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抗原的概念與特性
1一、抗原的概念
1888年P(guān).P.Emile Roux和A.E.J.Yersin在研究白喉發(fā)病機(jī)理時(shí),發(fā)現(xiàn)白喉?xiàng)U菌能產(chǎn)生外毒素;1890年Emil A.Von Behring等人將白喉外毒素注射給動(dòng)物,發(fā)現(xiàn)在該動(dòng)物血清中存在一種能中和白喉外毒素的物質(zhì),他們稱之為抗毒素。19世紀(jì)末和20世紀(jì)初,許多科學(xué)家先后發(fā)現(xiàn)了免疫血清在體內(nèi)和試管中可以凝集細(xì)菌和溶解細(xì)菌,并進(jìn)而發(fā)展到對(duì)病原微生物的鑒定和傳染病的診斷。把血清中與細(xì)菌或毒素起反應(yīng)的物質(zhì)統(tǒng)稱為抗體,引起抗體產(chǎn)生的刺激物質(zhì),如細(xì)菌、病毒、毒素等稱為抗原(antigen,Ag)。
隨著免疫學(xué)研究的逐步深入,如前所述,抗原分子進(jìn)入體內(nèi),刺激免疫細(xì)胞、免疫基因、免疫分子等,出現(xiàn)一系列復(fù)雜的生物學(xué)過程,稱之為免疫應(yīng)答。免疫應(yīng)答又分為對(duì)機(jī)體有利的免疫應(yīng)答,如抗感染免疫;和對(duì)機(jī)體不利的免疫應(yīng)答,如超敏反應(yīng)。因此,現(xiàn)代免疫學(xué)認(rèn)為:凡能刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體或致敏淋巴細(xì)胞,并能與其相應(yīng)抗體或致敏淋巴細(xì)胞在體內(nèi)或體外發(fā)生特異性反應(yīng)的物質(zhì),統(tǒng)稱為抗原。
二、抗原的特性:根據(jù)抗原的概念可以看出抗原有兩種特性
(1)免疫原性(immunogenicity)
即抗原刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生免疫應(yīng)答的過程。
該過程包括:抗原進(jìn)入機(jī)體后,刺激淋巴細(xì)胞活化、增殖、分化,產(chǎn)生抗體或致敏的效應(yīng)淋巴細(xì)胞。
(2)反應(yīng)原性(reactogenicity)
即抗原與相應(yīng)抗體或致敏的效應(yīng)T細(xì)胞發(fā)生特異性反應(yīng)的性能,又稱免疫反應(yīng)性(immunoreactivity)。
同時(shí)具有這兩種性能的物質(zhì)稱為完全抗原(completeangigen),一般說的抗原即完全抗原,如細(xì)菌、病毒、異種動(dòng)物血清和大多數(shù)蛋白質(zhì)等。
只具有免疫反應(yīng)性,而單獨(dú)使用不能刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答的物質(zhì)(即不具有免疫原性),為不完全抗原(incomplete antigen)或半抗原(hapten)。如大多數(shù)的多糖、某些小分子的藥物(如青霉素)和一些簡單的有機(jī)分子(分子量小于4kD),它們本身無免疫原性,不能刺激機(jī)體產(chǎn)生抗體或效應(yīng)T細(xì)胞,但能與已產(chǎn)生的抗體發(fā)生特異性反應(yīng)。當(dāng)半抗原與載體蛋白(或具有免疫原性的載體)結(jié)合后可成為完全抗原,進(jìn)入機(jī)體后可刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生免疫應(yīng)答。
在不同情況下常把抗原稱為不同名稱,如引起凝集反應(yīng)的抗原稱為凝集原;引起沉淀反應(yīng)的稱為沉淀原,引起超敏反應(yīng)的抗原稱為過敏原(又稱變應(yīng)原,即引起變態(tài)反應(yīng)的抗原);引起免疫耐受的抗原又稱耐受原。
第二節(jié) 構(gòu)成抗原的條件
一、異源性
凡是化學(xué)結(jié)構(gòu)與宿主成分不同的外來物質(zhì),或者在胚胎期機(jī)體的淋巴細(xì)胞從未接觸過的物質(zhì),均屬異源性物質(zhì)。
