第1个回答 2007-11-10
抗原与抗体
免疫是机体识别自我物质和排除异己物质的复杂的生物学反应,是动物长期进化中所形成的一种生理功能。其作用包括防御传染、自身稳定和免疫监视3种方式。�
----防御传染--当病原微生物侵入时,机体即迅速动员全身防御力量,将该侵入者消灭、清除,从而免除感染。此种由机体对病原微生物侵入所表现的不同程度的低抗力,称为抗传染免疫。人们对于抗传染免疫本质的认识,是从19世纪末开始的,半个世纪以来,人们对传染病的特异预防、治疗和诊断进行了广泛深入的研究,为防治和消灭人畜传染病做出了巨大的贡献。�
----自身稳定--这一功能在于维持体细胞的均一性,其方式是不断清除衰老的和受损伤的细胞。如此功能失常,可能出现自身免疫性疾病。�
----免疫监视 -正常机体具有识别及清除经常出现的突变细胞功能。这些突变细胞可以自发产生,也可以由病毒感染或理化因素诱变产生。如免疫监视功能失调,这些突变细胞就有可能无限地增生而形成肿瘤。�
----研究免疫和免疫反应在理论和实践上都有重大意义。免疫学过去主要研究抗传染免疫,因此,一直作为医学微生物的一部分。现在看来,免疫学己远远超越了任何微生物学的范围而成为一个有多个分支的独立学科,包括临床免疫学、免疫生物学、免疫化学、分子免疫学、免疫血液学、免疫生理学、免疫病理学、免疫药理学和免疫遗传学等。本章则着重介绍临床免疫学的基础知识和血清学诊断技术。�
----免疫分子主要指抗原及抗体,是现代分子免疫学的主要研究对象,近年来有关研究进展很快。自从上世纪末Emil Von Behring发现抗体以来,历经K.Landsteiner(1917)对抗原特性的研究,N.Jerne和M.Burnet(50年代)对抗体形成克隆选择学说的提高,R.R.Porter和G.M.Edelmam(60年代)对抗体分子及其酶解片段分子结构的研究,G.Kohlev和C.Milstein(1975)创造了获得单克隆抗体的淋巴细胞杂交瘤技术,以及近期利根川进(1980)提出的抗体结构多样化的基因结构理论等的重大发展阶段,使得免疫分子的研究已成为现代免疫学甚至现代生命科学中发展最快,影响最大的领域之一。
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----异体大分子蛋白质或其它物质,进入或存在于动物体,能刺激机体增生丙球蛋白或致敏细胞。前者称抗原,所增生的丙球蛋白称为抗体。抗原与抗体能在动物体内或动物体外( 试管内)发生特异性反应。
一、抗原�
----1.抗原的概念
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----凡是有抗原性的物质通称为抗原。抗原性通常包括免疫原性和反应原性两个方面。�
----免疫原性--能刺激机体产生抗体,或诱异机体形成免疫应答的特征。例如用马血清给兔注射,能使兔产生抗马血清抗体,同时又能使其“致敏”,从而对马血清的再次注射发生过敏反应。这就是说马血清对兔具有免疫原性。�
----反应原性--能与其所诱导而产生的抗体或致敏淋巴细胞发生反应,或激发机体发生免疫应答,此性质称反应原性。如上例的马血清能与抗马血清抗体发生沉淀反应,并能激发被马血清“致敏”的动物引起免疫应答,说明该马血清具有反应原性。�
----并不是所有的抗原在任何情况下都具有良好的抗原性。同一抗原对不同的动物,或用不同的方法给与,其抗原性往往有很大的差异。因此,抗原须具备以下3种性质,才能发挥其良好的免疫原性。�
----2.抗原性质
