抗原與免疫學

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免疫學是研究機體防禦疾病的科學分支。免疫系統有效地保護機體免受干擾其正常功能的異物侵害。這些引發免疫反應的物質被稱為抗原。

抗原包括病原體，如細菌、真菌、原生動物和病毒，以及簡單的分子，如蛋白質和多糖。抗原與被稱為抗體的受體結合後會引發免疫反應，從而引發一系列反應，最終導致抗原的消除。抗原與抗體的這種反應非常特異，並取決於許多因素。讓我們詳細探討一下這些抗原的性質、結構及其與抗體的相互作用。

什麼是免疫學？

包括先天性和適應性免疫的免疫系統確保人體健康運作。但是，人體是如何防禦感染的呢？人體是如何預防疾病復發的呢？是什麼導致自身免疫性疾病的呢？疫苗是如何預防疾病的呢？免疫學為許多此類問題提供了答案。免疫學是研究免疫系統組成和功能的科學分支。換句話說，它是研究機體防禦外來入侵者的學科。它分為不同的分支，每個分支都處理疾病發展、抵抗力和治療的特定方面。

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什麼是抗原？

抗原（來自抗體生成物）通常被定義為引發機體免疫反應的異物。然而，從技術上講，抗原是任何與抗體（膜結合或可溶性）或T細胞受體特異性結合的物質。這些物質與免疫系統的特定受體結合後，透過克隆選擇引起免疫細胞增殖，並導致各種蛋白質的產生，例如細胞因子和補體系統蛋白。所有這些反應最終導致抗原從宿主機體中清除。抗原可以是多糖、蛋白質、脂質或核酸。抗原通常是分子量為10,000 Da或更大的大分子。

抗原性是指與抗原特異性受體結合的能力。物質的抗原性取決於分子的大小、其化學性質以及對宿主的異物程度等因素。

抗原的結構

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抗原可以由蛋白質、多糖，有時甚至脂質和核酸組成。抗原在其表面帶有抗原決定簇區域，稱為表位，其特異性地與抗體結合。

抗原的型別

• 基於對T細胞的依賴性

  • T細胞依賴性抗原——依賴輔助T細胞來刺激B細胞產生抗體的抗原。

    例如——蛋白質、多肽、半抗原等。

    T細胞非依賴性抗原——不需要輔助T細胞來刺激B細胞的抗原。它們比T細胞依賴性抗原更簡單。

• 基於其來源

  • 外源性抗原——這些是透過吸入、攝入、注射等途徑從外部來源進入體內的外來抗原。例如致病性細菌。

  • 內源性抗原——這些是來自體內的細菌或病毒抗原，例如病毒蛋白。

  • 自身抗原——這些抗原是內源性抗原，是機體自身的細胞或蛋白質，會引發針對自身的免疫反應。這些抗原會引發自身免疫性疾病。

• 基於免疫原性

  • 完全抗原——這些抗原可以自行產生免疫反應，通常較大。

  • 半抗原——這些是分子量低的物質，自身不具有免疫原性，但可以透過與載體分子結合而變得具有免疫原性。例如——青黴素、二硝基苯酚、氨基苯等。

抗原的特性

所有抗原都具有一些獨特的特性，這些特性決定了它們的抗原性，並且這些特性會引發宿主不同的免疫反應。

• 大多數引發免疫反應的抗原是透過不同途徑進入體內的外來物質。

• 抗原的化學組成——抗原可以具有不同的化學組成，包括多糖、蛋白質、脂質、核酸等。

• 抗原的大小——大多數抗原的分子量為10,000 Da或更大。

• 抗原決定簇——抗原在其表面具有獨特的結構，稱為表位。表位參與抗原與抗體的相互作用。

• 抗原的價——抗原表面存在的表位數量決定了它的價。如果只有一個表位，則該抗原被稱為單價。如果存在多個表位，則該抗原被稱為多價。

影響抗原-抗體相互作用的因素

抗原-抗體相互作用類似於酶-底物反應，因為它們非常特異，並且像鎖和鑰匙一樣相互契合。這些相互作用是非共價的和可逆的。有效的防禦依賴於抗原的性質及其對抗體的反應。幾個因素會影響抗原-抗體相互作用，例如：

• 異物程度——抗原的異物程度越高，宿主的免疫反應越強。

• 表位-抗原結合位點反應——抗原-抗體相互作用非常特異，取決於抗原表位與抗體結合部分（即抗原結合位點）之間的化學結構和反應性。

• 抗原的化學性質——物質的化學組成越複雜，其免疫原性越強。因此，雜聚合物比均聚合物更具免疫原性。

• 抗原的分子大小——通常，小於10,000 Da的抗原被認為是較差的抗原，需要與較大的分子結合以增強其免疫原性。

• 抗原和抗體的價——受體和配體（即抗體和抗原）的價越高，免疫反應越強。多個受體-配體相互作用增加了兩種表面之間結合的強度。

• 親和力——親和力定義為抗體和抗原之間的結合強度。它取決於兩個相互作用分子之間的立體化學相似性。抗體對抗原的親和力越高，它們之間反應的穩定性就越高。

• 親合力——親合力是指多價抗體和抗原之間的整體結合強度。即使每個結合位點的親和力較低，多價抗體和抗原之間多個同時發生的受體-配體相互作用的整體親合力也可以彌補兩種表面之間結合強度的不足。

• 抗原的物理形態——通常，顆粒狀抗原會引發更強的反應。

• 抗原上表位的空間排列——當表位充分分離（即不重疊）時，更多的抗體可以結合到抗原上。但是，如果表位彼此非常靠近，則過多的抗體結合會導致空間位阻，並導致抗原-抗體複合物的穩定性降低。

結論

• 免疫學是研究機體防禦疾病的科學分支。

• 抗原是可以與抗體特異性結合的物質。

• 抗原的免疫原性是其產生有效免疫反應的能力。

• 抗原-抗體相互作用取決於許多因素，包括抗原的化學性質、大小、價鍵和決定簇，以及抗原和抗體相互作用的親和力和親合力。

• 抗原的型別可能不同，這取決於它們的來源和免疫原性。

常見問題

Q1.佐劑是什麼？

Ans.佐劑是非抗原性、非免疫原性的免疫增強劑，當新增到疫苗中時，可以增強疫苗的免疫原性，併產生針對疫苗的有效免疫反應。例如：弗氏完全佐劑、明礬等。

Q2.哪些因素會影響抗原-抗體相互作用的親合力？

Ans.反應性抗體和抗原的親和力和價鍵決定了相互作用的整體親合力。親和力和價鍵越高，兩者之間的反應就越強。

Q3.交叉反應性是什麼？

Ans.當針對特定抗原的特異性抗體或T細胞受體與具有相同或相似表位的多個抗原發生反應時，就會發生交叉反應性。

Q4.抗原-抗體相互作用的一些臨床應用是什麼？

Ans.抗原-抗體相互作用廣泛用於實驗室檢測抗原。例如，凝集試驗廣泛用於實驗室血液檢測。用於檢測細菌病原體、病毒等的ELISA試驗也基於免疫複合物的形成。

Q5.抗原性和免疫原性有什麼區別？

Ans.抗原性是指物質與抗體結合的能力。免疫原性是指抗原誘導免疫反應的能力，包括B細胞的啟用。抗原性不能保證有效的免疫反應。因此，並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，但在沒有與載體結合的情況下，無法產生有效的免疫反應。