抗原

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抗原,是指能夠刺激機體產生(特異性)免疫應答,並能與免疫應答產物抗體致敏淋巴細胞在體外結合,發生免疫效應(特異性反應)的物質。抗原的基本特性有兩種,一是誘導免疫應答的能力,也就是免疫原性,二是與免疫應答的產物發生反應,也就是抗原性。鑒於甲型流感在世界範圍呈現較大感染,2010年1月18日,中國國家衛生部發布關於增補甲型流感病毒抗原檢測臨床檢驗項目的通知。通知稱,根據臨床工作實際需求,經專家論證研究,決定增補甲型流感病毒抗原檢測臨床檢驗項目,納入《醫療機構臨床檢驗項目目錄》。請各醫療機構遵照執行。

目錄

●概念解釋

抗原(antigen, Ag) ,是指能夠刺激機體產生(特異性)免疫應答,並能與免疫應答產物抗體和致敏淋巴細胞在體外結合,發生免疫效應(特異性反應)的物質。

抗原的基本能力是免疫原性和反應原性。免疫原性是指能夠刺激機體形成特異抗體或致敏淋巴細胞的能力。反應原性是指能與由它刺激所產生的抗體或致敏淋巴細胞發生特異性反應。具備免疫原性和反應原性兩種能力的物質稱為完全抗原,如病原體、異種動物血清等。只具有反應原性而沒有免

抗原的反應

疫原性的物質,稱為半抗原,如青黴素磺胺等。半抗原沒有免疫原性,不會引起免疫反應。但在某些特殊情況下,如果半抗原和大分子蛋白質結合以後,就獲得了免疫原性而變成完全抗原,也就可以刺激免疫系統產生抗體和效應細胞。在青黴素進入體內後,如果其降解產物和組織蛋白結合,就獲得了免疫原性,並刺激免疫系統產生抗青黴素抗體。當青黴素再次注射人體內時,抗青黴素抗體立即與青黴素結合,產生病理性免疫反應,出現皮疹過敏性休克,甚至危及生命。   

●性質介紹

抗原的基本性質具有異物性、大分子性和特異性。異物性是指進入機體組織內的抗原物質,必須與該機體組織細胞的成分不相同。抗原一般是指進入機體內的外來物質,如細菌病毒花粉等;抗原也可以是不同物種間的物質,如馬的血清進入兔子的體內,馬血清中的許多蛋白質就成為兔子的抗原物質;同種異體間的物質也可以成為抗原,如血型移植免疫等;自體內的某些隔絕成分也可以成為抗原,如眼睛水晶體蛋白質、精細胞甲狀腺球蛋白等,在正常情況下,是固定在機體的某一部位,與產生抗體的細胞相隔絕,因此不會引起自體產生抗體。但當受到外傷或感染,這些成分進入血液時,就像異物一樣也能引起自體產生抗體,這些對自體具有抗原性的物質稱為自身抗原,所產生的抗體稱為自身抗體。由於自身抗體與自身抗原發生反應,於是就引起自身免疫疾病,如過敏性眼炎甲狀腺炎等。機體其它自身組織的蛋白可因電離輻射燒傷、某些化學藥品和某些微生物等理化和生物因素的作用發生變性時,也可成為自身抗原,引起自身免疫疾病,如紅斑狼瘡病、白細胞減少病、慢性肝炎等。大分子性是指構成抗原的物質通過是相對分子質量大於10000的大分子物質,分子量越大,抗原性越強。絕大多數蛋白質都是很好的抗原。為什麼抗原物質都是大分子物質呢?這是因為大分子物質能夠較長時間停留在機體內,有足夠的時間和免疫細胞(主要是巨噬細胞、T淋巴細胞和B淋巴細胞)接觸,引起免疫細胞作出反應。如果外來物質是小分子物質,將很快被機體排出體外,沒有機會與免疫細胞接觸,如大分子蛋白質經水解後成為小分子物質,就失了抗原性。特異性是指一種抗原只能與相應的抗體或效應T細胞發生特異性結合。抗原的特異性是由分子表面的特定化學基團所決定的,這些化學基團稱為抗原決定簇。抗原以抗原決定簇與相應淋巴細胞的抗原受體結合而激活淋巴細胞引起免疫應答。換言之,淋巴細胞表面的抗原識別受體通過識別抗原決定簇而區分「自身」與「異己」。抗原也是以抗原決定簇與相應抗體特異性結合而發生反應的。因此,抗原決定簇是免疫應答和免疫反應具有特異性的物質基礎。   

