医学免疫学抗原讲义.ppt

抗原医学免疫学1免疫系统的组织结构免疫系统免疫器官免疫细胞免疫分子（相关免疫基因）中枢免疫器官周围免疫器官造血干细胞淋巴细胞系单核巨噬细胞其它免疫细胞膜型分子分泌型分子2免疫系统：是指机体内担负着免疫功能的物质机构，由免疫器官、免疫细胞和免疫分子及有关的基因等组成，可以保护机体，抗御病原体、有害的异物及癌细胞等致病因子的侵害。可分为天然免疫系统（非特异性免疫系统）和获得性免疫系统（特异性免疫系统）。3基本概念一.抗原（antigen,Ag）：是指能启动机体的免疫应答，且能与相应的免疫应答产物结合，并发生一系列生物效应的物质。二.特性1.免疫原性(immunogenicity)：即能刺激机体产生免疫应答，包括诱导产生特异性抗体及效应T细胞。2.抗原性（antigenicity）：是指能与抗体或致敏T细胞在体内外发生特异性结合的能力，也称为免疫反应性（immunoreactivity）。三.完全抗原（immunogen或complete antigen）：同时具有免疫原性和抗原性的物质。如大多数天然抗原物质细菌病毒等。4四.不完全抗原（incomplete antigen或H）：只能与抗体结合而不能刺激产生抗体者，称不完全抗原（incomplete antigen）或半抗原（hapten，H），多为简单的小分子物质如多糖等。五.耐受原（tolerogen）：由于抗原作用效果不同，诱导机体产生免疫耐受的称为耐受原（tolerogen）。六.变应原（allergen）：引起变态反应者称为变应原（allergen）。七.载体（carrier）：半抗原与蛋白质结合后，可以获得免疫原性，成为完全抗原。赋予半抗原以免疫原性的蛋白质称为载体。5第一节抗原的类型一.根据抗原性能分类，分为完全抗原和不完全抗原：完全抗原：具有免疫原性又有抗原性，如血清蛋白、病毒、类毒素等。不完全抗原：为简单的有机小分子，分子量通常小于4000，本身不能剌激机体产生免疫应答，即无免疫原性，称半抗原，但它可以与大分子蛋白质（体外或在人体内）结合成为完全抗原，剌激机体产生抗体或致敏淋巴细胞。此种抗原多为小分子药物,如在体内分解后的青霉素小分子，单独不能产生抗体，但此小分子青霉素可与其相应完全抗原所产生的抗体结合，因此半抗原只有免疫反应性。6二.根据抗原剌激细胞产生抗体时，是否需要Th细胞的辅助，可分为：胸腺依赖性抗原(thymus dependent antigen,TD-Ag)：如大多数蛋白质抗原。胸腺非依赖性抗原(thymus independent antigen,TI-Ag)：如细菌脂多糖等。三.根据抗原合成的方式不同分类：分为天然抗原，如：细菌、病毒、粉尘、异种血清等；人工抗原如人工制备疫苗等。7四.根据与人体的亲缘关系分类，可概括分为：异种抗原（xenogenic Ag）：来自不同种属的抗原，如病原微生物及其产物或由异种动物（如马）制备的抗毒素血清对人体来讲皆为异种抗原；同种异型抗原（allogenic Ag）：在同一种属不同个体间的抗原，如人类不同个体的血型抗原，组织相容性抗原等；自身抗原(autoantigen):在某些异常情况下，隐蔽抗原（如眼晶体蛋白、脑组织等）的释放，自身抗原分子发生改变，以及分子模拟，如热休克蛋白（Heat shock Protein,HSP）又称应激蛋白（stress protein）可诱导自身免疫病，此乃由于某些HSP与人体自身抗原相似。8一.病原微生物1.病毒性抗原：一个完整的病毒称为病毒体，含有多种性质不同的蛋白质。如包膜糖蛋白，核心蛋白质等。流感病毒：易发生变异。天花病毒：天花疫苗。出血热病毒：如埃博拉病毒，为引起出血性发热的RNA病毒。