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----异体物质--在正常情况下,机体能识别自体物质和异体物质。只有异体物质进入体内才有可能具免疫原性。此种自我识别功能是动物在长期进化和个体发育中形成的。在动物胚胎发育时期,对自体抗原发生免疫反应的免疫活性细胞,在分化中被“抑制”,故动物体内不在对自体抗原有反应的免疫活性细胞系,因而失去了对自体抗原发生免疫反应的内在因素。动物的这种自我识别功能十分敏感,它能识别抗原化学结构上极其微小的差异,其灵敏度远远超过常规的化学分析法。例如以人血清注入人体,不一定引起抗体产生,若以马血清给人注射,就能刺激人体产生抗马血清抗体,并将期致敏。通常是亲缘越远,与自体抗原化学结构差异越大,则其抗原性越好。此类抗原称异种抗原。�
----同种不同个体间的某些成分,也有一定的抗原性。如将一人的皮肤移植给另一人,即能致敏淋巴细胞使移植的皮肤不能长期存活。机体对移植的异体组织的识别能力比对异种蛋白质更为敏感,只有同卵的双胞胎之间才有可能进行组织和器官移植而不被识别、不被排斥。此类对同种动物具有抗原性的物质,称异体抗原。�
----某些自身的组织成分,如眼球晶体蛋白、甲状腺蛋白等,平时不进入血流,未曾与免疫活性细胞接触过,一旦因外伤、感染或其他原因进入血流时,亦能刺激机体产生抗体。有时因其他原因(如烧伤、电离辐射等)使细胞蛋白质质发生改变,成为对自身抗原性的异物,并在一定条件下进入血液时可引起抗体(自身抗体)产生。此类抗原称自体抗原,它是引起自身免疫病的原因。
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----大分子胶体--抗原必须是分子量较大的胶体,一般分子量需在一万以上。因大分子的胶体物质在体内存留时间较长,有利于持续刺激机体产生特异性免疫。蛋白质分子大都是良好的抗原,如异种动物的血清、酶、牛乳、卵白、细菌、病毒、外毒素等都是抗原性很强的物质。若蛋白质被消化酶分解为小分子物质时,则失去抗原性。所以一般说来,抗原要通过非消化道途径进入体内才能保持长期抗原性。初生幼畜在出生后一两天内,大部分蛋白质可以直接从肠道吸收,此时如经口投以异种蛋白质,亦可能引起抗体产生。有些肠道病原菌或病毒等,能通过肠粘膜进入体内,故可以此方法免疫。�
----并非所有蛋白质均具有抗原性。如明胶虽是蛋白质,因其结构简单,肽链中缺乏含苯环的氨基酸, 所以也没有抗原性。因此,除分子量外,蛋白质的化学结构,特别是肽链中的苯环或环状结构, 使蛋白质分子具有稳定的结构,也是抗原性的重要因素。
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----抗原决定簇--抗原的分子结构十分复杂,但并不是整个分子的每一部位,都具有相同的抗原性。抗原分子的活性和特异性,通常决于暴露在分子表面的几个活性基团,此种决定抗原活性的基团称为抗原决定簇。�
----抗原均属大分子,其表面有许多抗原决定簇,每一决定簇相当于一种抗体,因此一种抗血清中并不含有与整个抗原分子全部决定簇起反应的单一抗体,而是由针对各个抗原决定簇的许多不同的抗体分子组成的混合物。�
----某些没有抗原性或抗原性很弱的物质,如联接上几个活性基因,即可大幅度增强其免疫原性。 例如,本来没有免疫原性的明胶,在其上联接10%以上酪氨酸的肽链,就成为良好的人工抗原,决定此抗原特异性的部位是被连接上去的酪氨酸链,而不是明胶本身。有些物质如细菌的荚膜多糖、结核杆菌的类脂以及某些低分子的药物(如青霉素、磺胺等)由于分子量不够大,必须与蛋白质结合才有免疫原性。在这种复合抗原中,这些联接到蛋白质上的基团往往是该抗原的决定簇。
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----3.抗原的类型