●結構介紹

抗原在化學結構上與機體自身不同,具有異物性:①異種物質。從生物進化過程來看,異種動物間的

血緣關係越遠,則免疫原性越強。如馬的血清和各種微生物與人的血緣關係遠,所以免疫原性強。而馬的血清與驢、騾的血緣關係近,所以免疫原性相對就弱。②同種異體物質。如人的紅細胞抗原物質和人的白細胞抗原等。③自身物質。自身物質一般不具免疫原性。有些物質如隱蔽的自身成分(眼晶體蛋白精子等),在正常情況下與免疫系統是隔絕的。但是一旦屏障遭到破壞,這些物質進入血流,即可與免疫活性細胞接觸而成為自身抗原異物。另外,自身物質在外傷、感染、藥物和射線的影響下,其理化性質發生質的改變時,也可成為具有免疫原性的抗原物質。  

●與人類有關的抗原

①病原微生物。在醫療中將病原微生物製成疫苗進行預防接種,可以提高人的免疫力。也可以根據微

抗原呈遞細胞處理抗原過程示意圖

生物抗原的特異性進行各種免疫學試驗,幫助診斷疾病。②同種異體抗原。有兩大類,一類是紅細胞血型抗原,包括A、B、O血型抗原,Rh血型抗原等。不同血型間相互輸血,可引起嚴重的輸血反應;另一類是存在於人類白細胞細胞膜上的人類白細胞抗原(HLA),又稱主要組織相容性抗原。它們與血型抗原一樣,也是由遺傳決定的,受染色體上的基因控制。不同的個體(同卵雙生者除外)其組織細胞的組織相容性抗原絕大多數不完全相同,因此,在同種異體進行皮膚或臟器移植時,常因供者移植物中存在受者所沒有的抗原成分,刺激受者產生對移植物的免疫反應,導致移植物受到排斥而壞死脫落。③動物免疫血清。臨床上常用的各種抗毒素血清,一般都是用免疫馬來製備的。一方面,抗毒素能中和與其相應的外毒素,起到防治疾病的作用;另一方面,它能刺激人體產生抗馬血清蛋白的抗體,當再次接受馬的免疫血清時,有可能發生超敏反應。④嗜異性抗原。一類與種屬特異性無關的、存在於人以及某些動物、植物、微生物的性質相同的抗原。⑤腫瘤抗原。由物理的、化學的因素或某些病毒誘發的實驗動物腫瘤,其細胞中或細胞表面均出現特異性抗原,稱為腫瘤特異性抗原。已證實在某些人類腫瘤中心存在著與病毒密切相關的抗原。   

●抗原的分類

根據抗原性質分為兩類:完全抗原和不完全抗原

淋巴細胞的轉化

完全抗原(complete antigen) 簡稱抗原。是一類既有免疫原性,又有免疫反應性的物質。如大多數蛋白質、細菌、病毒、細菌外毒素等都是完全抗原。

不完全抗原,即半抗原(hapten)是只具有免疫反應性,而無免疫原性的物質,故又稱不完全抗原。半抗原與蛋白質載體結合後,就獲得了免疫原性。又可分為複合半抗原和簡單半抗原。複合半抗原不具有免疫原性,只具免疫反應性,如絕大多數多糖(如肺炎球菌的莢膜多糖)和所有的類脂等;簡單半抗原既不具免疫原性,又不具免疫反應性,但能阻止抗體與相應抗原或複合半抗原結合。如肺炎球菌莢膜多糖的水解產物等。

