第二章 抗原
第一节 抗原的定义和分类
一、抗原的定义及性质
（一）抗原的定义
在免疫学发展的早期，人们用细菌或其外毒素注射动物，经过一段时间后，实验证明在其血清中存在一种能够使细菌发生特异性凝集反应的物质，称之为凝集素，它能够特异性中和外毒素，又称之为抗毒素。人们将能刺激机体产生凝集素或抗毒素的物质统称为抗原（antigen，Ag），将血清中这种具有特异性反应的物质统称为抗体（antibody，Ab）。
随着免疫学的发展，抗原的概念也在不断完善、明确。现代免疫学将能够启动、激发和诱导机体免疫应答的物质统称为免疫原（immunogen）。再根据所启动的免疫应答形式，分为启动和诱导固有免疫应答的固有分子模式（innate molecular pattern，IMP）和能够激活T淋巴细胞、B淋巴细胞产生适应性免疫应答并与应答产物起反应的固有免疫原（innagen，INg）。只能与适应性免疫应答产物发生反应，但无法独立激发适应性免疫应答的物质也归入抗原，称之为半抗原。
（二）抗原的性质
要充分理解抗原的概念，就必须了解抗原的性质。抗原具有异物性、特异性和大分子性。
1.异物性
指抗原被宿主免疫系统认定为“非己”，常是由于其化学结构与宿主自身成分的物质结构有较大不同，但也可以是宿主免疫细胞在发育过程中未曾接触到的自身表达成分。正常情况下，自身组织和细胞不引起免疫应答，只有异种物质才能诱导机体产生免疫应答。所以，异物性是一种物质成为抗原的重要条件。抗原可以是进入机体内的外来物质，如细菌、病毒、花粉等；也可以是不同物种间的物质，如马的血清进入兔子体内，马血清中的许多蛋白质就成为兔子的抗原物质。同种异体间的物质也可以成为抗原，如通过输血、移植等方式接触到的异体抗原物质。自己体内的某些隔绝成分也可以成为抗原，如眼睛晶状体蛋白质、精细胞和甲状腺球蛋白等，这些成分一旦与成熟的免疫系统接触，也将被视作“非己”成分。
2.特异性
特异性指正常情况下一种抗原只能诱导特定克隆的淋巴细胞发生应答，也指一种抗原只能与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合。抗原的特异性与其蛋白分子中的氨基酸种类、排列顺序、特殊基团和空间构型等因素有关，甚至与其电荷性质及亲水性也有关系。由于在一定条件下，免疫系统对抗原的识别仅局限于其中的一个部分，因而其特异性不是平均地取决于整个分子，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，这称为表位或抗原决定簇。由于对应免疫应答产物的不同，一个抗原分子上可有一种或多种抗原表位。抗原通过抗原决定簇与相应淋巴细胞的抗原受体结合而激活淋巴细胞引起免疫应答。换言之，淋巴细胞表面的抗原识别受体通过识别抗原决定簇而区分“自身”与“非己”。
3.大分子性
大分子性并不是绝对的，它反映了相对分子量对抗原免疫原性的影响。它是指构成抗原的物质的相对分子量通常大于10kDa。大分子物质能够较长时间停留在机体内，有足够的时间和免疫细胞（主要是巨噬细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞）接触，引起免疫细胞做出反应。同时，大分子物质通常含有较多的抗原表位，对淋巴细胞具有更强的激活效应。如果外来物质是小分子物质，将很快被机体清除，而没有机会与免疫细胞接触。大分子蛋白质经水解后成为小分子物质，就失去了免疫原性。
二、抗原的分类
按照不同的分类依据，抗原可以被划分为多个不同种类。
（一）根据抗原能否激发机体适应性免疫应答分类
1.完全抗原（complete antigen）