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----抗原物质的种类很多,依据抗原性、化学组成及所在部位等分为以下几种类型:�
----完全抗原与不完全抗原--既具有免疫原性又具有反应原性的物质称为完全抗原。各种蛋白质都是良好的完全抗原。有的抗原物质只有反应原性而没有免疫原性,此类抗原称为不完全抗原,或称半抗原。不完全抗原只有与其他抗原物质结合时,才具有免疫原性。
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----蛋白质抗原与多糖、类脂抗原--大多数蛋白质都是良好的抗原,它们因其表面活性基团的结构和排列不同而具有不同的抗原性,例如人的血浆蛋白,用免疫电泳方法可以区分出25种以上的抗原性不同的成分。此外如各种酶、蛋白质类的激素、细菌的外毒素及蛇毒等都是良好的蛋白质抗原。�
----小分子多糖通常没有抗原性,但有些大分子多糖(如细菌细胞壁上所含的多糖),当它们与细菌蛋白质结合后,就能刺激动物产生特异性多糖抗体。多糖作为抗原的意义不在于其抗原性强弱,而在于它与蛋白质结合后的复合物中起着特异性的抗原决定基的作用。很多细菌的抗原特异性主要决定于构成细菌细胞壁的多糖——蛋白质复合物中的多糖组成。如肺炎双球菌的荚膜多糖、沙门氏菌的菌体多糖均因其多糖的组成不同而有多种抗原型。和多糖一样,类脂质也是不完全抗原。动物的内脏,植物和细菌的浸出液中也都含有类脂抗原。多糖、类脂等不完全抗原对热稳定,加热不破坏其抗原性。
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----天然抗原和人工抗原--各种天然的生物物质,如动物血浆、血球、脏器、各种酶和激素以及各种微生物均为天然抗原物质。大多数天然抗原均含多种抗原成分,并均具有种的特异性。如动物血浆中含有多种抗原性不同的血浆蛋白质,这些不同种动物的血浆只有近缘动物之间才有一定的交叉,远缘者则抗原性完全不同。因此,可应用血清学的方法来研究生物的种属关系。�
----某些小分子化合物本身没有免疫原性,但将其联接于蛋白质载体上,就可使其获得抗原性, 此种人工合成的抗原称为人工抗原。利用偶氮蛋白或其他化学联接剂,将已知化学结构的物质联接于蛋白质上,制成复合抗原,这样就可以探索物质的化学结构和免疫学特异性之间的关系,为免疫化学研究提供有用的实验方法。�
----细菌抗原和病毒抗原--细菌和其他生物体一样,均含有多种抗原成分。细菌细胞的每一种结构都具有抗原特异性。有动力的细菌具有反映细菌细胞的菌体抗原(O抗原)和与鞭毛有关的H抗原两种抗原。O抗原存在于细胞壁上,其主要成分为脂糖,能耐热,可耐受80℃～100℃ 加热而不破坏。O抗原由数种抗原成分组成,近缘菌之间O抗原可能部分或全部相同。因此,有些细菌常根据O抗原分群,如沙门氏杆菌、痢疾杆菌等。H抗原系蛋白质抗原,不耐热, 56～80℃即遭破坏,H抗原也具有不同的菌群特异性。故此类细菌常可根据O抗原和H抗原的组成不同写出抗原结构式,在菌型鉴定时有重要意义。�
----细菌的荚膜抗原有很高的菌型特异性。肺炎球菌的荚膜抗原为多糖抗原,具有十分复杂的菌型特异性,根据目前记载已超过40种血清型。炭疽杆菌荚膜的特异性物质是多肽。多肽抗原和多糖抗原均较耐热。细菌芽胞也有抗原特异性,如炭疽杆菌的芽胞与其他芽胞杆菌的芽胞没有交叉反应。�
----除了以上所列细菌的表面抗原外,细菌的内部结构(如原生质膜、核蛋白质等)也具有抗原性,称为深部抗原。深部抗原只有在菌体裂解后才暴露出来,因此在免疫中不起重要作用。�
----此外,细菌的外毒素是一种完全抗原,具有很强的抗原性。外毒素的毒性在酸、甲醛或温和加热处理(39～40℃)后丧失,但仍保存其抗原性。这种去毒的毒素称为类毒素,在毒素免疫中有得着重意义。�
