抗體的結(jié)構(gòu)與功能

1、免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)與功能一、免疫球蛋白分子的基本結(jié)構(gòu)Porter 等對血清 IgG 抗體的研究證明， Ig 分子的基本結(jié)構(gòu)是由四肽鏈組成的。即由二 條相同的分子量較小的肽鏈稱為輕鏈和二條相同的分子量較大的肽鏈稱為重鏈組成的。 輕鏈 與重鏈是由二硫鍵連接形成一個四肽鏈分子稱為 Ig 分子的單體，是構(gòu)成免疫球蛋白分子的 基本結(jié)構(gòu)。 Ig 單體中四條肽鏈兩端游離的氨基或羧基的方向是一致的，分別命名為氨基端 （N 端）和羧基端（ C 端）。（一）輕鏈和重鏈由于骨髓瘤蛋白（M蛋白）是均一性球蛋白分子，并證明本周蛋白（BJ）是lg分子的L鏈，很容易從患者血液和尿液中分離純化這種蛋白， 并可對來自不同患者的標

2、本進行比較分 析，從而為 lg 分子氨基酸序列分析提供了良好的材料。1輕鏈（ light chain,L ） 輕鏈大約由 214 個氨基酸殘基組成，通常不含碳水化合物， 分子量約為24kD。每條輕鏈含有兩個由鏈內(nèi)二硫鍵內(nèi)二硫所組成的環(huán)肽。L鏈共有兩型：kappa（ k ）與lambda（入），同一個天然lg分子上L鏈的型總是相同的。正常人血清中的k： 入約為2 ： 1。2. 重鏈（heavy chain,H鏈） 重鏈大小約為輕鏈的 2倍，含450550個氨基酸殘基， 分子量約為55或75kD。每條H鏈含有45個鏈內(nèi)二硫鍵所組成的環(huán)肽。不同的H鏈由于氨基酸組成的排列順序、二硫鍵的數(shù)目和們置、含的

3、種類和數(shù)量不同，其抗原性也不相同， 根據(jù)H鏈抗原性的差異可將其分為5類：鏈、丫鏈、a鏈、3鏈和£鏈，不同H鏈與L鏈（k或入鏈）組成完整 lg的分子分別稱之為IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。丫、a和3鏈 上含有4個肽，和&鏈含有 5個環(huán)肽。（二）可變區(qū)和恒定區(qū)通過對不同骨髓蛋白或本周蛋白H鏈或L鏈的氨基酸序列比較分析，發(fā)現(xiàn)其氨基端（N-末端）氨基酸序列變化很大，稱此區(qū)為可變區(qū)（V）,而羧基末端（C-末端）則相對穩(wěn)定，變化很小，稱此區(qū)為恒定區(qū)。1. 可變區(qū)（variable region,V 區(qū)） 位于L鏈靠近N端的1/2 （約含108111個氨基 酸殘基）和H鏈靠近N端

4、的1/5或1/4 （約含118個氨基酸殘基）。每個V區(qū)中均有一個由 鏈內(nèi)二硫鍵連接形成的肽環(huán)，每個肽環(huán)約含6775個氨基酸殘基。V區(qū)氨基酸的組成和排列隨抗體結(jié)合抗原的特異性不同有較大的變異。由于V區(qū)中氨基酸的種類為排列順序千變?nèi)f化，故可形成許多種具有不同結(jié)合抗原特異性的抗體。L鏈和H鏈的V區(qū)分別稱為 VL和VH=在VL和VH中某些局部區(qū)域的氨基酸組成和排列 順序具有更高的變休程度，這些區(qū)域稱為高變區(qū)（hypervariable region,HVR）。在V區(qū)中非HVR部位的氨基酸組面和排列相對比較保守，稱為骨架區(qū)（ fuamework rugion ）。VL中的 高變區(qū)有三個，通常分別位于第

5、2434、5065、95102位氨基酸。VL和VH的這三個HVR 分別稱為HVR1 HVR2和 HVR3經(jīng)X線結(jié)晶衍射的研究分析證明，高變區(qū)確實為抗體與抗原 結(jié)合的位置，因而稱為決定簇互補區(qū)（ complementarity-determining regi-on,CDR ）。 VL 和VH的 HVR1 HVR2和HVR3又可分另U稱為 CDR1 CDR2和CDR3 一般的CDR3具有更高的高 變程度。高變區(qū)也是 Ig 分子獨特型決定簇（ idiotypic determinants ）主要存在的部位。 在大多數(shù)情況下 H鏈在與抗原結(jié)合中起更重要的作用。2. 恒定區(qū)（constant regi

6、on,C區(qū)） 位于L鏈靠近C端的1/2 （約含105個氨基酸殘基）和H鏈靠近C端的3/4區(qū)域或4/5區(qū)域（約從119位氨基酸至C末端）。H鏈每個功能區(qū)約 含 110多個氨基酸殘基，含有一個由二锍鍵連接的 5060個氨基酸殘基組成的肽環(huán)。這個區(qū)域氨基酸的組成和排列在同一種屬動物lg同型L鏈和同一類H鏈中都比較恒定，如人抗白喉外毒素IgG與人抗破傷風外毒素的抗毒素IgG，它們的V區(qū)不相同，只能與相應(yīng)的抗原發(fā)生特異性的結(jié)合，但其C區(qū)的結(jié)構(gòu)是相同的，即具有相同的抗原性， 應(yīng)用馬抗人IgG第二體（或稱抗抗體）均能與這兩種抗不同外毒素的抗體（ IgG）發(fā)生結(jié)合反應(yīng)。這是制備第二 抗體，應(yīng)用熒光、酶、同位毒

