Познание мира

1. Антиген — это вещество или элемент, способный вызывать иммунный ответ. Антигены — это чужеродные вещества, и они, как известно, провоцируют иммунную систему на выработку белков, известных как антитела, которые действуют на эти антигены, выводя их из организма хозяина.
2. Антигены являются чужеродными, что означает, что они попадают в организм посредством определенных механизмов, таких как патогенные инфекции, канцерогенные элементы, индуцированные иммунные реакции и т. д.
3. В качестве чужеродных элементов антигенами могут быть белки, липополисахариды, гликопротеины или нуклеопротеины.
4. Иммунная система человеческого тела предназначена для распознавания и различения элементов с помощью сложного механизма распознавания. При распознавании чужеродных элементов, не являющихся собственными, затем вызывает иммунные механизмы для устранения антигенов.
5. Иногда это определяет антиген как иммуноген, который представляет собой вещество, которое обладает способностью индуцировать иммуногенность, то есть способностью вызывать иммунный ответ.
6. Кроме того, некоторые антигены являются самоиндуцированными антигенами, поэтому иммунная система реагирует соответствующим образом, устраняя как собственные, так и чужие антигены.
7. Большинство антигенов представляют собой большие сложные молекулы с молекулярной массой, обычно превышающей примерно 10 000. Способность молекулы действовать как антиген зависит от ее размера и структурной сложности.
8. Однако некоторые антигены недостаточно велики или сложны, чтобы только вызвать иммунный ответ. Некоторые из них очень маленькие, и они должны быть связаны с более крупной молекулой-носителем, чтобы их можно было распознать и вызвать иммунный ответ против них. Эти небольшие антигены известны как гаптен.
9. Гаптены должны быть связаны с белком-носителем, чтобы антитела могли вызываться против них, а организм вызывал иммунный ответ Т-клеток.
10. Конъюгация гаптена с белком-носителем делает гаптен иммуногенным, что означает, что он может распознаваться, процессироваться и представляться конкретным Т-клеткам для удаления.
11. Когда может быть вызван иммунный ответ, продуцирующий лимфоциты (В-клетки и Т-клетки), ответ может быть против гаптена или белка-носителя.
12. Распознавание антигенов иммунными ответами также определяется молекулами, обнаруженными на поверхности антигенов, известными как антигенные детерминанты или эпитопы.
13. Эпитопы — это участки в антигенах, которые позволяют ему связываться с антигенсвязывающими рецепторами Т-клеток. 
14. Количество эпитопов, обнаруженных на антигене, определяет количество связывающих антител. Это количество эпитопов известно как валентность.

Эпитоп, иммуноген, гаптен и толероген

1. Антигенные детерминанты дискретно распознаются соматически генерированными В-клетками и Т-клеточными рецепторами. Эти клетки имеют уникальные наборы рецепторов, которые распознают разные эпитопы, и они также распознают их по-разному.
2. Например, B-клетки распознают специфические эпитопы либо как часть антигена (связанные с поверхностью), либо как свободнорастворимые молекулы, либо как деградированные / протеолитические фрагменты, в то время как T-клетки связываются только с эпитопами, которые связаны с небольшими фрагментами.

В зависимости от иммунного ответа, запускаемого антигенами, эпитопы можно разделить на:

Иммуноген

1. Иммуногены обладают эпитопами, которые могут вызывать иммунный ответ и в равной степени быть мишенью иммунного ответа. Поскольку организм постоянно реагирует на иммуноген, индуцируется эпитоп-специфический иммунный ответ с повышенной интенсивностью по своему механизму.
2. Однако эпитопы на антигенах могут связываться с растворимыми рецепторами или рецепторами клеточной поверхности, но не все антигены обладают эпитопами, и поэтому не все антигены являются иммуногенами.
3. Это означает, что антигены — это молекулы, которые обладают способностью распознаваться иммунной системой, а иммуноген — это вещество, которое вызывает специфический иммунный ответ.
4. Следовательно, все иммуногены являются антигенами, но не все антигены являются иммуногенами.
5. Некоторые неиммуногенные молекулы могут быть связаны с иммуногенами в качестве носителей, чтобы помочь вызвать иммунный ответ. Эти неиммуногенные молекулы мы называем гаптенами.
6. В этом случае иммуногены выступают в качестве переносчиков.