----研究病毒的抗原有一定的因难,因为病毒存在于感染组织中,病毒悬液中除有病毒抗原外,还存在着比病毒抗原多数十倍的组织抗原。近年来由于病毒提纯技术的进展,对病毒抗原的组成已进行了不少的研究。不少病毒含有反映病毒粒子的V抗原(不耐热)和可溶性的S抗原。粘(朊)病毒和副粘(朊)病毒除S抗原外,在病毒囊膜上的血凝素和神经氨酸苷酶也具有很高的抗原特异性。如流感病毒常用血凝素和神经氨酸苷酶的变异,导致出现新的抗原型,从而引起新的流感发生。含蛋白质的病毒抗原多能引起病毒中和抗体的产生。
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二、抗体�
----1.抗体的概念
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----抗体是由抗原刺激而产生的特异性球蛋白。抗体存在于血清和体液之中,其理化特性与一般 球蛋白没有什么区别,但能与相应的抗原结合发生各种反应。抗体是产生特异性免疫的主要因素,但有时也可以产生有害影响,如变态反应性疾病、自身免疫病等。�
抗体又称免疫球蛋白(Immunoglobulins),简写成Ig。近年来研究表明,Ig可以区分为IgG、Ig A、IgM、IgD和IgE 5大类,其中IgM分子量大,称为大分子免疫球蛋白(19s),其他均为小分子免疫球蛋白(7s)。有人提出家禽中还有IgY,主要存在于卵黄中,以后转移到雏鸡体内,其性质与IgG相似。免疫球蛋白分子量在16～100Da万之间,其对理化因素的抵抗力和一般球蛋白相同,凡能破坏蛋白质的理化因素多能使其失去活性。
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----2.抗体性质
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----IgG 在5类Ig中含量最高,约占抗体总量的80%～85%。分子量约15万Da,分子式是γ2λ2(两条重链的抗原型属γ类,两条轻链的抗原型属λ型,下同)或γ2κ2。每条重链含420～440个氨基酸残基,每条轻链含210～230个氨基酸残基,其具体氨基酸残基数依其来源不同而异。IgG的含糖量达2.9%。IgG类抗体是构成机体免疫力的主要抗体。�
----IgA 含量仅次于IgG,在人血清中约占抗体总量的10%,分子量为18～50万Da,含糖量为7.5% 。其单体的分子式是α2λ2或α2κ2,常以二倍体(α2λ2)2或(α2κ2)2的形式存在于眼泪、鼻粘液、唾液、胃肠液、乳汁(尤初乳)和尿液等外分泌液中。有些动物母体的IgG不能通过胎盘进入胎儿血液,IgA也不能进入,因此,从母乳中摄入IgA对提高婴儿的免疫能力就显得特别重要。IgA是少数在消化道中不被消化的蛋白质之一。�
----IgM 约占抗体总量的5%～10%,因其分子量极大(95万Da),故仅局限在血管内运行。IgM是一种五体结构,分子式为(μ2λ2)5或(μ2κ2)5。含糖量约11.8%。通常经免疫后的动物,在血液中最先出现的抗体是IgM,若用细菌等颗粒性抗原进行免疫时更是如此。在IgM 后出现的是IgG和IgA。
----IgD 约占血清中抗体总量的1%。分子量为17.5万Da。其分子式是σ2λ2或σ2κ2。对其功能了解很少,可能与某些变态反应性疾病有关,也可以存在于B细胞膜上起着抗原受体的作用。�
----IgE 在血清中的浓度极低(＜0.01%总抗体量)。其分子式是t2λ2或t2κ2,分子量为19.6万Da,含糖量为10.7%。它能与人体组织中的肥大细胞(mast cell)和血液中的嗜 碱性多形核粒细胞结合。当再次与特异性抗原在体内接触时,结合在细胞上的IgE可再与核抗原结合,促进细胞脱颗粒、释放组胺,从而引起某些变态反应。