根據抗原刺激B細胞產生抗體是否而要T細胞協助分類,可分為胸腺依賴性抗原(TD-Ag)和胸腺依賴性抗原(TI-Ag)。TD-Ag是指需要T細胞輔助和巨噬細胞參與才能激活B細胞產生抗體的抗原性物質。TD抗原免疫應答特點:能引起體液免疫應答也能引起細胞免疫應答;產生IgG等多種類別抗體;可誘導產生免疫記憶。TI-Ag是指無需T細胞輔助可直接刺激B細胞產生抗體的抗原,特點:只能引起體液免疫應答;只能產生IgM類抗體;無免疫記憶

根據抗原的來源可將抗原分為(1)異種抗原(xenoantigens):來源於不同物種的抗原,如微生物、動物蛋白對於人是異種抗原;(2)同種異型抗原9alloantigens):來源於同一物種的不同個體的抗原,如來自於另一個個體的血型抗原,主要組織相容性抗原等;(3)自身抗原(autoantigens)來自於自身的抗原,如眼晶狀體蛋白等;(4)異嗜性抗原(heterophilic antigens):又稱Forssman抗原,存在於不同物種間的共同抗原,可存在於動物、植物、微生物及人類中,如溶血性鏈球菌於人心內膜腎小球基底膜所具有的共同抗原就是異嗜性抗原。  

處理與遞呈

捕獲與處理

輔佐細胞可通過多種方捕獲抗原,例如吞噬作用(對同種細胞或細菌等大型顆粒)和胞飲作用(對病毒等微小顆粒或大分子)等。這種吞噬和吞飲作用無抗原特異性,可能的識別機制在於吞噬細胞與被吞噬顆粒之間的表面親水性差異。另外還有受體介導的內攝作用,這是弱吞噬力的輔佐細胞捕獲抗原的主要方式,例如B細胞可藉助抗原受體(表面免疫球蛋白)與相應的抗原特異性結合,並將抗原內化處理。這些捕獲方式與中性粒細胞的吞噬作用。

抗原處理(antigenprocessing)是指輔佐細胞將天然抗原轉變成可被TH細胞識別形式的過程;這一過程包括抗原變性、降解和修飾等。例如細菌在吞噬體內被溶菌酶消化降解,將有效的抗原段加以整理修飾,並將其與MHCⅡ類分子相連接,然後轉運到細胞膜上。

可與MHCⅡ類分子結合的都是蛋白性抗原;多糖和脂類不易於MHCⅡ類分子連接,難以被TH細胞識別,因而多不是良好的免疫原;但有時可以誘導抗體性免疫應答。  

遞呈

抗原遞呈(antigenpresentation)是輔佐細胞向輔助性T細胞展示抗原和MHCⅡ類分子的複合物,並使之與TCR結合的過程。這個過程是幾乎所有淋巴細胞活化的必需步驟。抗原遞呈之前,經處理後的抗原肽段已經連接在MHC分子頂端的槽中,這個複合物便是TCR的配體。TCR與配體結合的精確模式尚未清楚,一個合理的說法是TCR中α和β鏈的V段接觸MHC分子的α螺旋(形成MHC分子頂端槽的肽段),使高可變的連接部(V-J及V-D-J)與抗原肽段相結合。這樣保證了TCR識別抗原的特異性。

超抗原的遞呈有獨特的模式,它不需要胞內處理,可以直接與MHCⅡ類分子結合。超抗原不結合在MHCⅡ類分子的頂端槽中,而是結合在槽的外側;與TCR結合時,不結合其α鏈,只結合β鏈的V節段。超抗原對TCR和MHCⅡ類分子的結合都非常牢固,象一支雙向鉤子將T細胞和輔佐細胞緊緊地連在一起,很容易使T細胞活化。另外,任何超抗原都只與含特殊β鏈V節段的TCR結合,這樣的TCR約佔外周T細胞總數的1%~10%,這一數字遠遠大於任何普通抗原所能識別的細胞數;所以某些產毒細胞感染時,容易發生急性期休克症候群,就是超抗原刺激的結果。  