Гаптен

Как определено выше, гаптены представляют собой небольшие неиммуногенные антигены, которые не могут только распознаваться иммунными рецепторами, и поэтому они должны быть конъюгированы с белком-носителем, чтобы сделать возможным его распознавание. Это означает, что случаются антигены, но они не иммуногенны. Однако, когда он связан с иммуногеном (носителем), иммунный ответ может быть вызван против гаптена и эпитопов, обнаруженных на носителе иммуногена.

Толерогены

Во время иммунных реакций организм должен сначала выработать толерантность к молекулам самого себя, чтобы предотвратить иммунные реакции против себя. Это позволяет иммунной системе впоследствии распознавать чужеродные антигены. После элиминации антигена организм должен выработать долгосрочную толерантность либо после заражения, либо после введения вакцин. Именно здесь толерогены проявляют свое действие, вызывая адаптивную иммунную невосприимчивость. Таким образом, в отличие от иммуногенов, воздействие толерогенов приводит к снижению иммунного ответа, а не к его усилению. Следовательно, толероген — это чужеродный антиген, который вызывает подавленный иммунный ответ или вызывает иммунную толерантность.

Свойства антигенов

Антигены обладают широким спектром свойств, которые во многом определяют иммуногенность этих антигенов. Они включают:

1. Инородность: это фактор, который наделяет тело способностью распознавать и различать молекулы «свои» и «чужие». Собственные молекулы не являются иммуногенными, а молекулы распознаются как чужие.
2. Размер: иммуногенные молекулы большие и сложные, с молекулярной массой 10 000. Слабые иммуногены слабо иммуногенны, в то время как очень маленькие, такие как аминокислоты, неиммуногенны. Гаптены становятся иммуногенными при связывании с белком-носителем.
3. Структурная сложность: антигенам требуется определенная химическая сложность и структура, которая имеет множество разнообразных антигенных детерминант (эпитопов), чтобы вызвать иммунный ответ, чем небольшие простые пептиды, содержащие один из нескольких эпитопов. Например, аминокислоты представляют собой гомополимеры с одним или двумя эпитопами, поэтому они менее иммуногенны, в отличие от более крупных белков, липополисахаридов или гликолипидов, которые являются гетерополимерами с несколькими эпитопами и содержат две или более разных аминокислот, следовательно, они являются более сильными иммуногенами.
4. Химическая сложность: иммуногенная молекула должна ферментативно расщепляться фагоцитами. Например, полипептиды, содержащие L-аминокислоту, являются очень хорошими и сильными иммуногенами, тогда как полипептиды, содержащие O-аминокислоту, являются плохими иммуногенами, поскольку протеолитические ферменты способны расщеплять только L-аминокислоты. Некоторые молекулы являются иммуногенами, включая углеводы, стероиды и липиды, гаптены и аминокислоты полностью неиммуногенны.
5. Генетическая установка хозяина: две линии животных одного вида могут по-разному реагировать на один и тот же антиген. Это связано с различием в составе генов, участвующих в иммунном ответе.
6. Дозировка, путь и время введения антигена: степень иммунного ответа сильно зависит от количества вводимого антигена, поэтому иммунный ответ оптимизируется за счет переопределения дозировки, пути введения и времени введения. Иммуногенность можно повысить, комбинируя его с адъювантом (веществом, которое стимулирует иммунный ответ, облегчая доставку антигенов к антигенпрезентирующим клеткам).

Типы антигенов

Есть два основных подразделения антигенов, с которыми сталкивается организм.

Чужеродные антигены

Это антигены, которые имеют внешнее происхождение. Например, вирусы, бактерии и простейшие паразиты, производимые ими вещества, укусы животных, а именно укусы пчел, змеиный яд, некоторые продукты, такие как белки (яйца, орехи) и компоненты сыворотки и эритроцитов от других людей (переливание) являются очень типичными источниками чужеродных антигенов.

