延安大学：《医学微生物学与免疫学》精品课程电子教案（医学免疫学 Medical Immunology）第二章 抗原（antigen，Ag）

第二章抗原( antigen,Ag) 第一节抗原的概念 1.概念能刺激机体免疫系统启动免疫应答,并能与相应的 免疫应答产物在体内或体外发生特异性结合的物质,即抗原 2.特性(1)免疫原性能刺激特定的免疫细胞产生免疫效 应物质。(2)免疫反应性能与相应的免疫效应物质特异性结合, 发生免疫反应的特性。 见图 3.相关名词术语 半抗原只有免疫反应性,而无免疫原性的小分子物质。如 药物、多糖、类脂等 见图 载体若用化学的方法把半抗原与某些蛋白质分子结合在 起,就具有了免疫原性,成为抗原(完全抗原)。这些赋予半抗 原具有免疫原性的蛋白质分子,即为载体 第二节影响抗原分子免疫原性的因素 、异物性 抗原与自身成分相异或未与宿主胚胎期免疫细胞接触过的物 质。 如异种物质、异体物质、胚胎时期未与免疫活性细胞接触过 的自身成分。 理化状态 (一)化学性质 天然抗原多为大分子有机物。一般蛋白质是良好的抗原。 多糖及多肽也具有一定的免疫原性。 (二)分子量大小 要求分子量一般在10.0kD以上。分子量越大,免疫原性越强。 原因有三:①分子量越大,其表面的化学基团越多;②大分子胶 体物质,化学结构稳定,在体内停留时间长,对免疫细胞刺激持 久 (三)化学结构的复杂性

第二章 抗 原（antigen，Ag） 第一节 抗原的概念 1. 概念 能刺激机体免疫系统启动免疫应答，并能与相应的 免疫应答产物在体内或体外发生特异性结合的物质，即抗原。 2. 特性 （1）免疫原性 能刺激特定的免疫细胞产生免疫效 应物质。（2）免疫反应性 能与相应的免疫效应物质特异性结合， 发生免疫反应的特性。 见图 3. 相关名词术语 半抗原 只有免疫反应性，而无免疫原性的小分子物质。如 药物、多糖、类脂等。 见图 载体 若用化学的方法把半抗原与某些蛋白质分子结合在 一起，就具有了免疫原性，成为抗原（完全抗原）。这些赋予半抗 原具有免疫原性的蛋白质分子，即为载体。 第二节 影响抗原分子免疫原性的因素 一、异物性 抗原与自身成分相异或未与宿主胚胎期免疫细胞接触过的物 质。 如异种物质、异体物质、胚胎时期未与免疫活性细胞接触过 的自身成分。 二、理化状态 (一)化学性质 天然抗原多为大分子有机物。一般蛋白质是良好的抗原。 多糖及多肽也具有一定的免疫原性。 （二）分子量大小 要求分子量一般在 10.0kD 以上。分子量越大，免疫原性越强。 原因有三：①分子量越大，其表面的化学基团越多；②大分子胶 体物质，化学结构稳定，在体内停留时间长，对免疫细胞刺激持 久。 （三）化学结构的复杂性

必须有较复杂的化学组成和特殊的化学基团。 含有大量的芳香族氨基酸的抗原,免疫原性较强:以直链氨 基酸为主组成的蛋白质,免疫原性较弱。 (四)物理状态 聚合状态的蛋白质较其单体免疫原性强,颗粒性抗原强于可 溶性抗原。 (五)分子结构和易接近性 见图 抗原分子中一些特殊化学基团的立体构象是决定此分子是否 能与相应淋巴细胞表面受体结合,从而启动免疫应答的物质基础。 易接近性是指抗原表面这些特殊的化学基团与淋巴细胞表面 相应受体相互接触的难易程度。 易接近性常与这些化学基团在抗原分子中分布的部位有关。 三、机体因素 遗传、年龄、生理状态、个体差异等因素 四、抗原进入机体的方式 抗原进入机体的数量、途径、两次免疫间的时间间隔、次数 以及免疫佐剂类型等都影响机体对抗原的应答 第三节抗原的特异性与交叉反应 特异性既表现在免疫原性上,也表现在免疫反应性上。特异 性的物质基础是抗原表位或抗原决定簇 表位或抗原决定簇 1.概念 表位( epitope)或抗原决定簇( antigenic determinant)是指存 在于抗原分子中决定抗原特异性的特殊化学基团。其性质、数量 和空间构象决定了抗原的特异性。 通常由515个氨基酸残基或57个多糖残基或核苷酸组成。 天然抗原一般是由多种、多个抗原表位组成。 相应淋巴细胞表面受体激活淋巴细胞 抗原籍表位结合

