第三章抗体

nullnull第三章 抗　体 　　　　Antibody教学目的教学目的掌握：抗体和免疫球蛋白的概念、Ig的基本结构、 Ig的功能区、 Ig的生物学功能， 免疫球蛋白基因的多样性产生的原因以及体液免疫应答与抗体产生的规律。 熟悉： Ig类和型的概念、分泌型和膜型Ig的概念；熟悉五类Ig的生物学特性及功能。 了解:免疫球蛋白产生的学说、多克隆抗体和单克隆抗体的概念、免疫球蛋白超家族的概念。主要内容：主要内容：第一节 免疫球蛋白的结构与类别 1、抗体的结构 2、免疫球蛋白的类别 第二节 免疫球蛋白基因 1、免疫球蛋白基因结构 2、免疫球蛋白基因的重排与表达 3、免疫球蛋白基因的多样性 第三节 免疫球蛋白的合成与分泌 1、体液免疫应答与抗体的产生 2、免疫球蛋白的表达，装配与分泌null抗体（antibody,Ab）: 　　是指由浆细胞（PC）合成和分泌的， 　　能与Ag进行特异性结合的糖蛋白。免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）: 　　具有抗体活性，或者在结构上与Ab 　　相似的球蛋白。概　述null浆细胞null免疫球蛋白的存在形式 分泌型 概　述Ig的存在形式 分泌型（secreted Ig, sIg）存在血清和组织液中。即为Ab。 膜 型（membrane Ig, mIg）存在于B细胞膜上，即为BCR。 nullnull概　述一、抗体的发现1890 BehringEmil Adolf von Behring,德国医师和细菌学家,因证实了注射抗毒素对白喉和破伤风的免疫作用,而于1901年成为首次诺贝尔医学生理学奖的获得者nullnull二、抗体的理化性质概　述nullnull三、抗体的结构是什么样的nullPorter　Rodney Robert Porter,英国生物化学家, 于1972年获得诺贝尔医学生理学奖null 1. Porter　 木瓜蛋白酶 　　 (1)Fab段　2个　抗原结合片段 　　 fragment with antigen binding(2)Fc段　 1个　可结晶片段 　　fragment crystallized概　述null2. Nisonoff 胃蛋白酶 (1)F(ab’)2 段 1个 结合颗粒性抗原出现凝集反应 (2)Fc’段　 1个 无生物学活性概　述nullEdelmannull3. Edelman:　巯基乙醇－尿素变性电泳4. X－线晶体衍射技术进一步证明概　述nullnullnullnull 　　他是发现嗜酸性、嗜碱性粒细胞和肥大细胞的学者，是世界上第一个治疗梅毒病人的医生，是把定量技术引入免疫学研究的第一人，是生命科学届受体概念的创始人，免疫学界的鼻祖，1908年诺贝尔奖获得者，著名的德国免疫学家－－ Ehrlich（埃利希）1、Ehrlich的侧链学说null（1）抗体是天生存在的； （2）一个细胞能产生多种多样的抗体。1.侧链学说　　1897null　 一种动物实际上是能够制造特异性无限的抗体，甚至能够制造对抗新的化合物的抗体。这些发现导致了这样的结论，即动物不可能掌握为表达如此广泛的特异性抗体而必须具备的遗传信息，事实也是如此，人类基因组计划最新研究成果表明人类只有大约3万－3.5万个基因。于是人们开始支持这样的概念，即抗体在血液里合成时，抗原以某种方式指导了抗体的特异性。null　　抗原有不同的分子构象，抗原作为 模板以某种方式指导抗体的特异性。2. 直接模板学说　1930 Haurowitz3. 间接模板学说　30年代　Pauling　　抗原进入细胞核中，通过干扰DNA的合成，指导抗体的特异性。null模板学说无法解释的问题：1. 无法解释在免疫应答的 　　　　　早期抗体的含量能成倍增加；2. 无法解释再次应答现象；3. 无法解释抗体亲和力成熟现象；4. 无法解释抗原消失后 　　　　　　　　抗体仍然能继续产生；5. 无法解释免疫耐受现象。null－－免疫学第一定律null4. 