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抗原（antigen，Ag）是指能被T淋巴细胞、B淋巴细胞表面抗原受体（TCR/BCR）特异性识别及结合，诱导免疫系统产生特异性免疫应答，并能与相应免疫应答产物（抗体或致敏淋巴细胞）在体内外发生特异性结合的物质。抗原可来自外界或自身，蛋白质是机体免疫细胞识别的最常见抗原。
因此，抗原具有两种基本特性：一是免疫原性（immunogenicity），指抗原能诱导机体产生特异性抗体和（或）致敏淋巴细胞的特性；二是免疫反应性（immunoreactivity），即抗原能与相应免疫应答产物[抗体和（或）致敏淋巴细胞]发生特异结合反应的特性，又称为抗原性（antigenicity）。同时具有免疫原性和免疫反应性的物质称为完全抗原（complete antigen），大多数蛋白质、细菌、病毒、动物血清等均属于完全抗原。仅具有免疫反应性而不具有免疫原性的物质称为半抗原（hapten）或不完全抗原（incomplete antigen），大多数多糖、类脂、核酸、药物以及其他小分子化学物质均属于半抗原。半抗原若与蛋白质载体（carrier）结合即成为完全抗原，获得免疫原性。
抗原能否诱导机体产生特异性免疫反应，主要与其本身性质、机体因素以及进入机体方式有关。
异物性是作为抗原的首要条件。化学结构与宿主自身成分相异或机体免疫细胞在胚胎期未与之接触过的物质均被视为异物。主要包括三类：①异种物质：来源于不同种属之间，抗原与机体之间的亲缘关系越远，组织结构的差异越大，其免疫原性就越强。异种蛋白质、各种微生物及其代谢产物，对人体均属异种物质，具有较强的免疫原性。②同种异体物质：高等动物同种不同个体间存在的组织成分的化学结构差异。③自身成分：在外伤、感染、电离辐射、药物等影响下，隐蔽性的自身成分（精子、脑组织、眼晶状体蛋白等）或结构发生改变的自身成分进入血流，可被机体视为异物。
一般来说，天然大分子蛋白质、糖蛋白和脂蛋白免疫原性强，多糖和多肽有一定的免疫原性，单糖、脂类、核酸免疫原性很弱或无免疫原性，但与蛋白质载体连接后则可刺激机体产生抗体。
通常分子量越大，其表面抗原表位越多，免疫原性越强。大于 100kD的抗原为强抗原，小于10kD的抗原通常免疫原性较弱，小于5kD的物质一般无免疫原性。
大分子有机物质并不一定都具有良好的免疫原性，结构的复杂程度与免疫原性强弱关系密切。如分子量100kD的明胶主要由直链氨基酸组成，缺乏苯环氨基酸，免疫原性很弱，若在明胶分子中连接2%的酪氨酸或苯丙氨酸，则免疫原性明显增强。胰岛素分子量为5.7kD，其序列中含有芳香族氨基酸，其免疫原性较强。
分子构象是指抗原的三维立体结构，它决定该抗原能否与相应淋巴细胞表面的抗原受体互相吻合，从而启动免疫应答。在天然状态下可诱生特异性抗体的某些抗原，变性后随着构象改变而失去诱生同样抗体的能力。
易接近性是指抗原特定分子与相应淋巴细胞表面抗原受体相互接触的难易程度。如图2-1所示，特定氨基酸残基所在侧链的位置和间距变化，都会改变与淋巴细胞表面抗原受体的可接近性，越易接近，免疫原性越强。
图2-1 抗原氨基酸残基的位置和间距与免疫原性的关系
一般聚合状态的蛋白质免疫原性强于单体；颗粒性抗原免疫原性强于可溶性抗原；环状结构的蛋白质免疫原性强于直链结构的蛋白质。因此，可将免疫原性弱的物质吸附在某些大颗粒表面以增强其免疫原性。
机体对抗原的应答能力受遗传因素的控制。在诸多遗传因素中，主要组织相容性复合体（MHC）是涉及免疫应答质和量的关键因素（见第七章）。实验研究表明，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。可见，个体遗传基因不同，对同一抗原的免疫应答与否及应答的程度不同。
一般而言，青壮年个体比幼年和老年个体对抗原的应答能力强；新生儿或婴儿由于B细胞尚未成熟，对多糖类抗原不应答，故易发生细菌感染；雌性比雄性动物抗体生成高，但妊娠期应答能力受到显著抑制；感染或免疫抑制剂都能干扰和抑制免疫系统对抗原的应答。
抗原进入机体的剂量、途径、间隔时间、次数和佐剂均可影响机体对抗原的应答。一般来说抗原剂量太低和太高均易诱导免疫耐受，适量抗原引起免疫应答；皮内途径最易诱导免疫应答，然后是皮下、肌肉、腹腔、静脉途径，口服途径易诱导免疫耐受。注射间隔1～2周可诱导免疫应答，频繁注射抗原易诱导耐受。
预防接种时加佐剂可增强疫苗的免疫效果。免疫佐剂（immunoadjuvant）是指先于抗原或与抗原同时进入机体，可增强机体对该抗原的特异性免疫应答或改变免疫应答类型的非特异性免疫增强物质，简称为佐剂（adjuvant）。
