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免疫学基础 抗原
抗原(antigen,Ag)是指能刺激机体免疫系统诱导免疫应答并能与应答产生如抗体或致敏淋巴细胞发生特异反应的物质。一个完整的抗原应包括两方面的免疫性能:免疫原性指诱导宿主产生免疫应答的能力;免疫反应性指抗原与抗体或致敏淋巴细胞发生特异性结合的能力,亦称为反应原性。有些物质在独立存在时只具有反应原性而无免疫原性,称为半抗原(hapten);而免疫原通常同时具有免疫反应能力。第一节 免疫原性基础
免疫原性是抗原最重要的性质,一种抗原能否成功地诱导宿主产生免疫应答取决于三方面的因素:抗原的性质、宿主的反应性和免疫方式。这里重点叙述抗原自身的因素。
(一)异物性
正常成熟机体的免疫系统能够区别宿主自身物质与非自身物质,对自身物质一般不产生免疫应答,只对非自身物质产生免疫应答。不同物质之间的抗原性差别取决于它们化学上的异质性,这是免疫识别的物质基础。一般,物质来源的亲缘关系越远,其化学结构差别越大,抗原性也就越强;而亲缘关系越近,抗原性越弱。 (二)分子大小
分子量越大,免疫原性越强。这可能是因高分子物质在水溶液中易形成胶体,体内停留的时间较长,与免疫细胞接触的机会较多,有利于刺激机体产生免疫应答。另外,大分子物质的化学结构比较复杂,所含有效抗原基因的种类和数量也相对地多。蛋白质的分子量较大,一般多在10kD之上,有良好的免疫原性。糖类物质分子量较小,多数单糖不具有免疫原性;而聚合成多糖时可以成为抗原。但是分子量10kD不是一个绝对的界限,例如明胶的分子量高达100kD但免疫原性极弱,而胰岛素的分子量仅仅5734,却有免疫原性。
(三)化学结构
免疫原性的形成还要求分子的化学结构复杂。直链结构的物质一般缺乏免疫原性,多支链或带状结构的物质容易成为免疫原,球形分子比线形分子的免疫原性强。人工合成的单一氨基酸的线性聚合物(例如多聚L-赖氨酸和多聚L-谷氨酸)无免疫原性,但多种氨基酸的随机线性共聚物可具有免疫原性,且其免疫原性随共聚物中氨基酸种类的增加而增强,加入芳香族氨基酸的效果更明显。上述大分子明胶就是无分支的直链结构,又缺乏环状基团,所以免疫原性微弱;若在分子中连上2%的酪氨酸,就会明显增强明胶的免疫原性。
(四)其他因素
1.宿主反应性不同种动物,甚至同种动物的不同个体对同一种抗原的应答性差别很大,这与不同的遗传性、生理状态及个体发育等因素有关。
2.免疫方式包括抗原进入的途径、剂量、次数和间隔时间以及免疫佐剂的使用等因素也可影响免疫应答。
第二节 抗原特异性基础
伤寒杆菌诱导的免疫应答只能针对伤寒杆菌;志贺杆菌不能诱导出对伤寒杆菌的免疫力,与抗伤寒杆菌抗体也不发生反应。这就是传统免疫学进行免疫预防和免疫诊断的基本依据。抗原的特异性与蛋白分子中的氨基酸种类、排列顺序、特殊基因和空间构形等因素有关,甚至与其电荷性质及亲水性也有关系。但是其特异性不是平均地决定于整个分子,而是取决于分子表面几个氨基酸残基组成的特殊序列及其空间结构,称为表位或抗原决定簇。 一、半抗原与载体
(一)半抗原及其应用
免疫学先驱Landsteiner在本世纪初就已发现:某些不具有免疫原性的小分子物质可以与抗体结合,如果将其结合到具有免疫原性的大分子蛋白上就可诱导针对小分子物质的抗体应答。他借用希腊语“haptien”(原意为强加、抓牢)称这种小分子为hapten,汉语译为半抗原;而将半抗原赖以附着的蛋白质分子称为载体(carrier)。结合到大分子载体上以后,半抗原可以改变载体原有的表位,也可以形成新的表位。半抗原在表位中是关键性的基团。抗原特异性的研究多是通过着抗原-载体复合物来进行的。将苯胺、对氨基苯甲酸、对氨基苯磺酸和对氨基苯砷酸等四种已知结构的半抗原分别以偶氮方式结合到大分子蛋白上,然后用这些结合物分别免疫动物,结果所产生的抗体能够精确地将上述结构相似的半抗原区别开来,四种抗体只与相应的抗原发生反应(表1-1)。即使应用结构稍有差别的同一种物质,例如对位、邻位和间位的三种氨基苯甲酸作为半抗原,所产生的抗体也能将这些分子分出来。利用这种方法不仅可制备出针对许多小分子物质的抗体,甚至抗金属离子的抗体,而且大大地促进了对抗原性质的研究。
表1-1不同基团对抗原特异性的影响
抗苯胺 + - - - 抗对氨基苯甲酸 - + - - 抗对氨基苯磺酸 - - + - 抗对氨基苯砷酸 - - - + (二)半抗原-载体效应
在半抗原-载体复合物中,载体分子虽有它本身的特异性,却不干扰半抗原的特异性。但是载体特异性对半抗原诱导抗体应答的效果有明显的影响。将半抗原2,4-二硝基酚(DNP)共价交联于牛血蛋白(BSA)和卵白蛋白(OVA)等大分子载体上,对不同组的动物用不同
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