1

Antigenul

Sistemul imun are capacitatea fundamentală de a deosebi structurile proprii ale

organismului (self) de cele străine (non-self). Structurile non-self trebuie eliminate prin

mecanismele apărării imune. Termenul de non-self nu arată în mod necesar originea exogenă

a substanței respective. Există molecule sau celule proprii ale organismului care au facut parte

din self, dar au suferit modificări și au devenit non-self.

Antigenul este o substanţă recunoscută ca non-self de către sistemul imun al

organismului. Denumirea de antigen provine din limba greacă (anti=contra şi geano=a naşte,

a genera). Definiția acestuia a suferit modificări, pe măsura achiziției de noi cunoștințe în

imunologia fundamentală. Inițial termenul de antigen desemna orice substanță de origine

exogenă capabilă să inducă formarea de anticorpi și să reacționeze în mod specific cu aceștia.

Această definiție a fost considerată prea restrictivă, pe măsură ce s-a observat că există

antigene de origine endogenă sau antigene care nu induc sinteza de anticorpi, deși sunt

recunoscute de sistemul imun.

Într-o definiție folosită în prezent, termenul de antigen denumește o substanță de

origine endogenă sau exogenă capabilă să determine un răspuns imun și să reacționeze

specific cu moleculele rezultate în urma declanșării acestuia (anticorpi sau receptori celulari).

Această definiție subliniază cele doua proprietăți fundamentale ale antigenului:

imunogenitatea (capacitatea de a induce un răspuns imun) și specificitatea (capacitatea de a

reacționa specific cu produsele sistemului imun activat). Este important de subliniat faptul că

nu toate substanțele non-self prezintă cele doua proprietăți generale.

Imunogenele sunt antigene complete, având atât capacitatea de a declanșa răspuns

imun umoral sau celular, cât și de a se lega de produsele rezultate. Antigenele incomplete

(numite și haptene) sunt capabile să reacționeze cu anticorpii sau receptorii de membrana, dar

nu pot declanșa un răspuns imun, decât daca sunt cuplate cu o alta moleculă (numită carrier).

Au fost descoperite antigene care, deși îndeplinesc caracteristicile fundamentale de

imunogenitate, nu produc răspuns imun umoral sau celular. Acestea au fost denumite

tolerogene, iar semnificația lor imunologică este diferită. Spre desebire de haptene, pe care le

2

putem aprecia ca fiind „indiferente” sistemului imun, tolerogenele activează anumite

mecanisme de inhibiție activă a sistemului imun.

Antigenele cu care organismul vine în contact pot fi solubile sau corpusculate:

Antigenele solubile sunt molecule recunoscute ca non-self. De obicei antigenele

solubile sunt proteine cu greutate moleculară mare, peste 10 kDa. Uneori antigenele

solubile sunt polizaharide, acizi nucleici sau glicolipide.

Antigenele corpusculate sunt structuri non-self mai complexe: virusuri, bacterii,

protozoare, celule străine, celule infectate, celule neoplazice. De fapt, antigenele

corpusculate sunt formate dintr-un număr foarte mare de molecule antigenice. Dintre

ele, cele mai importante pentru recunoaşterea şi distrugerea antigenului corpusculat

sunt antigenele de suprafaţă.

Răspunsul imun nu apare obligatoriu după contactul cu un antigen:

Antigenele care induc un răspuns imun se numesc imunogene.

Antigenele care induc în mod activ supresia răspunsului imun se numesc tolerogene.

Proprietăţile de bază ale antigenelor

Proprietăţile fundamentale ale antigenelor sunt imunogenitatea și antigenitatea.

Imunogenitatea este proprietatea unei substanţe de a declanşa într-un organism un

răspuns imun specific de tip umoral sau celular.

Specificitatea sau antigenitatea este proprietatea unei substanţe de a se combina

specific cu moleculele de recunoaştere a antigenelor, adică cu anticorpii şi cu

receptorii de membrană.

Clasificarea antigenelor în funcţie imunogenitate şi specificitate

În practică nu toate antigenele au ambele proprietăţi. În funcţie de imunogenitate şi de

specificitate, antigenele pot fi de două categorii:

Antigenele complete sunt acele antigene care au specificitate şi imunogenitate.

Antigenele incomplete sunt unele antigene, de dimensiuni foarte mici, care au doar

specificitate. Ele se numesc haptene.

3

Antigenele complete sau imunogene

Antigenele complete au ambele proprietăţi: imunogenitate şi specificitate. Ele sunt

capabile să declanşeze un răspuns imun şi apoi să reacţioneze specific cu anticorpii produşi.