必须有较复杂的化学组成和特殊的化学基团。 含有大量的芳香族氨基酸的抗原，免疫原性较强；以直链氨 基酸为主组成的蛋白质，免疫原性较弱。 （四）物理状态 聚合状态的蛋白质较其单体免疫原性强，颗粒性抗原强于可 溶性抗原。 （五）分子结构和易接近性 见图 抗原分子中一些特殊化学基团的立体构象是决定此分子是否 能与相应淋巴细胞表面受体结合，从而启动免疫应答的物质基础。 易接近性是指抗原表面这些特殊的化学基团与淋巴细胞表面 相应受体相互接触的难易程度。 易接近性常与这些化学基团在抗原分子中分布的部位有关。 三、机体因素 遗传、年龄、生理状态、个体差异等因素。 四、抗原进入机体的方式 抗原进入机体的数量、途径、两次免疫间的时间间隔、次数 以及免疫佐剂类型等都影响机体对抗原的应答。 第三节 抗原的特异性与交叉反应 特异性既表现在免疫原性上，也表现在免疫反应性上。特异 性的物质基础是抗原表位或抗原决定簇。 一、表位或抗原决定簇 1.概念 表位（epitope）或抗原决定簇（antigenic determinant）是指存 在于抗原分子中决定抗原特异性的特殊化学基团。其性质、数量 和空间构象决定了抗原的特异性。 通常由 515 个氨基酸残基或 57 个多糖残基或核苷酸组成。 天然抗原一般是由多种、多个抗原表位组成。 相应淋巴细胞表面受体 激活淋巴细胞 抗原籍表位结合

一相应抗体 引起免疫反应 表位是免疫细胞识别的标志及免疫反应具有特异性的物质基 础 2种类分两类 (1)构象表位(决定簇)①序列上不相连的多肽或多糖,由 空间构象形成的;②一般位于抗原分子的表面。③易被相应的淋 巴细胞识别,启动免疫应答,称为功能性表位。 难点 (2)序表位(决定簇)①一段顺序相连的氨基酸序列, 又称线性决定簇;②多存在于抗原分子的任意部位。③一般不能 引起免疫应答,称为隐蔽性表位。 难点 3.抗原结合价能和相应抗体结合的功能性表位的数目。半 抗原为单价,天然抗原为多价。 T细胞表位与B细胞表位 实验:Bs免疫动物又抗B抗体 针对BSA的效应淋巴细胞 天然BSA 结合抗BSA的抗体 刺激T细胞增殖 加热变性BSA<不结合抗BSA抗体 刺激T细胞增殖 表明TSA中含有两类不同性质的表位,分别称为T细胞表位 和B细胞表位。 见图 1.B细胞表位 难点 ①构象决定簇或顺序决定簇;②一般存在于抗原分子表面或 转折处,呈三级结构。③可直接与B细胞抗原受体(BCR)结 合,被B细胞识别。 2.T细胞表位 难点 ①顺序决定簇;②存在抗原分子的任何部位;③需经抗原递 呈细胞(APC)加工处理,并与其MCI类分子结合后,才能 与T细胞抗原受体(TCR)结合,被T细胞识别

相应抗体 引起免疫反应 表位是免疫细胞识别的标志及免疫反应具有特异性的物质基 础。 2.种类 分两类 (1)构象表位（决定簇） ①序列上不相连的多肽或多糖，由 空间构象形成的；②一般位于抗原分子的表面。③易被相应的淋 巴细胞识别，启动免疫应答，称为功能性表位。 难点 （2）顺序表位（决定簇） ①一段顺序相连的氨基酸序列， 又称线性决定簇；②多存在于抗原分子的任意部位。③一般不能 引起免疫应答，称为隐蔽性表位。 难点 3.抗原结合价 能和相应抗体结合的功能性表位的数目。半 抗原为单价，天然抗原为多价。 二、T 细胞表位与 B 细胞表位 实验：BSA 免疫动物 抗 BSA 抗体 针对 BSA 的效应淋巴细胞 天然 BSA 结合抗 BSA 的抗体 刺激 T 细胞增殖 加热变性 BSA 不结合抗 BSA 抗体 刺激 T 细胞增殖 表明 TSA 中含有两类不同性质的表位，分别称为 T 细胞表位 和 B 细胞表位。 见图 1. B 细胞表位 难点 ①构象决定簇或顺序决定簇；②一般存在于抗原分子表面或 转折处，呈三级结构。③可直接与 B 细胞抗原受体（BCR）结 合，被 B 细胞识别。 2. T 细胞表位 难点 ①顺序决定簇；②存在抗原分子的任何部位；③需经抗原递 呈细胞（APC）加工处理，并与其 MHCⅡ类分子结合后，才能 与 T 细胞抗原受体（TCR）结合，被 T 细胞识别