7、等標記抗體的重要基礎(chǔ)。（三）功能區(qū)Ig分子的H鏈與L鏈可通過鏈內(nèi)二硫鍵折疊成若干球形功能區(qū)，每一功能區(qū)（ domain） 約由 110 個氨基酸組成。在功能區(qū)中氨基酸序列有高度同源性。1. L鏈功能區(qū) 分為L鏈可變區(qū)（VL）和L鏈恒定區(qū)（CL）兩功能區(qū)。2. H鏈功能區(qū) IgG、IgA和IgD的H鏈各有一個可變區(qū) （VH）和三個恒定區(qū)（CH1、CH2 和CH3共四個功能區(qū)。IgM和IgE的H鏈各有一個可變區(qū)（VH和四個恒定區(qū)（CH1 CH2 CH3和CH4共五個功能區(qū)。如要表示某一類免疫蛋白H鏈恒定區(qū)，可在 C （表示恒定區(qū)） 后加上相應(yīng)重鏈名稱（希臘字母）和恒定區(qū)的位置（阿拉伯數(shù)字） ，例如

8、 IgG 重鏈 CH1、 CH2 和CH3可分另【J用Cy 1、Cy 2和Cy 3來表示。IgL鏈和H鏈中V區(qū)或C區(qū)每個功能區(qū)各形成一個免疫球蛋白折疊（immu no globulinfold,lg fold ）,每個Ig折疊含有兩個大致平行、由二硫連接的B片層結(jié)構(gòu)（betapleatedsheets ）,每個B片層結(jié)構(gòu)由3至5股反平行的多肽鏈組成?？勺儏^(qū)中的高變區(qū)在Ig折疊的一側(cè)形成高變區(qū)環(huán)（ hypervariable loops ），是與抗原結(jié)合的位置。3. 功能區(qū)的作用（1） VL和VH是與抗原結(jié)合的部位，其中HVR（ CDR是V區(qū)中與抗原決定簇（或表位）互補結(jié)合的部位。VH和VL通過

9、非共價相互作用，組成一個FV區(qū)。單位Ig分子具有2個抗原結(jié)合位點（ antigen-binding site ），二聚體分泌型 IgA 具有 4個抗原結(jié)合位點，五聚體 IgM 可有 10個抗原結(jié)合位點。（2）CL和CH上具有部分同種異型的遺傳標記。（3） CH2 IgGCH具有補體Clq結(jié)合點，能活化補體的經(jīng)典活化途徑。母體IgG借助CH2 部分可通過胎盤主動傳遞到胎體內(nèi)。（4） CH3: IgGCH3具有結(jié)合單核細胞、巨噬細胞、粒細胞、B細胞和NK細胞Fc段受體 的功能。lgMCH3（或CH3因部分CH4具有補體結(jié)合位點。IgE的Cs 2和Cs 3功能區(qū)與結(jié) 合肥大細胞和嗜堿性粒細胞 FC&

10、amp; RI有關(guān)。4. 鉸鏈區(qū)（ hinge region ）鉸鏈區(qū)不是一個獨立的功能區(qū)，但它與其客觀存在功能區(qū) 有關(guān)。鉸鏈區(qū)位于 CH1和CH2之間。不同H鏈鉸鏈區(qū)含氨基酸數(shù)目不等，a 1、a 2、丫 1、丫 2和丫 4鏈的鉸鏈區(qū)較短，只有10多個氨基酸殘基；丫 3和3鏈的鉸鏈區(qū)較長，約含60多個氨基酸殘基，其中丫 3鉸鏈區(qū)含有14個半胱氨酸殘基。鉸鏈區(qū)包括H鏈間二硫鍵，該區(qū)富含脯氨酸，不形成a -螺旋，易發(fā)生伸展及一定程度的轉(zhuǎn)動，當VL、VH與抗原結(jié)合時此氏發(fā)生扭曲，使抗體分子上兩個抗原結(jié)合點更好地與兩個抗原決定簇發(fā)生互補。由于CH2和CH3構(gòu)型變化，顯示出活化補體、結(jié)合組織細胞等生物學(xué)

11、活性。鉸鏈區(qū)對木瓜蛋白酶、胃蛋白酶敏感，當用這些蛋白酶水解免疫球蛋白分子時常此區(qū)發(fā)生裂解。IgM和IgE缺乏鉸鏈區(qū)。醫(yī)學(xué)全在線（四） J 鏈和分泌成分1. J鏈（joining chain ）存在于二聚體分泌型 IgA和五聚體IgM中。J鏈分子量約為 15kD,由于124個氨基酸組成的酸性糖蛋白，含有8個半胱氨酸殘基，通過二硫鍵連接到卩鏈或a鏈的羧基端的半胱氨酸。J鏈可能在Ig二聚體、五聚體或多聚體的組成以及在體內(nèi)轉(zhuǎn)運中的具有一定的作用。2. 分泌成分（ secretory component,SC）又稱分泌片（ secretory piece ）, 是分泌型IgA上的一個輔助成分，分子量約為