Majoritatea antigenelor din natură, în special cele cu structură proteică, sunt antigene

complete.

Antigenele incomplete sau haptenele

Haptenele au numai specificitate. Ele reacţionează specific, adică se combină cu

receptorii antigen-specifici, respectiv cu anticorpii anti-haptenă, dacă aceştia există. Haptenele

nu au imunogenitate pentru că au o greutate moleculară foarte mică. Haptenele pot declanşa

un răspuns imun doar dacă se cuplează cu macromolecule imunogene numite purtător sau

carrier. Antigenele complete cuprind structuri cu rol de carrier şi de haptenă. Componenta

haptenică determină specificitatea antigenului, în timp ce ansamblul carrier-haptenă este

responsabil de imunogenitate.

Capacitatea unei substanțe de a induce un răspuns imun depinde atât de proprietațile

intrinseci ale acesteia, cât și de anumite caracteristici ale sistemului biologic cu care aceasta

vine în contact. Chiar dacă o anumită moleculă indeplinește toate condițiile pentru a fi

imunogenă, abilitatea ei de a declanșa un răspuns imun va depinde in egală masură de

caracteristicile genetice ale organismului.

Caracteristici intrinseci ale antigenului care influențează răspunsul imun

Cele mai importante proprietăți ce influențează capacitățile imunogenice ale unei

molecule sunt: heterogenitatea structurală, solubilitatea, mărimea, complexitatea chimică,

concentrația, capacitatea de a fi procesată de către celulele prezentatoare de antigen,

administrarea concomitentă a unor adjuvanți.

Solubilitatea

4

Antigenele particulate sau agregate sunt mai imunogene pentru că pot fi preluate mai

uşor de către celulele prezentatoare de antigen, care sunt răspunzătoare pentru declanşarea

răspunsului imun specific. Particulele proteice solubile sunt incapabile să inducă un răspuns în

lipsa agregării.

Greutatea moleculară

Cele mai imunogene substanţe sunt cele cu greutate moleculară peste 100 kDa.

Moleculele cu greutate mică sunt slab imunogene - se cunosc foarte puţine cu greutate

moleculară sub 1000 de daltoni care pot declanşa răspuns imun.

Heterogenitatea structurală

Una dintre caracteristicile fundamentale ale sistemului imun este capacitatea de a

discrimina structurile non-self de cele proprii ale organismului. O moleculă cu o structură

fundamental diferită față de self va declanșa un raspuns mai rapid și mai intens decât o

substanță înrudită structural.

In general, un antigen provenind de la o structură biologică îndepartată filogenetic este

mai imunogen decât un antigen a cărui sursa este un organism înrudit. De exemplu, albumina

serică bovină nu declanșează un răspuns imun când este administrată unui alt individ din

aceeași specie, dar este puternic imunogenă când este administrată la alt animal.

Au fost constatate și excepții de la această regulă. Anumite molecule, cum ar fi

colagenul și hemoproteinele monomerice (citocromul c) au o structură ce s-a conservat de-a

lungul evoluției filogenetice și sunt slab imunogene.

Compoziţia chimică

Imunogenitatea creşte odată cu complexitatea moleculară. Proteinele sunt substanţe

care au, de regulă, capacitatea de a declanşa un răspuns imun eficient datorită structurii

moleculare complexe (primară, secundară, terţiară, cuaternară). Alte molecule (de exemplu

homopolimerii), compuse din unităţi identice repetitive, sunt lipsite de imunogenitate

indiferent de greutatea moleculară.

Anumite tipuri de lipide pot pot fi recunoscute de către limfocite și pot declanșa

răspuns imun. Sunt imunogene doar moleculele lipidice care au și segmente hidrofile (de ex.

5

lanțuri de polizaharide). Capacitatea imunogena a lipidelor are rol important în apărarea față

de anumite bacterii, cum ar fi bacilul Koch, pentru că acesta are un perete celular extern bogat

în structuri lipidice.

Concentrația de antigen

Intensitatea şi tipul de răspuns imun sunt corelate cu doza de antigen. Sub un anumit

nivel prag al concentraţiei de antigen nu se declanşează răspuns imun. Acest fapt poate fi

cauzat fie de încapacitatea activării unui număr suficient de celule imunitare, fie inhibiţiei

specifice a răspunsului imun (fenomen numit toleranță imună). Atunci când este administrată

repetat pe o perioadă mai lungă de timp (câteva săptămâni), o doză subliminală de antigen

poate declanşa în cele din urmă un răspuns imun, prin recrutarea succesivă şi proliferare

celulară.