克隆选择学说 　　　　 1957 Burnet　　他是国际上研究免疫学和病毒学的专家，是世界上研究流感、白血病和病毒性疾病的权威，是美国、瑞典、澳大利亚的科学院院士，英国皇家学学会会员，澳大利亚科学院院长，现代免疫学的奠基人，1960年诺贝尔生理学奖获得者－－null　　1. 免疫细胞无数的特异性是在与抗原物质接触之前就已经存在的，特异性免疫细胞库中有超过1010个不同特异性的细胞克隆。null　　2. 参与免疫应答的免疫细胞克隆其细胞表面有抗原特异性受体，而且每个细胞表面只有一种特异性受体。这种特异性受体就是它将来产生的具有相同特异性的抗体。null　　3. 抗原进入体内选择相应的免疫细胞克隆与之结合并激活它。该克隆的细胞增殖分化为抗体生成细胞，分泌抗体发挥免疫效应或形成免疫记忆细胞。null　　4. 胚胎期免疫细胞克隆受到抗原刺激（自身的或体外的)，该克隆将被排除或受抑制，从而形成免疫耐受性。该克隆称为“禁忌克隆系”。“禁忌克隆系”可以突变或复活成为能与自身抗原起反应的克隆，从而导致自身免疫或自身免疫病。null5.Burnet原则nullnull解释：抗体形成； 抗原识别； 免疫耐受； 自身免疫： 免疫记忆； 排斥反应： 血型抗体。null 除此之外，还有三个实验为克隆选择提供了最好的证明： 第一，1953年, Medawar 人工诱导免疫耐受实验有力的证明了克隆选择的另一个观点，即胚胎期免疫细胞接受抗原刺激将导致该动物的成体对该抗原的耐受；null　　第二，1975年，Koehler和Milstein研制成功的单克隆抗体再一次证明，一个克隆的细胞，只能产生一种特异性的抗体，从而与克隆选择相呼应，克隆选择为单克隆抗体的制备提供理论指导，单克隆抗体的研制成功又成为克隆选择理论的最出色的佐证；null　　第三，1981年，利根川进阐明的抗体多样性形成的遗传学机制的实验解决了克隆选择的另一个特别棘手的问题，那就是面对形形色色、无穷无尽的抗原决定簇，淋巴细胞怎么会未卜先知，预先准备好了能拦截任何抗原的受体的，这是因为每个淋巴细胞内编码抗体的基因重排后的模式决定了那个克隆的细胞将要生产何种特异性的抗体。null第一节　 免疫球蛋白的结构与类别null（二）可变区和恒定区（三）铰链区 （四）其他成分（一）轻链和重链一、免疫球蛋白的结构null　　1. 轻链（light chain，L链） 　　　　214个氨基酸残基，24KD。 　　　　分为：κ与λ　2个亚型。（一）轻链和重链2. 重链（heavy chain，H链） 　　450-550个氨基酸残基，55-75KD。 分为5类，μ、γ、α、δ、ε链。 　　　　IgM，IgG，IgA，IgD，IgE。nullnull（二）可变区和恒定区（三）铰链区 （四）其他结构（一）轻链和重链一、免疫球蛋白的结构nullnull（二）可变区和恒定区1. 可变区（Variable region，V区） 　　L链N端 1/2处（VL）110个aa; 　　H链N端1/5-1/4处（VH）118个aa。　　 　互补决定区 （complementarity-determining region, CDR）， HVR1，HVR2，HVR3又分别称为CDR1，CDR2，CDR3null高变区(hypervariable region，HVR)框架区(Framework,FR)决定簇互补区 （complementarity-determinant region, CDR ）决定簇互补区 （complementarity-determinant region, CDR ） 抗体与抗原决定簇结合的位置，又称为决定簇互补区（CDR），也是抗体分子的独特型决定簇(Idiotypes of antibody molecules,Id) 的主要存在部位。nullnullnull2. 恒定区（constant region，C区） 　　L链C端1/2处，105个aa; H链C端3/4－4/5处，331-431个aa。　 　在同一种属动物中是比较恒定的,是制备第二抗体进行标记的重要基础。（二）可变区和恒定区null（二）可变区和恒定区（三）铰链区 （四）其他结构（一）轻链和重链一、免疫球蛋白的结构null铰链区：它不是一个独立的功能区，但是它与其它的功能区相关。它位于CH1和CH2之间。