第四节 抗原的分类
一、天然抗原
根据抗原性物质与机体的亲缘关系可分为“自己”(self)与“非已”(non-self)抗原。即与机体种系发生关系愈远，其遗传性差异越大，其免疫原性也愈强。
(一)“自己”抗原
正常自身组织成分及体液组分处于免疫耐受状态，不能激发免疫应答，但如打破自身耐受，则可引起自身免疫应答；另一些自身组织成分虽具有免疫原性，但在正常情况下，由于组织屏障，不能进入血流，因此不能与免疫细胞接触，也不能激发免疫应答，称此种抗原为隐蔽性身抗原，如脑组织、眼晶状体蛋白及精子等。一旦因外伤或手术等原因，可使此种抗原进入血流时，则可引起自身免疫应答。受病原微生物的感染或应用某些化学药物，可与自身组织蛋白结合，改变其分子结构，形成修饰的自身抗原，也能引起免疫应答。
(二)非已抗原
来自异种动物的抗原物质称为异种抗原。如来自外部侵入人体的各种病原微生物及其产物的外毒素，注射的异种动物免疫血清，以及吸入和食进的异种蛋白，例如花粉和食物均属异种抗原。由于与人种属关系远为强免疫原。此外癌细胞可在人体内产生特异性癌抗原，但对其免疫原性迄今尚未能证实。
在同种动物不同个体间也存在各种组织成分抗原性的差异，称此种抗原为同种异型抗原。这种抗原受遗传支配，它可在遗传性不同的另一些个体内引起免疫应答，称之为异型免疫应答。如人血型抗原不同输血时可引起输血反应，组织相容性抗原或移植抗原型不同可引起移植排斥反应。此外，免疫球蛋白分子上存在的Gm、Am、Km标记均属异型抗原，可用以鉴别IgG、IgA及K轻链的异型。
在不同种属动物组织间也可发现有共同抗原，称这种抗原为异嗜性抗原。Forssman首先发现这种抗原，故亦称之为Forssman抗原。即这种抗原无种属特异性，它可共同存于人、不同种动物与微生物之间，因此它与疾病的发病学和诊断有一定意义。
目前已发现多种异嗜性抗原，如大肠杆轿O86含有人的B血型物质，肺炎球菌14型含有人A血型物质，它们与人血型抗体的产生有关。有些病原微生物与人体某些组织具有共同抗原成分，是引起免疫性疾病的原因之一。如溶血性链球菌一些抗原可与肾小球基底及心肌组织有有共同抗原成分，它们可能与急性肾小球肾炎和风湿病的发病有关。又如大肠杆菌O14型脂多糖与人结肠粘膜有共同抗原，可能与溃疡性结肠炎的发病有关。
某些疾病的诊断也可借助于对异嗜性抗原的检测。例如引起原发性非典型肺炎的病原支原体与MG株链球菌有共同抗原，可藉其血清中抗体对此种链球菌的凝集反应进行诊断，引起斑疹伤寒的立克次体与变形杆菌一些菌株间有共同抗原，可藉其血清中抗休对变型杆菌的的凝集反应进行诊断，称之为Weil-Felix反应。此外传染性单核细胞增多症患者血清中，可出现凝集羊红细胞的异嗜性抗体，可用羊红细胞凝集反应进行诊断。
二、人工抗原
用化学合成法或基因重组法制备含有已知化学结构决定簇的抗原，称之为人工抗原。它可包括人工结合抗原、人工合成抗原和基因重组抗原。无论对免疫学理论研究和分子疫苗的制备都具有重要意义。
(一)人工结合抗原
将无免疫原性的简单化学基团与蛋白质载体偶联，或将无免疫原性的有机分子如二硝基苯(DNP)或三硝基苯(TNP)与蛋白质载体结合，形成载体-半抗原结合物，均属人工结合抗原。应用此种抗原证明了抗原与抗体特异结合的化学基础，以及在抗体生成过程中T与B细胞的协同作用。
(二)人工合成抗原
