抗原的识别.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章：抗原的识别,（,The recognition of antigen）,第一节：抗原,第二节：抗体免疫球蛋白,第三节：,B,细胞的抗原识别,第四节：,T,细胞的抗原识别,1,第一节：抗 原,(,Antigen，Ag),抗原：,是一类能够刺激动物机体的免疫系统，诱导发生免疫应答，产生体液免疫的抗体和（或）细胞免疫的效应淋巴细胞，并在体内外与之反应的物质。,2,自然界中存在的几类抗原：,病毒，细菌，真菌，寄生虫，外源蛋白等,3,常用术语：,免疫应答,(,Immunoresponse,),：,机体受抗原刺激而激发的反应。,免疫反应,(,Immunoreaction,),：,抗原和抗体相互作用的反应。,(抗原的)免疫原性,(,Immunogenicity,),：,（抗原）引起免疫应答的能力（性能）。,(抗原的)免疫反应性,(,Immunoreactivity,),：,又称特异性，抗原专一性。指能与免疫应答产物抗体和致敏淋巴细胞受体，在体内外相互作用起反应的性能。,4,一、抗原的命名和性能,几个概念：,变态反应,超敏反应(,Allergy,Hypersensitivity)：,抗原的刺激可引起机体产生过度的免疫应答，严重的可引起休克，甚至死亡，这种免疫应答称变态反应（或超敏反应）。能够引起变态反应（或超敏反应）的抗原称,变应元,或,过敏元(,Allergen),。,免疫耐受(,Immunotolerance,),：,机体对抗原的刺激不产生免疫应答的现象。能够引起免疫耐受的抗原称耐受元(,Tolergen,),。,5,抗原的命名：,免疫应答类型 抗原命名 免疫原性 免疫反应性,抗原,正常免疫应答抗原 ,正免疫应答,机体 变态反应 变应元 ,负免疫应答免疫耐受 耐受元 ,6,二、抗原决定簇或表位,(,Antigenic determinant&,epitope,),抗原决定簇：,指抗原表面决定抗原特异性的某些特定化学结构（包括化学基团和分子构象），抗原以此与相应淋巴细胞表面的抗原受体结合，进而引起免疫应答或免疫反应。,简单地说，抗原决定簇是抗原分子中与淋巴细胞表面的抗原受体结合的部分。,7,注意：,1、抗原不是以整个分子起作用，而是以其表面的决定簇起作用。,2、决定簇决定抗原的特异性，是与相应抗体和（或）相应淋巴细胞表面受体的结合部位。,3、决定簇是抗原分子上具有免疫原性的部位。一个抗原决定簇激活一种淋巴细胞，产生一类抗体。,4、大分子蛋白质有多个抗原决定簇。一个抗原分子上能与相应抗体分子结合的抗原决定簇的总数称,抗原的结合价,。,8,顺序决定簇和构象决定簇:,(,Sequential&Conformational determinant),抗原决定簇依赖与它的化学结构，它包括一级结构序列，称为顺序决定簇，和空间构象，称构象决定簇。,9,三、半抗原,(,Hapten,),半抗原：,指不含蛋白质成分的有机小分子，它们能和抗体起反应，即有免疫反应性，但不能诱发机体产生免疫应答，即无免疫原性。,结合抗原,(,conjugated antigen),或完全抗原,(,complete antigen),：,指由半抗原和载体蛋白经化学方法结合而成的抗原。既有免疫反应性，又有免疫原性。,10,两点说明：,（1）载体蛋白(,carrier protein),分子必须具有免疫原性，即本身是一个免疫原。,（2）机体内存在两类免疫活性细胞，它们分别识别载体决定簇和半抗原决定簇。免疫活性细胞只有识别了载体决定簇，才能进一步诱导抗体的产生和对半抗原的识别。这种现象称为载体效应(,carrier effect,)。,11,抗原决定簇：,12,半抗原与载体的识别：,13,四、抗原的分类,（一）根据抗原颗粒大小和溶解性分类：,1、颗粒抗原：,包括细菌，支原体，衣原体，立克次氏体、病毒，红细胞等。,与抗原结合，产生凝集现象（反应）,2、可溶性抗原：,包括蛋白质，多糖，结合蛋白等。