異源并非專指異體物質(zhì),除外來分子外,還可是自身物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變(如病毒感染的細(xì)胞、肝癌細(xì)胞等)和胚胎期與淋巴細(xì)胞隔絕的自身組織物質(zhì)(如精于、眼晶狀體蛋白等),均屬異物。正常情況下,T和B淋巴細(xì)胞發(fā)育成熟的標(biāo)志是細(xì)胞表面表達(dá)特異性抗原受體。在胚胎期,這種帶有特異性抗原受體的淋巴細(xì)胞首先接觸的是機(jī)體自身的細(xì)胞和蛋白質(zhì),淋巴細(xì)胞一旦與之結(jié)合,該細(xì)胞克隆就被抑制,不能繼續(xù)分化發(fā)育,有的干脆被殺死稱克隆排除。于是通過這種負(fù)篩選的方法,把不能與自身細(xì)胞、蛋白應(yīng)答的淋巴細(xì)胞克隆篩選出來,形成只對(duì)外來(即非己)抗原物質(zhì)產(chǎn)生應(yīng)答的免疫功能。即只有“非己”的、同種異體或異種的抗原物質(zhì)才能誘導(dǎo)宿主的正免疫應(yīng)答,這是由于免疫系統(tǒng)在個(gè)體發(fā)育過程中,對(duì)“自己”抗原產(chǎn)生耐受,不能識(shí)別,而對(duì)“非己”抗原能夠識(shí)別所致。
因此,根據(jù)抗原來源與宿主的關(guān)系,異源性抗原有:
1、異種物質(zhì)
通常認(rèn)為,與宿主的生物學(xué)親緣關(guān)系越遠(yuǎn)的物質(zhì),其分子結(jié)構(gòu)差異越大,免疫原性也越強(qiáng)。如微生物抗原對(duì)人來說是強(qiáng)抗原,馬血清對(duì)人是強(qiáng)抗原,對(duì)驢則是弱抗原,說明種系關(guān)系越近的物質(zhì),其免疫原性也越弱。如鴨血清蛋白對(duì)雞呈弱免疫原性,而對(duì)兔則表現(xiàn)為強(qiáng)免疫原性。
2、同種異體物質(zhì)
同種不同個(gè)體之間的不同基因型物質(zhì),其組織細(xì)胞成分不同,分子結(jié)構(gòu)也不相同,相互具有免疫原性。如人類不同個(gè)體不同血型的紅細(xì)胞表面的抗原;除同卵雙生子外,不同個(gè)體間組織相容性抗原等。
3、自身組織
正常情況下,自身組織對(duì)機(jī)體無免疫原性,但若自身組織的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,或胚胎期淋巴細(xì)胞從未接觸過的正常自身組織,出生后淋巴細(xì)胞一旦與之接觸,也視為“非己”,而具有免疫原性。如機(jī)體受感染、電離輻射、外傷或藥物等各種因素的影響下,使自身物質(zhì)的組織成分發(fā)生改變,對(duì)機(jī)體自身產(chǎn)生免疫原性,誘導(dǎo)機(jī)體的免疫應(yīng)答稱此物質(zhì)為改變的自身抗原。終生與免疫系統(tǒng)隔絕的成分,如眼球內(nèi)的晶體蛋白、甲狀腺球蛋白、精子等一旦釋放入血,會(huì)被免疫系統(tǒng)視為“非己”物質(zhì),成為自身抗原,稱為隱蔽的自身抗原。自身抗原刺激免疫系統(tǒng)發(fā)生免疫應(yīng)答,可導(dǎo)致自身免疫病。
二、抗原的理化特性
1、化學(xué)組成
2、大分子物質(zhì)
并非所有的異源性物質(zhì)都具有免疫原性,凡具有免疫原性的物質(zhì),必須具有一定的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu),其分子量都較大,一般在10kD以上。小于10kD者,其免疫原性較弱,低于4kD者,一般不具有免疫原性。
其原因一般認(rèn)為:分子量越大,其表面的抗原決定簇越多,化學(xué)結(jié)構(gòu)也較穩(wěn)定。再者,大分子物質(zhì)不易被破壞而排除,存留在體內(nèi)的時(shí)間長,有利于與免疫細(xì)胞接觸,從而刺激機(jī)體的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生免疫應(yīng)答。
3、分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性