用化学方法将活化氨基酸聚合，使之成为合成多肽，只由一种氨基酸形成的聚合体称为同聚多肽，如由左旋赖氨酸形成的共同聚多肽(PLL)。由二种或二种以上氨基酸形成的聚合多肽称为共聚多肽，如由酪氨酸、谷氨酸与多聚丙氨酸和赖氨酸组成的聚合成多肽(T、G)-AL。应用这种人工合成多肽可研究氨基酸种类、序列与蛋白质抗原性及免疫原性的关系，也可研究机体遗传性与免疫性的关系。
对天然蛋白质抗原性的研究证明，任何一个氨基酸片段，只要具有合适的构型，都有抗原性，甚至一小段合成的小肽与合适的载体相联接，也能诱导产生抗体，并能与其天然分子构型相结合，这就提示，可根据天然蛋白质抗原的免疫原性片段进行氨基酸序列分析，或由其编码DNA推导的氨基酸序列，进行构建人工合成多肽疫苗。
(三)基因工程抗原
近年来由于分子生物学技术的进步，已有可能将编码免疫原性氨基酸序列的基因克隆化并与适当载体(如细菌粒或病毒)DNA分子相结合，然后引入受体细胞中(如原核细胞的大肠杆菌或真核细胞酵母菌及哺乳类动物细胞)使之表达，即能获得免疫原性之融合蛋白，经纯化后可做为疫苗，此即基因工程疫苗。
应用分子生物学技术制备基因重组疫苗的另一进展，是将目的抗原决定簇的DNA序列插入另一种比较安全的活病素基因组中(如牛痘苗)，制备所谓重组感染载体多价疫苗。
随着70年代分子病毒学的发展，特别是对病毒基因的结构、功能与复制方面知识的积累，为迅速研制病毒亚单位疫苗、合成多肽苗以及基因工程疫苗奠定了基础。
一些重要病毒如乙型肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒以及流感病毒等的蛋白质多肽，都已利用基因工程进行了成功的表达，有的已进入临床试验阶段。我国也报导了正在进行研制基因工程乙型肝炎病毒疫苗和在牛痘苗表达系统中研制乙肝病毒的重组感染载体的多价疫苗。
三、胸腺依赖抗原与胸腺非依赖抗原
实验证明，由抗原激发的免疫应答是多细胞相互作用的结果，即由抗原呈递细胞、T细胞和B细胞共同参与予完成的。大多数抗原激发的体液免疫应答，必须有TH细胞参予才能完成，称这种抗原为胸腺依赖抗原(thymus-dependent antigen,TD Ag)。但也有少数抗原物质，不须TH细胞参予，可单独刺激B细胞产生抗体，称这种抗原为胸腺非依赖抗原(thymus independentantigen,TIAg)。这二种抗原的区别主要在于其抗原决定簇的结构不同所致。TD抗原在其分子结构上，既具有载体功能的决定簇，也具有抗原性决定簇。且在其分子表面出现多种不同抗原决定簇，但缺乏重复出现的同一决定簇，TD抗原主要是大分子蛋白质。而TI抗原多数为大分子多聚体，带有重复出现的同一抗原决定簇，且降解缓慢，故不须TH参加即能直接刺激B细胞，TI抗原主要是多糖类物质(图10-5、表10-5、6)。
图10-5 TD与T1抗原种类
表10-5 TD与TI抗原种类
TD
TI
人丙种球蛋白
牛血清清蛋白
卵白蛋白
类毒素
羊红细胞
组织相容性抗原等
肺炎球菌荚膜多糖
脂多糖
聚合鞭毛
DNP-聚蔗糖
聚乙烯基吡络烷酮(PVP)
表10-6 TD抗原与TI抗原的特性
特性
TD抗原
TI抗原
TⅠ-1 TⅠ-2
化学特性
蛋白质
脂多糖
多糖
抗体应答
+
+
无胸腺鼠
-
+
-/少
无T细胞培养物
-
抗体应答的特点
-
类别转换
+
-
-
亲和性成熟
+
-
-
记忆B细胞
+
-
-
多克隆B细胞活化剂作用
-
+
-
诱导DTH能力
+
-
-
四、超抗原
(一)超抗原的概念
