4第四章 免疫球蛋白与抗体

null第四章 免疫球蛋白与抗体第四章 免疫球蛋白与抗体免疫球蛋白： immunoglobulin，简称Ig 抗体： antibody，简称Ab一、免疫球蛋白的概念一、免疫球蛋白的概念免疫球蛋白：是指存在于人和动物血液（血清）、组织液及其他外分泌液中的一类具有相似结构的球蛋白，过去称为γ 球蛋白。 依据化学结构和抗原性差异，免疫球蛋白分为IgG IgM IgA IgE IgDnull二、抗体的概念二、抗体的概念抗体：动物机体受到抗原物质刺激以后，由B淋巴细胞转化为浆细胞产生的，能与相应抗原发生特异性结合反应的免疫球蛋白。 体液免疫（humoral immunity)：抗体产生后主要存在于动物血液（血清）、淋巴液、组织液及其他外分泌液中，因此将抗体介导的免疫称为体液免疫。null 亲细胞性抗体：可与细胞发生非特异结合的抗体称为亲细胞性抗体。 如IgG可与T、B淋巴细胞、K细胞、巨噬细胞结合；IgE可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞结合。 膜免疫球蛋白（membrane surface immunoglobulin，mIg):成熟的B细胞表面的抗原受体，其本质也为免疫球蛋白。免疫球蛋白与抗体的比较免疫球蛋白与抗体的比较就本质而言，二者是一致的，都是免疫球蛋白； 抗体是抗原的对立面，具有针对性，是免疫生物学和免疫功能学上的概念；免疫球蛋白并不都具有抗体活性，是结构和化学本质上的概念； 抗体分子的多样性极大；免疫球蛋白分子的多样性小 （指对抗原的特异性）。第一节 免疫球蛋白的分子结构第一节 免疫球蛋白的分子结构一、免疫球蛋白的单体分子结构一、免疫球蛋白的单体分子结构所有免疫球蛋白的单体分子结构都是相似的。IgG IgE 单体分子形式存在 IgD 血清型IgA IgM 5个单体分子构成的五聚体 分泌型IgA 2个单体分子构成的二聚体null（一）四肽链结构（一）四肽链结构 所有Ig单体分子的基本单位都是四条肽链的对称结构。两条重链（heavy chain，H）和两条轻链（light chain，L）。每条重链和轻链分为氨基端和羧基端。1、重链（heavy chain，H链）1、重链（heavy chain，H链）450～550个氨基酸残基，分子量约55～75kD。 根据Ig重链抗原性的差异，Ig可分为五类: IgG、IgM、IgA、IgD、IgE 相应H链为γ、 μ、 α、 δ及 ε链。null2、轻链（light chain，L链）2、轻链（light chain，L链）轻链为重链的1/2，约由214个氨基酸组成。 根据轻链的不同，分为κ、λ两型。 正常人血清Ig的κ:λ=2 :1 天然的Ig单体结构中，两条重链同类，两条轻链同型。二、可变区和恒定区二、可变区和恒定区 根据氨基酸排列顺序的不同重链和轻链均可分为可变区（variable region, V，VH or VL） 恒定区（constant region，C，CH or CL）。null1、可变区（variable region，V区）1、可变区（variable region，V区）近N端的1/2 L链和1/4（或1/5）H链，氨基酸的组成及序列变化较大，而得名。 高变区（hypervariable region，HVR） V区内变化最为剧烈的特定部位。L链3个，H链3个。 因其在空间结构上可与抗原决定簇形成精密的互补，故又称互补性决定区（complementarity determing region，CDR）。 nullnullnull不同Ig分子在高变区结构上各自具有独特的氨基酸排序和构型特点，也称为Ig分子的独特型或独特型决定簇。 高变区、互补性决定区和独特型决定簇指的是Ig分子中的同一结构部位，只是从不同的角度阐述而已。null骨架区（framework region，FR）骨架区（framework region，FR）Ig分子V区超变区之外的部位，其氨基酸组成及排列相对保守。 作用：主要是稳定CDR的空间构型，以利于Ig的CDR与抗原表位精细的特异性结合。2. 