铰链区可以发生一定程度上的转动或伸展，使抗体分子上的两个抗原结合位点更好地与两个抗原决定簇发生互补。同时由于CH2和CH3构型变化，使Ig显示出活化补体、结合组织细胞等生物学活性。（三）铰链区nullnull（二）可变区和恒定区（三）铰链区 （四）其他结构（一）轻链和重链一、免疫球蛋白的结构（四）其他结构（四）其他结构J链（jioning chain，J链） 由浆细胞合成。 主要作用：在H链的羧基端将Ig单体连接成双体或多聚体，起稳定多聚体结构及参与体内运转的作用。 null分泌片（secretory piece，SP） 由粘膜上皮细胞合成。 是分泌型IgA（SIgA）的结构成分。 作用：保护SIgA抵抗外分泌液中蛋白酶的降解作用和介导多聚IgA向粘膜上皮外主动输送的作用。nullnull二、免疫球蛋白的功能区　 链内二硫键折叠成球形区称为功能区，约由110个aa组成。　　 　　1. L链：2个，VL，CL各12. H链： 　 IgG，IgA，IgD：4个（V区1个，C区3个） 　 IgM，IgE：5个（V区1个，C区4个）nullnull3. 功能区的作用：（1）VL和VH：结合抗原决定簇（FV区）（2）CL1和CH1：具有同种异型的遗传标记（3）CH2：结合补体（4）CH3：结合Fc受体 　　单核细胞，巨噬细胞，粒细胞，B细胞， 　　NK细胞nullAntibody Structure and Functionnull三、免疫球蛋白分子的抗原性null　（一）同种型　（二）同种异型　　（三）独特型三、免疫球蛋白分子的抗原性null　　（一）同种型（isotype） 　　指同一种属内所有个体共有的Ig抗原特异性的标记。　三、免疫球蛋白分子的抗原性 主要位于CH和CL。 　 包括Ig的类、亚类、型和亚型。null1. 类和亚类（Classes and subclasses） 　　（1）类：位于CH 　　（2）亚类：同一类Ig中，铰链区氨基酸组成和二硫键数目的差异。（一）同种型null2. 型和亚型（types and subtypes） 　　（1）型：位于CL 　　（2）亚型：按λ轻链恒定区（C2）个别氨基酸的差异又可分为λ1，2，3，4，四个亚型。（一）同种型null　（一）同种型　（二）同种异型　　（三）独特型三、免疫球蛋白分子的抗原性null　　是指同一种属不同个体间的Ig分子抗原性的不同。　　三、免疫球蛋白分子的抗原性（二）同种异型（allotype）null三、免疫球蛋白分子的抗原性　（一）同种型　（二）同种异型　　（三）独特型null三、免疫球蛋白分子的抗原性（三）独特型（idiotype，Id）为每一种特异性IgV区上的抗原特异性独特型的抗原决定簇称为 独特位（idiotope）独特型和抗独特型抗体 可形成复杂的免疫网络null四、免疫球蛋 白的功能null（一）特异性结合抗原null（二）活化补体null（三）结合Fc受体1. 介导I型变态反应 　　 IgE诱导的细胞脱颗粒，引起I型变态反应。null2. 调理作用（opsonization） 是指抗体，补体等调理素（opsonin）， 促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用。抗体：热稳定调理素 补体：热不稳定调理素nullnull3. ADCC作用 antibody dependent cell-mediated cytotoxicitynullnull（三）结合Fc受体null（四）通过胎盘和粘膜nullnull五、各类Ig的特点null（一）IgG 单体　150KD2. 含量与分布：80%3. 再次应答中的主要Ab4. 唯一能通过胎盘5. 亚类：(1)IgG1 : 70% (2)结合spA1. 产生部位：淋巴结　脾nullnull　（二）IgM :五聚体 900KD1. 产生部位：同IgG2. 含量与分布：10% 　　　　分布血液和组织液中3. 初次应答中的主要抗体 4. 进化上和个体发育最早出现的抗体 5. 处女型B cell的主要mIgnullnullnull（三）IgA (局部Ab)血清型：单体　170KD IgA1 分泌型：双体 390KD IgA2nullnull1. 