僅分子量大,若是結(jié)構(gòu)簡單的聚合物,不一定具有免疫原性,還要求有一定復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。在蛋白質(zhì)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質(zhì),其免疫原性更強(qiáng),如蛋白質(zhì)分子中含有2%的酪氨酸,即具有良好的免疫原性。而以非芳香族氨基酸為主的蛋白質(zhì),其免疫原性弱。蛋白質(zhì)和多糖抗原,凡結(jié)構(gòu)復(fù)雜的,免疫原性強(qiáng),反之則較弱。其復(fù)雜性是由氨基酸和單糖的類型及數(shù)量等決定的,如聚合體蛋白質(zhì)分子較簡單可溶性蛋白質(zhì)分子的免疫原性強(qiáng),結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多糖,如細(xì)菌的細(xì)胞壁、莢膜及紅細(xì)胞血型抗原等,均具有較強(qiáng)的免疫原性,核酸、脂質(zhì)無免疫原性,但與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核蛋白、脂蛋白則具有免疫原性。在自身免疫病中,天然核蛋白可誘導(dǎo)免疫應(yīng)答,產(chǎn)生抗DNA或抗RNA抗體。
三、抗原的物理狀態(tài)與可降解性
免疫原性的強(qiáng)弱也與抗原物質(zhì)的物理性狀有關(guān)。例如:球形蛋白質(zhì)分子的免疫原性比纖維形蛋白質(zhì)分子強(qiáng);聚合狀態(tài)的蛋白質(zhì)較其單體的免疫原性強(qiáng);顆粒性抗原較可溶性抗原的免疫原性強(qiáng),這是由于溶解蛋白易被蛋白酶降解的原因。因此,許多免疫原性較低的蛋白質(zhì),一經(jīng)聚合或吸附在大的顆粒表面,就可以增強(qiáng)其免疫原性。
可降解性對(duì)抗原性也有影響。降解過快,沒有足夠的分子去刺激免疫細(xì)胞;缺乏降解性,不易被APC降解、加工。例如:含L-氨基酸的蛋白質(zhì)易降解,具有抗原性;含D-氨基酸的聚合體不易降解,不具有抗原性。
四、進(jìn)入機(jī)體的劑量和途徑
具有免疫原性的物質(zhì)進(jìn)入機(jī)體后能否誘導(dǎo)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生免疫應(yīng)答,還受抗原的劑量、免疫的途徑、免疫間隔的時(shí)間等多種因素的影響。
五、宿主遺傳性
同種動(dòng)物不同品系或不同個(gè)體對(duì)同種抗原產(chǎn)生的免疫應(yīng)答強(qiáng)度不完全相同,過去認(rèn)為這是個(gè)體差異性。但研究證明與遺傳相關(guān),受動(dòng)物種屬的遺傳屬性和動(dòng)物個(gè)體的生理狀態(tài)的影響,并由MHCⅠ區(qū)的免疫應(yīng)答基因決定。
六、免疫佐劑
1、定義:是指先于抗原或與抗原混合或同時(shí)注入動(dòng)物體內(nèi),能非特異性增強(qiáng)機(jī)體對(duì)抗原特異性免疫應(yīng)答的一類物質(zhì)。也可稱為免疫增強(qiáng)劑、抗原佐劑
2、作用機(jī)制:
① 增加抗原的體積,易被APC攝??;
② 延長抗原在體內(nèi)的存留期,增加與免疫細(xì)胞接觸的機(jī)遇;
③ 誘發(fā)抗原注射部位及局部淋巴結(jié)炎癥,有利于刺激免疫細(xì)胞的增殖。
第三節(jié) 抗原的特異性與抗原決定簇
一、什么是抗原的特異性
特異性是指物質(zhì)之間的相互吻合性或針對(duì)性、專一性,如鑰匙與鎖的關(guān)系。
抗原進(jìn)入機(jī)體只能激發(fā)特異的淋巴細(xì)胞分化增殖,產(chǎn)生的抗體或致敏淋巴細(xì)胞只針對(duì)與相應(yīng)的抗原反應(yīng),這種性質(zhì)稱為抗原的特異性。
抗原特異性表現(xiàn)在2個(gè)方面: ?、倜庖咴缘奶禺愋?; ?、诜磻?yīng)原性的特異性。
抗原特異性是免疫應(yīng)答最重要的特點(diǎn),也是免疫學(xué)診斷與防治的理論依據(jù)。
抗原特異性的物質(zhì)基礎(chǔ)是抗原分子中的抗原決定簇。
二、抗原決定簇
抗原抗體反應(yīng)最重要的特點(diǎn)是具有高度的特異性,而抗原的特異性又是以它本身的分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。