恒定区（constant region，C区）2. 恒定区（constant region，C区）近C端的1/2 L链及3/4（或4/5）H链，重链和轻链的C区分别称为CH和CL 。 同一种属动物中，同一类别Ig分子C区氨基酸的组成和排列顺序比较恒定。nullJ链（Joining chain，J chain） 由浆细胞合成， J链是一条多肽链，富含半胱氨酸，起连接免疫球蛋白单体分子的作用，所以称为连接链。 J链将单体分子连结成五聚体（pentamer)，成为IgM分子；将单体分子连结成二聚体（dimer)，成为分泌型IgA分子。 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。（三）其他结构null2.分泌片（secretary piece）2.分泌片（secretary piece）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、到达胃肠道和呼吸道的作用。null二、免疫球蛋白的功能区（结构域）二、免疫球蛋白的功能区（结构域） 约由110个氨基酸组成。由链内二硫键连接并经β-折叠形成的具有特定功能的球形结构域，称为Ig的功能区（结构域）。 null β桶状结构或β三明治结构（一）功能区的名称（一）功能区的名称 L链：VL、CL H链：VH 、 CH1、CH2、CH3、 CH4（IgM和IgE有） 绞链区nullFunction regionsnullHinge region(IgM.IgE excluded)（二）功能区的功能（二）功能区的功能VL、VH：特异性识别和结合抗原 CH1、CL：具有同种异型遗传标记(遗传标志所在部位) IgG的CH2和IgM的CH3：具有补体C1q的结合点；与IgG通过胎盘有关。 CH3/CH4：具有与多种细胞Fc受体结合的功能，不同的Ig在结合不同的细胞时可产生不同的免疫效应。null两条重链之间位于CH1与CH2之间大约30个氨基酸残基组成的区域，由2~5个二硫键相连，含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲，称为免疫球蛋白的铰链区。 作用： 1.弯曲利于V区与不同距离的抗原表位结合。 2.使Ig分子发生“T” “Y”的构型改变，暴露补体结合位点。（三）绞链区（hinge region）nullnull“T” “Y”三、免疫球蛋白的水解片段三、免疫球蛋白的水解片段null（一）木瓜蛋白酶的水解作用 两个相同的单价抗原结合片段 （fragment of antigen-binding，Fab段） 一个可结晶片段 （crystalizable fragment，Fc段） 木瓜 蛋白酶水 解IgGFab段保留了特异性结合抗原的功能。 Fc段保留了重链的抗原性和Ig相应功能区的生物学活性。木瓜蛋白酶水解IgG示意图木瓜蛋白酶水解IgG示意图（二）胃蛋白酶的水解作用（二）胃蛋白酶的水解作用胃蛋白酶水 解一个与抗原双价结合的F(ab’)2段小分子多肽碎片（pFc’） （无生物学活性）IgG胃蛋白酶水解IgG示意图胃蛋白酶水解IgG示意图（三）意义（三）意义1.有利于阐明Ig的结构及生物活性 2.有利于生物制品的生产和纯化， 避免超敏反应的发生。null第二节 五类免疫球蛋白的特点 与功能一、IgG一、IgG单体。血清中含量最高。可分为四个亚类，各亚类的生物学活性有差异。null主要的抗感染抗体,具有抗菌、抗病毒、中和毒素、免疫调理及ADCC作用.半衰期为23d. 唯一通过胎盘的抗体（有天然被动免疫作用）。 null治疗用的丙球的主要成分为IgG（有人工被动免疫作用）。半衰期约16～24天，故临床应用以2～3次重复为宜。 可结合SPA，以纯化抗体，用于免疫诊断。 某些自身抗体和引起Ⅱ、Ⅲ型超敏反应的抗体属此类。 nullnullnull为五聚体，又称巨球蛋白（macroglobulim) 。 IgM是一种高效能抗体，其杀菌、溶血、溶菌、促进吞噬及凝集作用均比IgG高500~1000倍。 个体发育中合成最早的Ig。 