目前无预防疫苗和特异性治疗药物。多数情况下，细胞免疫在抗病毒免疫中占主导地位，而体液免疫的作用是有限的。第二节医学上重要的抗原92.细菌性抗原：包括表面抗原、菌体抗原、鞭毛抗原、菌毛抗原等，每一种抗原又有多种决定簇。炭疽杆菌：有炭疽疫苗。结核杆菌：胞内寄生菌。二.细菌的外毒素和类毒素外毒素：某些细菌在生长繁殖过程中，向菌体外分泌有毒的物质，称为外毒素。如破伤风外毒素。类毒素：外毒素是蛋白质，毒性很强，抗原性也很强。若外毒素经0.3%0.4%的甲醛处理后，便失去毒性，但仍保留免疫原性，即成为类毒素。它们都是很有用的天然抗原。10三.异种动物血清异种动物的血清蛋白对人具抗原性。四.异嗜性抗原异嗜性抗原(heterophile antigen)指一类与种属特异性无关的、存在于人、动物、植物、微生物组织间的共同抗原。因Forssman首先发现这种抗原，故亦称为Forssman抗原。某些微生物与人体自身组织也有共同抗原成分，当感染这些微生物后，人体所产生的抗微生物抗体或致敏淋巴细胞与其有关组织亦可产生交叉免疫反应，从而导致某些免疫性疾病。如溶血性链球菌的胞膜糖蛋白与肾小球基底膜，细胞壁M蛋白与心肌皆具有共同抗原，因此溶血性链球菌感染后可引起心肌炎和肾小球肾炎。11五.血型抗原人红细胞血型抗原经国际输血学会确认了201种抗原，分别归类于23个系统(system)，5个集合(collection)，2个系列(series)。根据血型抗原表位性质，人红细胞可分为两类，一类以多肽为表位，以Rh、MNS系统为代表，只分布于红细胞膜或其它血细胞膜上；第二类以糖分子为抗原表位，以ABH抗原为代表，但由于其不仅分布于红细胞表面，而且分布于组织和体液中，因此亦被称为组织血型抗原。1.ABO(H)抗原2.T/TN抗原3.Rh抗原12表1 人类ABO（H）血型系统的分类13H基因前体糖蛋白HA基因B基因HAHB图1 ABO(H)血型抗原分子的形成N-乙酰基-氨基葡萄糖D-半乳糖HL-岩藻糖H物质142.T/TN抗原Thomsen发现人红细胞被细菌污染后，与包括ABO血型相容的所有人血清发生凝集，称为多凝集现象，引起临床血型鉴定和交叉配血困难。原因是细菌产生的神经氨酸酶使红细胞上隐蔽的抗原暴露，称之为T抗原(Thomsen-Friedenreich抗原)。在机体正常情况下，它们位于红细胞、上皮细胞膜上，为隐蔽抗原，当感染或经体外用细菌或某些病毒的神经氨酸酶处理后，皆可使T抗原暴露。T抗原是组织血型抗原的一种，TN是T抗原前体。恶性肿瘤细胞膜也表达T/TN抗原，因此T/TN抗原被认为是广泛的肿瘤自身抗原(paracarcinoma autoantigens)。153.Rh抗原人类红细胞中有与恒河猴红细胞相同的抗原，称为Rh抗原。已确定的Rh血型抗原有44种，只分布在红细胞膜上，为穿膜蛋白。临床上通常以D抗原存在与否来确定Rh阳性或阴性。即某人的红细胞与抗D抗体发生反应，表明有D抗原，称之为Rh阳性；反之称为Rh阴性。六.主要组织相容性抗原，见第八章。七.肿瘤抗原肿瘤抗原是指细胞癌变过程中出现的具有免疫原性的许多大分子即新抗原(neoantigen)的总称。目前已在动物自发性肿瘤和人类肿瘤细胞表面都发现了肿瘤抗原。16八.超抗原(superantigen，SAg)某些细菌或病毒产物只需要极低浓度（110ng/ml）即可激活很高数量的T细胞，产生极强的免疫应答，但又不同于丝裂原的作用，这类抗原称为超抗原。外源性超抗原：主要是细菌毒素。如金葡肠毒素等。内源性超抗原：体内持续表达病毒蛋白质产物。SAg特点：具有强大激活T细胞能力。抗原无须处理。与细胞结合无MHC限制性。SAg不仅激活T细胞；而且可能诱导T细胞耐受或免疫抑制。