12、75kD,糖蛋白，由上皮細胞合成，以共價形式結(jié)合 到 Ig 分子，并一起被分泌到粘膜表面。 SC 的存在對于抵抗外分泌液中蛋白水解酶的降解具 有重要作用。(五)單體、雙體和五聚體1單體 由一對L鏈和一對H鏈組成的基本結(jié)構(gòu)，如IgG、IgD、IgE血清型IgA。2雙體 由 J 鏈連接的兩個單體，如分泌型IgA ( secretory IgA,SIgA)二聚體(或多聚體) IgA 結(jié)合抗原的親合力( avidity )要比單體 IgA 高。3. 五聚體 由J鏈和二硫鍵連接五個單體，如IgM。卩鏈Cys414 (3)和Cys575(C端的尾部)對于IgM的多聚化極為重要。在J鏈存在下，通過兩個鄰近單

13、體IgM 鏈Cys之間以及J鏈與鄰鏈Cys575之間形成二硫鍵組成五聚體。由粘膜下漿細胞所合成和分泌的IgM五聚體，與粘膜上皮細胞表面 pIgR(poly-Ig receptor,pIgR) 結(jié)合，穿過粘膜上皮細胞到粘 膜表面成為分泌型 IgM(secretory IgM) 。(六)酶解片段1 本瓜蛋白酶的水解片段 Porter 等最早用木瓜蛋白酶( papain )水解兔 IgG, 從而區(qū) 劃獲知了 Ig 四肽鏈的基本結(jié)構(gòu)和功能。(1) 裂解部位：IgG鉸鏈區(qū)H鏈鏈間二硫鍵近 N端側(cè)切斷。( 2)裂解片段： 共裂解為三個片段： 兩個 Fab 段(抗原結(jié)合段， fragment of anti

14、gen binding ),每個Fab段由一條完整的L鏈和一條約為1/2的H鏈組成，F(xiàn)ab段分子量為54kD。 一個完整的 Fab 段可與抗原結(jié)合， 表現(xiàn)為單價， 但不能形成凝集或沉淀反應(yīng)。 Fab 中約 1/2H 鏈部分稱為Fd段，約含225個氨基酸殘基，包括 VH CH1和部分鉸鏈區(qū)。一個 Fc段(可 結(jié)晶段，fragment crystallizable ),由連接H鏈二硫鍵和近羧基端兩條約 1/2的H鏈所組 成，分子量約50kDo Ig在異種間免疫所具有的抗原性主要存在于Fc段。2.胃蛋白酶的水解片段 Nisonoff 等最早用胃蛋白酶(pepsin )裂解免疫球蛋白。(1) 裂解部位

15、：鉸鏈區(qū) H鏈鏈間二硫鍵近 C端切斷。( 2)裂解片段：1) F (ab' ) 2：包括一對完整的L鏈和由鏈間二硫鍵相連一對略大于Fab中Fd的H鏈，稱為 Fd' ，約含 235 個氨基酸殘基，包括 VH、 VH1 和鉸鏈區(qū)。 F( ab' ) 2 具有雙價抗體活性， 與抗原結(jié)合可發(fā)生凝集和沉淀反應(yīng)。雙價的 F( ab' ) 2 與抗原結(jié)合的親合力要大于單價的 Fabo由于應(yīng)用F( ab' ) 2時保持了結(jié)合相應(yīng)抗原的生物學(xué)活性，又減少或避免了Fc段抗原性可能引起的副作用，因而在生物制品中有較大的實際應(yīng)用價值。雖然 F(ab' ) 2與抗原結(jié)合特

16、性方面同完整的 Ig 分子一樣， 但由于缺乏 Ig 中部分， 因此不具備固定補體以及與細胞 膜表面Fc受體結(jié)合的功能。F (ab' ) 2經(jīng)還原等處理后，H鏈間的二硫可發(fā)生斷裂而形成兩 個相同的 Fab' 片段。2) Fc' 可繼續(xù)被胃蛋白酶水解成更小的片段，失去其生物學(xué)活性。二、免疫球蛋白分子的功能Ig 是體液免疫應(yīng)答中發(fā)揮免疫功能最主要的免疫分子，免疫球蛋白所具有的功能是由 其分子中不同功能區(qū)的特點所決定的。(一) 特異性結(jié)合抗原Ig 最顯著的生物學(xué)特點是能夠特異性地與相應(yīng)的抗原結(jié)合，如細菌、病毒、寄生蟲、 某些藥物或侵入機體的其他異物。Ig的這種特異性結(jié)合抗原特性