完全抗原是具有免疫原性（immunogenicity）和免疫反应性（immunoreactivity）的物质，如病原体、异种动物血清等。
2.不完全抗原/半抗原（hapten）
半抗原是仅有免疫反应性，缺乏免疫原性的物质，如青霉素、磺胺等。半抗原没有免疫原性，不会引起免疫反应。但在某些特殊情况下，如果半抗原和大分子蛋白结合，就能获得免疫原性而变成完全抗原。例如，在青霉素进入体内后，如果其降解产物和组织蛋白结合，就获得了免疫原性，并刺激免疫系统产生抗青霉素抗体。当青霉素再次注射入人体内时，抗青霉素抗体立即与青霉素结合，产生病理性免疫反应，出现皮疹或过敏性休克，甚至危及生命，这就是青霉素过敏反应产生的物质基础。
（二）根据抗原来源与机体亲缘关系分类
1.嗜异性抗原（heterophilic antigens）
嗜异性抗原是存在于人、动物、植物和微生物等不同种属之间的共同抗原，又称Forssman抗原，如可造成肾小球肾炎的溶血性链球菌表面成分。
2.异种抗原（xenogenic antigen）
异种抗原是来自另一物种的抗原，如微生物及其代谢产物、异种血清等。从生物进化过程来看，异种动物间的血缘关系越远，则免疫原性越强。如马破伤风免疫球蛋白，虽然是一种预防性的抗毒素，但对人体来说仍是异种抗原，存在引发超敏反应的风险。
3.同种异型抗原（allogenic antigen）
同种异型抗原又称同种异体抗原或同种抗原，是来自同种系而基因型不同个体的抗原。如人类血型抗原、主要组织相容性抗原等。
4.自身抗原（autoantigen）
自身抗原是能引起自身免疫应答的自身组织成分。自身物质一般不具免疫原性，体现为自身耐受。然而，有些物质如眼晶状体蛋白、精子等隐蔽的自身成分在正常情况下与免疫系统是隔绝的，一旦屏障遭到破坏，这些物质进入血流，与免疫活性细胞接触而成为自身抗原异物。另外，自身物质在外伤、感染、药物和放射线的影响下，其理化性质发生质的改变，也可成为具有免疫原性的抗原物质。
（三）根据抗体产生时是否需要Th细胞参与分类
1.胸腺依赖性抗原（thymus dependent antigen，TD-Ag）
胸腺依赖性抗原是需要Th细胞的辅助才能刺激B细胞产生抗体的抗原。病原微生物、血清蛋白、肿瘤细胞等蛋白质抗原，均属TD-Ag。
2.胸腺非依赖性抗原（thymus independent antigen，TI-Ag）
胸腺非依赖性抗原是不需Th细胞的辅助即可刺激B细胞产生抗体的抗原。其可再细分为TI-1Ag和TI-2Ag，前者指既有抗原表位又有B细胞丝裂原特性的抗原，如细菌脂多糖等，能够非特异性激活多个B细胞克隆。后者则指携带多个重复的B细胞表位从而交联B细胞受体的抗原，如聚合鞭毛素等，可刺激成熟B细胞的应答。
（四）根据抗原是否在抗原呈递细胞内合成分类
1.内源性抗原
在抗原呈递细胞（antigen presenting cell，APC）内新合成的抗原，如病毒感染后表达的抗原、肿瘤细胞异常表达的肿瘤抗原等。这些抗原被APC加工后经MHC Ⅰ类分子呈递给CD8+ T细胞。
2.外源性抗原
不是由APC合成而是来源于APC外的抗原。该种抗原可来源于细菌等外来异物，也可来源于机体自身细胞的异常表达产物，被APC内吞、加工后由MHC Ⅱ类分子呈递给CD4+ T细胞。
（五）其他分类方法
1.按化学性质分类
蛋白质抗原、多糖抗原等。
2.按抗原的获取方式分类
天然抗原、人工抗原。
3.按抗原诱发免疫应答的作用方式分类
移植抗原、肿瘤抗原、变应原（allergen）、耐受原（tolerogen）等。
4.按抗原溶解性分类
颗粒型抗原，是具有明显颗粒形态的抗原；可溶性抗原，是一些蛋白质抗原。