半衰期较短(5天) ，有助于感染性疾病的早期诊断。 天然的血型抗体。 单体的IgM是细胞膜表面型免疫球蛋白。 二、IgMnull 有血清型和分泌型。血清型有两个亚类。 分泌型IgA（SIgA）存在于外分泌液中，初乳中含量较高。 SIgA的分子结构中有J链和SP。后者是粘膜上皮细胞的多聚Ig受体的胞外区。 SIgA是皮肤和粘膜表面局部抗感染的重要因素（如免疫屏障、中和病毒及抑制病毒复制的作用）。三、IgA四、IgD四、IgD血清含量极低。 对蛋白酶敏感，极易降解。 是B细胞的重要表面标志。B细胞的分化过程中首先出现SmIgM，后来出现SmIgD，它的出现标志着B细胞成熟。null血清中含量最低。 对肥大细胞及嗜碱性粒细胞有高度的亲和力。与Ⅰ型超敏反应的发生有关。 可能与机体抗寄生虫免疫有关。五、IgE第三节     免疫球蛋白的生物学活性第三节     免疫球蛋白的生物学活性null一、Ig V区的功能——特异性结合抗原 Ig可特异性识别、结合抗原。V区的CDR在识别和结合特异性抗原中起决定性作用。 Ig的V区与抗原结合后，可通过其C区发挥作用，V区本身也可中和毒素或阻断病原入侵。null二、Ig C区的功能 （一）激活补体 IgM、IgG1、IgG2和IgG3可通过经典途 径激活补体，凝聚的IgA、IgG4和IgE可通过替代途径激活补体。null调理作用 促进吞噬细胞的吞噬作用； 发挥抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC Effect）； 介导Ⅰ型超敏反应； 人IgG的Fc段与SPA结合 阻断IgG对吞噬细胞的调理作用。在体外已用于IgG的纯化及临床检测。（二）结合Fc受体null移去Fc片段减少了潜在错误信号的干扰和非特异性结合，提高了特异性。  释放2个小的Fab’片段优化了抗体的位置，更好地结合抗原，提高了敏感性。 （三）穿过胎盘和黏膜（三）穿过胎盘和黏膜人IgG穿过胎盘； IgA经粘膜上皮细胞进入消化道及呼吸道。 null第四节 抗体多样性及机制null1011种可能性的抗体“准备” 外因：外界抗原的多样性 内因： 编码Ig基因的多样性 体细胞突变 V.D.J基因连接的多样性 nullnull第五节 抗体产生的规律抗体产生的规律包括两方面的含义：抗体产生的规律包括两方面的含义： 一是各种免疫球蛋白在种系进化和个体发育过程中出现先后的规律； 二是初次免疫应答和再次免疫应答中抗体产生的规律；一、各种免疫球蛋白在种系进化和 个体发育过程中出现先后的规律一、各种免疫球蛋白在种系进化和 个体发育过程中出现先后的规律（一）种系进化： 无脊椎动物 鱼类 IgM 两栖类 IgM、IgG 家兔 IgM 、IgG 、IgA 、IgE 人类和鼠类 IgM 、IgG 、IgA 、IgE、IgD (二）个体发育: 最早出现IgM，然后出现IgG、IgA等其他免疫球蛋白不产生免疫球蛋白，对外界抗原的刺激，主要靠吞噬细胞及炎症反应排斥。二、初次免疫应答和再次免疫应答中 抗体产生的规律二、初次免疫应答和再次免疫应答中 抗体产生的规律（一）初次免疫应答： 最早出现的是IgM，但消失得快，在血液中只维持数周； IgM达到高峰时IgG开始出现，IgM接近消失时，IgG达到最高峰，其高峰可维持较长时间，达到数月甚至数年之久； IgA出现最迟，常在IgG出现后两周至1~2个月出现，其含量较少，但维持时间较长。null（二）再次免疫应答 开始时抗体略有降低，随之抗体水平迅速升高，可比初次免疫应答高几倍甚至几十倍，维持时间更长。 null再次应答与初次应答的不同之处： ① 潜伏期短； ② 抗体合成快速到达平台期，平台高且持续 时间长； ③ 下降期持久； ④ 诱发再次应答所需抗原量小； ⑤ 再次应答产生的抗体主要为IgG，亲和力 高。nullnull初次与再次免疫应答中抗体的消长规律初次与再次免疫应答中抗体的消长规律第六节 免疫球蛋白的异质性 （heterogeneity） 第六节 免疫球蛋白的异质性 （heterogeneity） null 异质性：免疫球蛋白分子的 不均一性。null免疫球蛋白分子的不均一性 可表现为三方面: 1. 