17、是由其V區(qū)(尤其是V區(qū)中的高變區(qū))的空間構(gòu)成所決定的。Ig的抗原結(jié)合點由L鏈和H鏈超變區(qū)組成，與相應(yīng)抗原上的表位互補，借助靜電力、 氫鍵以及范德華力等次級鍵相結(jié)合，這種結(jié)合是可逆的，并 受到pH、溫度和電解濃度的影響。在某些情況下，由于不同抗原分子上有相同的抗原決定 簇，或有相似的抗原決定簇， 一種抗體可與兩種以上的抗原發(fā)生反應(yīng)， 此稱為交叉反應(yīng) ( cross reaction )?？贵w分子可有單體、雙體和五聚體，因此結(jié)合抗原決定簇的數(shù)目(結(jié)合價)也不相同。Fab段為單價，不能產(chǎn)生凝集反應(yīng)和沉淀反應(yīng)。F (ab' ) 2和單體Ig (如IgG、IgD、IgE )為雙價。雙體分泌型Ig

18、A有4價。五聚體IgM理論上應(yīng)為10價，但實際上由于立體構(gòu)型的 空間位阻，一般只有 5 個結(jié)合點可結(jié)合抗原。B細胞表面Ig(SmIg)是特異性識別抗原的受體，成熟B細胞主要表達SmlgM和SmlgD,同一 B細胞克隆表達不同類 SmIg其識別抗原的特異性是相同的。(二) 活化補體1IgM、 IgG1、 IgG2 和 IgG3 可通過經(jīng)典途徑活化補體。 當抗體與相應(yīng)抗原結(jié)合后， IgG 的CH2和IgM的CH3暴露出結(jié)合C lq的補體結(jié)合點，開始活化補體。由于Clq6個亞單位中一般需要2個C端的球與補體結(jié)合點結(jié)合后才能依次活化Clr和Cls，因此IgG活化補體需要一定的濃度，以保證兩個相鄰的 I

19、gG 單體同時與 1 個 Clq 分子的兩個亞單位結(jié)合。當 Clq 一個C端球部結(jié)合IgG時親和力則很低，Kd為10-4M,當Clq兩個或兩個以上球部結(jié)合兩個 或多個IgG分時，親合力增高Kd為10-8M。IgG與Clq結(jié)合點位于CH2功能區(qū)中最后一個B 折疊股318322位氨基酸殘基(Glu-x-Lys-x-Lys )。IgM倍以上。人類天然的抗 A和抗B 血型抗體為IgM，血型不符合引韋的輸血反應(yīng)發(fā)生快而且嚴重。2凝聚的 IgA、 IgG4 和 IgE 等可通過替代途徑活化補體。(三) 結(jié)合 Fc 受體不同細胞表面具有不同 Ig的Fc受體，分別用Fcy R、Fcs R、Fca R等來表示。

20、當Ig 與相應(yīng)抗原結(jié)合后，由于構(gòu)型的改變，其 Fc 段可與具有相應(yīng)受體的細胞結(jié)合。 IgE 抗體由 于其 Fc 段結(jié)構(gòu)特點，可在游離情況下與有相應(yīng)受體的細胞(如嗜堿性粒細胞、肥大細胞) 結(jié)合，稱為親細胞抗體( cytophilic antibody )?？贵w與 Fc 受體結(jié)合可發(fā)揮不同的生物學(xué) 作用。1介導(dǎo) I 型變態(tài)反應(yīng)變應(yīng)原刺激機體產(chǎn)生的 IgE 可與嗜堿性粒細胞、 肥大細胞表面 IgE 高親力受體細胞脫顆粒，釋放組胺，合成由細胞Fc& RI結(jié)合。當相同的變應(yīng)原再次進入機體時， 可與已固定在細胞膜上的 IgE 結(jié)合，刺激細胞脫顆粒， 釋放組受，合成由細胞脂質(zhì)來 源的介質(zhì)如白三烯、前

21、列腺素、血小板活化因子等，引起I型變態(tài)反應(yīng)。2調(diào)理吞噬作用 調(diào)理作用( opsonization )是指抗體、 補體 C3b、 C4b 等調(diào)理素 (opsonin) 促進吞噬細菌等顆粒性抗原。 由于補體對熱不穩(wěn)定， 因此又稱為熱不穩(wěn)定調(diào)理素 ( heat-labile opsonin )?？贵w又稱熱穩(wěn)定調(diào)理素( heat-stable opsonin )。補體與抗體同 時發(fā)揮調(diào)理吞噬作用， 稱為聯(lián)合調(diào)理作用。 中性粒細胞、 單核細胞和巨噬細胞具有高親和力 或低親和力的 Fcy RI (CD64和Fcy RH( CD32), IgG尤其是人IgG1和IgG3亞類對于調(diào) 理吞噬起主要作用。嗜酸性粒

22、細胞具有親和力Fcy RD, IgE與相應(yīng)抗原結(jié)合后可促進嗜酸性粒細胞的吞噬作用。 抗體的調(diào)理機制一般認為是： 抗體在抗原顆粒和吞噬細胞之間 “搭 橋”從而加強了吞噬細胞的吞噬作用；抗體與相應(yīng)顆粒性抗原結(jié)合后，改變抗原表面電 荷，降低吞噬細胞與抗原之間的靜電斥力； 抗體可中和某些細菌表面的抗吞噬物質(zhì)如肺炎 雙球菌的莢膜，使吞噬細胞易于吞噬；吞噬細胞FcR結(jié)合抗原抗體復(fù)合物，吞噬細胞可被活化。3發(fā)揮抗體依賴的細胞介導(dǎo)的細胞毒作用當 IgG 抗體與帶有相應(yīng)抗原的靶細胞結(jié)合后， 可與有Fcy R的中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞、NK細胞等效應(yīng)細胞結(jié)合，發(fā)揮抗體依賴的細胞介導(dǎo)的細胞毒作用( antib