Аутоантигены

Это антигены, которые происходят изнутри организма. Иммунитет организма имеет способность различать свое собственное и чужое, но люди, у которых развились аутоиммунные расстройства, имеют дефектную иммунную систему, где нормальные вещества организма вызывают иммунный ответ против них самих, что приводит к образованию аутоантител, которые атакуют сами себя. Аутоиммунные расстройства, такие как системная красная волчанка, склероз, ревматоидный артрит и т. д., являются очень распространенными аутоиммунными расстройствами из-за самоуничтожения иммунной системы.

Экзогенный антиген

1. Это антигены, которые попадают в организм из внешней среды путем проглатывания, вдыхания или инъекции с помощью механизмов эндоцитоза или фагоцитоза.
2. Обычно реакция иммунной системы организма на экзогенные антигены заключается в перемещении эндоцитированных или фагоцитированных антигенов к антигенпрезентирующим клеткам, таким как макрофаги, дендритные клетки, где они расщепляются на пептидные фрагменты в пути эндоцитозного процессинга.
3. Антигенпрезентирующие клетки представляют пептиды Т-хелперам, известным как CD4 +, с использованием Главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса II. Экспрессия молекул MHC класса II ограничена антигенпрезентирующими клетками, и поэтому презентация комплексов экзогенный пептид – MHC класса II ограничена этими клетками.
4. Некоторые антигены начинаются как экзогенные, а затем становятся эндогенными (например, внутриклеточные вирусы). Внутриклеточные антигены могут быть возвращены в кровоток после разрушения инфицированной клетки.

Эндогенный антиген

1. Это антигены, которые продуцируются внутри самой клетки-хозяина в результате нормального клеточного метаболизма или из-за вирусных или внутриклеточных бактериальных инфекций или уникальных белков, синтезируемых раковыми клетками.
2. Эндогенные антигены расщепляются на пептидные фрагменты и представляются на клеточной поверхности молекул МНС класса I внутри эндоплазматического ретикулума, образуя комплекс эндогенного пептида МНС класса I.
3. Этот комплекс MHC класса I пептида затем транспортируется к клеточной мембране, активируя цитотоксические Т-клетки (CD8 +).
4. Когда CD8 + узнает их, они атакуют и убивают все клетки, которые демонстрируют комплексы MHC класса I эндогенных пептидов антигена.
5. Механизм цитотоксических Т-клеток включает секрецию токсинов, которые вызывают лизис или апоптоз клеток, представленных эндогенными фрагментами антигена. Однако для предотвращения повреждения и уничтожения цитотоксическими Т-клетками клеток, поскольку они представляют собственные белки, цитотоксические самореактивные Т-клетки удаляются в результате негативного отбора, который является механизмом толерантности иммунной системы.
6. Эндогенные антигены включают ксеногенные (гетерологичные), аутологичные и идиотипические / аллогенные (гомологичные) антигены.

Помимо приведенной выше классификации, существуют другие типы антигенов, классифицируемые на основе их источников. Они включают:

Суперантиген

1. Некоторые антигены вызывают резкие иммунные реакции, и они известны как суперантигены.
2. Обычно это бактериальные белки, которые стимулируют Т-клетки к пролиферации и взаимодействуют с продуктами комплекса основного класса гистосовместимости II через антигенпрезентирующие клетки и рецепторы Т-клеток.
3. Например, стафилококковые энтеротоксины, вызывающие синдром токсического шока, являются суперантигенами.
4. Суперантигены вызывают симптомы, стимулируя высвобождение большого количества цитокинов из Т-клеток. Они связаны с хроническими заболеваниями, такими как ревматизм, артрит, атопический дерматит, псориаз и синдром Кавасаки.

Опухолевые антигены

1. Это антигенные вещества, которые вырабатываются опухолевыми клетками и вызывают иммунные реакции организма. Обычно они представлены MHC класса I или MHC класса II на поверхности опухолевых клеток.
2. Существует два типа опухолевых антигенов: опухолеспецифические антигены (TSA) и опухолевые антигены (TAA).
3. Опухолевые антигены (TSA) обнаруживаются на поверхности опухолевых клеток, а не на каких-либо других клетках, и они являются результатом опухолеспецифических мутаций, в то время как опухолевые антигены (TAA) представлены на опухолевых клетках и некоторых нормальных клетках.
4. Опухолевые клетки, распознаваемые цитотоксическими Т-клетками, могут быть разрушены.
5. Некоторые опухолевые антигены могут появляться на поверхности опухолей в виде мутировавших рецепторов, и они распознаются В-клетками.