,与抗原结合，在一定条件下，产生沉淀反应。,14,（二）根据抗原的来源和制备方法分类,1、天然抗原：,指自然界存在的。,2、人工抗原：,半抗原与载体蛋白结合,3、合成抗原：,指人工合成的多肽类抗原,15,（三）根据抗原的来源与机体的亲缘关系分类,1、异种抗原(,xenoantigen,)：,来自于另一物种的抗原性物质。,2、同种异型抗原(,alloantigen,)：,来自于同种但其基因型不同的个体的抗原性物质。如：血型物质(,A,B,O.,Rh,等)，白细胞抗原(,MHC,等)。,3、自身抗原(,autoantigen,)：,能引起免疫应答的自身组织成分。,4、异嗜性抗原(,heterophil,antigen),或共同抗原(,common antigen)：,在彼此无血缘关系的动物、微生物的细胞和体液内存在一类抗原，它们的抗原性很相近，以至其中任一种抗原的抗体能对这一类的其它抗原起强烈的交叉反应。,16,(四)根据引起免疫应答对,T,细胞的依赖关系分类,1、胸腺依赖性抗原(,thymus-dependent antigen，TD,抗原)：,绝大多数抗原需,T,细胞的辅助才能激活,B,细胞产生相应的抗体，这类抗原称胸腺依赖性抗原。这类抗原还可诱发细胞免疫应答，产生记忆免疫细胞引起回忆应答，产生的抗体多为,IgG,类。,2、非胸腺依赖性抗原(,thymus-independent antigen，TI,抗原)：,无需,T,细胞的辅助而直接激活,B,细胞产生相应的抗体。它不能诱发细胞免疫，无回忆应答，其抗体仅为,IgM,类。,17,（五）根据抗原的性能分类,1、半抗原(,Hapten,),：,2、完全抗原(,complete antigen),：,18,（六）肿瘤抗原,1、肿瘤特异抗原(,tumor-specific antigen，TSA)：,2、病毒诱发的肿瘤抗原：,3、癌基因编码的抗原：,19,五、免疫佐剂(,Immunoadjuvant,),（一）定义：,某些物质若先于或与抗原一起注入到动物体内，可非特异性地增强机体对该抗原的特异性免疫应答或改变免疫应答类型，此类物质称免疫佐剂。简称佐剂(,adjuvant),。,20,（二）佐剂的种类：,1、无机物佐剂：,如氢氧化铝，明矾等。,2、有机物佐剂：,包括微生物极其代谢产物。,3、复合佐剂：,21,（三）佐剂的生物学作用：,1、增加抗原的免疫原性，使无或弱免疫原转变为有效免疫原。,2、提高机体对抗原的初次和再次应答的抗体水平，产生更有效的免疫保护。,3、改变循环抗体的类型，使由产生,IgM,类抗体转变为,IgG,类抗体。,4、引起或增强,T,细胞介导的迟发性超敏反应（细胞免疫功能的加强）。,5、可诱导产生实验性自身免疫病，如过敏性脑脊髓炎等。,22,第二节：抗体免疫球蛋白,(,Antibody,Immumoglobulin Ig,),免疫球蛋白(,Ig,)：,指具有抗体活性，或化学结构与抗体相似的球蛋白。,抗体(,Ab,)：,机体免疫细胞被抗原激活后，由分化成熟的,B,细胞(浆细胞)合成与分泌的一类能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。,Ab,是重要的免疫分子，介导体液免疫效应。,Ab,=,Ig,Ig,Ab,；,Ab,是功能描述，,Ig,是化学结构描述；,23,一、抗体的基本结构,(,Structure of the antibody),1、两条重链（,H-chain）,和两条轻链（,L-chain），,以二硫键而彼此连接在一起的四肽链结构分子。,2、重链分,、五类，对应的抗体分别为,IgG,、,IgA,、,IgM,、,IgD,和,IgE,；,轻链分、两型。,24,抗体的分类：,重链：,根据抗体,H-chain,的结构特征，可将免疫球蛋白分为5类，再根据抗原的不同和结构的变化又可分为若干亚类。,H-chain,Ig,类型,亚类,IgM,IgM1,IgM,2,IgG,IgG1 IgG4,IgA,IgA1 IgA2,IgD,IgE,25,轻链：,所有,Ig,分子中都有两类轻链中的一类，即,型或,型。