17APC细胞T细胞TCRMHC类分子图2 作用于T细胞的超抗原示意图超抗原18九.基因工程抗原把编码病毒或细菌特异性抗原的基因(亦称目的基因)提取出来,用质粒或噬菌体做载体,将此基因带入到真核细胞或原核细胞的基因组中,使之表达出特异性抗原,即基因工程抗原。经过提纯制备的疫苗就是基因工程疫苗。19第三节构成抗原的条件抗原具有免疫原性和抗原性两种特性。一.影响免疫原性的因素1.抗原的结构和性质分子量凡具有免疫原性的物质,其分子量皆较大,一般在1万以上,小于1万者多呈现弱免疫原性质,低于4000者一般不具有免疫原性。化学组成及结构分子量大小并不是构成免疫原性的唯一条件，还与其化学组成及结构有关。20在蛋白质分子中，凡含有大量芳香族氨基酸，尤其是含有酪氨酸的蛋白质，其免疫原性强；而以非芳香族氨基酸为主的蛋白质，其免疫原性较弱。若由单一的氨基酸或糖组成的聚合物，尽管其分子量很大,亦缺乏免疫原性。因此，蛋白质和多糖抗原，凡结构复杂者免疫原性强，反之则较弱。其复杂性是由氨基酸和单糖的类型及空间构型等决定的。可降解性一般情况下,抗原必须首先被降解才能经APC递呈给Th细胞，如果不能被抗原递呈细胞所降解和处理则无免疫原性。含D-氨基酸的聚合体不能被巨噬细胞所处理,因此是极弱的免疫原。212.与宿主相关因素(1)异物性在免疫功能正常的条件下,具有异种或同种异体的免疫原性的物质皆能诱导宿主的正免疫应答,即只有“非已”抗原才能引起正免疫应答。(2)宿主的遗传背景已知在同种动物不同个体间对感染的抵抗力存在明显差异。用人工合成抗原给不同近交系动物免疫，每一近交系其遗传背景基本相同，结果发现有的品系能产生高效价抗体，称为高应答品系(high responder),有的品系不能产生抗体或效价低，称为无或低应答品系(non-responder)。与控制免疫应答的遗传基因相关。22(3)免疫原的剂量及进入途径每一种免疫原对于一个特定的宿主,都有一个引起免疫应答峰值的最佳剂量及进入途径。剂量不足或者由于不能激活足够数目的淋巴细胞，或者诱导了耐受状态而不能引起免疫应答。相反，剂量过多亦可诱导淋巴细胞进入无应答状态也不能引起机体的免疫应答。此外，一次免疫难以引起强免疫应答，需要再一次免疫才能形成强免疫应答，因为这种重复免疫能促进抗原特异性T或B细胞的克隆快速增殖。非经口进入通常是免疫原引起免疫应答的条件，进入的途径有：静脉、皮下、皮内、肌肉或腹腔内。各途径决定着免疫器官和细胞类型参与免疫应答的种类。23(4)免疫佐剂的辅佐（一）免疫佐剂(adjuvant)是一些先于抗原或同时与抗原混合注射动物,可增强抗原的免疫原性,即起辅佐抗原作用的物质。佐剂的应用对弱免疫原及免疫原剂量较少不足以引起免疫应答时尤为重要。佐剂的种类繁多，主要有：油性乳剂如弗氏佐剂(Freund adjuvant),它是将抗原水溶液与油剂（石蜡油或花生油）等量混合，再加入乳化剂（羊毛脂或吐温）制成油包水抗原乳剂,称之为不完全弗氏佐剂。如在不完全佐剂中加入分枝杆菌(如死卡介苗)则称之为完全弗氏佐剂。弗氏完全佐剂是最有效的佐剂之一，已广泛用于实验动物增强免疫应答；24无机化合物，最广泛用于人体的佐剂是无机化合物中的磷酸铝或氢氧化铝。另一种佐剂为磷酸钙，也用于很多疫苗；微生物及其产物,常用的微生物有分枝杆菌、短小棒状杆菌或百日咳杆菌以及革兰氏阴性杆菌的脂多糖、分枝杆菌的提取物胞壁酰二肽、霍乱毒素等。所有这些细菌及其产物作为人用疫苗的佐剂毒性较大；脂质体，脂质体可作为多种抗原的佐剂，也可以作为抗原的载体而发挥其作用；ISCOM是皂角苷佐剂Quil-A、胆固醇和两性分子抗原的稳定的非共价结合混合物。是近年来较为令人关注的佐剂，目前仅用于兽用疫苗。