抗原
抗原是一种能够诱导宿主生物体产生免疫反应(产生抗体)的分子。
大多数抗原是蛋白质或多糖。脂质和核酸通常只有在与蛋白质和多糖结合时才具有抗原性。
大多数抗原是大而复杂的分子,分子量通常大于10,000到6,00,000道尔顿。
一个分子作为抗原的能力取决于其大小、结构复杂性、化学性质和对宿主的外来程度。
抗原可能来自体内(自身抗原或自身抗原)或外部环境(非自身抗原或异体抗原或外来抗原)。
自身抗原:在自身免疫疾病期间在人体内产生。
非自身抗原:微生物、蛇毒、某些食物蛋白和血清及红细胞成分。
抗原性化合物通常是入侵微生物的组成部分,如细菌的荚膜、细胞壁、鞭毛、菌毛和毒素;病毒的外套;或其他类型微生物的表面。
非微生物抗原包括花粉、蛋清、血细胞表面分子、血清蛋白和移植组织及器官的表面分子。
半抗原
半抗原——源自希腊语“Haptein”,意为“固定”。
许多低分子量的有机分子本身不是抗原,但如果它们与较大的载体分子(如蛋白质)结合,就会变得具有抗原性。这些低分子量的抗原被称为半抗原。
青霉素是一个半抗原的例子,它是一个低分子量的分子,本身不具有抗原性。然而,当它与敏感个体的某些血清蛋白结合时,产生的分子变得具有免疫原性,激活淋巴细胞,并引发严重甚至有时致命的过敏反应(一种免疫反应)。
半抗原一词最初由Karl Landsteiner创造。半抗原可能是复杂的或简单的。
复杂半抗原
多价
与特异性抗体沉淀。
简单半抗原
单价
不与特异性抗体沉淀。
半抗原的例子
苯胺(一种有机化合物)及其衍生物(o-、m、p-苯甲酸)(第一个研究的半抗原)。
存在于Toxicodendron radicans(毒漆藤)植物中的Urushiol漆酌。
肼类药物,一种降压药。
荧光素,一种荧光染料。
生物素,维生素B7(以前称为维生素H或辅酶R)。
青霉素,一种抗生素。
地高辛,一种类固醇,存在于紫花洋地黄、东方洋地黄和洋地黄的花和叶中。
2,4-二硝基苯酚,一种有机化合物。
抗原和半抗原的相似之处
两者都是抗原性的。
两者都存在于微生物病原体和其他因子的外部细胞表面。
两者都是抗原和抗体之间防御机制系统的一部分。
两者都有通过弱连接(如离子相互作用、氢键和疏水相互作用)与抗体结合的能力。
抗原和半抗原的区别
佐剂
佐剂是与抗原混合并注射的物质,可以增强该抗原的免疫原性。
佐剂一词源自拉丁语“Adjuvare”,意为“帮助”。
当抗原的免疫原性较低或抗原量有限时,通常使用佐剂来增强免疫反应。
佐剂可以添加到疫苗中以修改免疫反应。
如果用佐剂给小鼠免疫牛血清白蛋白(BSA),其抗体反应可以增加五倍或更多。
常用的佐剂
硫酸铝钾(明矾)(第一个用作佐剂的铝盐,现在已完全被氢氧化铝和磷酸铝取代用于商业疫苗)。
弗氏不完全佐剂(油包水乳剂)。
弗氏完全佐剂(灭活和干燥的结核分枝杆菌)。
植物皂苷。
细胞因子
Quil A(洗涤剂)
矿物油和基于食品的油(花生油)
角鲨烯(从鲨鱼肝油中获得的碳有机化合物)
细菌产品——类毒素、脂多糖和杀死的百日咳杆菌。
合成多核苷酸。
佐剂通过免疫刺激的机制
延长抗原在血液中的存在。
帮助抗原呈递细胞吸收抗原。
激活巨噬细胞和淋巴细胞。
支持细胞因子的产生。
免疫原性和抗原性
免疫原性——诱导体液或细胞介导的免疫反应的能力
抗原性——与免疫反应的最终产物(即分泌的抗体或T细胞表面的受体)特异性结合的能力。
抗原的决定因素(或抗原性)
抗原性或抗原的一些决定因素包括:
(i)分子量,
(ii)化学性质,
(iii)外来性,
(iv)物理形态,
(v)抗原特异性,
(vi)物种特异性,