實(shí)驗(yàn)表明,抗原與抗體的特異性結(jié)合與抗原分子表面的特殊結(jié)構(gòu)的化學(xué)基團(tuán)有關(guān),稱這種能與抗體特異性結(jié)合的,抗原分子表面的特殊結(jié)構(gòu)的化學(xué)基團(tuán),為抗原決定簇(determinant)。
抗原決定簇與相應(yīng)的淋巴細(xì)胞表面的抗原受體(mIg或TCR)結(jié)合,誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答;抗原決定簇與相應(yīng)的抗體特異性結(jié)合發(fā)生免疫反應(yīng)。因此,抗原決定簇是免疫應(yīng)答和免疫反應(yīng)具有特異性的物質(zhì)基礎(chǔ),即抗原決定簇決定了抗原的特異性。抗原決定簇的化學(xué)基團(tuán)(對(duì)位上的酸基不同)性質(zhì)不同,其抗原特異性就會(huì)有差別。抗原決定簇的空間構(gòu)型(羧基的鄰位、間位和對(duì)位)也影響抗原的特異性。由此可以證明,天然蛋白質(zhì)的抗原決定簇,由于其氨基酸的數(shù)目、組成、排列順序、空間構(gòu)型的差異,從而引起了抗原特異性的不同。
抗原結(jié)合價(jià)是指抗原分子表面能與抗體結(jié)合的決定簇總數(shù)。
三、抗原決定簇的類型
第四節(jié) 半抗原-載體現(xiàn)象
一、人工結(jié)合抗原
二、半抗原與載體概念的提出
半抗原(hapten)指只具有免疫反應(yīng)性,而單獨(dú)使用不能刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答的物質(zhì)(即不具有免疫原性)。
我們可以這么理解:半抗原是外加在抗原分子上的已知化學(xué)結(jié)構(gòu)的化學(xué)基團(tuán),在一定意義上與抗原分子上的抗原決定簇是同義語。
三、載體效應(yīng)
載體效應(yīng):初次與再次免疫時(shí),只有使半抗原結(jié)合在同一種載體上,才能產(chǎn)生抗半抗原的再次免疫應(yīng)答,這種現(xiàn)象稱為載體效應(yīng)。
Mitchison等在70年代闡明了載體效應(yīng)的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ):
半抗原-載體概念極其重要,它可解釋為什么低分子量化合物與體內(nèi)載體蛋白質(zhì)分子結(jié)合誘發(fā)超敏性反應(yīng)產(chǎn)生的藥物過敏癥。如苯胺類染料、鎮(zhèn)靜劑司眠脲、退熱劑阿司匹林、氨基比林以及多種抗生素分解產(chǎn)物等是誘發(fā)藥物過敏癥的原因。
第五節(jié) 抗原的交叉性
一、交叉抗原
不同抗原物質(zhì)之間除了具有本身特異性抗原之外,還可能存在著共同的抗原決定簇。如果兩種不同的抗原之間存在相同的抗原決定簇,則將帶有相同抗原決定簇的抗原稱為交叉抗原或共同抗原。
二、交叉反應(yīng)(Crossreaction)
一種抗體對(duì)具有共同抗原決定簇的兩種不同抗原都能結(jié)合,產(chǎn)生免疫反應(yīng),稱為交叉反應(yīng)。
交叉反應(yīng)可用于臨床感染的診斷,如立克次體感染時(shí),可用變形桿菌抗原代替立克次體抗原檢測體內(nèi)相應(yīng)的抗體(即外斐反應(yīng))。
第六節(jié) 抗原的類型
抗原的種類很多,因研究工作或理論探討的需要,根據(jù)抗原某方面的特性,采用不同的分類方法加以歸類。
一、根據(jù)抗原顆粒大小和溶解性分類
1、顆粒性抗原
包括細(xì)菌、支原體、立克次體、衣原體、紅細(xì)胞等,它們相對(duì)顆粒較大,在水溶液中溶解很難形成親水膠體,當(dāng)與相應(yīng)抗體發(fā)生特異性結(jié)合后可出現(xiàn)凝集反應(yīng)(如紅細(xì)胞凝集)。
2、可溶性抗原