超抗原(supper antigen,Sag)是一类由细菌外毒素和逆转录病毒蛋白构成的抗原性物质。它们能与多数T细胞结合并为T细胞活化提供信号。而上述的普通抗原只能与少数对应T细胞结合并使之活化。因此称这种能与多数T细胞结合的抗原为超抗原。
(二)超抗原与T细胞结合的特征
超抗原主要与CD4+T细胞结合，而和普通抗原肽与T细胞的结合有很大差异。超抗原既能与APC细胞上MHCⅡ类分子结合，也能与TCR Vβ链结合是其作用特点。
超抗原无需经APC加工可直接与MHCⅡ类分子非多态区外侧结合，而不是与肽结合沟结合，故无MHc 限制性。
在T细胞方面超抗原只与TCRVβ片段结合，而与D和J区无关，也与TCRα链无关。任一已知超抗原能与其特殊殊的Vβ片段结合，所以一种超抗原可活化多数T细胞，约占T细胞库的1/20～1/5，这远远超过普通抗原活化T细胞的数量(表10-7)。
表10-7 超抗原的作用特性
普通抗原
超抗原
T细胞一次应答
-
+
T细胞反应频率
1/106～1/104
1/20～1/5
MHCⅡ类分子
肽结合沟
非多态区(α-螺旋)
结合部位
外侧
MHC限制性
+
-
APC存在
+
(三)超抗原的种类
1.内源性超抗原(病毒性) 70年代初Festenstein发现在MHC相同，而MHC以外基因区不同的纯系鼠间进行淋巴细胞混合培养，可引起很强的T细胞增殖反应，将刺激这种增殖反应的抗原称为次要淋巴细胞刺激抗原(minor lymph'ocyte stimulating antigen,Mlsag)。
近年来证明这种内源性MLs抗原是小鼠乳腺肿瘤病毒(mouse mamary umor virus,MMTV)产生的蛋白。MMTV是一种逆转录病毒，以前病毒(provirus)形式整合于小鼠细胞DNA中。这种小鼠可终生制造这种病毒蛋白，因之可视为一种自身超抗原。这种小鼠内源性MLs抗原的化学性质现已证明是一种糖蛋白。
由于MLs抗原的来源已经清楚，故目前称这种小鼠的内源性超抗原为病毒性超抗原。人类是否也有这种病毒性超抗原，目前尚不能肯定，但有人提出人类免疫缺损病毒(HIV)也是逆转录病毒，有可能是人类的病毒性超抗原。
2.外源性超抗原(细菌性)外源性超抗原是一类细菌性外毒素组成，主要由革兰氏阳性细菌产生。如金黄色葡萄球菌产生的肠毒素(staphylococcus enterotoxin,SE)以及链球菌产生的致热外毒素等。
(四)超抗原的生物学意义
1.超抗原与T细胞的耐受诱导实验证明在胸腺内分化发育中的T细胞如与超抗原结合，可诱发程序性细胞死亡，导致克隆排除。用抗Vβ单克隆抗体在周围血中检测不出带有特殊Vβ受体的T细胞，为T细胞耐受诱导机制的研究提供了有力的实验模式。
2.超抗原与疾病葡萄球菌感染所产生的外毒素主要是可溶性蛋白分子，近年来的研究证明葡萄球菌外毒素对靶细胞并无直接毒性作用，而是通过活化多数T细胞所释放的大量细胞因子产生的生物学效应引起的毒性休克综合征等临床征状。
一些疾病，例如原因不明的川畸病，风湿性关节等疾病，发现与某些Vβ阳性T细胞的增殖相关。周围组织中存在的自身反应性T细胞克隆可为外源性超抗原激活而引发自身免疫病。也有学者认为HIV引发的人艾滋病，其发病学与其超抗原相关。
图10-6 抗原分类
根据抗原性物质与机体的亲缘关系可分为“自己”(self)与“非已”(non-self)抗原。即与机体种系发生关系愈远，其遗传性差异越大，其免疫原性也愈强。
(一)“自己”抗原