参见B细胞表位和T细胞表位的异同表 三、半抗原-载体效应 半抗原+蛋白质载体→→人工复合抗原 免疫产生针对半抗原的抗体 动物 产生针对载体蛋白的抗 体 在免疫应答中,B细胞识别半抗原,T细胞识别载体表位。并 以此将T、B细胞连接起来,共同发挥效应。 四、抗原抗体反应的特异性 1.含有不同化学基团的复合抗原只能与相应抗体特异性结合 见图 2.同种化学基团由于连接位置不同所获得抗体也只能与相 应抗原发生强结合反应 同种化学基团的空间构象不同特异性亦不同 五、共同抗原和交叉反应 共同抗原:两种不同的物质间有相同或相似的表位(抗原决 簇),称为共同抗原。 交叉反应:抗体与具有相同或相似表位的其他抗原之间的反 应,称交叉反应 见图 第四节抗原的分类 根据抗原与机体的亲缘关系分类 异种抗原、同种抗原、自身抗原 、根据抗原刺激机体发生免疫应答过程中是否需要T细胞 的协助分类 1.胸腺依赖性抗原( thymus dependent antigen,TD-Ag) TD-Ag刺激B细胞产生抗体过程中需要T细胞的协助。 特性:①该类抗原既有T细胞决定簇,又有B细胞决定簇 ②刺激产生的抗体有IgM和IgG等,可引起细胞免疫 ③有免疫记忆

参见 B 细胞表位和 T 细胞表位的异同表 三、半抗原-载体效应 半抗原+蛋白质载体 人工复合抗原 免疫 产生针对半抗原的抗体 动物 产生针对载体蛋白的抗 体 在免疫应答中，B 细胞识别半抗原，T 细胞识别载体表位。并 以此将 T、B 细胞连接起来，共同发挥效应。 四、抗原抗体反应的特异性 1.含有不同化学基团的复合抗原只能与相应抗体特异性结合 见图 2. 同种化学基团由于连接位置不同所获得抗体也只能与相 应抗原发生强结合反应。 3. 同种化学基团的空间构象不同特异性亦不同。 五、共同抗原和交叉反应 共同抗原：两种不同的物质间有相同或相似的表位（抗原决 定簇），称为共同抗原。 交叉反应：抗体与具有相同或相似表位的其他抗原之间的反 应，称交叉反应。 见图 第四节 抗原的分类 一、根据抗原与机体的亲缘关系分类 异种抗原、同种抗原、自身抗原 二、根据抗原刺激机体发生免疫应答过程中是否需要 T 细胞 的协助分类 1.胸腺依赖性抗原（thymus dependent antigen，TD-Ag） TD-Ag 刺激 B 细胞产生抗体过程中需要 T 细胞的协助。 特性：①该类抗原既有 T 细胞决定簇，又有 B 细胞决定簇。 ②刺激产生的抗体有 IgM 和 IgG 等，可引起细胞免疫。 ③有免疫记忆