Вирусные антигены

1. Это антигены, которые представляют собой белок, кодируемый вирусными геномами.
2. Эти антигены обладают множественной антигенностью, которая является белковой по своей природе, они видоспецифичны и тесно связаны с вирусными частицами. 
3. Эти антигены определяются вирусным геномом, который может быть обнаружен с помощью иммунологического ответа.

Неоантигены

1. Это антигены, которые отсутствуют в нормальном геноме человека, и они используются для борьбы с опухолями, поскольку на качество Т-клеток, доступного для этих антигенов, не влияет толерантность центральных Т-клеток.
2. Вирусно-ассоциированные опухоли, такие как рак шейки матки и другие виды рака, вирусные эпитопы, происходящие из открытых рамок считывания вирусов, вносят вклад в пул неоантигенов.
3. Технология неоантигенов является недавним открытием.

Антигенная специфичность

1. Антигенная специфичность позволяет иммунной системе дифференцировать антигены. Антитела предназначены для распознавания и различения двух белковых молекул, которые отличаются только одной аминокислотой. Способность иммунной системы генерировать огромное разнообразие в распознавании молекул дает ей способность распознавать миллиарды уникальных структур, обнаруженных на чужеродных антигенах.
2. После того, как иммунная система распознала антиген и произвела ответ на него, иммунная система затем генерирует иммунологическую память, которая генерирует ответ, когда она встречает антиген во второй раз, с повышенной иммунной реактивностью. Иммунологическая память обеспечивает длительный или пожизненный иммунитет ко многим инфекционным агентам после первого контакта.
3. Наконец, иммунная система реагирует на чужеродные антигены, что означает, что она способна распознавать и различать собственные и чужие антигены. Это уникальное свойство иммунной системы определяет ответы, возникающие при взаимодействии с чужеродным антигеном в системе. Однако иммунная система также может реагировать на аутоантигены со смертельным исходом.

Распознавание антигена

1. Распознавание антигена достигается, когда иммунная система способна отличать чужие молекулы и молекулы от себя, которые являются частью тела. Это роль иммунной системы в идентификации и нейтрализации чужеродных антигенов как механизма защиты организма.
2. Как мы обсуждали выше, антигены имеют молекулы на себе или внутри них, известные как антигенные детерминанты или эпитопы. Эпитопы представляют собой иммунологически активные области иммуногенов, роль которых заключается в связывании антигенно-специфических мембранных рецепторов, обнаруженных на лимфоцитах или секретируемых антителах.
3. В-клетки и Т-клетки распознают разные эпитопы на одной и той же антигенной молекуле.
4. Лимфоциты могут взаимодействовать со сложными антигенами на нескольких уровнях антигенной структуры. Эпитоп белкового антигена имеет первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры белка, тогда как в полисахаридных антигенах эпитопы могут быть разветвленными цепями.
5. Разница в том, как лимфоциты распознают антигены, заключается в механизме, в котором участвуют В- и Т-лимфоциты.
6. В-клетки распознают растворимые антигены, когда они связываются со своими мембраносвязанными антителами, и, поскольку они могут связывать антигены, которые свободно находятся в растворах, они способны распознавать эпитопы, которые являются высокодоступными на открытой поверхности иммуногенов.
7. Т-клетки распознают пептиды, которые связаны с молекулами MHC на поверхности антигенпрезентирующих клеток и измененных собственных клеток.

