Антиген — чужеродная субстанция, способная при попадании в организм вызвать специфический иммунный ответ, направленный на ее удаление из организма.
«Антигены — это биологические тела и молекулы, несущие признаки чужеродной генетической информации» (Р.В. Петров).
Антигены (antibody generator) — это субстанции, которые при появлении в организме способны индуцировать выработку специфических клонов Т- и В-лимфоцитов, а также специфических антител.
Наиболее выраженными антигенными свойствами обладают белки. Однако углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды также могут быть антигенами, как самостоятельно, так и в комбинациях друг с другом.
В составе молекулы любого антигена имеется участок или несколько участков, распознаваемых иммунной системой и называемых антигенными детерминантами или эпитопами.
Антигенная детерминанта = эпитоп.
Таблица 1.1. Корреляция между молекулярной массой антигена и его валентностью (количеством эпитопов)
Антиген
Молекулярная масса
Валентность
Рибонуклеаза
13'600
3
Овальбумин кур
42'000
5
Апоферритин лошадей
465'000
26
Тироглобулин
700'000
40
Вирус кустистой карликовости томатов
8'000'000
90
Вирус табачной мозаики
40'000'000
650
Для белков характерны разнообразные эпитопы, находящиеся в составе одной и той же молекулы. Углеводам свойственны повторяющиеся антигенные детерминанты.
В белках различают линейные и конформационные эпитопы (рис. 1).
Рис. 1. Эпитопы, выявляемые антителами и Т-клетками
Линейные эпитопы: — построены непрерывной последовательностью аминокислотных остатков в составе полипептидной цепи;
— встречаются как на поверхности, так и внутри белковой молекулы.
Конформационные эпитопы: — построены из аминокислот, локализованных в разных частях полипептидной цепи, но стерически приближенных друг к другу;
— находятся только на поверхности белков.
Как линейные, так и конформационные эпитопы могут быть перекрывающимися, то есть аминокислоты, входящие в состав одной антигенной детерминанты, могут одновременно быть составляющей других детерминант.
По способу распознавания элементами иммунной системы антигенные детерминанты белков различаются на:
Т-клеточные антигенные детерминанты (эпитопы):
— распознаются Т-клеточными рецепторами;
— могут быть только линейными;
— локализуются как на поверхности, так и внутри белков.
В-клеточные антигенные детерминанты (эпитопы):
— распознаются активными центрами антител или В-клеточными рецепторами;
— могут быть как линейными, так и конформационными;
— локализуются только на поверхности белков.
Площадь В-клеточного эпитопа составляет 600-900 A² (ангстрем кв.). Протяженность полипептидной цепи, входящей в состав антигенной детерминанты, может достигать 22 аминокислотных остатков. У углеводов в состав детерминанты входит примерно 6 моносахаридных остатков.
Признаки антигенов: — чужеродность;
— антигенность;
— иммуногенность;
— специфичность.
Чужеродность — наличие признаков чужеродной генетической информации. Замена одной аминокислоты в составе белка делает его чужеродным для данного организма и превращает в чужеродный антиген.
Антигенность — определяется способностью вещества вызывать реакцию иммунной системы. То есть антигенность — мера антигенного качества — способность вызывать образование специфических клонов Т- и В-лимфоцитов с последующим формированием гуморального и клеточного иммунитета.
Иммуногенность — способность чужеродных соединений включать многообразие механизмов, необходимых для реализации выраженного иммунного ответа.
Все молекулы, обладающие иммуногенностью, обладают свойством антигенности. Но не все молекулы, обладающие антигенностью, иммуногены.
Гаптен обладает антигенностью, но сам по себе не иммуногенен (неполный антиген). Гаптены не в состоянии самостоятельно вызвать иммунный ответ при введении в организм, но взаимодействуют с готовыми антителами. Гаптен чужероден, обладает антигенностью, но иммуногенен только при химической сшивке с крупными белками (рис. 2). Гаптен специфичен. Классический пример — динитрофенол.
Важнейшим свойством, определяющим иммуногенность антигенов, является размер молекулы. С повышением молекулярной массы полимерных молекул повышается их иммуногенность. Для белков пороговый размер молекулы, определяющий появление иммуногенности, — 7-10 аминокислот. Это количество аминокислот, позволяющее сформировать альфа-спираль.
Иммуногенность растет с повышением количества повторяющихся антигенных детерминант в составе антигена.
Иммуногенность зависит от жесткости структуры антигена, то есть способности сохранять достаточно определенную структуру, детали которой являются объектами антигенраспознающих рецепторов лимфоцитов.
Иммуногены только полипептиды, построенные из L-аминокислот. Полимеры, построенные из не встречающихся в природе D-аминокислот, не иммуногены. Это связано с невозможностью деградации (процессинга) таких полимеров имеющимися в клетках протеолитическими ферментами.
Иммуногенность одного и того же антигена зависит от генотипа и может различаться у индивидуумов, имеющих разные отельные варианты генов главного комплекса системы гистосовместимости. Специфичность — антигенные особенности, благодаря которым антигены отличаются друг от друга.
