第二节　抗原表位、表位分析和免疫原性

一、抗原的两大特性

根据现代抗原的概念，抗原具备2个基本特性，即免疫原性和抗原性。

1.免疫原性（immunogenicity）

免疫原性指抗原能刺激特定的适应性免疫细胞，使其活化、增殖、分化，最终产生免疫效应物质（即抗体和致敏淋巴细胞）的特性。

2.抗原性（antigenicity）

抗原性是指抗原分子能与免疫应答产物，即抗体或效应T细胞发生特异反应的特性，亦称为抗原的反应原性（reactivity）或免疫反应性（immunoreactivity）。它只涉及抗原分子与抗体分子或T细胞、B细胞的抗原受体（T cell receptor或B cell receptor，TCR/BCR）分子间的相互作用，即分子与分子间的相互作用。针对特定抗体或TCR/BCR，抗原分子只能通过有限的部位而非完整的抗原分子与抗体分子结合，该部位即免疫活性区，称为抗原决定簇或表位。因此，抗原表位是免疫应答和免疫反应具有特异性的物质基础。

二、抗原表位及其分析测定

抗体与抗原交互作用的位点被称为抗原表位，是抗原诱导特异性免疫应答的最小结构与功能单位。一般的抗原表位测定（epitope mapping）会利用一组单克隆抗体、竞争性ELISA，或直接结合至涵盖所有欲测定蛋白序列的多段人工合成缩氨酸。

（一）抗原表位的定义

抗原表位是抗原分子中决定其特异性的特殊化学基团，是与TCR/BCR或抗体特异结合的基本结构单位。组成蛋白抗原表位的氨基酸通常为5～15个，多糖残基或核苷酸也可组成抗原表位。

（二）抗原表位的类型

1.根据抗原表位的氨基酸排列和空间关系可分为构象表位和序列表位

构象抗原表位（conformation epitope）指短肽或多糖残基在空间上形成的特定构象，空间上相互接近的残基在排列上可不连续。序列抗原表位（sequential epitope）则是由连续性线性排列的氨基酸构成。随着蛋白质结构研究的进一步发展，也有学者提出杂交抗原表位（hybrid epitope）的概念，如一小段形成α螺旋的连续氨基酸残基上因二级结构而在空间上相互靠近形成的抗原表位。

2.根据相应的识别受体可分为T细胞抗原表位和B细胞抗原表位

T细胞抗原表位指能被TCR结合的抗原表位，必须由APC降解加工后通过MHC分子呈递才能被TCR识别，属于线性表位。B细胞抗原表位指能被BCR或B细胞分泌的抗体结合的抗原表位，既可以是构象表位，也可以是序列表位，多位于抗原分子的暴露部分，不需经过APC加工呈递即可激活B细胞。

（三）抗原表位分析方法

抗原表位测定是我们理解免疫分子识别的基础，同时也为疫苗和药物的设计提供基础。使用抗原表位而不是整个微生物或分离出的完整抗原进行疫苗接种可能更加安全，也更加有效。

欲测定抗原表位，须考虑此抗原表位的一般特性。一种抗原表位可由一条连续的氨基酸链组成，此结构称为线性或连续性抗原表位（linear or continuous epitope），此类抗原表位可以很容易地被鉴定出来；另一种抗原表位是由原始氨基酸链上不同位置的氨基酸组成，它是通过抗原自然状态下折叠而互相靠近所形成的表位，此类抗原表位称之为构象抗原表位或不连续性抗原表位（conformational or discontinuous epitopes），构象抗原表位较难鉴定（图2-2-1）。

以下介绍几种常用的抗原表位测定技术。

1.噬菌体呈现技术（phage display technology）

噬菌体呈现技术是目前最常用的抗原表位分析技术，该技术用感兴趣的抗体去捕获噬菌体多肽库表达出来的一系列缩氨酸（数量＞10⁹），噬菌体呈现的表位结构可选择性存留下来，未能与抗体结合的噬菌体则可被洗掉，而被抗体辨识的噬菌体随后则被筛选出并加以扩大，此扩大的过程称之为生物淘洗（biopanning），在数次生物淘洗后，序列分析此噬菌体的单股DNA，得到相同序列时则表示此段为可被抗体辨识的抗原表位。此方法可鉴定构象抗原表位。

