抗原与抗原识别的分子与细胞学基础 140929 gaobo

抗原与抗原识别的细胞分子基础INSTITUTEFORIMMUNOBIOLOGYDEPARTMENTOFIMMUNOLOGY高波

2014-09-29gaobo@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-specificnon-reactivity)

，即免疫耐受(tolerance)

。1．抗原(Antigen)(2)免疫原性（immunogenicity)Immunogenicityistheabilitytoinduceahumoraland/orcellmediatedimmuneresponse,includinginduceproductionofantibodyandeffectorlymphocytes.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)Antigenicityistheabilitytocombinespecificallywiththefinalproductsoftheaboveresponses(I.e.,antibodyand/orcell-surfacereceptors).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（immuneresponse）+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（Innateimmunity）适应性免疫（Adaptiveimmunity）

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ImmunogenInnagen(INg)/InnateMolecularPattern(IMP)Antigen(Ag)PAMPDAMPOthers?ImmunogenicityReactigenicity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):441-443Ag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)人鸡猴猴抗体+人RBC抗体+鸡RBC+++++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AgT,B细胞特异性免疫应答效应物Ag抗原被排除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5~17个氨基酸或5～7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EpitopeorAntigenicDeterminant:抗原与特异性免疫反应产物结合的最小单位。antigenantigenantigen。

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（conformationalepitope

）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-linearepitope

），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（sequentialepitope）一段序列相连续的氨基酸片段，又叫线性表位（linearepitope

），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123456789101112131415161718NH31920212223242526272829COOH（2）产生特异性抗体和T效应细胞抗体：针对N端1~17氨基酸残基T效应细胞：针对C端18~29氨基酸残基没有发现一个表位同时被T细胞和B细胞识别。*B细胞表位是天然的，*位于分子的表面或转折处*为构象决定基或顺序决定基*是抗原分子的三级结构COOH123456789101112131415161718NH31920212223242526272829*T细胞表位是抗原提呈细胞加工提呈的抗原肽*呈线性排列**位于抗原分子的表面抗原

抗体CDR3表位B细胞表位

抗原中被BCR和抗体分子所识别的部位称为B细胞表位（Bcellepitope）。**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(Bcellepitope)（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（Tcellepitope

）。TCRMHCHIVpeptideEp1Ep2Ep3T细胞表位（TCellepitope）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TCRBCRMHC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）5~15个氨基酸、5~7个单糖

12~17个氨基酸（CD4+T细胞）或5~7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carrier5）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（commonantigen）。

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）。牛痘疫苗VACCINE天花病毒Bm细胞链球菌M蛋白ABAC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心肌细胞链球菌

风湿性心脏病发病机制抗体交叉反应MφNK1、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自身免疫病1、抗原的理化特性（1）化学性质蛋白质抗原多糖和脂类抗原应答类型细胞免疫、体液免疫体液免疫抗体类型IgM、IgG和IgA等IgM和少量IgG亲和力高亲和力低亲和力免疫记忆形成不形成免疫耐受的诱导不易易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（Strongimmunogens）弱免疫原（Poorimmunogens）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：IgE1、根据产生抗体时需否Th细胞参与而分类**胸腺依赖抗原（thymusdependentantigen,TD-Ag）**胸腺非依赖抗原（thymusindependentantigen,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（thymusdependentantigen,TD-Ag）T-dependentAntigens

–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-dependentantigens.在结构上（Structurally），这些抗原的特征为有许多不同的抗原决定基（manydifferentantigenicdeterminants），但拷贝数很少（afewcopiesasillustratedintheFigure）（2）、胸腺非依赖抗原（thymusindependentantigen,TI-Ag）T-independentAntigens

-T-independentantigensareantigenswhichcandirectlystimulatetheBcellstoproduceantibodywithouttherequirementforTcellhelpIngeneral,polysaccharidesareT-independentantigens.Theresponsestotheseantigensdifferfromtheresponsestootherantigens.

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.Polymericstructure(多聚体样结构)-Theseantigensarecharacterizedbythesameantigenicdeterminant

repeatedmanytimes（相同的抗原决定基重复多次）asillustratedinFigure

.

TI抗原的特征

PropertiesofT-independentantigens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Resistancetodegradation(降解)-T-independentantigensaregenerallymoreresistanttodegradationandthustheypersistforlongerperiodsoftimeandcontinuetostimulatetheimmunesystem.TD抗原TI抗原化学性质蛋白质脂多糖等抗原表位T、B表位重复B表位T细胞辅助必需无需免疫应答体液、细胞免疫体液免疫抗体类型多种IgM免疫记忆有无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（xenogenicAg）：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。类毒素毒素马血清抗毒素超敏反应抗体抗原（2）同种异型抗原（allogenicAg）：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RhABOAB抗原抗体AB－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+RBC补体RBCRBCA型A抗原B型抗A抗体抗A抗体在正常情况下，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C9C8C5b67（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（hetorophilicantigen）：（5）独特型抗原(idiaotypeantigen)TCR、BCR或IgV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(endogenousantigen)

病毒蛋白、肿瘤抗原等外源性抗原（exogenousantigen）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(1in104-105)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(upto25%)，这种抗原称为超抗原（superantigens

）。超抗原

——少量抗原分子能激活