抗原特异性（antigenic specificity）是适应性免疫应答最重要的特点，也是免疫学诊断与防治的理论依据。抗原的特异性表现在两个方面，即免疫原性的特异性和免疫反应性的特异性。前者是指某一特定抗原只能激发机体产生针对该抗原的特异性抗体和（或）效应T淋巴细胞，后者是指某一特定抗原只能与其刺激产生的相应抗体和（或）效应T淋巴细胞特异性结合。决定抗原特异性的物质基础是抗原分子中的抗原表位。
抗原分子中决定抗原特异性的特殊化学基团，称为抗原表位（antigen epitope），又称抗原决定基（antigenic determinant，AD）。通常情况下由5～17个氨基酸残基或5～7个多糖残基或核苷酸组成。通过抗原表位与相应淋巴细胞表面的抗原受体结合，启动特异性免疫应答，也借表位与相应抗体发生特异性结合而发挥免疫效应。因此，抗原表位是T/B细胞表面TCR/BCR和抗体特异性识别结合的基本结构单位。
抗原分子表面能与抗体结合的表位总数称为抗原结合价（antigenic valence）。多数天然抗原分子结构十分复杂，分子表面携带多个抗原表位，属多价抗原；半抗原相当于一个抗原表位，为单价抗原。
根据抗原表位的结构特点，可将其分为顺序表位（sequential epitope）和构象表位（conformational epitope）；根据淋巴细胞识别抗原表位的不同，可将其分为T细胞表位和B细胞表位。
图2-2 抗原分子中的表位示意图
顺序表位又称线性表位（linear epitope），是一段连续线性排列的氨基酸。线性表位存在于抗原分子的任意部位。构象表位又称非线性表位（non-linear epitope），是序列上不连续、空间上形成特定的构象（图2-2）。
免疫应答过程中，T细胞的抗原受体和B细胞的抗原受体所识别的表位各有不同特点，分别被称为T细胞表位和B细胞表位。T细胞表位多为线性表位，可存在于抗原物质的任何部位，抗原须经抗原提呈细胞加工、处理后才能被T细胞识别。B细胞表位可为线性或构象性表位，多位于抗原表面，可直接被B细胞识别。表2-1是T细胞表位和B细胞表位特性比较。
表2-1 T细胞表位和B细胞表位的特性比较
B细胞和抗体直接识别结合的位于抗原表面的表位称功能性抗原表位；而位于抗原分子内部不能被B细胞或抗体识别结合的线性表位，称为隐蔽性抗原表位。隐蔽性抗原表位可因理化因素而暴露于抗原分子表面成为功能性抗原表位，或抗原因酶解/修饰而产生新的功能性抗原表位，该表位有可能作为自身抗原诱发自身免疫性疾病。
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疫苗研制新策略：筛选免疫效应靶分子获得抗原片段已成为当代疫苗设计的关键技术，抗原表位已成设计疫苗所考虑的基本问题。目前已能有效地分析病原体抗原结构中的B细胞表位和T细胞表位，为疫苗设计提供了基础。制备表位疫苗的关键是要确定出可被免疫细胞识别的特异性多肽，因此表位的鉴定是构建表位疫苗的第一步。鉴定表位常用的方法有：①酶解法；②用噬菌体显示肽库技术筛选模拟表位；③洗脱法：将表位从MHC分子或单抗上洗脱下来，进行测序；④合成重叠肽法：合成重叠肽法的优点是覆盖面广，漏筛的可能性小，但工作量大，花费较高；⑤用计算机软件分析整个基因组，将预测获得的候选表位肽再用实验方法验证，能够快速准确的鉴定出抗原表位。
将两种具有相同或相似抗原表位的不同抗原称为共同抗原（common antigen）或交叉抗原（cross antigen）。人与微生物间存在的共同抗原可能与某些免疫性疾病的发生有关。抗原（或抗体）除与其相应抗体（或抗原）发生特异性反应外，有时还可与其他抗体（或抗原）发生反应，称为交叉反应（cross reaction）。交叉反应本质上是构型相同的抗原表位与相应抗体的特异性反应。
交叉反应不仅在两种抗原表位完全相同时发生，也可在两种抗原表位相似的情况下发生，即一个表位的相应抗体，也可与构型相似表位发生交叉反应，此时由于两者间并不完全吻合，其结合力相对较弱（图2-3）。因此，交叉反应对免疫学诊断可能造成判断上的混乱。但另一方面，临床上也常借助交叉反应检测某些病原体。
图2-3 共同表位与交叉反应示意图
在研究人工抗原中，作为简单有机化学分子的半抗原，无免疫原性，不能诱导B细胞产生抗体。若将半抗原与蛋白载体偶联后，除了半抗原表位外，增加了蛋白质载体本身的抗原表位，此时免疫动物可获得针对半抗原表位的特异性抗体。其机制是在免疫应答中，B细胞识别半抗原表位，并将载体表位提呈给T细胞使之活化，活化的T细胞能辅助B细胞活化产生针对半抗原的抗体，因此，在初次与再次免疫时，半抗原须结合在相同载体上，才能增强产生抗半抗原的抗体，此现象即半抗原-载体效应。
正是通过人工结合抗原（半抗原-载体复合物）证实了抗原表位对抗原特异性有重要影响，化学基团的性质、数目、位置均可影响免疫原性（表2-2～表2-4）。
表2-2 不同化学基团对抗原特异性的影响
表2-3 羧基空间位置对抗原特异性的影响
表2-4 化学基团立体构象对抗原特异性的影响
问题与思考
为什么青霉素等化学药物与载体结合后可获得免疫原性？