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肿瘤细胞表面带有能够引发人体免疫反应的多种抗原，某些抗原只存在于肿瘤细胞，称作肿瘤特异性抗原（tumor-specific antigen, TSA），有些抗原既存在于肿瘤细胞，也以非常低的含量存在于一些对肿瘤抗原无耐受的正常细胞，称作肿瘤相关抗原（tumor-associated antigen, TAA）。这些肿瘤抗原多引发人体的细胞免疫反应，少部分则会引发体液免疫反应。
肿瘤特异性抗原（TSA）在由理化（X线、化学致癌物）、生物（病毒等）等因素所诱发的肿瘤细胞中可发现，生物体可以针对这些抗原产生专一性的免疫反应。这种专一性的保护作用仅限于对一种条件下所诱发的一种肿瘤细胞，对他种癌细胞则没有保护效果。
肿瘤相关抗原（TAA）在肿瘤细胞中呈高度表现的状态，虽然某些正常细胞也存在这些抗原，但它们的浓度较之肿瘤细胞要低得多。TAA在肿瘤细胞表面通常会与一群称为主要组织相容性抗原复合物（MHC）的蛋白质在一起，因此，科学家常藉助于MHC来发现和鉴定TAA。第一个被鉴定出的人类肿瘤抗原是恶性黑瘤的MAGE1,是由van der Bruggen P及其研究团对在1991年报告的。它们用分子生物学的方法从肿瘤细胞中筛选出能被细胞毒性T淋巴细胞识别的肿瘤抗原基因MAGE1，并带动了其它人类肿瘤抗原研究的迅速展开。
除了分子生物学的方法之外，也能用生物化学的方法将TAA从肿瘤细胞上除去，并转移到另外的靶细胞上在通过T细胞溶解的方式加以鉴别。对于在肿瘤细胞中过量表现的蛋白质注意筛选，因为这些蛋白往往就是肿瘤相关抗原。还有一种方式称做SEREX，是把新鲜肿瘤细胞中的mRNA转录成cDNA，并通过噬菌体表现出各种蛋白质，与癌症病人血清进行反应，以找出相关的抗原。无论采用哪一种方式鉴定出的肿瘤抗原，无疑都为日后癌症的早期诊断和预防提供了有意义的资讯。