免疫原刺激机体产生免疫应答的特性与其自身理化性质、进入机体方式,以及机体的生物学特性等有关。目前对影响固有分子模式免疫原性因素的研究还处于初始阶段。
识别固有分子模式(IMP)的受体可包括Toll样受体家族(toll-like receptor,TLR);识别RNA的受体家族,如RIG-I、MDA-5;识别DNA的受体家族,如DNA依赖的干扰素调节因子激活物(DNA dependent activator of IFN-regulatory factor,DAI);识别肽聚糖的核苷酸结合寡聚化结构域样受体家族[nucleotide-binding oligomerization domain(NOD)-like receptor,NLR];C类凝集素家族及其他无法归类的模式识别受体。关于这些家族成员识别相应配体的结构基础,尚有许多空白点值得研究,还无法对影响IMP免疫原性的关键结构进行归纳。
目前,发现某些核酸类IMP的免疫原性与核酸长度及化学修饰有关,如病毒RNA的免疫原性主要取决于RNA的长度及5’端的三磷酸修饰特性。短dsRNA和5’磷酸化ssRNA多由胞质内RIG样受体识别,而长dsRNA由胞质内感受器MDA5识别,通过IPS-1激活NF-κB通路和IRF-3通路,引起Ⅰ型干扰素分泌(图3-5)。对于自身dsDNA来说,低甲基化修饰和凋亡DNA片段与其免疫原性密切相关。
抗原分子的免疫原性受到自身理化性质、机体的生物学特性及抗原进入机体的方式三方面的影响。
抗原与机体之间亲缘关系越远,组织结构差异越大,异物性越强,其免疫原性就越强。灵长类动物的组织成分对人是弱抗原,而对啮齿动物则多为强抗原。异物性不仅存在于不同种属之间,如各种病原体、动物蛋白制剂等对人异物性较强,为强抗原;也存在于同种异体之间,如同种异体之间MHC分子差别很大,同样具有强免疫原性。发生改变的自身成分,或胚胎期未接触免疫活性细胞而未能诱导特异性免疫耐受的自身组织成分,如精子、脑组织和眼晶状体等,一旦因外伤溢出,与免疫细胞接触后,可诱导很强的免疫应答。
图3-5 病毒RNA诱导Ⅰ型干扰素分泌
天然抗原多为大分子有机物。蛋白质一般是良好抗原。糖蛋白、脂蛋白和脂多糖都具有免疫原性。脂类和哺乳动物的细胞核成分如DNA、组蛋白一般没有免疫原性。但组织细胞、肿瘤细胞或免疫细胞在过度活化并凋亡时,其染色质、DNA和组蛋白发生化学修饰等变化则具备免疫原性,可诱导相应自身抗体的产生。
分子量通常需要在10kD以上,且分子量越大,抗原表位越多。大于100kD的抗原为强抗原。
分子量大小并非决定免疫原性的绝对因素。明胶分子量为100kD,但由直链氨基酸组成,缺乏苯环氨基酸,稳定性差,免疫原性弱。明胶分子偶联2%酪氨酸后免疫原性大大增强。胰岛素分子量仅为5.7kD,但其序列中含有芳香族氨基酸,因此免疫原性较强。
某些抗原分子在天然状态下可诱生特异性抗体,但经变性使构象改变后,失去了诱生抗体的能力,这是由于构象表位丢失的缘故。抗原分子的空间构象很大程度影响其诱导抗体产生的活性。
抗原表位中所含有化学基团的数目、位置和空间构象都影响抗原表位的免疫原性和反应原性。例如,虽然氨苯磺酸、氨苯砷酸和氨苯甲酸在结构上相似,仅有一个有机酸的差异,但它们可各自诱生特异性抗体。抗氨苯磺酸抗体仅与氨苯磺酸发生强烈结合,对结构相似的氨苯砷酸和氨苯甲酸只发生中等和弱反应(表3-4),表明化学基团的性质决定抗原表位的特性。另外,即使均为氨苯磺酸,抗间位氨苯磺酸抗体只对间位苯磺酸产生强反应,对邻位氨苯磺酸和对位氨苯磺酸仅呈弱或无反应,表明化学基团的空间位置决定了抗原表位的特性。值得一提的是,抗右旋、抗左旋和抗消旋酒石酸抗体仅对相应旋光性的酒石酸起反应,说明空间构象对抗原表位的特性同样有影响。
指抗原表位被淋巴细胞抗原受体所接近的程度。抗原分子中氨基酸残基所处侧链位置的不同可影响抗原与BCR及抗体的结合,从而影响抗原的免疫原性。
一般聚合状态蛋白质较其单体有更强的免疫原性;颗粒性抗原的免疫原性强于可溶性抗原。因此可将免疫原性弱的物质吸附于颗粒表面,增强其免疫原性。
不同遗传背景的个体对特定抗原的应答能力不同。对某一抗原呈高反应的小鼠品系对其他抗原可能呈低反应性,且不同品系小鼠对同一抗原的反应性也不同。如90%以上强直性脊柱炎患者携带HLA-B27抗原;多糖抗原对人和小鼠具有免疫原性,对豚鼠则无免疫原性。机体对抗原的应答能力受遗传控制,而MHC基因是调控抗原特异性免疫应答质和量的关键分子。
表3-4 化学基团的性质及位置对抗原表位特性的影响
新生动物或婴儿对细菌多糖类抗原不应答,故易引起细菌感染。通常青壮年比幼年和老年机体对抗原的免疫应答强,雌性比雄性机体抗体产生水平高,但怀孕机体的应答能力受到抑制。
HIV病毒感染者的免疫功能下降和缺失。肿瘤、白血病、肝纤维化患者免疫功能低下。使用免疫抑制剂的移植个体免疫功能低下。
抗原的剂量是影响免疫原性的重要因素。剂量太高和太低均容易诱导耐受。抗原注射间隔时间要适当,过于频繁的免疫次数易诱导免疫耐受。
抗原进入机体的途径影响免疫应答的效果。一般来说,皮内注射和肌内注射易诱导免疫应答,皮下免疫次之,而腹腔注射和静脉注射效果差,口服抗原易诱导免疫耐受。
抗原免疫时添加佐剂不仅增强免疫应答的效果,还可改变免疫应答的类型。弗氏佐剂主要诱导IgG类抗体,而明矾佐剂则易诱导IgE类抗体产生。