包括蛋白質(zhì)、多糖、脂多糖、結(jié)合蛋白(糖蛋白、脂蛋白、核蛋白等)以及病毒等,在水溶液中溶解形成親水膠體。它們與相應(yīng)抗體特異性結(jié)合后形成抗原抗體復(fù)合物,在一定條件下出現(xiàn)可見的沉淀反應(yīng)??扇苄钥乖强乖芯康闹黧w,它們存在于一切生物的細(xì)胞膜內(nèi)外或體液中,從分子水平看,可溶性抗原存在于顆粒性抗原的細(xì)胞膜上,是顆粒性抗原誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答的分子基礎(chǔ)。
二、根據(jù)抗原性能分類
1、完全抗原
既具有免疫原性又具有反應(yīng)原性的物質(zhì)均屬完全抗原。完全抗原進(jìn)入機(jī)體能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生抗體或效應(yīng)T細(xì)胞,并能在體內(nèi)外與相應(yīng)的抗體或效應(yīng)T細(xì)胞結(jié)合發(fā)生反應(yīng)。例如,大多數(shù)蛋白質(zhì)、組織細(xì)胞、細(xì)菌外毒素、抗毒素、異種動(dòng)物血清、各種疫苗等均是完全抗原。
2、不完全抗原
又稱半抗原;指只具有免疫反應(yīng)性而無免疫原性的物質(zhì)稱為半抗原(hapten)。如多糖、類脂、核酸、某些藥物等。
半抗原因其分子量較小,不具免疫原性,但與大分子蛋白質(zhì)載體結(jié)合后即成為完全抗原,具有免疫原性。
① 復(fù)合半抗原:不能單獨(dú)刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答,但可與相應(yīng)的抗體發(fā)生可見反應(yīng)。
② 簡單半抗原:不能單獨(dú)刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答,也不能與相應(yīng)的抗體發(fā)生可見反應(yīng),但可阻止其抗體與完全抗原結(jié)合。
三、根據(jù)抗原與抗原提呈細(xì)胞的關(guān)系分類
1、外源性抗原
自細(xì)胞外,通過APC吞噬、捕獲或與B細(xì)胞特異性結(jié)合后,進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的抗原。
2、內(nèi)源性抗原
在自身細(xì)胞內(nèi)合成的新抗原,如:細(xì)胞內(nèi)寄生的微生物及其代謝產(chǎn)物、腫瘤細(xì)胞內(nèi)的腫瘤抗原,等等。
五、根據(jù)免疫應(yīng)答分類
1、胸腺依賴性抗原(thymus dependent antigen,TD抗原或TD-Ag)
也稱為T細(xì)胞依賴性抗原。
絕大多數(shù)抗原需要T細(xì)胞(Th)輔助才能激活B細(xì)胞分化為漿細(xì)胞產(chǎn)生抗體,稱這類抗原為胸腺依賴性抗原。這類抗原還可誘導(dǎo)細(xì)胞免疫應(yīng)答。TD抗原大多數(shù)由蛋白質(zhì)組成,分子量大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,表面的抗原決定簇種類多,但缺乏同一決定簇分布均勻的多次重復(fù)出現(xiàn)。TD抗原既具有表面的半抗原決定簇(B細(xì)胞決定簇),又具有載體決定簇(T細(xì)胞決定簇)。TD抗原可刺激淋巴細(xì)胞產(chǎn)生記憶性T細(xì)胞和記憶性B細(xì)胞,即出現(xiàn)再次免疫應(yīng)答(又稱回憶反應(yīng))現(xiàn)象,產(chǎn)生的抗體多為IgG類。
2、非胸腺依賴性抗原(thymus independent antigen,TI抗原或TI-Ag)
也稱為非T細(xì)胞依賴性抗原。
這類抗原不需Th細(xì)胞輔助,直接激活B細(xì)胞分化成漿細(xì)胞產(chǎn)生抗體。這類抗原多數(shù)為大分子多聚體,在抗原分子上有大量重復(fù)出現(xiàn)的同一抗原決定簇,降解緩慢,能與B細(xì)胞表面的多個(gè)抗原受體(mIg)結(jié)合形成交聯(lián),從而直接激活 B 細(xì)胞,產(chǎn)生IgM類抗體,無IgG的轉(zhuǎn)換,不需Th輔助,不產(chǎn)生免疫記憶。如細(xì)菌脂多糖、莢膜多糖、聚合鞭毛蛋白等屬TI-Ag。
3、超抗原(supper antigen )