正常自身组织成分及体液组分处于免疫耐受状态，不能激发免疫应答，但如打破自身耐受，则可引起自身免疫应答；另一些自身组织成分虽具有免疫原性，但在正常情况下，由于组织屏障，不能进入血流，因此不能与免疫细胞接触，也不能激发免疫应答，称此种抗原为隐蔽性身抗原，如脑组织、眼晶状体蛋白及精子等。一旦因外伤或手术等原因，可使此种抗原进入血流时，则可引起自身免疫应答。受病原微生物的感染或应用某些化学药物，可与自身组织蛋白结合，改变其分子结构，形成修饰的自身抗原，也能引起免疫应答。
(二)非已抗原
来自异种动物的抗原物质称为异种抗原。如来自外部侵入人体的各种病原微生物及其产物的外毒素，注射的异种动物免疫血清，以及吸入和食进的异种蛋白，例如花粉和食物均属异种抗原。由于与人种属关系远为强免疫原。此外癌细胞可在人体内产生特异性癌抗原，但对其免疫原性迄今尚未能证实。
在同种动物不同个体间也存在各种组织成分抗原性的差异，称此种抗原为同种异型抗原。这种抗原受遗传支配，它可在遗传性不同的另一些个体内引起免疫应答，称之为异型免疫应答。如人血型抗原不同输血时可引起输血反应，组织相容性抗原或移植抗原型不同可引起移植排斥反应。此外，免疫球蛋白分子上存在的Gm、Am、Km标记均属异型抗原，可用以鉴别IgG、IgA及K轻链的异型。
在不同种属动物组织间也可发现有共同抗原，称这种抗原为异嗜性抗原。Forssman首先发现这种抗原，故亦称之为Forssman抗原。即这种抗原无种属特异性，它可共同存于人、不同种动物与微生物之间，因此它与疾病的发病学和诊断有一定意义。
目前已发现多种异嗜性抗原，如大肠杆轿O86含有人的B血型物质，肺炎球菌14型含有人A血型物质，它们与人血型抗体的产生有关。有些病原微生物与人体某些组织具有共同抗原成分，是引起免疫性疾病的原因之一。如溶血性链球菌一些抗原可与肾小球基底及心肌组织有有共同抗原成分，它们可能与急性肾小球肾炎和风湿病的发病有关。又如大肠杆菌O14型脂多糖与人结肠粘膜有共同抗原，可能与溃疡性结肠炎的发病有关。
某些疾病的诊断也可借助于对异嗜性抗原的检测。例如引起原发性非典型肺炎的病原支原体与MG株链球菌有共同抗原，可藉其血清中抗体对此种链球菌的凝集反应进行诊断，引起斑疹伤寒的立克次体与变形杆菌一些菌株间有共同抗原，可藉其血清中抗休对变型杆菌的的凝集反应进行诊断，称之为Weil-Felix反应。此外传染性单核细胞增多症患者血清中，可出现凝集羊红细胞的异嗜性抗体，可用羊红细胞凝集反应进行诊断。
二、人工抗原
用化学合成法或基因重组法制备含有已知化学结构决定簇的抗原，称之为人工抗原。它可包括人工结合抗原、人工合成抗原和基因重组抗原。无论对免疫学理论研究和分子疫苗的制备都具有重要意义。
(一)人工结合抗原
将无免疫原性的简单化学基团与蛋白质载体偶联，或将无免疫原性的有机分子如二硝基苯(DNP)或三硝基苯(TNP)与蛋白质载体结合，形成载体-半抗原结合物，均属人工结合抗原。应用此种抗原证明了抗原与抗体特异结合的化学基础，以及在抗体生成过程中T与B细胞的协同作用。
(二)人工合成抗原
用化学方法将活化氨基酸聚合，使之成为合成多肽，只由一种氨基酸形成的聚合体称为同聚多肽，如由左旋赖氨酸形成的共同聚多肽(PLL)。由二种或二种以上氨基酸形成的聚合多肽称为共聚多肽，如由酪氨酸、谷氨酸与多聚丙氨酸和赖氨酸组成的聚合成多肽(T、G)-AL。应用这种人工合成多肽可研究氨基酸种类、序列与蛋白质抗原性及免疫原性的关系，也可研究机体遗传性与免疫性的关系。