23、odydependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC )。目前 已知。NK細胞發(fā)揮ADC(效應(yīng)主要是通過其膜表面低親和力Fcy RH (CD16所介導(dǎo)的，IgG不僅起到連接靶細胞和效應(yīng)細胞的作用，同時還刺激NK細胞合成和分泌腫瘤壞死因子和丫干擾素等細胞因子，并釋放顆粒，溶解靶細胞。嗜酸性粒細胞發(fā)揮ADCC乍用是通過其Fc £Rn和Fc a R介導(dǎo)的，嗜酸性粒細胞可脫顆粒釋放堿性蛋白等，在殺傷寄生蟲如蠕蟲中發(fā)揮 重要作用。此外，人IgGFc段能非特異地與葡萄菌 A蛋白(staphylococcus proteinA,SPA)結(jié)合，應(yīng)用 SPA可純化I

24、gG等抗體，或代替第二抗體用于標記技術(shù)。(四) 通過胎盤在人類， IgG 是唯一可通過胎盤從母體轉(zhuǎn)移給胎兒的 Ig 。 IgG 能選擇性地與胎盤母體一 側(cè)的滋養(yǎng)層細胞結(jié)合，轉(zhuǎn)移到滋養(yǎng)層細胞的吞飲泡內(nèi)，并主動外排到胎兒血循環(huán)中。IgG的這種功能與 IgGFc 片段結(jié)構(gòu)有關(guān)，如切除 Fc 段后所剩余的 Fab 并不能通過胎盤。 IgG 通過 胎盤的作用是一種重要的自然被動免疫，對于新生兒抗感染有重要作用。三、免疫球蛋白分子的抗原性Ig 本身具有抗原性，將 Ig 作為免疫原免疫異種動物、同種異體或在自身體內(nèi)可引起不 同程度的免疫性。 根據(jù) IgI 不同抗原決定簇存在的不同部位以及在異種、 同種異體或

25、自體中 產(chǎn)生免疫反應(yīng)的差別，可把 Ig 的抗原性分為同種型、同種異型和獨特型第三種不同抗原決 定簇。(一) 同種型同種型( isotype )是指同一種屬內(nèi)所有個體共有的 Ig 抗原特異性的標記， 要異種體內(nèi) 可誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，換句話說，同種型抗原特異性因種屬(specics )而異。同種型的抗原性位于CH和CLH，同種型主要包括Ig的類、亞類，型和亞型。1免疫球蛋的類和亞類( classes and subclasses )(1)類：決定Ig不同類的抗原性差異存在于H鏈的恒定區(qū)(CH。根據(jù)CH抗原性的差異(即氨基酸組成、排列、構(gòu)型、二硫鍵等不同)H鏈可分為卩、丫、3和£五類，不

26、同H鏈與L鏈組成完整Ig的分子別為IgM、IgA、IgD和IgE。在基因水平上，不同類的 H鏈恒 定區(qū)的是由不同的恒定區(qū)基因片段所編碼。不同類 Ig 在理化性質(zhì)及生物學(xué)功能上可有較大 差異。( 2)亞類： 同一類 Ig 中由于鉸鏈區(qū)氨基酸組成和二硫鍵數(shù)目的差異，可分為不同的亞 類，亞類間抗原性的差異要小于不同類之間的差異。目前已發(fā)現(xiàn)人的a重鏈有a1和a 2兩個亞類，分別與 L鏈組成lgA1和lgA2。丫重鏈有4個亞類，但命名為 lgG1、lgG2a、IgG2b 和lgG3。IgM、IgD和IgG,目前尚未發(fā)現(xiàn)存在不同的亞類。Ig不同亞類也是由不同的恒定區(qū)基因片段編碼。2免疫球蛋白的型和亞型(t

27、ypes and subtypes )(1)型：決定Ig型的抗原性差異存在于 L鏈的恒定區(qū)(CL),根據(jù)CL抗原性的差異(氨 基酸的組成、排列和構(gòu)型的不同)分為k和入輕鏈之比約為2: 1;而在小鼠，97%輕鏈為k型，入型只占3%左右。(2) 亞型：根據(jù)入輕鏈恒定區(qū)( C2)個別氨基酸的差異又可分入 1、入2、入3和入4 四個亞型。入1和入2在入輕鏈190位氨基酸的分別為亮氨酸和精氨酸，入 3和入4在第154 氨基酸分別為某氨酸和絲氨酸。(二) 同種異型同種異型( allotype )是指同一種屬不同個體間的 Ig 分子抗原性的不同，在同種異體 間免疫可誘導(dǎo)免疫反應(yīng)。 同種異型抗原性的差別往往只

