免疫學(xué)第四章 免疫球蛋白

第四章免疫球蛋白1*抗體—生物體最奇妙的分子●無限的多樣性（diversity)●功能與結(jié)構(gòu)的雙重性

可變區(qū)—抗原特異性結(jié)合恒定區(qū)—生物學(xué)效應(yīng)功能●分泌型和膜型表達(dá)2*與抗體有關(guān)的諾貝爾獎獲得者1901vonBering血清治療1908Ehrlich&Metchnikoff抗體生成、吞噬1972Edelman&Poter抗體分子結(jié)構(gòu)1977Yalow放射免疫測定1984Koler,Milstein&Jerne單克隆抗體1987TonegawaIg基因結(jié)構(gòu)3*

抗體與免疫球蛋白的概念抗體（antibody，Ab）：是指能與抗原特異結(jié)合的大分子球蛋白。包括可溶性抗體分子和膜性抗體分子。免疫球蛋白分子（immunoglobulin，Ig）：具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的的球蛋白。4*抗體的發(fā)現(xiàn)及其特性一、發(fā)現(xiàn)：1890年德國學(xué)者Behring和日本學(xué)者北里用白喉桿菌外毒素免疫動物，在其血清中發(fā)現(xiàn)一種能凝聚、沉淀和中和這種外毒素的體液因子，被稱為抗毒素（抗體）。二、抗體的理化性質(zhì)1.抗體是球蛋白（Globulin）電泳證明抗體是r球蛋白，后又經(jīng)超速離心和分子量測定等方法，發(fā)現(xiàn)大部分抗體是r球蛋白，小部分是β球蛋白。5*2.免疫球蛋白（lmmunoglobulin,Ig）抗體球蛋白的性質(zhì)，在60年代初提出將具有抗體活性的球蛋白稱為免疫球蛋白。從此r球蛋白則改稱為IgG，隨后又確定了IgM、IgA，其后又發(fā)現(xiàn)IgD和IgE。抗體主要存在于血清中，但也存在于體液和外分泌液中，所以含有抗體的血清稱為免疫血清。B細(xì)胞表面上也存在免疫球蛋白，稱為膜表面免疫球蛋白SurfacemembraneIg,SmIg。6*第一節(jié)、免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)（一）免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu)Eldman、Porter通過變性和非變性電泳，發(fā)現(xiàn)Ig分子基本結(jié)構(gòu)是由四個肽鏈組成的，包括二條較小的輕鏈和二條較大的重鏈，輕鏈與重鏈之間是由二硫鍵連接形成Ig分子單體，分為氨基端（N端），羧基端（C端）。1.重鏈和輕鏈（1）重鏈（heavychain，H鏈）

450-550個氨基酸殘基組成，分子量50-75KD，含糖數(shù)量不同，4-5個鏈內(nèi)二硫鍵，可分為5類，μ、γ、α、δ、ε鏈，分別稱為：IgM，IgG，IgA，IgD和IgE。每類Ig根據(jù)其鉸鏈區(qū)氨基酸殘基的組成和二硫鍵數(shù)目、位置的不同，又可分為不同亞類。（2）輕鏈（lightchain，L鏈）

214個氨基酸殘基組成，通常不含碳水化合物，分子量為24KD，有兩個由鏈內(nèi)二硫鍵組成的環(huán)肽，L鏈可分為：Kappa（κ）與lambda（λ）2個亞型。7*8*2.可變區(qū)和恒定區(qū)（1）可變區(qū)（V區(qū)）L鏈N端1/2處（VL）108-111個氨基酸殘基，H鏈N端1/5-1/4處（VH）118個氨基酸殘基，V區(qū)有一個肽環(huán)65-75個氨基酸殘基?？勺儏^(qū)可分為高變區(qū)（HVR）和骨架區(qū)（FR），VL的HVR在24-34，50-56，89-97氨基酸位置。VH的HVR在31-35，50-56，95-102氨基酸位置。分別稱為VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3。高變區(qū)為抗體與抗原的結(jié)合位置，稱為互補(bǔ)決定區(qū)（CDR），VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3又分別稱為CDR1，CDR2，CDR3，其中CDR3具有更高的高變程度，H鏈在與抗原結(jié)合中起重要的作用。9*（2）恒定區(qū)（C區(qū)）L鏈C端1/2處，105個氨基酸，H鏈C端3/4-4/5處，331-431個氨基酸。恒定區(qū)在同一種屬動物中是比較恒定的,是制備第二抗體進(jìn)行標(biāo)記的重要基礎(chǔ)。3.鉸鏈區(qū)位于CH1和CH2之間,由脯氨酸等十幾個氨基酸組成,具有柔曲性,可以伸展、彎曲和轉(zhuǎn)動,有利于與不同距離的抗原表位結(jié)合，又有利于暴露抗體分子的補(bǔ)體結(jié)合點。10*11*4.免疫球蛋白的功能區(qū)鏈內(nèi)二硫鍵折疊成球形區(qū)稱為功能區(qū)（domain）約由110個氨基酸組成。1)L鏈功能區(qū)：2個，（VL，CL各一個）2)H鏈功能區(qū)：IgG、IgA、IgD4個（V區(qū)1個、C區(qū)3個）,IgM、IgE5個（V區(qū)1個、C區(qū)4個）3)功能區(qū)的作用：