对天然蛋白质抗原性的研究证明，任何一个氨基酸片段，只要具有合适的构型，都有抗原性，甚至一小段合成的小肽与合适的载体相联接，也能诱导产生抗体，并能与其天然分子构型相结合，这就提示，可根据天然蛋白质抗原的免疫原性片段进行氨基酸序列分析，或由其编码DNA推导的氨基酸序列，进行构建人工合成多肽疫苗。
(三)基因工程抗原
近年来由于分子生物学技术的进步，已有可能将编码免疫原性氨基酸序列的基因克隆化并与适当载体(如细菌粒或病毒)DNA分子相结合，然后引入受体细胞中(如原核细胞的大肠杆菌或真核细胞酵母菌及哺乳类动物细胞)使之表达，即能获得免疫原性之融合蛋白，经纯化后可做为疫苗，此即基因工程疫苗。
应用分子生物学技术制备基因重组疫苗的另一进展，是将目的抗原决定簇的DNA序列插入另一种比较安全的活病素基因组中(如牛痘苗)，制备所谓重组感染载体多价疫苗。
随着70年代分子病毒学的发展，特别是对病毒基因的结构、功能与复制方面知识的积累，为迅速研制病毒亚单位疫苗、合成多肽苗以及基因工程疫苗奠定了基础。
一些重要病毒如乙型肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒、疱疹病毒以及流感病毒等的蛋白质多肽，都已利用基因工程进行了成功的表达，有的已进入临床试验阶段。我国也报导了正在进行研制基因工程乙型肝炎病毒疫苗和在牛痘苗表达系统中研制乙肝病毒的重组感染载体的多价疫苗。
三、胸腺依赖抗原与胸腺非依赖抗原
实验证明，由抗原激发的免疫应答是多细胞相互作用的结果，即由抗原呈递细胞、T细胞和B细胞共同参与予完成的。大多数抗原激发的体液免疫应答，必须有TH细胞参予才能完成，称这种抗原为胸腺依赖抗原(thymus-dependent antigen,TD Ag)。但也有少数抗原物质，不须TH细胞参予，可单独刺激B细胞产生抗体，称这种抗原为胸腺非依赖抗原(thymus independentantigen,TIAg)。这二种抗原的区别主要在于其抗原决定簇的结构不同所致。TD抗原在其分子结构上，既具有载体功能的决定簇，也具有抗原性决定簇。且在其分子表面出现多种不同抗原决定簇，但缺乏重复出现的同一决定簇，TD抗原主要是大分子蛋白质。而TI抗原多数为大分子多聚体，带有重复出现的同一抗原决定簇，且降解缓慢，故不须TH参加即能直接刺激B细胞，TI抗原主要是多糖类物质(图10-5、表10-5、6)。
图10-5 TD与T1抗原种类
表10-5 TD与TI抗原种类
TD
TI
人丙种球蛋白
牛血清清蛋白
卵白蛋白
类毒素
羊红细胞
组织相容性抗原等
肺炎球菌荚膜多糖
脂多糖
聚合鞭毛
DNP-聚蔗糖
聚乙烯基吡络烷酮(PVP)
表10-6 TD抗原与TI抗原的特性
特性
TD抗原
TI抗原
TⅠ-1 TⅠ-2
化学特性
蛋白质
脂多糖
多糖
抗体应答
+
+
无胸腺鼠
-
+
-/少
无T细胞培养物
-
抗体应答的特点
-
类别转换
+
-
-
亲和性成熟
+
-
-
记忆B细胞
+
-
-
多克隆B细胞活化剂作用
-
+
-
诱导DTH能力
+
-
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四、超抗原
(一)超抗原的概念