是一類由細(xì)菌外毒素和逆轉(zhuǎn)錄病毒蛋白構(gòu)成的抗原性物質(zhì)。一般的多肽抗原,正常時(shí)最多僅能激活1萬個(gè)細(xì)胞中的一個(gè)T細(xì)胞,而超抗原能同時(shí)激活大量的T細(xì)胞,可使5個(gè)T細(xì)胞中的1個(gè)激活,因此稱這種能與多數(shù)T細(xì)胞結(jié)合并使之活化的抗原為超抗原,以表示其作用強(qiáng)大。
超抗原與普通抗原的不同是:
(1)超抗原不需抗原遞呈細(xì)胞加工處理。
(2)可直接與抗原遞呈細(xì)胞的MHC-Ⅱ類分子結(jié)合,結(jié)合部位不在抗原的結(jié)合槽溝中,而是在MHC-Ⅱ類分子的非多態(tài)區(qū)外側(cè),故無MHC限制性。
(3)超抗原除與MHC-Ⅱ類分子結(jié)合外,還能與TCRVβ鏈結(jié)合,且與TCR的D和J區(qū)無關(guān),與TCR的α鏈無關(guān)。超抗原與TD抗原一樣,主要與CD4+的T細(xì)胞(Th)結(jié)合。超抗原-MHC-Ⅱ類分子復(fù)合物與TCR結(jié)合后,導(dǎo)致T細(xì)胞活化增殖,同時(shí)也使B細(xì)胞、單核細(xì)胞等活化。
六、根據(jù)抗原的來源以及與宿主的親緣關(guān)系分類
指來自機(jī)體以外的物質(zhì)。根據(jù)其制備的方法又分為:
1、天然抗原
是指自然界存在的蛋白質(zhì)、多糖和結(jié)合蛋白。這類抗原相對(duì)分子量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,研究其免疫原性和反應(yīng)原性的特異性有較大困難,是疫苗、類毒素等研制的基礎(chǔ),也是抗原誘導(dǎo)機(jī)體免疫應(yīng)答的免疫學(xué)基本理論研究的重要內(nèi)容。
(1)異種抗原
來自異種動(dòng)植物和微生物的抗原性物質(zhì)稱為異種抗原(xenoantigen)。如各種病原微生物及其外毒素、異種動(dòng)物血清(如破傷風(fēng)抗毒素)、異種蛋白、花粉等,它們對(duì)人而言,種屬關(guān)系遠(yuǎn),為強(qiáng)抗原。
(2)同種異型抗原
在同種動(dòng)物不同個(gè)體間,存在的各種組織成分的抗原性差異,稱為同種異型抗原(alloantigen)。這種抗原受遺傳支配,它可在遺傳性不同的個(gè)體間引起免疫應(yīng)答。如血型不同(A、B、Rh因子等)引起的輸血反應(yīng);組織相容性抗原不同,引起異體器官移植的排斥反應(yīng)。
2、人工抗原
用化學(xué)合成法或基因重組法,制備含有已知化學(xué)結(jié)構(gòu)的決定簇的抗原,稱之人工抗原。
3、自己抗原(autoantigen)
能引起免疫應(yīng)答的自身組織成分稱為自身抗原。正常自身組織成分及體液組分處于免疫耐受狀態(tài),不能激發(fā)免疫應(yīng)答,但如打破自身耐受,則可引起自身免疫應(yīng)答;常見的自己抗原包括隱蔽的自身抗原和改變的自身抗原。
(1)隱蔽性自身抗原
正常情況下,由于組織屏障,不能進(jìn)入血流,因此不能與免疫細(xì)胞接觸,也不能激發(fā)免疫應(yīng)答;
如:腦組織、眼晶狀體蛋白及精子等;一旦因外傷或手術(shù)等原因,可使此種抗原進(jìn)入血流時(shí),則可引起自身免疫應(yīng)答。
(2)修飾性自身抗原
感染的病原微生物或某些化學(xué)藥物,可與自身組織蛋白結(jié)合,改變其分子結(jié)構(gòu)而形成的自身抗原;也能引起免疫應(yīng)答。
4、異嗜性抗原
不同種屬動(dòng)物組織間的共同抗原,稱為異嗜性抗原(heterophil antigen)或稱共同抗原(common antigen)。
第七節(jié) 重要的微生物抗原物質(zhì)
一、細(xì)菌抗原
細(xì)菌是多種抗原成分的復(fù)合體。細(xì)菌的細(xì)胞漿含有復(fù)雜的酶和核蛋白的混合物,其中很多是有抗原性的,但是因?yàn)楸痪窒拊谖⑸飪?nèi)部,所以在刺激機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)性免疫應(yīng)答方面,經(jīng)常沒有細(xì)菌表面抗原重要,故著重?cái)⑹霰砻婵乖?div style="height:15px;">
1、鞭毛抗原
又稱H抗原(源于德文單詞Hauch的第一個(gè)字母);細(xì)菌鞭毛由一種蛋白亞單位(亞基)組成,稱為鞭毛蛋白或鞭毛素。