Sistemul imunitar se bazează pe două compartimente diferite, care acționează

complementar:

Sistemul imun înnăscut (nespecific)

Sistemul imun adaptativ (specific).

Pe măsură ce creşte concentraţia, sunt declanşate mecanismele răspunsului imun

înnăscut. Dacă acestea sunt ineficiente în îndepărtarea agenţilor patogeni şi concentraţia

continuă să crească, se declanşează răspunsul imun adaptativ, a cărui intensitate creşte

proporţional cu concentraţia antigenului.

Peste un anumit nivel al concentraţiei antigenice, răspunsul imun nu mai creşte în

intensitate. La doze foarte mari de antigen răspunsul imun este inhibat în mod specific

(toleranță imuna). Această reglare imună în funcţie de doza antigenului este importantă pentru

eficientizarea răspunsului. Răspunsul imun specific este declanşat doar atunci când cel

înnăscut este depăşit. Acest fapt este important pentru că, de cele mai multe ori, agenţii

patogeni pătrund în număr mic şi pot fi îndepărtaţi în mod eficient de către mecanismele de

apărare locale, care aparţin sistemului imun înnăscut.

Inhibiţia răspunsului imun la doze foarte mari de antigen este considerată un

mecanism important în menţinerea toleranţei faţă de multe substanţe self abundente cum ar fi

proteinele plasmatice.

6

Capacitatea de procesare la nivelul celulelor prezentatoare de antigen

Moleculele cu dimensiuni mari sunt mai imunogene pentru că pot fi mai uşor

fagocitate de către anumite celule cu rol esențial în dinamica răspunsului imunitar - celulele

prezentatoare de antigen (APC). Dimensiunea nu garantează întotdeauna imunogenitatea.

Există molecule mari ce nu pot fi procesate de către APC din cauza absenţei enzimelor

necesare pentru degradarea substanţelor fagocitate.

Adjuvanţii

Intensitatea răspunsului imun poate fi augmentată prin administrarea în acelaşi timp cu

antigenul a unor substanţe numite adjuvanţi. Adjuvantul creşte capacitatea imunogenica a

antigenului, însă diferă de substanţele de tip carrier pentru că nu formează legături stabile

covalente. De asemenea, adjuvanţii au rol mai ales în imunizarea primară, în timp ce

moleculele carrier sunt necesare de fiecare dată când se iniţiază un răspuns imun. Adjuvanţii

sunt folosiţi mai ales în prepararea vaccinurilor.

Adjuvanţii cresc imunogenitatea prin convertirea antigenelor proteice solubile în

forme particulate, care sunt mai uşor preluate de către celulele prezentatoare de antigen. De

asemenea, alţi adjuvanţi conţin structuri de natură bacteriană care stimulează macrofagele şi

celulele dendritice sau pot creşte sinteza de citokine proinflamatorii.

Caracteristici individuale care influențează răspunsul imun

Cele mai importante trăsături individuale sunt genotipul și calea de administrare.

Genotipul

Pot există diferenţe semnificative în ceea ce priveşte obţinerea unui răspuns imun,

atunci când acelaşi antigen este administrat la indivizi diferiţi. Aceste diferenţe sunt cauzate

mai ales de variaţiile individuale la nivelul complexului major de histocompatibilitate (MHC),

o proteină membranară implicată în prezentarea antigenelor. De asemenea, polimorfismul

genelor care codează receptorii pentru antigen ai limfocitelor B şi T şi al genelor care codează

7

diferite proteine cu rol reglator în sistemul imun influenţează intensitatea răspunsului la

imunogene.

Calea de administrare

Calea de administrare a antigenului influenţează atât intensitatea cât şi tipul de răspuns

imun. Antigenele care pătrund pe cale subcutanată declanşează un răspuns imun cu o

intensitate crescută pentru că sunt preluate de anumite APC numite celule Langerhans.

Acestea transportă antigenele la nivelul ganglionilor limfatici locali, unde există condiții

pentru declanșarea unui răspuns imun eficient. În mod similar, antigenele ajunse la nivelul

epiteliului respirator declanşează un răspuns imun eficient.

Calea de pătrundere digestivă prezintă caracteristici speciale. Se declanşează un

răspuns imun local, la nivelul laminei proprii, concomitent cu instalarea unei toleranţe imune

la nivel sistemic.

