抗原与免疫学

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免疫学是研究机体防御疾病的科学分支。免疫系统有效地保护机体免受干扰其正常功能的异物侵害。这些引发免疫反应的物质被称为抗原。

抗原包括病原体，如细菌、真菌、原生动物和病毒，以及简单的分子，如蛋白质和多糖。抗原与被称为抗体的受体结合后会引发免疫反应，从而引发一系列反应，最终导致抗原的消除。抗原与抗体的这种反应非常特异，并取决于许多因素。让我们详细探讨一下这些抗原的性质、结构及其与抗体的相互作用。

什么是免疫学？

包括先天性和适应性免疫的免疫系统确保人体健康运作。但是，人体是如何防御感染的呢？人体是如何预防疾病复发的呢？是什么导致自身免疫性疾病的呢？疫苗是如何预防疾病的呢？免疫学为许多此类问题提供了答案。免疫学是研究免疫系统组成和功能的科学分支。换句话说，它是研究机体防御外来入侵者的学科。它分为不同的分支，每个分支都处理疾病发展、抵抗力和治疗的特定方面。

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什么是抗原？

抗原（来自抗体生成物）通常被定义为引发机体免疫反应的异物。然而，从技术上讲，抗原是任何与抗体（膜结合或可溶性）或T细胞受体特异性结合的物质。这些物质与免疫系统的特定受体结合后，通过克隆选择引起免疫细胞增殖，并导致各种蛋白质的产生，例如细胞因子和补体系统蛋白。所有这些反应最终导致抗原从宿主机体中清除。抗原可以是多糖、蛋白质、脂质或核酸。抗原通常是分子量为10,000 Da或更大的大分子。

抗原性是指与抗原特异性受体结合的能力。物质的抗原性取决于分子的大小、其化学性质以及对宿主的异物程度等因素。

抗原的结构

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抗原可以由蛋白质、多糖，有时甚至脂质和核酸组成。抗原在其表面带有抗原决定簇区域，称为表位，其特异性地与抗体结合。

抗原的类型

• 基于对T细胞的依赖性

  • T细胞依赖性抗原——依赖辅助T细胞来刺激B细胞产生抗体的抗原。

    例如——蛋白质、多肽、半抗原等。

    T细胞非依赖性抗原——不需要辅助T细胞来刺激B细胞的抗原。它们比T细胞依赖性抗原更简单。

• 基于其来源

  • 外源性抗原——这些是通过吸入、摄入、注射等途径从外部来源进入体内的外来抗原。例如致病性细菌。

  • 内源性抗原——这些是来自体内的细菌或病毒抗原，例如病毒蛋白。

  • 自身抗原——这些抗原是内源性抗原，是机体自身的细胞或蛋白质，会引发针对自身的免疫反应。这些抗原会引发自身免疫性疾病。

• 基于免疫原性

  • 完全抗原——这些抗原可以自行产生免疫反应，通常较大。

  • 半抗原——这些是分子量低的物质，自身不具有免疫原性，但可以通过与载体分子结合而变得具有免疫原性。例如——青霉素、二硝基苯酚、氨基苯等。

抗原的特性

所有抗原都具有一些独特的特性，这些特性决定了它们的抗原性，并且这些特性会引发宿主不同的免疫反应。

• 大多数引发免疫反应的抗原是通过不同途径进入体内的外来物质。

• 抗原的化学组成——抗原可以具有不同的化学组成，包括多糖、蛋白质、脂质、核酸等。

• 抗原的大小——大多数抗原的分子量为10,000 Da或更大。

• 抗原决定簇——抗原在其表面具有独特的结构，称为表位。表位参与抗原与抗体的相互作用。

• 抗原的价——抗原表面存在的表位数量决定了它的价。如果只有一个表位，则该抗原被称为单价。如果存在多个表位，则该抗原被称为多价。

影响抗原-抗体相互作用的因素

抗原-抗体相互作用类似于酶-底物反应，因为它们非常特异，并且像锁和钥匙一样相互契合。这些相互作用是非共价的和可逆的。有效的防御依赖于抗原的性质及其对抗体的反应。几个因素会影响抗原-抗体相互作用，例如：

• 异物程度——抗原的异物程度越高，宿主的免疫反应越强。

• 表位-抗原结合位点反应——抗原-抗体相互作用非常特异，取决于抗原表位与抗体结合部分（即抗原结合位点）之间的化学结构和反应性。

• 抗原的化学性质——物质的化学组成越复杂，其免疫原性越强。因此，杂聚合物比均聚合物更具免疫原性。

• 抗原的分子大小——通常，小于10,000 Da的抗原被认为是较差的抗原，需要与较大的分子结合以增强其免疫原性。

• 抗原和抗体的价——受体和配体（即抗体和抗原）的价越高，免疫反应越强。多个受体-配体相互作用增加了两种表面之间结合的强度。

• 亲和力——亲和力定义为抗体和抗原之间的结合强度。它取决于两个相互作用分子之间的立体化学相似性。抗体对抗原的亲和力越高，它们之间反应的稳定性就越高。

• 亲合力——亲合力是指多价抗体和抗原之间的整体结合强度。即使每个结合位点的亲和力较低，多价抗体和抗原之间多个同时发生的受体-配体相互作用的整体亲合力也可以弥补两种表面之间结合强度的不足。

• 抗原的物理形态——通常，颗粒状抗原会引发更强的反应。

• 抗原上表位的空间排列——当表位充分分离（即不重叠）时，更多的抗体可以结合到抗原上。但是，如果表位彼此非常靠近，则过多的抗体结合会导致空间位阻，并导致抗原-抗体复合物的稳定性降低。

结论

• 免疫学是研究机体防御疾病的科学分支。

• 抗原是可以与抗体特异性结合的物质。

• 抗原的免疫原性是其产生有效免疫反应的能力。

• 抗原-抗体相互作用取决于许多因素，包括抗原的化学性质、大小、价键和决定簇，以及抗原和抗体相互作用的亲和力和亲合力。

• 抗原的类型可能不同，这取决于它们的来源和免疫原性。

常见问题

Q1.佐剂是什么？

Ans.佐剂是非抗原性、非免疫原性的免疫增强剂，当添加到疫苗中时，可以增强疫苗的免疫原性，并产生针对疫苗的有效免疫反应。例如：弗氏完全佐剂、明矾等。

Q2.哪些因素会影响抗原-抗体相互作用的亲合力？

Ans.反应性抗体和抗原的亲和力和价键决定了相互作用的整体亲合力。亲和力和价键越高，两者之间的反应就越强。

Q3.交叉反应性是什么？

Ans.当针对特定抗原的特异性抗体或T细胞受体与具有相同或相似表位的多个抗原发生反应时，就会发生交叉反应性。

Q4.抗原-抗体相互作用的一些临床应用是什么？

Ans.抗原-抗体相互作用广泛用于实验室检测抗原。例如，凝集试验广泛用于实验室血液检测。用于检测细菌病原体、病毒等的ELISA试验也基于免疫复合物的形成。

Q5.抗原性和免疫原性有什么区别？

Ans.抗原性是指物质与抗体结合的能力。免疫原性是指抗原诱导免疫反应的能力，包括B细胞的激活。抗原性不能保证有效的免疫反应。因此，并非所有抗原都是免疫原，但所有免疫原都是抗原。例如，半抗原是抗原，但在没有与载体结合的情况下，无法产生有效的免疫反应。