Das Konzept von Antigen, Antigenität und Immunogenität
Antigen — eine genetisch fremde Substanz, die mit Komponenten des Immunsystems interagieren kann. Die Definition „eine Substanz, die eine Immunantwort auslöst“ ist jedoch nicht immer korrekt, da es sich um zwei eigenständige Eigenschaften des Antigens handelt.
- Antigenität — die Fähigkeit eines Moleküls, an einen Antikörper oder einen antigenerkennenden Rezeptor zu binden.
- Immunogenität — die Fähigkeit, eine vollständige Immunantwort zu induzieren.
Diese Eigenschaften stimmen nicht immer überein. Ein klassisches Beispiel ist das Hapten: eine niedermolekulare Substanz, die an einen Antikörper bindet, aber von selbst keine Immunantwort auslöst. Ein Hapten wird erst dann immunogen, wenn es sich mit einem Trägermolekül (Carrier-Protein) verbindet und einen vollständigen Komplex bildet, der vom Immunsystem erkannt wird.
Klassifikation der Antigene nach Herkunft
- Autoantigene — körpereigene Antigene desselben Individuums.
- Isoantigene — Antigene eines genetisch identischen Individuums (z. B. eines einiigen Zwillings oder von Inzucht-Labortieren).
- Alloantigene — Antigene eines anderen Individuums derselben Art.
- Xenoantigene — Antigene eines Individuums einer anderen Art.
Je weiter Organismen phylogenetisch voneinander entfernt sind, desto höher ist die Immunogenität ihrer Antigene für den Empfänger.
Kriterien der Immunogenität
- Fremdheit — der Grad der evolutionären Entfernung der Antigenquelle.
- Molekularmasse — der optimale Bereich liegt grob bei 10–100 kDa; zu kleine und extrem große Moleküle sind schwach immunogen.
- Korpuskularität — korpuskuläre (zelluläre) Antigene induzieren eine Antwort deutlich effektiver als lösliche.
- Chemische Komplexität — Heteropolymere mit strukturvielfältiger Zusammensetzung sind immunogener als einfache Monomere und Homopolymere.
- Applikationsweg und Dosis — intravenöse und parenterale Wege sind in der Regel effektiver als der orale; die Dosis muss optimal sein, da extrem hohe Dosen anstelle einer Immunantwort eine immunologische Toleranz induzieren können.
Das Epitop als funktionelle Einheit des Antigens
Die antigene Determinante oder das Epitop ist der Bereich eines Antigenmoleküls, der direkt von einem Antikörper oder Lymphozytenrezeptor erkannt wird. Der restliche Teil des Moleküls ist an der Erkennung nicht beteiligt. Ein einzelnes Antigen kann mehrere verschiedene Epitope enthalten, was die Vielfalt der von ihm induzierten Lymphozytenklone bestimmt.
T-abhängige und T-unabhängige Antigene
T-abhängige Antigene machen die Mehrheit der Antigene aus. Um die Antikörperproduktion durch B-Lymphozyten auszulösen, benötigen sie eine Kooperation mit T-Helferzellen. Sie binden sowohl an den BCR (B-Zell-Rezeptor) als auch nach Prozessierung indirekt an den TCR (T-Zell-Rezeptor), wodurch die Bildung aller Immunglobuline Isotypen außer IgD, die Ausbildung eines immunologischen Gedächtnisses und der Klassenwechsel von Antikörpern gewährleistet werden. Ihr Merkmal ist eine geringe Anzahl heterogener Epitope in einem großen Molekül.
T-unabhängige Antigene aktivieren B-Lymphozyten ohne die Hilfe von T-Zellen. Sie enthalten mehrfach wiederholte Epitope, was die direkte Erkennung durch den B-Zell-Rezeptor erleichtert. Sie werden in zwei Typen unterteilt:
- Typ 1 — bewirkt eine polyklonale Aktivierung von B-Lymphozyten (z. B. bakterielles LPS).
- Typ 2 — ruft keine polyklonale Expansion hervor (Kapselpolysaccharide).
Die Antwort darauf wird überwiegend durch IgM und teilweise durch IgD vermittelt, geht nicht mit einem Klassenwechsel einher und bildet kein immunologisches Gedächtnis aus. Reaktionen auf solche Antigene (Lipopolysaccharide der Zellwand, repetitive Kohlenhydratstrukturen) sind genetisch determiniert und evolutionär verankert.
Allergene
Allergen — ein Antigen, das eine Hyperproduktion von IgE und die Entwicklung einer allergischen Reaktion (Typ-I-Überempfindlichkeit) induziert. IgE wird über sein Fc-Fragment an der Oberfläche von Mastzellen und Basophilen fixiert. Bei erneutem Kontakt vernetzt das Antigen die IgE-Moleküle auf der Membran kreuz, was zur Degranulation der Mastzelle und zur Freisetzung von Histamin, Heparin, Leukotrienen und anderen Mediatoren führt. Klinisch äußert sich dies in Ödemen, Schmerzen, Bronchospasmus und anderen Symptomen einer Soforttyp-Allergie.
Schlüsselpunkte
- Antigenität und Immunogenität sind unterschiedliche Eigenschaften: Ein Hapten ist antigen, aber ohne Träger nicht immunogen.
- Nach ihrer Herkunft werden Antigene in Auto-, Iso-, Allo- und Xenoantigene unterteilt.
- Die Immunogenität wird durch Fremdheit, Molekularmasse, Korpuskularität, chemische Komplexität sowie Applikationsweg und -dosis bestimmt.
- Das Epitop ist ein spezifischer Antigenbereich, der von einem Antikörper oder Lymphozytenrezeptor erkannt wird.
- T-abhängige Antigene erfordern die Beteiligung von T-Helferzellen und bilden ein immunologisches Gedächtnis mit allen Isotypen außer IgD aus.
- T-unabhängige Antigene besitzen repetitive Epitope, induzieren überwiegend IgM und bilden kein Gedächtnis aus.
- Extrem hohe Antigendosen können eine immunologische Toleranz hervorrufen.
- Ein Allergen löst eine IgE-Hyperproduktion und die Degranulation von Mastzellen mit Histaminausschüttung aus.