Pentru antigenele ajunse direct în circulaţia sanguină există un timp de latență mai

mare, până când vor fi preluate de celule prezentatoare de antigen de la nivelul splinei.

Clasificarea antigenelor în funcţie de origine

Cele mai multe antigene au origine exogenă: bacteriile, paraziţii, unele substanţe

chimice industriale, alergenele ca polenul, praful de casă, alergenele alimentare. O altă

categorie importantă este reprezentată de antigenele endogene: autoantigenele, antigenele

virale şi antigenele tumorale.

Autoantigenele sunt antigene proprii care în mod normal sunt sechestrate prin bariere

anatomice. Aceste antigene sunt situate în aşa-numitele „situsuri imunologice privilegiate”,

protejate prin bariere hemato-tisulare cu permeabilitate scăzută pentru substanţele

hidrosolubile. În mod normal autoantigenele nu vin niciodată în contact cu celulele sistemului

imun şi nu induc un răspuns imun. Exemple de astfel de autoantigene sunt: sperma,

cristalinul, ţesutul cerebral şi unele structuri din celulele miocardice.

Deoarece autoantigenele nu sunt cunoscute de către sistemul imunitar, pentru ele nu

există toleranţă imună înnăscută, care există pentru celelalte structuri self cu care limfocitele

vin în contact în cursul traficului lor prin organism. În unele condiții patologice se poate

8

produce desechestrarea acestor autoantigene. Autoantigenele vin în contact cu sistemul imun,

cu dezvoltarea unui răspuns de apărare față de self. Aceste răspunsuri imune autoreactive

determină o patologie autoimună.

Antigenele virale fac parte din categoria antigenelor endogene pentru că virusurile îşi

includ genomul în genomul gazdei. Celula gazdă sintetizează proteinele virale antigenice pe

aceleaşi căi metabolice ca proteinele proprii.

Antigenele tumorale sunt proteine anormale rezultate în urma proceselor de mutație,

care se găsesc pe membranele şi în citoplasma celulelor canceroase. Ele nu se găsesc pe

membranele sau în citoplasma celulelor normale din care a derivat tumora. Prevenirea

apariţiei tumorilor se face prin distrugerea celulelor tumorale izolate, în cadrul unui proces de

imunosupraveghere. Dacă o celulă neoplazică izolată reuşeşte să se dividă şi apare o tumoră

constituită, răspunsul imun împotriva tumorii seamănă cu cel din respingerea grefelor. În

ambele situaţii acţionează în special mecanismele răspunsului imun celular.

Determinanţii antigenici (epitopii)

Determinanţii antigenici sunt segmentele imunologic active ale moleculei de antigen

care se leagă în mod direct de anticorpii sau de receptorii limfocitari specifici. Raportat la

noţiunile precedente, determinanţii antigenici ar cuprinde haptena şi o mică parte din

molecula carrier.

Antigenul este, de obicei, o macromoleculă cu suprafaţa neregulată. O moleculă de

anticorp are contact doar cu un anumit fragment din structura acestuia. Situsul combinativ al

anticorpului şi suprafaţa de antigen pe care o recunoaşte sunt complementare din punct de

vedere al conformaţiei în spaţiu şi al structurii chimice. Regiunea din antigen care se combină

cu anticorpul (sau cu receptorul de membrană) se numeşte determinant antigenic sau epitop.

În general antigenele au un număr foarte mare de posibili determinanţi antigenici, însă

puţini dintre ei sunt recunoscuţi ca non-self de către sistemul imun al organismului receptor.

Restul macromoleculei de antigen este ignorat de sistemul imun al organismului.

De obicei antigenele sunt macromolecule care au mai mulţi determinanţi antigenici.

Aceşti determinanţi pot fi diferiţi din punct de vedere chimic (situaţia cea mai frecventă în

natură) sau identici (la antigenele cu structură repetitivă). Numărul de determinanţi antigenici

9

reprezintă valenţa antigenului. Un antigen polivalent introdus în organism determină un

răspuns imun policlonal, caracterizat prin sinteza mai multor tipuri de anticorpi, fiecare

specific pentru un determinant antigenic.

Regiunea din molecula unui anticorp care se combină cu epitopul se numeşte paratop

sau situs combinativ sau regiune de complementaritate. Epitopul şi paratopul sunt

complementare din punct de vedere al structurii chimice şi al conformaţiei spaţiale.