Различают следующие типы антигенной специфичности:
1. Видовая специфичность. Это специфичность, благодаря которой представители одного вида антигенно отличаются от особей другого вида. Видовая специфичность служит одним из защитных факторов, обеспечивающих сохранение вида. Отличие белков одного вида от белков другого вида (микроорганизмов, вирусов или паразитов) приводит к развитию полноценных иммунологических механизмов, направленных на элиминацию генетически чужеродных агентов.
Рис. 2. Полные и неполные антигены
Относительность понятия «антиген» заключается в том, что белок или другое вещество может быть для одного организма чужеродным антигеном, а для другого своей собственной молекулой, на которую в норме иммунного ответа не формируется. 2. Групповая специфичность. Это иммунологическая специфичность, которая обусловливает различия среди особей одного вида организмов. С общебиологической точки зрения поддерживает индивидуальность организма. Набор специфических групповых антигенов является индивидуальным «молекулярным паспортом» организма, отличающим его от других особей. Антигены, благодаря которым различные особи или группы особей животных одного вида различаются между собой, называются изоантигенами или аллоантигенами. Примерами служат антигены главного комплекса гистосовместимости и антигены групп крови. Каждый индивидуум имеет не менее 12 аллельных вариантов антигенов главного комплекса гистосовместимости из 2000 вариантов, известных в настоящее время и характеризующих популяционное биоразнообразие. Вероятность встречи с индивидуумом, имеющим такой же набор аллоантигенов гистосовместимости, астрономически мала.
Таблица 1.2. Основные групповые антигены крови человека
Структура углеводного антигена
Группа крови
Антитела
Примечания
GlcNac-Gal-Fuc
0(I)
Anti-A, anti-B
Универсальный донор (лишен антигенов А и В)
А (II)
Anti-B
В (III)
Anti-A
A + B
AB (IV)
нет
Универсальный реципиент (нет антител к антигенам А и В)
Типоспецифичность — понятие аналогичное предыдущему, но применяемое чаще к различным видам бактерий. Например, пневмококки делятся на различные серотипы по своим полисахаридным антигенам, возбудитель ботулизма — по иммунологическим свойствам синтезируемого токсина. 3. Стадиоспецифичность. Это антигенная специфичность, которая обусловливает иммунологические различия между органами и тканями в процессе онтогенеза. На разных стадиях эмбриогенеза животных в их тканях обнаруживаются антигены, которых не было на предыдущих стадиях развития или нет в тканях здоровых особей данного вида. Стадиоспецифичность связана с последовательной экспрессией на разных стадиях развития генов, кодирующих белки, выполняющие специфические для эмбриогенеза функции. Примером служат раково-эмбриональный антиген и альфа-фетопротеин. Они отсутствуют в здоровом взрослом организме человека, но имеются на определенных стадиях эмбриогенеза и при опухолях некоторых внутренних органов.
Большинство природных антигенов являются тимусзависимыми. Это означает, что полноценный иммунный ответ на такие антигены возможен только при участии тимуса, в котором созревают Т-лимфоциты. Характерной особенностью строения тимусзависимых антигенов является отсутствие в их структуре повторяющихся эпитопов, что характерно, в первую очередь, для глобулярных белков.
Особую группу антигенов представляют собой тимуснезависимые антигены. Гуморальный иммунный ответ на них происходит без участия Т-лимфоцитов. Тимуснезависимые антигены характеризуются наличием в их структуре многократно повторяющихся эпитопов. Антигены этой группы относятся к полисахаридам или крупным белковым комплексам, построенным из мономеров.
Примеры тимуснезависимых антигенов:
— О-антиген Salmonella thyphimurium (поверхностный, сложно устроенный полисахаридный антиген тела бактериальной клетки);
— Н-антиген Salmonella thyphimurium (бактериальный жгутик, построенный из мономеров, представляющих собой белок флагеллин).
Тимуснезависимые белковые антигены могут превращаться в тимусзависимые. Так, бактериальный жгутик может диссоциировать на составляющие его молекулы флагеллина, которые представляют собой тимусзависимый антиген. Полимеризация флагеллина с образованием бактериального жгутика опять приводит к формированию тимуснезависимого антигена. Дифференцировочные антигены — выявляемые иммунологическими методами белки и другие соединения, возникающие на разных этапах дифференцировки клеток, органов и тканей. Дифференцировочные антигены иммунной системы обозначаются аббревиатурой CD (claster of differentiation) с последующей цифрой согласно международной классификации. В настоящее время идентифицировано 247 дифференцировочных антигенов. Примерами могут служить CD3 антиген, свойственный Т-лимфоцитам, CD19 антиген, характерный для В-лимфоцитов, и CD14 антиген моноцитов. Все эти антигены являются мембранными гликопротеинами и выполняют важную роль в осуществлении иммунного ответа. Многие дифференцировочные антигены являются стадиоспецифическими или линияспецифическими (характерными для какой-либо линии клеток).