超抗原(supper antigen,Sag)是一类由细菌外毒素和逆转录病毒蛋白构成的抗原性物质。它们能与多数T细胞结合并为T细胞活化提供信号。而上述的普通抗原只能与少数对应T细胞结合并使之活化。因此称这种能与多数T细胞结合的抗原为超抗原。
(二)超抗原与T细胞结合的特征
超抗原主要与CD4+T细胞结合，而和普通抗原肽与T细胞的结合有很大差异。超抗原既能与APC细胞上MHCⅡ类分子结合，也能与TCR Vβ链结合是其作用特点。
超抗原无需经APC加工可直接与MHCⅡ类分子非多态区外侧结合，而不是与肽结合沟结合，故无MHc 限制性。
在T细胞方面超抗原只与TCRVβ片段结合，而与D和J区无关，也与TCRα链无关。任一已知超抗原能与其特殊殊的Vβ片段结合，所以一种超抗原可活化多数T细胞，约占T细胞库的1/20～1/5，这远远超过普通抗原活化T细胞的数量(表10-7)。
表10-7 超抗原的作用特性
普通抗原
超抗原
T细胞一次应答
-
+
T细胞反应频率
1/106～1/104
1/20～1/5
MHCⅡ类分子
肽结合沟
非多态区(α-螺旋)
结合部位
外侧
MHC限制性
+
-
APC存在
+
(三)超抗原的种类
1.内源性超抗原(病毒性) 70年代初Festenstein发现在MHC相同，而MHC以外基因区不同的纯系鼠间进行淋巴细胞混合培养，可引起很强的T细胞增殖反应，将刺激这种增殖反应的抗原称为次要淋巴细胞刺激抗原(minor lymph'ocyte stimulating antigen,Mlsag)。
近年来证明这种内源性MLs抗原是小鼠乳腺肿瘤病毒(mouse mamary umor virus,MMTV)产生的蛋白。MMTV是一种逆转录病毒，以前病毒(provirus)形式整合于小鼠细胞DNA中。这种小鼠可终生制造这种病毒蛋白，因之可视为一种自身超抗原。这种小鼠内源性MLs抗原的化学性质现已证明是一种糖蛋白。
由于MLs抗原的来源已经清楚，故目前称这种小鼠的内源性超抗原为病毒性超抗原。人类是否也有这种病毒性超抗原，目前尚不能肯定，但有人提出人类免疫缺损病毒(HIV)也是逆转录病毒，有可能是人类的病毒性超抗原。
2.外源性超抗原(细菌性)外源性超抗原是一类细菌性外毒素组成，主要由革兰氏阳性细菌产生。如金黄色葡萄球菌产生的肠毒素(staphylococcus enterotoxin,SE)以及链球菌产生的致热外毒素等。
(四)超抗原的生物学意义
1.超抗原与T细胞的耐受诱导实验证明在胸腺内分化发育中的T细胞如与超抗原结合，可诱发程序性细胞死亡，导致克隆排除。用抗Vβ单克隆抗体在周围血中检测不出带有特殊Vβ受体的T细胞，为T细胞耐受诱导机制的研究提供了有力的实验模式。
2.超抗原与疾病葡萄球菌感染所产生的外毒素主要是可溶性蛋白分子，近年来的研究证明葡萄球菌外毒素对靶细胞并无直接毒性作用，而是通过活化多数T细胞所释放的大量细胞因子产生的生物学效应引起的毒性休克综合征等临床征状。
一些疾病，例如原因不明的川畸病，风湿性关节等疾病，发现与某些Vβ阳性T细胞的增殖相关。周围组织中存在的自身反应性T细胞克隆可为外源性超抗原激活而引发自身免疫病。也有学者认为HIV引发的人艾滋病，其发病学与其超抗原相关。
图10-6 抗原分类
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第十一章 免疫应答(一)：B细胞介导的体液免疫
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