Structura şi funcţiile determinanţilor antigenici

Determinanţii antigenici au compoziţii chimice variate şi conţin grupări hidrofile

(polare) şi hidrofobe. După structură determinanţii antigenici şi epitopii pot fi liniari sau

conformaţionali. Determinanţii liniari sunt formaţi dintr-un lanţ de aminoacizi sau de

monozaharide în cadrul structurii primare, în timp ce determinanţii conformaţionali apar în

cadrul structurii secundare sau terţiare a moleculei proteice sau glicoproteice.

Organizarea moleculelor proteice cuprinde 4 categorii de structuri:

Structura primară a proteinelor este dată de numărul lanţurilor polipeptidice şi de

structura chimică a fiecărui lanţ polipeptidic, adică de felul şi secvenţa aminoacizilor

din lanţ. Structura primară se realizează în principal prin legăturile peptidice dintre

aminoacizi.

Structura secundară corespunde organizării spaţiale a lanţurilor polipeptidice. Prin

difracţia razelor X de către proteine în stare cristalină sau fibrilară s-au evidenţiat două

tipuri de structuri spaţiale ale catenelor polipeptidice: structura în spirală (α -helix) şi

structura în « foaie pliantă » (structura β). Structura secundară se realizează în

principal prin punţi de hidrogen.

Structura terţiară a proteinelor corespunde modului de legare a lanţurilor

polipeptidice şi depinde de natura legăturilor intercatenare. Cele mai multe sunt

legăturile slabe: punţile de hidrogen şi legăturile prin forţe Van der Waals. Celelalte

tipuri de legături sunt: disulfurice, saline şi esterice.

Structura cuaternară rezultă prin asocierea mai multor molecule ale aceleiaşi

proteine, cum este cazul hemoglobinei, care este un tetramer format din doi monomeri

cu lanţ α şi doi monomeri cu lanţ β. Fiecare din cele 4 lanţuri are structură primară,

10

secundară şi terţiară. Subunităţile sunt fixate prin punţi de hidrogen, forţe Van der

Waals şi legături saline.

Determinanţii antigenici liniari sau secvenţiali

Determinanţii antigenici liniari sau secvenţiali sunt caracterizaţi prin succesiunea

aminoacizilor în lanţul proteic sau a monozaharidelor în lanţurile glicoproteice, în cadrul

structurii primare. Aceştia sunt recunoscuţi doar de receptorii limfocitelor T.

Determinanţii liniari se găsesc în interiorul moleculei de antigen. Ei sunt expuşi la

exteriorul moleculei numai după procesarea antigenului nativ, prin acţiunea enzimelor

proteolitice ale APC. Pentru recunoaşterea epitopilor liniari de către LT este obligatorie

prelucrarea şi prezentarea lor de către APC.

Determinanţii antigenici conformaţionali

Determinanţii antigenici conformaţionali, tridimensionali sau spaţiali sunt formaţi din

mai multe grupări de aminoacizi sau monozaharide situate în regiuni diferite ale lanţului

proteic sau glicoproteic, sau chiar pe două lanţuri diferite. Lanţurile sunt aduse în apropiere

prin punţi disulfurice sau legături necovalente, intra sau intercatenare. Aceste punţi fac bucle

în moleculă. Uneori determinanţii conformaţionali se formează la limita de contact dintre

două unităţi repetitive în cadrul structurii cuaternare a proteinelor. Determinanţii

conformaţionali sunt recunoscuţi de receptorii pentru antigen ai limfocitelor B şi de anticorpi.

Recunoaşterea determinanţilor conformaţionali se face prin complementaritate spaţială, pe

principiul cheie – broască. Determinanţii conformaţionali sunt aşezaţi la suprafaţa moleculelor

de antigen, de aceea nu este obligatorie procesarea şi prezentarea lor de către APC.

Antigene timo-independente și timo-dependente

Experimentele imunologice au arătat că pentru apariția unui răspuns imun specific față

de un anumit antigen este necesară în unele cazuri implicarea unor celule imunitare numite

limfocite T helper. Aceste limfocite se maturează în timus. Din punct de vedere al necesitaţii

participării acestora în cadrul declanșării răspunsului imun, antigenele se împart în:

11

Timo-independente – sunt cele care pot declanşa răspuns în absenţa

limfocitelor T helper. Răspunsul este rapid, fapt important în infecţiile cu

microorganisme agresive.

Timo-dependente - reprezintă majoritatea antigenelor. Răspunsul imun

declanşat de aceste antigene este mai puţin rapid, dar mai eficient.