28、有一個或幾個氨基酸殘基的不同，可能是由于編碼 Ig 的結(jié)構(gòu)基因發(fā)生點突變所致， 并被穩(wěn)定地遺傳下來， 因此 Ig 同種異型可作 為一種遺傳標記(genetic markers ),這種標記主要分布在 CH和CL上。1. 丫鏈上的同種異型丫 1、丫 2 y 3和入4重鏈上均存在有同種異型標記，目前已發(fā)現(xiàn)：Glma、 x、 f、 z; G2mn;G3mg、l g5、 b0、 b1、 b3、 b4、 b5、 c3、 c5、 s、 t、 u、 v; G4m4a、 4b。 共20種左右。其中G表示入鏈，1、2、3或4表示亞類入1、入2、入3和入4,m代表標記( marker )。除Glmf和z位于lgG

29、1分子的Cy 1區(qū)外，其余的 Gm均位于Fc部位。一條丫鏈可能同 時具有一個以上的 Gm標志，如白種人常常在丫 1H鏈Cy 1區(qū)有G1mz,Fc部位有G1ma由于 人第14號染色體編碼四種IgG亞類的C區(qū)基因Cy 1、5 2、Cy 3和Cy 4是密切連鎖的， 因此IgGH鏈各亞類Gm標記可作為間倍體(haplotype )遺傳給子代。2. a鏈上的同種異型 a 2H鏈已發(fā)現(xiàn)有 A2m1和A2m2兩種。A2m1在411、428、458和 467位氨酸上分別為苯丙氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、纈氨酸；A2m2則分別為蘇氨酸、谷氨酸、 異亮氨酸和丙氨酸。a 1H鏈上尚未發(fā)現(xiàn)有同種異型存在。3.&鏈

30、上的同種異型目前只發(fā)現(xiàn)Em1一種同種異型。4. k鏈上的同種異型舊稱為Inv,現(xiàn)分為Km1 2和3。Km1在153位和191位氨基酸上分別為纈氨酸和亮氨酸，Km2分別為丙氨酸和亮氨酸，Km3分別為丙氨和纈氨酸。入輕鏈上尚未發(fā)現(xiàn)有同種異型。(三) 獨特型獨特型 ( idiotype )為每一種特異性 IgV 區(qū)上的抗原特異性。 不同抗體形成細胞克隆所 產(chǎn)生的IgV區(qū)具有與其客觀存在抗體V區(qū)不同的抗原性，這是由可變區(qū)中成其是超變區(qū)的氨基酸組成、排列和構(gòu)型所決定的。所以，在單一個體內(nèi)所存在的獨特型數(shù)量相當大，可達 107 以上。獨特型的抗原決定簇稱為獨特位( idiotope ) , 可在異種、同種

31、異體以及自身體 內(nèi)誘產(chǎn)生相應(yīng)在的抗體，稱為抗獨特型抗體( antiidiotypic antibody,a I d )，獨特型和抗獨型抗體可形成復(fù)雜的免疫調(diào)節(jié)中占有得要地位。四、免疫球蛋白分子的超家族應(yīng)用DNA序列分析和X晶體衍射分析等研究表明， 許多細胞膜表面和機體某些蛋白質(zhì)分 子，其多肽鏈折疊方式與Ig折疊相似，在DNA水平和氨基酸序列上與IgV區(qū)或C區(qū)有較高的同源性，它們可能從同一原始祖先基因(primodial an cestral gene)經(jīng)復(fù)制和突變衍生而來。編碼這些多肽鏈的基因稱為免疫球蛋白基因超家族(immu noglobulin gene superfamily ) , 這

32、一基因超家族所編碼的產(chǎn)物稱為免疫球蛋白超家族(immunogloblinsuperfamily,IGSF )。(一) 免疫球蛋白超家族的組成由于細胞表面標記、單克隆抗體以及基因工程研究的進展，近年來發(fā)現(xiàn)屬于IGSF的成員已達近百種，主要包括 T細胞、B細胞抗原識別受體和信號傳導(dǎo)分子，MHC及相關(guān)分子，Ig 受體，某些細胞因子受體，神經(jīng)系統(tǒng)功能相關(guān)分子，以及部分白細胞分化抗原(CD)(二) 免疫球蛋白超家族的特點1. IGSF的結(jié)構(gòu)特點IGSF的成員均含有17個Ig樣功能區(qū)，第個Ig樣功能區(qū)約含 100 (70110)個氨基酸殘基，功能區(qū)的二級結(jié)構(gòu)是由35個股反平行B折疊股各自形成兩個平行B片層

33、的平面(anti-paralle3 -pleated sheet),每個反平行B折疊股由 510個氨基酸基組成，B片層內(nèi)側(cè)的疏水性氨基酸起到穩(wěn)定Ig折疊的作用，大多數(shù)功能區(qū)內(nèi)有一個二硫鍵， 垂直連接兩個3片層， 形成二硫鍵的兩個半胱氨酸間有 5575個氨基酸殘基， 使之成為一個球形結(jié)構(gòu)，肽鏈的這種折疊方式稱為免疫球蛋折疊(Ig fold )。根據(jù)IGSF功能區(qū)中Ig折疊方式、兩個半胱氨酸之間氨基酸殘基的數(shù)目以及與IgV區(qū)或C區(qū)同源性的程度，IGSF功能區(qū)可分為 V組、C1組和C2組。(1) V組：V組功能區(qū)的兩個半胱氨酸之間含 6575個氨基酸殘基，有 9個反平行3折疊 股，女口 IgH 鏈和