产生部位：粘膜淋巴组织 2. 含量与分布：10% 　粘膜表面3. 粘膜免疫中的主要Ab 4. 可经初乳传给新生儿 5. 免疫排除作用: sIgA结合、阻止饮食中的可溶性Ag或肠菌群产生的热原性物质进入血流的作用。（三）IgA (局部Ab)nullnull脊髓灰质炎疫苗null脊髓灰质炎病毒null患脊髓灰质炎的儿童 （Child with polio sequelae WHO）WHO 宣称将在2003年在全球消灭脊髓灰质炎nullnullVictims of polio WHO  null脊髓灰质炎患儿脊髓切片null国家免疫日nullnull1957年美国进行大规模抗小儿麻痹疫苗免疫注射 null国家免疫日null我们赢了！null发明抗小儿麻痹疫苗的美籍波兰裔科学家 　－－沙宾 null埃及 尼日尔 阿富汗null（四）IgD : 单体　170KD 成熟B cell的标志（若B cell上有mIgD,　接受抗原刺激后才能活化,　否则发生凋亡）nullnull过敏性皮疹null过敏性皮疹null第二节 免疫球蛋白基因null利 根 川 进null一、Ig的基因定位和结构二、Ig基因的重排和转录三、重排的机制四、转录的调控五、Ab多样性产生的遗传学原理null1. 制备mRNA探针 从瘤细胞中提取DNA，转录成mRNAP　　　　　　　　（一）实验证据一、Ig的基因定位和结构2. 制备骨髓瘤细胞（M）和胚胎细胞（E） DNA分子的电泳样品3. 杂交：胚胎细胞 浆细胞32nullE MVκ+ Cκ探针600万390万240万E M600万240万Cκ探针VκCκκnull（二）Ig的基因定位和结构 　 κ 　 λ Ｈ 人: 2 22 14 小鼠：6 16 12null1. κ链基因的结构(1) L gene ~100个片段　　(2) V gene ~100个片段　　1~96aa(3) J gene 5 个片段 97~110aa(4) C gene 1个片段null人类免疫球蛋白κ轻链的胚系基因结构示意图null2. λ链基因的结构(1)L　gene　 ~ 200个片段　(2)V　gene 　 ~ 200个片段 1－ 97aa　(3)J　 gene 　 6 个片段　98－110aa(4)C　gene 　 6个片段null人类免疫球蛋白λ轻链的胚系基因结构示意图null3. H链基因的结构(1) L gene ~250个片段　(2) V gene ~250个片段　 1－94aa(3) D gene ~30个片段　 95－97aa(4) J gene 6个片段　 98－113aa(5) C gene 11个片段null人类免疫球蛋白H链的胚系基因结构示意图null一、Ig的基因定位和结构二、Ig基因的重排和转录三、重排的机制四、转录的调控五、Ab多样性产生的遗传学原理null二、Ig基因的重排和转录（一） H链重排null骨髓干细胞B细胞发育过程:nullnullnullnull二、Ig基因的重排和转录　(二) κ链重排nullnull一、Ig的基因定位和结构二、Ig基因的重排和转录三、重排的机制四、转录的调控五、Ab多样性产生的遗传学原理null三、重排的机制1. 重组酶　　　　特点: （1）细胞类型特异性的　　　　（2）B细胞发育阶段特异性的null2. DNA识别序列　 　　七聚体　　CACAGTG　　 　　九聚体　　GGTTTTTGG3. 刺激Ig gene重排的gene 重组激活因子nullnull一、Ig的基因定位和结构二、Ig基因的重排和转录三、重排的机制四、转录的调控五、Ab多样性产生的遗传学原理null四、转录的调控1. 启动子： 在每个L基因前都有TATA盒, RNA 聚合酶II与TATA盒结合， 从而启动转 录过程。2. 增强子（EN）null一、Ig的基因定位和结构二、Ig基因的重排和转录三、重排的机制四、转录的调控五、Ab多样性产生的遗传学原理null五、Ab多样性产生的遗传学原理　2. 组合的多样性（主要因素） 　　　 κ链：100×4=4×102 H链：250×30×6＝4.5×104 1. 