不同抗原表位诱生不同类型的Ig，其识别 抗原的特异性不同，其重、轻链类型有差 异； 2. 不同抗原表位诱生的同一类型的Ig，其识 别抗原的特异性不同； 3. 同一抗原表位诱生不同类型的Ig，其识别 抗原的特异性相同，但重、轻链类型不 同。null 免疫球蛋白的类型（Ig C区） （一）类:5类，γ.μ.α.ε.ξ,重链C区的理化特性、抗原性差异 （二）亚类：重链C区的微细结构、二硫键位置与数目、抗原性差异 （三）型：2类，κ.λ，轻链C区的抗原性差异 （四）亚型:λ链C区个别氨基酸顺序差异 κ无亚型区别，C区结构相同null一、外源因素所致的异质性 ——Ig的多样性 多样性的抗原诱生出多样性的抗体。 null二、内源因素所致的异质性 ——Ig的抗原性 （一）同种型（isotype） 同一种属所有个体的Ig共有的抗原特异性标志。为种属型标志，存在于Ig的C区。 抗同种型抗体可识别同种属所有个体的同种型抗体。 nullnull（二）同种异型（allotype） 同一种属内不同个体间的Ig所具有的不同抗原特异性标志，为个体性标志，存在于Ig的CH区和Cκ区。 个体的C区基因在种群中存在多个等位基因造成。nullnullnull（三）独特型（idiotype） 同一个体体内不同B细胞克隆产生的Ig的V区抗原特异性各不相同，其VH.VL超变区各自具备的独特型抗原决定簇结构，称为抗体的独特型。 Ig的独特型表位可在异种、同种异体以及自身体内诱导产生相应的抗体称为抗独特型抗体（anti-idiotype antibody)。 抗体的特性：抗体既具有抗体性，又具有抗原性。 抗抗体：针对抗体产生的抗体称为抗抗体，也称为二抗。nullnull独特型表位同种（异）型 表位抗体分子结构及其位点独特型-抗独特型网络学说独特型-抗独特型网络学说 Ag Ab1 Ab1-Id B1B2Ab2（ Ab2 β ） Ab2-IdB3Ab3Ab3-IdB4Ab4null第七节 人工制备的抗体null 一、多克隆抗体 由多个克隆细胞产生的多种抗体的混合物即多克隆抗体，也称第一代人工抗体。产生多种针对不同表位的相应抗体 （多克隆抗体）诱发多个B细胞克隆活化机体 天然抗原 （多个抗原表位）nullnull 二、单克隆抗体 (monoclonal antibody, McAb) 由一个始祖细胞分化、增殖所产生的遗传性状完全相同的细胞群称为克隆（clone）。 由一个克隆B细胞产生的、只作用于单一抗原表位的高度特异性抗体称为单克隆抗体。又称第二代人工抗体。null 单抗的优点： 结构均一，特异性强； 效价高，具有高度活性。 单克隆抗体是用杂交瘤技术制备的。 原理：免疫小鼠的脾细胞（含大量B细胞）与同系小鼠骨髓瘤细胞融合，形成具有亲本细胞共同特点的杂交瘤细胞。杂交瘤细胞既有脾细胞产生特异性抗体的功能，又有瘤细胞可长期在体外传代培养的特点。何为“高特异性” ？何为“高特异性” ？antigencell1cell2cell3Ab1epitope1cell1+cell2 +cell3+cell nBAL b/c杂交瘤细胞株的建立程序杂交瘤细胞株的建立程序BAL b/c小鼠免疫NS-1细胞培养脾细胞细胞融合筛选克隆化冻存腹水的制备饲养细胞NS-1细胞有限稀释法间接 ELISAnullnullnullnullnullHGPRT: 次黄喋呤-鸟嘌呤磷酸核糖转化酶H:hypoxanthine：次黄喋呤 T:thymidine：胸腺嘧啶核苷 A:aminopterin：氨基喋呤null分泌抗AIV抗体独特型单克隆抗体的 单克隆化杂交瘤细胞集落null三、基因工程抗体 由基因重组技术制备的抗体称为基因工程抗体，也称第三代抗体。 原理：B细胞获得编码抗体的基因，或以多聚酶链反应技术扩增基因片段，经体外DNA重组后，转化受体细胞，使其表达特定抗体。 如人-鼠嵌合抗体、改型抗体、双特异性抗体、小分子抗体等。 nullAb2β的特点Ab2β的特点1.特异性地与不同种属个体产生的Ab1反应； 2.特异性地与不同类抗体Ab1反应； 3.能与抗原Ag竞争性地结合Ab1。 4.能诱导不同种属个体产生特异性免疫应答