigens ）。,超抗原 少量抗原分子能激活大量T细胞的高效能抗原。,超抗原 ( SUPERANTIGENS ),Monoclonal T cell response 1:104（万分之一）,Polyclonal T cell response 1:5（20%）,作用特点： 具有强激活T细胞作用； 不需APC处理； 不受MHC限制。,超抗原的生物学意义,参与某些病理过程 SAg刺激大量T细胞激活，产生多种细胞因子引起某些疾病 SAg与自身免疫应答 SAg的强大刺激可能激活体内自身反应性T细胞，从而诱发自身免疫性疾病,与抗原混合使用能够增强机体对抗原免疫反应强度的物质称为免疫佐剂。,完全弗氏佐剂（complete Freunds adjuvant ）含有矿物油、羊毛脂和灭 活结核杆菌（Mycobacterium tuberclosis）,不完全弗氏佐剂（ incomplete Freunds adjuvant ）含有石蜡油和羊毛脂。,1、最有效的免疫佐剂为弗氏佐剂（Freunds adjuvant）,2、矿物盐：硫酸铝钾盐、钠盐和氨盐（mineral salt）。 铝盐是人用佐剂,3、未甲基化5-CG- 3 二核苷酸的六碱基序列（CpG） 具有免疫激活作用,佐剂( Adjuvant ),作用机制 1）改变抗原物理性状，增加抗原在体内停留时间； 2）刺激抗原提呈细胞，增加对抗原的处理和提呈能力； 3）刺激淋巴细胞增殖分化，增强和扩大免疫应答的能力。,佐剂( Adjuvant ),可使一群淋巴细胞的所有克隆均激活的物质 主要有：ConA、PHA、PWM、LPS等,有丝分裂原(Mitogens),六、抗原识别的细胞分子基础,一、B细胞对抗原的识别,二、T细胞对抗原的识别,一、B细胞对抗原的识别,TI-抗原胸腺非依赖抗原 无T细胞辅助，能刺激B细胞产生应答的抗原 TI-Ag多为细菌多糖、脂多糖 1. TI-1抗原 2. TI-2抗原,（一）B细胞对TI抗原的识别,含B细胞丝裂原和重复的B表位 可诱导不成熟及成熟B细胞应答,TI-1抗原又称B细胞丝裂原,B细胞对TI-1抗原的识别和应答,高浓度时可多克隆诱导B细胞增殖和分化 低浓度时需与BCR结合的TI-1抗原才能激活B细胞 不能诱导Ig类别转换，抗体亲和力成熟及记忆B细胞