2.标准抗原表位测定（classical epitope mapping）

拥有完整清楚的抗原cDNA，以小片段方式分别表达重组蛋白（recombinant protein）或融合蛋白（fusion protein），再利用不同的分析方法，如Western Blot分析或ELISA测定这些蛋白片段与血清之间的作用。

3.缩氨酸扫描技术（peptide scan technology）

该技术主要是将涵盖所有抗原氨基酸序列的缩氨酸合成于固体的表面，并与抗血清标定，此法可鉴定线性抗原表位。

随着结构生物学的发展，X线衍射、核磁共振以及质谱等技术手段有助于进一步揭示抗原表位的具体结构特征。

三、免疫原性

抗原的免疫原性是指抗原分子能诱导免疫应答的特性。它涉及抗原分子与免疫细胞间的相互作用，即抗原可以直接或经过抗原呈递细胞的加工、处理和呈递后，被T细胞或B细胞的受体识别。因此，抗原的免疫原性与抗原分子的化学性质相关，更与机体的免疫应答特性相关。抗原本身、宿主机体、抗原进入机体的方式以及佐剂的使用等因素都能影响抗原的免疫原性。

（一）抗原分子的理化性质

1.分子量大小

凡具有免疫原性的物质，分子量都较大，一般在10kDa以上，小于10kDa者呈弱免疫原性，低于4kDa者一般不具有免疫原性。

2.化学性质

大分子的蛋白质可含有大量不同的抗原决定簇，是良好的免疫原；多糖是重要的天然抗原，纯化多糖或糖蛋白、脂蛋白以及糖脂蛋白等复合物中的糖分子部分都具有免疫原性。正常情况下，脂质和细胞核成分如核酸分子、组蛋白等多无免疫原性，但在特定化学修饰后可具有免疫原性。

3.结构的复杂程度

结构复杂的蛋白质和多糖抗原免疫原性一般较强，反之则较弱。如由直链氨基酸组成的明胶虽然相对分子量达100kDa以上，但免疫原性很弱，而其在偶联2%的酪氨酸之后免疫原性则显著增强。

4.分子构象和可及性

同一种抗原在变性等条件下发生分子构象改变的同时，往往也失去了激活或结合原先克隆的免疫应答产物的能力；而抗原表位所处的位置不同，则会影响其与TCR/BCR结合的能力，影响抗原的免疫原性。

5.物理状态

一般而言，颗粒状态的抗原免疫原性强于溶解状态的抗原，聚合态的抗原免疫原性强于单体状态。

6.异物性

抗原与宿主的亲缘关系越远、分子结构差异越大，异物性就越强，免疫原性也相应更强。精子、脑组织等免疫豁免区的成分一旦逸出，也将被视作“非己”而呈现强大的免疫原性。

（二）宿主因素

1.遗传因素

个体遗传性对免疫应答具有重要作用，不同种属之间、同种属的不同个体间，针对同一抗原物质产生免疫应答的强弱程度存在明显差异。人类个体间的遗传差异与HLA复合体有关。

2.生理因素

宿主的年龄、性别、妊娠状态、健康、营养以及既往抗原接触史等因素，均会影响同一抗原物质在不同个体之间的免疫原性强弱。

（三）抗原进入机体的方式

抗原的剂量、途径、次数和频率等因素都会影响机体对其的反应。低剂量和高剂量都不易引起免疫应答，反而容易造成耐受。皮内注射、肌内注射的免疫应答往往强于皮下，腹膜腔和静脉注射诱导免疫应答的效果不佳，口服则易诱导耐受的形成。此外，抗原注射的次数、频率也要适当，强的免疫应答需要多次注射，但过于频繁的注射也易引发耐受。

（四）免疫佐剂

免疫佐剂（adjuvant）是先于抗原或同时与抗原混合后注射动物，可增强抗原的免疫原性，即起辅佐抗原作用的物质。同时，佐剂还能影响免疫应答的模式，如弗氏佐剂易诱导IgG类抗体的产生，明矾佐剂则易诱导IgE类抗体。