抗原的特异性是免疫学检测、诊断及防治的分子基础和理论依据,而决定抗原特异性的结构基础就是存在于抗原分子中的抗原表位(epitope)。
抗原表位是抗原分子中决定该抗原特异性的特殊化学基团,又称抗原决定基(antigenic determinant,AD),通常由5~15个氨基酸残基或5~7个多糖残基或核苷酸组成。抗原表位是抗原与T细胞或B细胞表面的抗原识别受体(TCR/BCR)及抗体特异性识别结合的基本结构单位。
抗原表位的性质、数目、位置和空间构象均可影响抗原的特异性。 抗原表位对抗原特异性的影响是通过人工结合抗原证实的。
实验方法简述如下:①将结构上相似的苯胺、间位氨基苯甲酸、间位氨基苯磺酸、间位氨基苯砷酸(均为半抗原)分别与同一种载体蛋白结合,组成人工结合抗原;②用人工结合抗原免疫动物,获得相应的免疫血清(抗体);③用免疫血清分别与上述已知半抗原进行反应。
实验结果显示:上述四种结构上仅有一个酸基不同的半抗原只能与相应免疫血清(抗体)结合,而不能与其他免疫血清结合,表明抗原表位的性质可影响抗原的特异性。 此外,类似的研究还发现,抗原表位的数目、位置和空间构象均可影响抗原的特异性。
根据抗原表位的空间结构特点可将其分为顺序表位(sequential epitope)和构象表位(conformational epitope)。顺序表位由肽链上一段序列相连续的线性氨基酸残基所构成,又称线性表位。 顺序表位存在于抗原分子的任意部位。构象表位由多肽或多糖链上空间位置相邻,而序列上不相连续的氨基酸或多糖残基所构成。
根据T、B细胞所识别的抗原表位不同,可将表位分为T细胞表位和B细胞表位。 由于T细胞表位需要抗原提呈细胞的加工提呈,所以只可以是线性表位,但无论在分子内部还是分子表面,均可被提呈而被T细胞识别。 B细胞表位可以直接被B细胞识别,所以构象表位和线性表位均可,但需要位于抗原分子的表面,否则由于位阻效应,BCR 识别不到,这些分子内部B细胞识别不到的表位称为隐蔽表位或无功能表位。
下图中1~4为线性表位,5为构象表位;1、3、4 为T细胞表位,2、5 为B细胞表位;2为B细胞的隐蔽表位,T细胞表位需要APC提呈均为功能表位。
一个抗原可具有一种或多种不同的抗原表位,一个抗原分子中能与相应抗体结合的抗原表位的总数称为抗原的抗体结合价,简称抗原结合价(antigenic valence)。 大多数天然抗原分子结构复杂,表面具有多种、多个抗原表位,为多价抗原。 有些抗原只有一个抗原表位,为单价抗原。
天然抗原通常有多种抗原表位,可刺激机体产生多种特异性抗体。 如果两种不同的抗原分子间具有相同或相似的抗原表位,那么这两种抗原刺激机体产生的抗体(抗血清),不仅能与诱导其产生的抗原发生特异性结合反应,而且还能与含有相同或相似抗原表位的其他抗原发生反应。
因此在免疫学中,将两种不同抗原分子之间具有的相同或相似的抗原表位称为共同抗原表位,含有共同抗原表位的抗原互称为共同抗原(common antigen)。一种抗原刺激机体产生的抗体,与具有共同抗原表位的其他抗原发生的反应,称为交叉反应(cross reaction)。
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