,型和,型的,V,区和,C,区的,AA,序列都是不同的。,在任一,Ig,分子中，两条,H-chain,或两条,L-,链是一致的。,同一类中，,H-chain,结构并非完全相等亚类，同一亚类中，不同个体间也有差异。,26,Fab,Fc,V,H,C,H1,C,H2,C,H3,V,L,C,L,3、可变区(,variable region，V,区)：,H,链,N,端的1/4和,L,链,N,端的1/2区域内，氨基酸的种类、排列顺序与构型的变化很大，故称。,4、恒定区(,constant region，C,区)：,H,链,C,端的3/4和,L,链,C,端的1/2区域内，氨基酸的种类、排列顺序与构型相对恒定，故称。,27,4、,Fab,和,Fc,片段：,Fab,:,抗原结合片段,(,Fragment antigen binding),Fc,:,可结晶片段,(,Fragment,crystallizable,),28,5、铰链区(,Hinge,rigion,),随机松散的结构，具柔曲性，可自由运动。当抗体分子与抗原决定簇结合时，该区张合自如，易于结合，且有利于抗体分子上两个抗原结合部位同时发挥作用，从而大大提高抗原抗体间的亲和力。,29,抗体的结构：,30,抗体的三维结构：,H,链4个结构域(,domain)：,V,H,，C,H1,，C,H2,，C,H3,L,链2个结构域(,domain)：V,L,，C,L,31,二、抗原抗体的结合,(,The interaction of the antibody and antigen),1、抗原结合位点(,antigen binding site)：,超变区(,hypervariable,region，HVR)：,可变区（,V,区）中部分区域的氨基酸组成、排列顺序和构型更易变化，称为。,骨架区(,framework region，FR)：,可变区中除去超 变区部分的氨基酸变化相对较小，又称为。,互补决定区（,Complementarity,-determine region,CDR)：,V,L,和,V,H,中的,HVR，,具有与抗原决定簇互补的结构,所以,HVR,又称为,。,32,超变区与骨架区(一级结构)：,H,V,H,V1，,H,V2，,H,V3,F,R,F,R1，,F,R2，,F,R3，,F,R4,F,R1,H,V1,F,R2,HV2,F,R3,H,V3,F,R4,33,超变区与骨架区(空间结构)：,34,互补决定区：,35,抗原结合位点:,36,抗原结合位点:,37,2、抗原-抗体的相互作用力:,抗原抗体是以非共价键结合的：,(1)静电引力(,electrostatic forces),(2)氢键(,hydrogen bonds),(3)范德华力(,van,der,waals,forces),(4)疏水力(,hydrophobic forces),这种结合是可逆的，需要合适的温度、,pH、,离子强度以及完整的抗体。,38,抗原与抗体的结合：,39,三、抗体多样性的产生,(,The generation of antibody diversity),1、,Ig,基因组构成：,（1）,Ig,基因是个多基因家族，分布于不同的染色体上：,人：,H,链基因：14号染色体,基因：22号染色体,基因：2号染色体,小鼠：,H,链基因：12号染色体,基因：16号染色体,基因：6号染色体,40,（2）,Ig,L-chain,基因结构：,以,型为例：,L V J C,编码,N,端 约300拷贝 5拷贝,1,拷贝,15个,AA,（编码,V,区 （编码,V,区,主要部分）3端约13,AA）,注：,L=leader,peptite,gene,segmets,41,（3）,Ig,H-chain,基因结构：,L V,H,D,H,J,H,C,H,数百个拷贝 约20个拷贝 4拷贝 10拷贝,可变区 多变区 结合区 恒定区,基因簇 基因簇 基因簇 基因簇,注：,Ddiversity