25其他佐剂,细胞因子正逐渐作为佐剂用于疫苗研制,有IL-2、IFN-、IL-12等。佐剂增强机体免疫应答的机理：佐剂可以导致注射部位及其局部淋巴结的炎症反应，有利于刺激免疫细胞的增殖作用，这类佐剂包括无机化合物和油性乳剂。可作为传递工具，佐剂可以帮助抗原到达特异的靶免疫细胞器官，这类佐剂有脂质体和非离子表面活性剂。可作为免疫增强剂，如弗氏佐剂、磷酸脂质A(MPL)、脂多糖、白喉类毒素和细胞因子等。此外，通过抗原修饰来增强抗原的免疫原性亦属于佐剂效应的范畴。26（二）丝裂原可活化淋巴细胞的物质有两大类，即特异性抗原和非特异性的丝裂原。一种特定的抗原，只能激活具有相应抗原受体的淋巴细胞。而有丝分裂原是非特异的多克隆激活剂，能使某一群淋巴细胞的所有克隆都被激活。T、B细胞表面均表达多种丝裂原受体。丝裂原属于外源性凝集素，多为植物种子中提取的糖蛋白以及细菌结构成分或产物等。27表2作用于T、B细胞的重要丝裂原一览表28二.影响抗原性的因素抗原性是指抗原物质能与其相应抗体或致敏淋巴细胞发生特异结合的特性。抗原决定簇（antigenic determinant,AD)是存在于抗原表面的特殊基团，是起特异性反应的结构（只占抗原分子很小一部分）又称表位(epitope)。它们可与特异性抗体Fab部分（图5-1）或致敏淋巴细胞膜特异性受体结合,是免疫应答的特异性基础。免疫应答的特异性是免疫学中重要标志之一，亦是抗原特殊功能之一。人们利用这一特性，对某些疾病进行了特异性诊断，治疗和预防。291.抗原的决定簇（表位）半抗原相当于表位或决定簇的作用，当其与载体蛋白质结合后，此半抗原可被机体的T、B细胞所识别，产生免疫应答，半抗原与其产生的抗体结合。决定簇在结构上有两类表位构象决定簇（conformational determinate）：指由空间构象形成的决定簇，由在序列上不相连的多肽或多糖，组成，见于BCR/抗体识别的决定簇，一般位于抗原分子表面。顺序决定簇（sequence determinant），指序列相连续的氨基酸序列片段，又称线性决定簇（liner determinant），多位于抗原分子内部，主要是T细胞决定簇，BCR亦可识别线性决定簇。301.抗原的决定簇（表位）半抗原相当于表位或决定簇的作用，当其与载体蛋白质结合后，此半抗原可被机体的T、B细胞所识别，产生免疫应答，半抗原与其产生的抗体结合。决定簇在结构上有两类表位构象决定簇（conformational determinate）：指由空间构象形成的决定簇，由在序列上不相连的多肽或多糖，组成，见于BCR/抗体识别的决定簇，一般位于抗原分子表面。顺序决定簇（sequence determinant），指序列相连续的氨基酸序列片段，又称线性决定簇（liner determinant），多位于抗原分子内部，主要是T细胞决定簇，BCR亦可识别线性决定簇。31抗原1抗体抗原2抗原3ABC图3 抗原抗体特异性和交叉反应示意图A：抗原1决定簇与相应抗体发生特异性反应。B、C：抗原2、3的决定簇与1类似，与抗体发生交叉反应。322.T、B 细胞表位T、B 细胞借助其各自受体识别一个大分子抗原特定部分，称表位或决定簇。因而表位代表了抗原分子上一个免疫活性区，能与免疫细胞受体结合或与抗体结合。抗体特异性是针对抗原表位而不是整个抗原分子。T与B细胞常识别同一抗原分子上的不同表位，分别称为T细胞表位和B细胞表位。T细胞表位：现已证明T细胞表位为免疫原性多肽片段，属连续性决定簇，与B细胞表位性状不同。B细胞表位：只有存在于抗原表面的决定簇才能被B细胞识别，可称之为功能性决定簇。33表3 T细胞决定簇和B细胞决定簇特点比较34