鞭毛抗原不耐熱,56-80℃即可破壞;鞭毛抗原的特異性較強(qiáng)。
2、菌體抗原(somatic antigen)
菌體抗原主要指革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁抗原。菌體抗原又稱O抗原(O是德文Ohen Hauch之字頭)。菌體抗原由多糖、類脂和蛋白質(zhì)組成。
3、莢膜抗原(capsular antigen)
莢膜由細(xì)菌菌體外的粘性物質(zhì),絕大多數(shù)莢膜物質(zhì)是由兩種以上的單糖組成的多聚糖,僅少數(shù)菌(如炭疽桿菌和枯草桿菌等相關(guān)種)莢膜為D-谷氨酰多肽。各種細(xì)菌莢膜多糖互有差異,同種不同型間多糖側(cè)鏈亦有差異,如肺炎球菌各型的莢膜多糖側(cè)鏈互不相同,因而抗原性不同。有莢膜的細(xì)菌,能抵抗吞噬作用,所以有莢膜的細(xì)菌,除非有抗體存在,通常不易從血流中清除。由于這種原因,所以針對(duì)莢膜抗原或K抗原的抗體起著重要作用,故不含K抗原的疫苗免疫效果較差。
4、菌毛抗原(pili antigen)
許多革蘭氏陰性菌(如大腸桿菌的某些菌株、沙門氏桿菌、痢疾桿菌、變形桿菌等),少數(shù)革蘭氏陽性菌(如某些鏈球菌)、菌體表面可以看到很多細(xì)小、堅(jiān)韌、沒有彎曲的絨毛稱為菌毛。
菌毛由菌毛素(蛋白質(zhì))組成,有很強(qiáng)的抗原性。60℃加熱處理不影響其抗原性,對(duì)鹽酸和乙醇的抵抗力強(qiáng),但100℃加熱1小時(shí)即失去其抗原性。菌毛抗原與相應(yīng)抗體發(fā)生凝集時(shí)很迅速,外觀呈云霧狀。
病原性大腸桿菌的菌毛抗原,如K88、K99、987p等,已經(jīng)證明它是菌毛抗原。菌毛抗原與致病性有密切關(guān)系,在細(xì)菌學(xué)診斷上也極其重要。
在體內(nèi),抗菌毛抗體如果存在于粘膜表面,就能阻止細(xì)菌的粘附。據(jù)此提出可用菌毛制成疫苗以預(yù)防某些傳染病。目前,菌毛疫苗已廣泛用于歐洲及北美,將疫苗接種于志愿者體內(nèi),證明能預(yù)防細(xì)菌性腹瀉,也可以預(yù)防新生小豬、犢牛的腹瀉。鑒于菌毛的類別很多,且不同種間無交叉保護(hù)作用,因此找出具有廣泛保護(hù)作用的菌毛,以此制備疫苗將會(huì)在細(xì)菌性感染中發(fā)揮重大作用。
二、病毒抗原(virus antigen)
各種病毒結(jié)構(gòu)不一,因而抗原成分復(fù)雜,各種病毒都有自己的抗原結(jié)構(gòu)。
1、囊膜抗原(envelope antigen)
有囊膜的病毒,抗原特性主要由囊膜上纖突(Spikes)決定。一般將此病毒表面抗原也稱為V抗原。囊膜抗原有型和亞型的特異性,如正粘病毒和副粘病毒,特別是流行性感冒病毒外膜上的血凝素(Hemagglutinin,HA)和神經(jīng)氨酸酶(Neuraminidase, NA)具有很高的特異性,是流感病毒亞型分類的基礎(chǔ)。血凝素和神經(jīng)氨酸酶的變異,導(dǎo)致出現(xiàn)新的抗原性,也即出現(xiàn)新的變異型,從而引起流感又一次流行。
2、衣殼抗原(capsid antigen)
無囊膜的病毒,其抗原特異性常決定于顆粒表面的衣殼結(jié)構(gòu)蛋白,如口蹄疫病毒的結(jié)構(gòu)蛋白Vp1、Vp2、、Vp3 和Vp4等,即屬此類抗原。這些抗原具有型和亞型特異性。
病毒在體內(nèi)復(fù)制時(shí),常出現(xiàn)某些大分子物質(zhì)。如口蹄疫病毒的VIA抗原也可使機(jī)體產(chǎn)生抗體,能抑制聚合酶的活力。在進(jìn)出口檢疫中極為重要。
3、可溶性抗原(soluble antigen)
在病毒感染的早期出現(xiàn),不具有感染性。病毒在不敏感的宿主體內(nèi)僅引起對(duì)病毒表面抗原的免疫應(yīng)答,而且在易感宿主體內(nèi)病毒增殖,釋放全部病毒抗原,包括表面抗原、內(nèi)部抗原即可溶性抗原及非結(jié)構(gòu)蛋白抗原,均能引起免疫應(yīng)答。
三、毒素抗原(toxin antigen)