④绝大多数蛋白质抗原属于此类。 2胸腺非依赖性抗原( thymus independent antigen,TI-Ag) TI-Ag刺激B细胞产生抗体过程中不需要T细胞的协助 特性:①抗原分子上有多个重复的B细胞表位 ②刺激产生的抗体主要为IgM,不引起细胞免疫。 ③无免疫记忆 ④可分为TI-1Ag和TI-2Ag TI-1Ag能使不成熟的和成熟的B细胞(B1、B2)产生免疫应 答;TI-2Ag仅能使成熟的B细胞(B2)产生免疫应答 、依据抗原是否在抗原提呈细胞内合成 1.外源性抗原来源于抗原提呈细胞外,非抗原提呈细胞 合成的抗原。如吞噬细胞吞噬的细胞或细菌等。 2.内源性抗原在抗原提呈细胞内新合成的抗原。如病毒 感染细胞合成的病毒蛋白、肿瘤细胞内合成的肿瘤抗原。 四、其他分类方法 根据抗原组成不同分蛋白质抗原、脂蛋白抗原等 2.根据抗原性质分全抗原、半抗原 3.根据抗原获得方式分天然抗原、人工抗原和合成抗原等 第五节医学上重要的抗原物质 第六节 、病原微生物及其代谢产物 各种病原微生物的化学组成复杂,是含有多种抗原决定簇的 复合物 细菌的代谢产物有些也是良好的抗原,如细菌外毒素。 外毒素 →机体 产生抗毒素 注入 甲醛脱毒→成为类毒素(失去毒性,保留免疫原性) 、动物免疫血清 类毒素—免疫动物—动物血清中含大量抗毒素 (动物免疫血清)

④绝大多数蛋白质抗原属于此类。 2.胸腺非依赖性抗原（thymus independent antigen，TI-Ag） TI-Ag 刺激 B 细胞产生抗体过程中不需要 T 细胞的协助。 特性：①抗原分子上有多个重复的 B 细胞表位。 ②刺激产生的抗体主要为 IgM，不引起细胞免疫。 ③无免疫记忆 ④可分为 TI-1Ag 和 TI-2Ag。 TI-1Ag 能使不成熟的和成熟的 B 细胞（B1、B2）产生免疫应 答；TI-2Ag 仅能使成熟的 B 细胞（B2）产生免疫应答。 三、依据抗原是否在抗原提呈细胞内合成 1. 外源性抗原 来源于抗原提呈细胞外，非抗原提呈细胞 合成的抗原。如吞噬细胞吞噬的细胞或细菌等。 2. 内源性抗原 在抗原提呈细胞内新合成的抗原。如病毒 感染细胞合成的病毒蛋白、肿瘤细胞内合成的肿瘤抗原。 四、其他分类方法 1.根据抗原组成不同分 蛋白质抗原、脂蛋白抗原等 2.根据抗原性质分 全抗原、半抗原 3.根据抗原获得方式分 天然抗原、人工抗原和合成抗原等 第五节 医学上重要的抗原物质 第六节 一、病原微生物及其代谢产物 各种病原微生物的化学组成复杂，是含有多种抗原决定簇的 复合物。 细菌的代谢产物有些也是良好的抗原，如细菌外毒素。 外毒素 机体 产生抗毒素 注入 甲醛脱毒 成为类毒素（失去毒性，保留免疫原性） 二、动物免疫血清 类毒素 免疫动物 动物血清中含大量抗毒素 （动物免疫血清）

注入 人体 (可用于特异性治疗和紧急预防) 动物免疫血清对人体具有两重性。①提供了特异性抗体,中 和细菌的外毒素,防治疾病。②是异种蛋白质,可引起超敏反应。 、异嗜性抗原( Forssman抗原) 是一类与种属特异性无关,存在于不同种系生物间的共同抗 如溶血性链球菌的多糖抗原或蛋白质抗原与人的心肌、心瓣 膜或肾小球基底膜之间;大肠杆菌014型的脂多糖与人的结肠粘 膜之间;肺炎支原体与链球菌MG株之间等。 四、同种异型抗原 红细胞抗原(ABO血型系统、R血型系统)、白细胞抗原、免 疫球蛋白的抗原性 五、自身抗原 能引起自体发生免疫应答的自身成分称为自身抗原 六、肿瘤抗原 细胞在癌变过程中出现的新抗原及过度表达的抗原物质的总 称。可分为肿瘤特异性抗原和肿瘤相关抗原。 七、超抗原( superantigen,SAg) 1.概念一类可直接结合抗原受体,只需极低浓度即可激活 %~20%细胞或B细胞克隆,并诱导强烈免疫应答的物质。即超 抗原 2.种类 (1)根据激活的细胞分 ①T细胞超抗原可直接特异性结合TCRβ链的Vβ区,激 活T细胞不需APC加工处理、无MHC限制性,MC-Ⅱ类分子只起 站台作用。如大多数细菌产物和一些病毒成分,热休克蛋白(HSP)。 ②B细胞超抗原可直接特异性结合BCRH链的ⅦH区,并激