(vii)器官特异性,
(viii)同种特异性
(ix)自身特异性,
(x)遗传因素,
(xi)年龄,
(xii)可降解性,
(xiii)抗原剂量,
(xiv)给药途径和
(xv)佐剂。
(i)分子量
抗原性与分子量有关。
非常大的分子(如血蓝蛋白、破伤风类毒素、蛋清和甲状腺球蛋白)(10000 Da - 600000 Da)具有很高的抗原性。
低分子量分子(如胰岛素)(小于5000 Da)不具有抗原性。
许多低分子量的有机分子本身不是抗原,但如果它们与较大的载体分子(如蛋白质)结合,就会变得具有抗原性。这些低分子量的抗原被称为半抗原。
(ii)化学性质
抗原主要由蛋白质组成,有些是由多糖组成的。
由大约20种不同的氨基酸组成的蛋白质比只有四五种单糖单元的多糖更好地作为抗原。
并非所有蛋白质都具有抗原性(例如,明胶)。
脂质和核酸通常不具有抗原性,但当它们与蛋白质和多糖结合时,它们就变得具有抗原性。
存在芳香基团对于物质的刚性和抗原性是必要的。
(iii)外来性
抗原必须是动物的外来物质(非自身)才能诱导免疫反应。
物质的抗原性与外来性有关。
(iv)物理形态
颗粒状抗原比可溶性抗原更具免疫原性。
变性抗原比天然形式更具免疫原性。
(v)抗原特异性
抗原特异性的基础是立体化学(分子中原子和基团的空间排列)。
抗原特异性最初由Obermayer和Pick证明,并由Karl Landsteiner确认。
抗原特异性不是绝对的。具有立体化学相似性的抗原之间可以发生交叉反应。
抗原特异性取决于抗原分子上特定的活性位点(抗原决定因素)。
抗原决定因素或表位是免疫系统、B细胞或T细胞识别的抗原的一部分。
表位分为两类:
构象表位 - 由抗原氨基酸序列的不连续部分组成。
线性表位 - 由抗原的连续氨基酸序列形成。
(vi)物种特异性
特定物种的所有个体组织都具有物种特异性抗原。
可以通过特定的抗原-抗体反应将人类血浆蛋白与动物蛋白区分开来。
(vii)器官特异性
器官特异性抗原局限于特定器官或组织。
一种物种的某些蛋白质,如大脑、肾脏、甲状腺球蛋白和晶状体蛋白,与另一种物种的特异性相同。
(viii)同种特异性
同种抗原是在某些物种中发现的抗原,而不是所有物种成员(例如,基于人类红细胞抗原可以将个体分类为不同的血型)。
同种抗原在输血和怀孕期间具有临床重要性。
(ix)自身特异性
自身抗原或自身抗原通常不具有免疫原性,但在某些情况下,晶状体蛋白、甲状腺球蛋白等可能作为自身抗原。
(x)遗传因素
某些物质在一个物种中可能是抗原性或免疫原性的,但在另一个物种中则不是。同样,某些物质在一个个体中可能是抗原性或免疫原性的,而在其他人中则不是。
物种或个体可能缺乏或有改变的基因,这些基因编码B细胞和T细胞上抗原的受体。
(xi)年龄
年龄也可以影响抗原性或免疫原性。
通常,非常年轻和非常老的人对免疫原的免疫反应能力降低。
(xii)可降解性
容易被吞噬的抗原(T依赖性抗原)通常更具免疫原性,因为免疫反应的发展需要抗原被吞噬、处理并由抗原呈递细胞(APC)呈递给辅助T细胞。
(xiii)抗原剂量
抗原的给药剂量可以影响其免疫原性。
抗原剂量过高或过低,免疫反应都不会最佳。
(xiv)给药途径
通常,皮下途径比静脉或胃内途径更好。
抗原给药途径也可以改变反应的性质。
静脉给药的抗原首先被带到脾脏,而皮下给药的抗原首先移动到局部淋巴结。
(xv)佐剂
佐剂是与抗原混合并注射的物质,可以增强该抗原的免疫原性。
当抗原的免疫原性较低或抗原量有限时,通常使用佐剂来增强免疫反应。
佐剂可以添加到疫苗中以修改免疫反应。