破傷風(fēng)梭菌、白喉?xiàng)U菌和肉毒梭菌等都能產(chǎn)生外毒素(Exotoxin),并釋放到環(huán)境中。細(xì)菌外毒素具有很強(qiáng)的抗原性,能刺激機(jī)體產(chǎn)生抗體,稱為抗毒素(Antitoxin)。細(xì)菌外毒素經(jīng)0.3%~0.4%甲醛或其他適當(dāng)方法(酸處理,39~40℃加熱)處理后,毒力減低但仍保持免疫原性,稱為類毒素(Toxoid)。
外毒素分子的毒性基團(tuán)與抗原決定簇二者不是同一物質(zhì),但在空間排列上是互相靠近的基團(tuán)。如對(duì)白喉毒素的研究表明,它是分子量為62000的一條多肽鏈,可被酶降解為兩個(gè)具有不同功能的片段。片段A(分子量24000)具有酶活性,為毒素的活性中心;片段B(分子量為38000)能識(shí)別敏感細(xì)胞受體,與之結(jié)合,并使片段A進(jìn)入細(xì)胞。即對(duì)活體細(xì)胞的毒性作用需要毒素分子兩個(gè)片段的協(xié)同作用,片段B識(shí)別細(xì)胞受體,片段A發(fā)揮毒性作用。研究證明,抗片段B抗體對(duì)毒素分子具有高度親和力,能在機(jī)體內(nèi)中和毒素、阻止毒素與敏感細(xì)胞結(jié)合,而抗片段A抗體則缺乏中和毒素的能力。
四、寄生蟲抗原(parasitic antigen)
寄生蟲抗原成分復(fù)雜,由多種物質(zhì)組合而成。在這些抗原成分中,有的是弱抗原,有的是強(qiáng)抗原,后者可以激發(fā)宿主的免疫應(yīng)答,引起體液免疫和細(xì)胞免疫。
寄生蟲抗原含有多糖、類脂和蛋白質(zhì)。電泳分析表明有些蟲體可以鑒定出25~30種抗原成分。寄生蟲組織的總蛋白量變異很大,占干重的20%~80%不等。寄生蟲的組織蛋白分兩大類,即可溶性蛋白及顆粒性蛋白??扇苄缘鞍装浮⒓に丶翱扇苄钥乖镔|(zhì),顆粒性抗原與細(xì)胞膜及細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)合,與保持蟲體外形有一定關(guān)系,如膠原蛋白、角蛋白及硬蛋白。所以寄生蟲抗原可以說是最復(fù)雜的抗原之一。特別是蠕蟲,具有比較完整的消化、生殖及排泄系統(tǒng),能不斷地向蟲體外輸出含有可溶性抗原的分泌物和排泄物?,F(xiàn)在一般研究所用的寄生蟲抗原制劑多為效應(yīng)不明確的多種抗原混合物,如全蟲浸出物抗原,不能產(chǎn)生堅(jiān)強(qiáng)的免疫保護(hù),其原因可能就是抗原成分混雜,各種抗原刺激產(chǎn)生的免疫分散和削弱了功能抗原引起的有效免疫應(yīng)答。
寄生蟲抗原不斷變異為其重要特征之一。有些寄生蟲,如錐蟲變異現(xiàn)象嚴(yán)重,其變異型已達(dá)數(shù)十種,一個(gè)變異型引起一次蟲血癥高峰,繼而出現(xiàn)相應(yīng)的凝集素等抗體并產(chǎn)生細(xì)胞免疫,將大部分蟲體殺死,其中一部分蟲體結(jié)構(gòu)又發(fā)生變異,原產(chǎn)生的抗體對(duì)變異的蟲體失去作用,然后再出現(xiàn)新的抗體,如此反復(fù),使宿主長期呈現(xiàn)帶蟲狀態(tài)。大多數(shù)蠕蟲雖不像蠕蟲那樣頻繁變異,但在發(fā)育過程中,隨著不同發(fā)育階段,其體表抗原結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化。
在某些情況下,許多蠕蟲和原蟲能在具備完整免疫系統(tǒng)的宿主體內(nèi)長期生存,引起慢性感染。盡管宿主在受到同種蟲體感染時(shí)可表現(xiàn)出不同的抵抗性,即產(chǎn)生獲得性免疫,但這種免疫功能常很低下,對(duì)蟲體根本無作用,這是因?yàn)榧纳x產(chǎn)生的組織相容性復(fù)合物欺騙抗原,具備了逃避宿主免疫監(jiān)視的功能。這些欺騙抗原無論在理化性質(zhì)上,還是在分子結(jié)構(gòu)上均與宿主某些組織成分及分子結(jié)構(gòu)相近或相同,它們被覆于蟲體表面,宿主的免疫系統(tǒng)對(duì)此難于識(shí)別,故此機(jī)體的免疫系統(tǒng)不能很好地產(chǎn)生免疫應(yīng)答而排除蟲體。
寄生蟲抗原還有一個(gè)重要特點(diǎn)是容易激發(fā)產(chǎn)生IgE型抗體,在再感染時(shí)??梢鹁植窟^敏反應(yīng)(腸痙攣)而出現(xiàn)排蟲現(xiàn)象。
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