gene,42,小鼠,轻链基因库的组成,小鼠,轻链基因库的组成,小鼠,重链,基因库的组成,43,2、,Ig,gene,重排：,（1,）L-chain,基因重排：,（一次重排）,L V J C,种系,DNA,（,不表达,Ig,gene）,体细胞重组,转录 （,V-J,连接）,RNA,前体,RNA,剪接,-,AAA,翻译,L-chain,44,轻链基因的重排：,45,重排的多样性：,46,基因家族：,47,基因家族：,48,轻链基因的重排：,49,（2,）H-chain,基因重排：,（二次重排）,L VH DH JH CH,种系,DNA,D-J,连接（第一次重排）,V-DJ,连接（第二次重排）,转录,RNA,前体,RNA,剪接,-,AAA,翻译,H-chain,50,重链基因的重排：,51,重链基因的多样性：,52,重链基因的重排：,53,抗体多样性：,54,3、,Ig,基因重排的机制：,研究,Ig,基因的,V、D、J,片段间的序列，发现在,V,基因的3端，,J,基因的5端以及,D,基因的两端都被,DNA,重排的识别信号所包围称“重组信号序列,”(recombination signal sequence，RSS)。,这些信号包括三个组成部分：,55,（1）7碱基区（七聚体,The,heptamer,）:,V,基因3端，,D,基因5端,CACAGTG,D,基因3端，,J,基因5端,GTGTCAC,（2）9,碱基区（九聚体,The,nonamer,）:,VH，DH,3端,ACAAAAACC,DH，JH,5端,TGTTTTTGG,（3）,位于7碱基区和,9,碱基区之间的不保守间隔（,spacer）,序列，该序列由121和231,bp,组成。,56,RSS,序列：,57,The 12/23 rule：,重组只发生在一个有12,bp,的,spacer,和另一个23,bp,的,spacer,的基因片段之间。,58,重组过程：,在重组酶系统的作用下，相应的,DNA,片段相互靠近，由于,heptamer,和,nonamer,序列的互补性而形成反向茎环结构，使两个重组序列相互并列，再进一步在重组酶系统的作用下删除茎环部分的序列，形成重排后的,DNA,序列。,59,重组过程：,60,4、多样性产生的四种主要方式：,（1）可变区基因片段的多拷贝,（2）不同重链、轻链的配对,（3）基因片段连接时产生的变异,（4）已重排可变区基因中发生的超突变（体细胞超突变）,61,5、重链,C,区的结构变化：,（1）二硫键的数目和位置,（2）糖基的数目,（3）,C,区结构域（,domain）,的数目,（4）绞链区（,hinge,regin,）,的长度,62,6、等位排斥和同（种）型排斥：,（1）等位排斥：,指一个,B-cell,中发生的,V-J,和,V-D-J,重排时，只有一种重组类型出现，产生一种轻链和一种重链。,（2）等位基因排斥（,allelic exclusion）：,Ig,基因位于两条同源染色体上，而,Ig,基因表达只发生在一条上。这种因为一条染色体上的基因表达而抑制另一条染色体上相同基因表达的现象称等位基因排斥。,（3）同（种）型排斥（,isotypic,exclusion）：,指,B-cell,轻链表达时，只生成一种链（,或,），,而不能同时表达,链和,链。,63,四、免疫球蛋白的血清型,将,Ig,作为抗原在异种、同种异体或自身体内进行免疫，均能诱导机体发生免疫应答，产生相应的抗体，这些抗体可用血清学方法进行检测，因此称为,Ig,的血清型。包括：,1、同种型(,isotype,),2、同种异型（,allotype,),3、独特型（,idiotype,),64,1、同种型(,isotype,),指同一物种内，所有正常个体的,Ig,分子所共有的抗原专一性，也称同族专一性。,主要存在于,Ig,的,C,区中，据,H,链,C,区的不同又分为五个大类，每一类又分若干亚类；按,L,链的不同分为两型，每型又分为若干亚型。