34、 L 鏈 V區(qū)，TCR%、3、丫、3鏈 V區(qū)，CD4v區(qū)，CD&、3鏈 V區(qū)，Thy-1,plgR 和分泌成分(SC) N端四個功能區(qū)，CEAN端第一個功能區(qū)，PDGFRI近胞膜的功能區(qū)等。(2) C1組：又稱C組。C1組功能區(qū)二個半胱氨酸之間約含5060個氨基酸殘基，有7個B折疊股，女口 IgH鏈和L鏈C區(qū)(丫、3和a鏈的 CH1CH3或卩和&鏈的 CH1CH4 , TCRx、B、y、3鏈 C區(qū)，MHc I類分子重鏈a 3功能區(qū)，B 2M MHQ類分子a 2和B 2 功能區(qū)，CD1 Qa和TL靠近胞膜功能區(qū)等。醫(yī)學(xué) 全在線提供(3) C2組：又稱H組。C2 組功能區(qū)的氨基酸排

35、列的順序類似 V 組，但形成二硫鍵的兩個半胱氨酸之間所含氨基酸殘基數(shù)約為5060,有7個B折疊股，這種結(jié)構(gòu)介于V組和C1組之間，如CD3丫、3和&鏈，CD2和 LFA-3 (CD58), pIgR 靠近胞膜功能區(qū)，F(xiàn)cy RI、Fc 丫 RH、FcyFcs RIa鏈、Fea R, ICAM-1, CEA第 2 至 7 個功能區(qū)，IL-6R、M-CSFR G-CSFR SCFR PDGFF第 1至4功能區(qū)，以及 N-CAM CD22 CD48分子等。2 IGSF 功能特點 IGSF 的功能是以識別為基礎(chǔ),因此又稱為識別球蛋白超家族 (cognoglobulin superfamily)。

36、 IGSF 很可能最起源于原始的具有粘功能的基因,通過復(fù)制和突變衍生形成了識別抗原、細胞因子受體、 IgFc 段受體、細胞間粘附分子以及病毒受 體等不同的功能區(qū)。IGSF識別的基本方式有以下幾種。(1) IGSF和IGSF相互識別：同嗜性相互作用(heterophilic interaction)如相同神經(jīng)細胞粘附分子(N-CAM之間的相互識別，血小板內(nèi)皮細胞粘附分子-1 ( PECAM-1CD31) 的相互識別；異嗜性相互作用(heterophilic interaction),女口 CD2與LFA-3 , CD4與MHH類分子的單態(tài)部分(a2和B 2), CD8與 MHQ類分子的單態(tài)部分(

37、a 3) , poly IgR與多聚 Ig,Fc y RI (CD64)、Fcy RH (CD32)、Fcy RH( CD16 與 IgG Fc 段，F(xiàn)cy RI與 Ige Fc 段，F(xiàn)ea R (CD89)與 IgA Fc 段，CD28與 B7/BB1 (CD80 等之間的相互識別。(2) IGSF和結(jié)合素(integrin )相互識別：如 ICAM-1 (CD54、ICAM-2 (CD102 與 LFA-1 (CD11a/CD18 , VCAM-1 ( CD106 與 VLA-4 (CD49d/CD29 之間的相互作用。(3 ) IGSF和其它分子的相互識別：包括TCR識別MHQ類或H類分

38、子與抗原復(fù)合物，細胞因子受體識細胞因子等。Ig重鏈基因是由V、D J和C四種不同基因片段所組成。(一 ) Ig重鏈可變區(qū)(V區(qū))基因重鏈可變區(qū)基因是由 V、 D、 J 三種基因片段經(jīng)重排后所形成。1. 重鏈V區(qū)基因的組成編碼重鏈V區(qū)基因長約10002000kb，包括 V D J三組基因片段。(1)重鏈V基因片段：小鼠 VH基因片段數(shù)目為2501000個。根據(jù)VH基因片段核酸 序列的相似性(>80炯源性)，至少可分為11個家族(family).人V基因片段約為100個, 至少可分為6個家族，每個家族含有 260個成員不等。V基因片段由2個編碼區(qū)(coding regions) 組成：第一個

39、編碼區(qū)編碼大部分信號序列； 第二個編碼區(qū)編碼信號序列羧基端側(cè)的 4 個氨基酸殘基和可變區(qū)約 98 個氨基酸殘基,包括互補決定區(qū) 1 和 2( complementarity determining region 1和 2, CDR1和 CDR2。(2) 重鏈D基因片段：D( diversity)是指多樣性。DH基因片段僅存在于重鏈基因中而不存在于輕鏈基因。 D基因片段編碼重鏈 V區(qū)大部分CDR3小鼠DH共有12個片段，位于 VH和JH基因片段之間，大部分DH片段較為集中，約占6080kb，但靠上游的DH可能位于 VH區(qū)域內(nèi)，最后一個 DH片段與JH基因5'端相距約。人類 DH片段可能有