Распознавание эпитопа В-клеток

1. Эпитопы B-клеток определяются участками связывания антигена, обнаруженными на молекулах антител, отображаемых B-клетками. Антитела связываются с эпитопами посредством коротких слабых нековалентных взаимодействий. Для образования прочной связи эпитоп и участок связывания антитела должны иметь комплементарные формы, располагая взаимодействующие группы рядом друг с другом, поэтому эпитопы должны обладать некоторыми ограничивающими свойствами. Размер эпитопов, распознаваемых В-клетками, должен и не может быть больше, чем размер участка связывания антитела.
2. Эпитопы B-клеток, обнаруженные на нативных белках, состоят из гидрофильных аминокислот на поверхности белка, которые легко доступны для мембраносвязанного или свободного антитела. Доступность обеспечивает быстрое и легкое связывание с антителами, поэтому эти антигены имеют выступы на своей поверхности, которые распознаются как эпитопы.
3. Эпитопы B-клеток расположены в гибких участках иммуногенов и демонстрируют подвижность участков. Подвижность участка увеличивает или максимизирует комплементарность связывания антитела, позволяя антителу связываться с эпитопом. 
4. Сложные белковые антигены, такие как глобулярные белки, имеют несколько перекрывающихся эпитопов В-клеток, поэтому могут распознаваться широким спектром различных антител.
5. Эпитопы B-клеток могут иметь последовательные или непоследовательные аминокислоты. Последовательные аминокислотные остатки находятся вдоль полипептидной цепи, а непоследовательные аминокислотные остатки происходят из сегментов цепей, которые собраны вместе с помощью свернутой конформации антигена.
6. Рецепторы, которые связывают эпитопы на B-клетке, известны как рецепторы B-клеток или Fc-рецепторы (FcR), и они обнаруживаются на Fc-части антител IgA, lgG или lgM.
7. Рецепторы Fc (FcR) экспрессируются на поверхности фагоцитарных клеток. Фагоцитарные клетки распознают и связывают антитела, задействованные в эпитопе, что приводит к фагоцитозу комплекса эпитоп-антитело-FcR. Антитело, которое не связывается с эпитопом, продолжает циркулировать в организме.

Распознавание Т-клеточных эпитопов (Т-клеточные рецепторы)

1. Т-клетки распознают антигены, обработанные до антигенных пептидов, которые связаны с молекулой главного комплекса гистосовместимости (MHC), и не связывают денатурированные нативные белки или свободно циркулирующие белки.
2. Антигенные пептиды, которые распознаются Т-клетками, образуют тримолекулярные комплексы с Т-клеточным рецептором и молекулой MHC. Следовательно, эпитопы Т-клеток должны обладать способностью взаимодействовать как с рецепторами Т-клеток, так и с молекулой MHC.
3. Связывание молекулы MHC с антигенными пептидами не является специфичным в ее взаимодействии между антителом и его эпитопом, но вместо этого молекула MHC избирательно связывает несколько различных пептидов.
4. Антигенные пептиды генерируются процессингом антигена, который специфически взаимодействует с молекулой MHC. .
5. Эпитопы, которые распознаются Т-клетками, являются внутренними. Т-клетки имеют тенденцию распознавать внутренние пептиды, которые подвергаются обработке в антигенпрезентирующих клетках или измененных собственных клетках.
6. Рецепторы Т-клеток связаны с кластером дифференцированного (CD) комплекса трансмембранных поверхностных молекул, в частности с CD3. Другие кластеры дифференцировки также связаны с корецепторами рецепторов Т-клеток.

Кластер дифференцировки

1. Кластер дифференцированных специфических клеток, несущих мембранные белки (антигены), которые используются для количественной оценки реакции лимфоцитов, продуцируемых в ответ на различные заболевания. Это функциональные поверхностные белки или клеточные рецепторы, которые можно измерить в периферической крови, биопсии или биологических жидкостях. Они используются для различения субпопуляций лейкоцитов.
2. У них есть как биологические, так и диагностические функции.
3. Сыворотка нормального человека имеет низкую концентрацию этих белков, но когда организм активируется из-за болезни, их концентрации резко возрастают, и, следовательно, мониторинг уровней помогает в управлении болезнью.

Применение антигенов

1. Антигены используются для диагностики инфекций в том смысле, что определение наличия антигена — это человек, у которого проявляются симптомы заболевания. Когда человек выздоравливает, антиген исчезает.
2. Выявление аутоиммунных нарушений возможно благодаря обнаружению аутоантигенов.
3. Антигены также используются при приготовлении вакцин, которые вызывают иммунную реакцию и создают прочную память против антигена, поэтому вакцины используются для предотвращения инфекций.