,65,Ig,的同种型,66,IgG,的亚型：,67,同种型是由重链,C,区的结构变化形成的：,68,同种型转换(,isotype,swith,),：,重链基因在,B,细胞成熟及增殖过程中是变化的，第一个产生,IgM,，,随后由,IgM,转换为,IgG,IgA,，,IgE,等，这种现象称同种型转换。,（1）此过程受,T,细胞释放的细胞因子控制,（2）所形成的,Ig,具有相同的可变区,（3）,同一抗原的刺激也可以通过同种型转换产生不同的抗体，从而引起不同种反应。,69,2、同种异型（,allotype,),同一物种内不同个体存在几种形式的抗原专一性，在同一物种内的这种多型现象称同种异型。,如：不同人或人群中，同一类,Ig,之间有差异。,同种异型由于重链或轻链恒定区内一个或数个氨基酸（即遗传标志）不同而表现的抗原性差异。同种异型可以为同一物种的某些个体所共有，但绝不会为同一物种的所有个体所共有。,70,同种异型由于,C,区内一个或数个氨基酸的不同而形成的：,71,3、独特型（,idiotype,),同一个体中不同,B,细胞克隆所产生的,Ig,上，都具有自身独特的抗原专一性，称独特型，又称个体型。,是可变区所具有的抗原特异性标志，由,Ig,超变区特有的氨基酸序列和构型决定的。,可变区、抗原结合部位、独特型抗原决定簇是同一物质在不同情况下的不同名字。,72,独特型是可变区所具有的抗原特异性标志：,73,五、各类免疫球蛋白的特性及功能,1、,IgG,单体,两条,H,链,两条,L,链,四种亚型(,IgG1,G2,G3,G4),婴儿出生三个月开始合成；,含量最高,占,Ig,总量的3/4,；,半衰期最长,达23天；,体液免疫中的主要抗体,是唯一能穿过胎盘的抗体。,Fab,Fc,V,H,C,H1,C,H2,C,H3,V,L,C,L,74,2、,IgM,五聚体，10条,H,链,10条,L,链，单体间由,J,链相连；,两种亚型(,IgM1,M2),占,Ig,总量,同胞兄妹近亲远亲无亲缘者。,139,2、HLA,与输血反应的关系：,多次接收输血者会发生非溶血性输血反应，与受血者血液中存在的抗白细胞和抗血小板,HLA,抗原的抗体有关，因此需多次接收输血者应选择成分输血。,140,3、HLA,与疾病的相关性：,群体分子流行病学调查显示，某些疾病的发生与一种或几种,HLA,抗原的表达相关，因此,HLA,作为一种疾病发生的遗传标志可用于疾病的辅助诊断、预测、分类及预后判断。,141,4、HLA,异常表达与疾病的关系：,HLA-,类分子的表达降低与肿瘤的发生有关；,HLA-,类分子表达异常与自身免疫病的发生有关。,142,5、,HLA,与法医学鉴定：,由于,HLA,的多态性远比红细胞血型大得多，故更能区分个体的特异性。在无血缘关系的自然人群中，,HLA,表型完全相同极为罕见，因此对犯罪嫌疑人血渍,HLA,的鉴定很有价值。,143,五、,T,细胞抗原受体,(,T-cell receptor，TCR),：,1、,TCR,的结构：,TCR,是,T,细胞表面能特,异性识别和结合抗原的结构,。,由,、（95%)或、（5%),两条亚基通过非共价键结合,形成异二聚体，存在于,T,细胞,表面。其跨膜区近胞浆部分,通过非共价键，再与,CD3,分,子形成三聚体。,144,2、,TCR,的功能,TCR,负责识别,APC,或靶细胞表面的抗原肽,MHC,分子复合物，所产生的信号由,CD3,分子进行传递，这是,T,细胞活化的第一信号。,145,注意：,TCR,不能直接识别和结合游离的可溶性抗原，只能识别,APC,加工处理后表达于,APC,表面的与,MHC,分子结合的抗原分子，从而有别于,B,细胞对抗原的识别。,146,小结：,1、抗原：有关概念，抗原决定簇，半抗原，佐剂,2、抗体：基本结构、分类，抗体多样性，,Ig,基因及其重排，抗原抗体的识别，有关概念,3、,B,细胞抗原受体,4、,T,细胞表面抗原，,T,细胞亚型,5、抗原呈递细胞，抗原呈递与加工过程,6、主要组织相容性复合体，相关概念，两类,MHC,分子，,HLA,基因,7、,T,细胞受体：结构，功能,147,