40、1020個左右。(3) 重鏈的J基因片段：J (joining)指連接，是連接V和C基因片段。JH編碼約15 17個氨基酸殘基，包括重鏈 V區(qū)CDR3除 DH編碼外的其余部分和第 4骨架區(qū)。小鼠JH基因 片段有4個，與Cy相距約。人有9個JH,其中6個是有功能的JH基因片段。V、D、J 基因片段經(jīng)重組連接在一起，組成2 個外顯子，一個外顯子編碼信號序列的大部分，另一個外顯子編碼信號序列的其余部分和重鏈可變區(qū)。2. 重鏈可變區(qū)基因的移位 在重鏈基因重排開始時， 二條染色體上都發(fā)生 D 基因片段移 位到 J 基因片段而發(fā)生 D-J 基因連接。在此以后，只有其中一條染色體上的 V 基因片段與 D-J

41、基因片段連接。VH基因片段5'端含有啟動子(promoter) , JH和 5基因片段之間的內(nèi) 含子中含有轉(zhuǎn)錄增強子(transcriptinal enhancer)。如果一條染色體 VH基因與 D-J基因重排無效(non-productive )，另一條染色體的 VH基因片段開始發(fā)生移位，與D-J基因片段連接。某些與 Ig 基因片段重排有關(guān)的特殊序列稱為識別序列( recognition sequences) ，位 于V基因片段的3'端與J基因片段的5'端之間以及D基因片段的兩側(cè)。V基因片段3'端、J 基因片段5'端以及D基因片段的兩側(cè)也是DNA重排識

42、別信號所在區(qū)域，這些識別信號包括三部分：( 1)高度保守的回文結(jié)構(gòu)的七聚體( palindromic heptamer);(2) 較少保守、富含 A/T 的九聚體 (nonamer); ( 3)七聚體和九聚體之間不保守的間隔序列(spacer sequence) ，含有 12±1堿基對或 23±1 堿基對。根據(jù) 12/23 堿基對間隔規(guī)則(或稱 1圈/2 圈定律)，兩 個基因片段的重組僅發(fā)生在兩個基因片段之間： 各有一個 12個堿基對片段和一個 23個堿基 對片段的結(jié)構(gòu)1.重鏈C基因片段重鏈恒定區(qū)基因由多個外顯子組成，位于J基因片段的下游，至少相隔。每 1 個外顯子編碼 1

43、 個結(jié)構(gòu)域( domain) ，鉸鏈區(qū)( hinge region) 是由單獨的外顯子所 編碼，但a重鏈的鉸鏈區(qū)是由CH2外顯子的5'端所編碼。大多分泌的lg重鏈羧基端片段或稱尾端"tail piece ”是由最后一個 CH外顯子的3'端所編碼，而3鏈的"tail piece ”是 由一個單獨的外顯子所編碼。小鼠CH基因約占2000kb，其外顯子從5'端到3'排列的順序是-C 3 -C y 3-C 丫 1-C 丫 2b-C 丫 2a-C & -C a。人 CH基因外顯子排列的順序是 C -C 3 -C 丫 3-C 丫 1-C &

44、; 2 ( pseudo 基因)Ca 1-C 丫 2-Cy 4-C £ 1-C a 2。其中基因片段 Cy 3-C 丫 1-C £ 2-C a 1和基因片段 Cy 2-C 丫 4-C £ 1-Ca 2可能是一個片段經(jīng)過一次復(fù)制而得，為研究CH基因的起源和進化提供有用的依據(jù)。2. 免疫球蛋白類型轉(zhuǎn)換1964年Nossal等發(fā)現(xiàn)B淋巴細胞存在著類型的轉(zhuǎn)換。lg類型轉(zhuǎn)換(class switch)或稱同種型轉(zhuǎn)換(isotype switch)是指一個B淋巴細胞克隆在分化過 程中VH基因片段保持不變，而發(fā)生CH基因節(jié)段的重排、比較CH基因片段重排后基因編碼的產(chǎn)物，V區(qū)相同

45、而C區(qū)不同，即識別抗原特異性不變，而類或亞類發(fā)生改變。這種類型轉(zhuǎn) 換在無明顯誘因下可自發(fā)產(chǎn)生。lg 類型轉(zhuǎn)換可能通過以下兩種機理。(1)缺失模型 (deletion model):又稱 linear orderly deletiom of H chain genes。(2)RNA的不同剪接：除DNA水平的lg類型轉(zhuǎn)換形成外，RNA水平的不同剪接(alternative RNAsplicing )也可產(chǎn)生不同的lg類型。C 和C3基因片段之間無 S區(qū)，IgM和IgD共表 達的B細胞系DNA分析表明，Cy和C3基因片段沒有發(fā)生重排，相同的 VH出現(xiàn)在或3鏈 的mRNAh,表明它們可能有一個共同的mRNA前體，通過不同的或差異剪接(differentialsplicing) 分別形成鏈和 3 鏈 mRNA 初級 RNA轉(zhuǎn)錄本(primary RNatranscript)是由 VDJ復(fù)合體連接和C3基因片段經(jīng)轉(zhuǎn)錄后形成。如果在剪接過程中切除初級RNA轉(zhuǎn)錄本中的C3部分，經(jīng)加工后形成卩mRNA如去除初級 RNA轉(zhuǎn)錄本中的 5部分，則加工后形成3 mRNA 這兩種mRNA分別被翻譯，使單個 B細胞同時產(chǎn)生和3鏈，