注入 人体 （ 可用于特异性治疗和紧急预防） 动物免疫血清对人体具有两重性。①提供了特异性抗体，中 和细菌的外毒素，防治疾病。②是异种蛋白质，可引起超敏反应。 三、异嗜性抗原（Forssman 抗原） 是一类与种属特异性无关，存在于不同种系生物间的共同抗 原。 如溶血性链球菌的多糖抗原或蛋白质抗原与人的心肌、心瓣 膜或肾小球基底膜之间；大肠杆菌 O14 型的脂多糖与人的结肠粘 膜之间；肺炎支原体与链球菌 MG 株之间等。 四、同种异型抗原 红细胞抗原（ABO 血型系统、RH 血型系统）、白细胞抗原、免 疫球蛋白的抗原性 五、自身抗原 能引起自体发生免疫应答的自身成分称为自身抗原 六、肿瘤抗原 细胞在癌变过程中出现的新抗原及过度表达的抗原物质的总 称。可分为肿瘤特异性抗原和肿瘤相关抗原。 七、超抗原（superantigen，SAg） 1.概念 一类可直接结合抗原受体，只需极低浓度即可激活 2%～20%T 细胞或 B 细胞克隆，并诱导强烈免疫应答的物质。即超 抗原。 2.种类 （1）根据激活的细胞分 ①T 细胞超抗原 可直接特异性结合 TCRβ链的 Vβ区， 激 活 T 细胞不需 APC 加工处理、无 MHC 限制性，MHC-Ⅱ类分子只起 站台作用。如大多数细菌产物和一些病毒成分，热休克蛋白（HSP）。 ②B 细胞超抗原 可直接特异性结合 BCRH 链的 VH 区，并激

活具有该亚型BCRⅦH的B细胞产生大量抗体,引起体液免疫应答 和补体的级联反应。如金黄色葡萄球菌蛋白A(SPA)、人类免疫 缺陷病毒表面糖蛋白gpl20。 (2)根据化学成分分 ①细菌性超抗原革兰阳性菌产生的外毒素 ②病毒性超抗原分内源性和外源性 3.作用特点 见图 (1)无需抗原加工与提呈,可直接与MHCI类分子结合 (2)形成TCRVβ一超抗原-MHCⅡ类分子复合物。 (3)无MHC限制性 (4)诱导的T细胞应答是通过分泌大量细胞因子而参与某些 病理生理过程的发生与发展 参见超抗原与普通抗原的作用比较表4.生物学意义 (1)毒性作用与诱导炎症反应 可大量激活T细胞并诱导炎性细胞与促炎细胞因子产生,引 起休克等严重反应。 (2)自身免疫病可激活体内残存的自身反应性T淋巴细 (3)免疫抑制过度增殖的大量T细胞可被清除或功能上 出现超限抑制 八、丝裂原(有丝分裂原) 可致细胞发生有丝分裂,进而增殖得名。 在体外:可以非特异性地刺激多克隆的淋巴细胞活化(使静 止的淋巴细胞转化为淋巴母细胞)。 如植物血凝素、刀豆蛋白A、细菌脂多糖和聚合鞭毛素等

活具有该亚型 BCR VH 的 B 细胞产生大量抗体，引起体液免疫应答 和补体的级联反应。如金黄色葡萄球菌蛋白 A（SPA）、人类免疫 缺陷病毒表面糖蛋白 gp120。 （2）根据化学成分分 ①细菌性超抗原 革兰阳性菌产生的外毒素 ②病毒性超抗原 分内源性和外源性 3.作用特点 见图 （1）无需抗原加工与提呈，可直接与 MHCⅡ类分子结合。 （2）形成 TCRVβ-超抗原- MHCⅡ类分子复合物。 （3）无 MHC 限制性 （4）诱导的 T 细胞应答是通过分泌大量细胞因子而参与某些 病理生理过程的发生与发展。 参见超抗原与普通抗原的作用比较表 4.生物学意义 （1） 毒性作用与诱导炎症反应 可大量激活 T 细胞并诱导炎性细胞与促炎细胞因子产生，引 起休克等严重反应。 （2）自身免疫病 可激活体内残存的自身反应性 T 淋巴细 胞 （3）免疫抑制 过度增殖的大量 T 细胞可被清除或功能上 出现超限抑制。 八、丝裂原（有丝分裂原） 可致细胞发生有丝分裂，进而增殖得名。 在体外：可以非特异性地刺激多克隆的淋巴细胞活化（使静 止的淋巴细胞转化为淋巴母细胞）。 如植物血凝素、刀豆蛋白 A、细菌脂多糖和聚合鞭毛素等