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----3.抗体的类型�
----抗体除按化学结构分成IgG、IgA、IgM、IgD及IgE等5种类型外,还可以从不同的角度进行分类。�
----根据产生情况区分--可分为免疫抗体和天然抗体。由于抗原刺激而产生的抗体称为免疫抗体。通常所说的抗体,均指免疫抗体。不经免疫而固有的抗体称为天然抗体,如动物的血型抗体、异嗜性抗体等。但有时往往将抗原刺激与抗体产生没有明显联系的抗体也列入天然抗体。如很多抗菌的天然抗体。此类天然抗体产生的来源可能有以下几个方面:①机体曾经受 过隐性感染;②机体曾经受过抗原性相近的其他微生物感染;③ 具有抗原性的非生物物质由肠道或其他途径进入体内并刺激机体产生的抗体。因此,此类天然抗体实质上仍是特异性的免疫抗体。�
----根据抗体来源区分--可分为异种抗体、同种抗体和自体抗体。由同种动物所制备的抗体,称为同种抗体;反之用异种动物制备的,称为异种抗体。同种抗体在体内的半衰期约15天,比异种抗体长,且不引起致敏。异种抗体是一种异体蛋白,进入体内后可经免疫反应而被清除,其半衰期仅5天,且能使动物致敏。即再次注射同类血清蛋白时,可引起过敏反应。�
自体抗体通常是指动物对自身组织所产生的抗体,或外来刺激(不完全抗原)与体内某些成分相结合而形成的抗体。前者可引起自身免疫病,如红斑狼疮、交感性眼炎、甲状腺炎、肾上腺炎等均由此类自体抗体所引起;后者引起非自身免疫病,如药物过敏、链球菌引起的风湿症等。
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----根据抗体行为区分--可分为完全抗体和不完全抗体。与抗原结合后,在电解质或其他因素参与下,能出现凝集、沉淀、补体结合等可见反应者称为完体抗体。此类抗体具有两个以上的结合价,故称为二价抗体。与抗原结合后,不表现可见反应者,称为不完全抗体。此类抗体只有一个结合价,称为单价抗体。但近来认为不完全抗体并非只有一个结合价,而是由于抗体的两个抗原结合部位紧密连接在一起,因而只能与一个抗原决定基结合。当抗原决定基与此类抗体结合后,就不能再与其他抗体结合,从而能抑制反应的出现,故此类抗体亦称为遮断抗体或封闭抗体。肿瘤抗体多为封闭抗体,在肿瘤免疫中起负作用。�
----根据抗体的反应性质区分--依据抗原抗体结合后所出现的反应不同,习惯上将参与反应的抗体按反应性质命名(表11-1)。�
根据作用对象区分可分为抗菌抗体、抗病毒抗体、抗毒素、溶血素和抗蛋白质抗体等。抗菌抗体有H抗体及O抗体等;抗病毒抗体可根据反应性质分为中和抗体、血凝抑制抗体及补体结合抗体等。
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表11-1 根据反应性质而区分的抗体类型
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抗体名称
反应类型
沉淀素 Precipitin
凝集素 Agglutinin
溶解素 Lyain
补体结合抗体 Complement fixationantibody
调理素 Opsonin
中和抗体 Neutraljzing antibody
杀菌素 Bactericidin
变应素 (IgE)nantiallergen antibody
沉淀反应
凝集反应
溶菌反应、溶血反应(需要补体参加)
补体结合反应
吞噬作用(需白血球参加)
中和毒素或病毒的活性
杀死细菌
过敏反应