众多的胚系基因（原始因素）null　　（2）非模板序列的插入　增加100倍3. 连接的多样性（1）非精确性连接　增加10倍4. 体细胞突变：主要是点突变5. H和L的组装　(4×103)×( 4.5×107 ) =1.8×1011 nullnull抗体基因的表达特点：1. 等位基因排斥： 　　是指一条染色体上Ig重链基因的 有效重排，抑制另一条同源染色体重 链基因重排的现象。null2. 轻链同型排斥3. 重链类别转换　　当一个Ｂ细胞中，κ链的基因发生功能性重排后， λ链的基因重排就被阻断的现象。　　又称同种型转换。指B细胞在受抗原刺激后，首先合成IgM，然后转为合成IgG、IgA和IgE等的现象。抗体基因的表达特点：nullnull第三节 免疫球蛋白的合成与分泌null1. 初应答和再应答一、体液免疫应答与抗体的产生nullnull2.Td和Ti抗原的免疫应答 Td:蛋白质抗原在T细胞缺乏时不诱导产生抗 体，故称为胸腺依赖性抗原。 Ti：一些非蛋白质抗原如糖、脂类、核酸等 诱导的抗体 反应无须Th细胞，因此称为 非依赖性抗原。null3.抗体形成中种类的转换 通过转换区重排(图 3-18）4. 影响体液免疫应答的因素null二、免疫球蛋白的表达、装配与分泌 1.免疫球蛋白mRNA 2.膜结核型和分泌型免疫球蛋白的表达（图3-19） 3.B 细胞的发育与抗体的形成（表3-7) 4.抗体在细胞内的装配、运转与分泌(图3-20） 5.个体发育过程中抗体的形成（图3-21）nullnull瑞典首都斯德哥尔摩卡罗林斯卡医学院null思考题一、名词解释 Ig、Fab、Fc、CDR、isotype、V gene fragment、 Antibody。 二、问答题 1. 试述各类免疫球蛋白的主要生物学作用。 2.抗体的多样性是如何形成的？nullnull高变区(hypervariable region，HVR)框架区(Framework,FR)决定簇互补区 （complementarity-determinant region, CDR ）决定簇互补区 （complementarity-determinant region, CDR ） 抗体与抗原决定簇结合的位置，又称为决定簇互补区（CDR），也是抗体分子的独特型决定簇(Idiotypes of antibody molecules,Id) 的主要存在部位。null免疫球蛋白的其他结构 1.J链（jioning chain，J链） 由浆细胞合成。 主要作用：在H链的羧基端将Ig单体连接成双体或多聚体，起稳定多聚体结构及参与体内运转的作用。nullnull2.分泌片（secretory piece，SP） 由粘膜上皮细胞合成。 是分泌型IgA（SIgA）的结构成分。 作用：保护SIgA抵抗外分泌液中蛋白酶的降解作用和介导多聚IgA向粘膜上皮外主动输送的作用。nullnull一、IgG 单体　150KD2. 含量与分布：80%(含量最高）再次应答中的主要Ab（体内最主 要的保护性抗体4. 唯一能通过胎盘5. 亚类：(1)IgG1 : 70% (2)结合spA1. 产生部位：淋巴结　脾null　二、IgM :五聚体 900KD1. 产生部位：同IgG2. 含量与分布：10% 　　　　分布血液和组织液中3. 初次应答中的主要抗体 4. 进化上和个体发育最早出现的抗体 5. 处女型B cell的主要mIgnull1. 产生部位：粘膜淋巴组织 2. 含量与分布：10% 　粘膜表面3. 粘膜免疫中的主要Ab 4. 可经初乳传给新生儿 5. 免疫排除作用: sIgA结合、阻止饮食中的可溶性Ag或肠菌群产生的热原性物质进入血流的作用。三、IgA (局部Ab)null四、IgD : 单体　170KD 成熟B cell的标志（若B cell上有mIgD,　接受抗原刺激后才能活化,　否则发生凋亡）nullnull 抗体（antibody，Ab）——能与相应抗原特异性结合, 并具有多种免疫学和生物学活性的蛋白质，也称为免疫球蛋白（Immunoglobulin,Ig）。包括膜型Ig和分泌型Ig。