半抗原及危害

只具有反應原性而沒有免疫原性的物質,稱為半抗原,如青黴素、磺胺等。半抗原沒有免疫原性,不會引起免疫反應。但在某些特殊情況下,如果半抗原和大分子蛋白質結合以後,就獲得了免疫原性而變成完全抗原,也就可以刺激免疫系統產生抗體和效應細胞。

在青黴素進入體內後,如果其降解產物和組織蛋白結合,就獲得了免疫原性,並刺激免疫系統產生抗青黴素抗體。當青黴素再次注射人體內時,抗青黴素抗體立即與青黴素結合,產生病理性免疫反應,出現皮疹或過敏性休克,甚至危及生命。  

與人類有關的抗原

病原微生物

在醫療中將病原微生物製成疫苗進行預防接種,可以提高人的免疫力。也可以根據微生物抗原的特異性進行各種免疫學試驗,幫助診斷疾病。  

同種異體抗原

有兩大類,一類是紅細胞血型抗原,包括A、B、O血型抗原,Rh血型抗原等。不同血型間相互輸血,可引起嚴重的輸血反應;另一類是存在於人類白細胞細胞膜上的人類白細胞抗原(HLA),又稱主要組織相容性抗原。它們與血型抗原一樣,也是由遺傳決定的,受染色體上的基因控制。不同的個體(同卵雙生者除外)其組織細胞的組織相容性抗原絕大多數不完全相同,因此,在同種異體進行皮膚或臟器移植時,常因供者移植物中存在受者所沒有的抗原成分,刺激受者產生對移植物的免疫反應,導致移植物受到排斥而壞死脫落。③動物免疫血清。臨床上常用的各種抗毒素血清,一般都是用免疫馬來製備的。一方面,抗毒素能中和與其相應的外毒素,起到防治疾病的作用;另一方面,它能刺激人體產生抗馬血清蛋白的抗體,當再次接受馬的免疫血清時,有可能發生超敏反應。④嗜異性抗原。一類與種屬特異性無關的、存在於人以及某些動物、植物、微生物的性質相同的抗原。⑤腫瘤抗原。由物理的、化學的因素或某些病毒誘發的實驗動物腫瘤,其細胞中或細胞表面均出現特異性抗原,稱為腫瘤特異性抗原。已證實在某些人類腫瘤中心存在著與病毒密切相關的抗原。  

抗原相關的免疫系統/ 免疫學表格

免疫系統 它是人體抵禦病原菌侵犯最重要的保衛系統。
系統 自適應免疫系統 | 天然免疫系統 | 體液免疫 | 細胞介導型免疫 | 補體系統 (過敏毒素) | 固有免疫
抗原與抗體 抗原 (超抗原, 變應原) | 半抗原

表位 (線性表位, 構象表位)

抗體 (單株抗體, 多株抗體, 自身抗體) | 多克隆B細胞反應 | 同種異型免疫球蛋白同種異型 | 遺傳型 | 免疫複合物
免疫細胞/白細胞 淋巴系細胞:T細胞 | B細胞 | NK細胞

髓系細胞:肥大細胞嗜鹼性粒細胞嗜酸性粒細胞 | 巨噬細胞

吞噬細胞:中性粒細胞 | 巨噬細胞 | 網狀內皮系統

抗原遞呈細胞:樹突狀細胞 | 巨噬細胞 | B細胞
免疫 與 耐受 作用:免疫性自身免疫變態反應炎症交叉反應性 無作用:耐受 (中樞耐受, 外周耐受, 克隆無能, 克隆缺失) | 免疫缺損
免疫遺傳學 體細胞突變 | V(D)J 重組免疫球蛋白類別轉換 | MHC/HLA
免疫物質 細胞因子調理素溶細胞素
其他 診斷免疫學

參看

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