VL和VH是抗原結(jié)合的部位（FV區(qū)）。

CL和CH上具有同種異型的遺傳標(biāo)記。

CH2具有補(bǔ)體結(jié)合點。

CH3具有結(jié)合單核細(xì)胞，巨噬細(xì)胞，粒細(xì)胞，B細(xì)胞，NK細(xì)胞，F(xiàn)c段受體的功能。12*13*14*二、其它成分1.免疫球蛋白的水解片段，鉸鏈區(qū)有蛋白水解酶的酶切位點。（1）木瓜蛋白酶在重鏈間二硫鍵的N端將其裂解成分子量基本相等的三個片段：2個Fab和1個Fc片段。Fab能夠與抗原結(jié)合，稱為抗原結(jié)合片段（Fab），F(xiàn)c能夠與細(xì)胞表面的Fc受體結(jié)合。Fc具有免疫原性和抗原性。因它容易形成結(jié)晶，故稱為可結(jié)晶片段（Fc）。（2）胃蛋白酶在重鏈間二硫鍵的羧基端將其裂解成分子量兩個不同的片段：一個由兩個V區(qū)連在一起的大片段F（abˊ）和一些Fc裂解的小碎片pFcˊ。pFcˊ分子量小，喪失免疫原性。15*2J鏈與分泌片（1）J鏈存在于IgA，IgM中，在其組成和體內(nèi)轉(zhuǎn)運中具有一定作用。（2）分泌片分泌片是IgA上的一個輔助成分，對抵抗外分泌液中的蛋白水解酶的降解具有重要作用。16*免疫球蛋白編碼基因及重排17*18*19*20*21*22

0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220

5040

302010

0CDR1CDR2CDR3

抗體分子的多樣性Igl鏈的氨基酸序列酸殘基的變異率相應(yīng)位置上氨基對來自不同B細(xì)胞克隆的Ig輕鏈氨基酸序列進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)V區(qū)的變化主要集中在3個分別由6－10個氨基酸殘基組成的狹小區(qū)域內(nèi)。這3個區(qū)又被稱作高可變區(qū)或互補(bǔ)決定區(qū)（CDR），參與抗原結(jié)合部位的組成。*23*第二節(jié)、免疫球蛋白的異質(zhì)性概念：不同抗原甚至同一抗原刺激B細(xì)胞產(chǎn)生的免疫球蛋白，在其特異性以及類型等諸方面均不同，呈現(xiàn)出明顯異質(zhì)性（heterogeneity）。表現(xiàn)為：不同抗原表位刺激產(chǎn)生的免疫球蛋白，其識別抗原的特異性不同，其重鏈類別和輕鏈型別也有差異。不同抗原表位誘導(dǎo)的同一類型抗體，其識別抗原的特異性不同。同一抗原表位誘生的不同類型的抗體，其識別抗原的特異性相同，但重鏈和輕鏈的類型不同。24*一、免疫球蛋白的分類1.類Ig重鏈C區(qū)抗原特異性的不同，將重鏈分為5種，即γ、α、μ、δ和ε鏈，與此對應(yīng)的Ig分為5類，IgG、IgA、IgM、IgD和IgE。252.亞類根據(jù)同一類免疫球蛋白中，重鏈抗原特異性及二硫鍵數(shù)目和位置的不同，可分為亞類。IgG（1-4）、IgA（1-2）、IgM（1-2）、IgD和IgE未發(fā)現(xiàn)亞類。*26*3.型同一種屬所有個體內(nèi)，據(jù)Ig輕鏈C區(qū)抗原特異性的不同，將輕鏈分為兩種，λ和κ，相應(yīng)的免疫球蛋白分為λ和κ型兩種。4.亞型同一型免疫球蛋白中，據(jù)其輕鏈C區(qū)氨基酸排列的差異，又分為亞型。二、外源因素所致的異質(zhì)性多樣性抗原，可刺激機(jī)體產(chǎn)生的抗體總數(shù)是巨大的（Ig多樣性），包含針對各種抗原表位的許多不同抗原特異性的抗體，以及針對同一抗原表位的不同類型的抗體。27*三、內(nèi)源性因素所至的異質(zhì)性Ig分子本身也包含有多種不同的抗原表位，呈現(xiàn)不同免疫原性（血清型），由此Ig具有三種血清型：同種型、同種異型、獨特型。281.同種型(isotyope)：（種屬特異性）同一種屬抗體分子所具有的抗原表位，為同一種屬所有個體免疫球蛋白分子共有的抗原特異性標(biāo)志，存在于恒定區(qū)，決定重鏈的類別(μ、γ、α、δ、ε)和輕鏈的型別(κ、λ)，但與其它物種的有差別。29IgM(kappa)IgG1(kappa)HumanIgHumanIgantiserum(Anti-HumanIgantibody)IgM(kappa)IgG1(kappa)Rabbit同一個種屬，同類免疫球蛋白分子具有相同的免疫原性302.同種異型(allotype）：(個體特異性，個體遺傳標(biāo)志）

同一個種屬，不同個體同類免疫球蛋白分子CH或CL一個或幾個氨基酸不同而表現(xiàn)出具有不相同的免疫原性31Allotype同種異型IgG1Person3IgG1Person2IgG1Person1323.獨特型(idiotype)：（B細(xì)胞克隆特異性）同一個體，不同B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的抗體，在其超變區(qū)具有不同的免疫原性，可誘導(dǎo)其它B細(xì)胞克隆產(chǎn)生抗獨特型抗體33Idiotype獨特型IgG1Person1anti-AIgG1Person1anti-BIgG1Person1anti-C34*第三節(jié)、免疫球蛋白的生物學(xué)功能（一）V區(qū)的功能特異性識別、結(jié)合抗原。刺激抗體產(chǎn)生的物質(zhì)為抗原，抗體分子只與其相應(yīng)的抗原發(fā)生結(jié)合稱為特異性結(jié)合。例如，白喉抗毒素只能中和白喉桿菌外毒素，而不能中和破傷風(fēng)外毒素，反之亦然?？乖瑽細(xì)胞表位

抗體CDR表位35*（二）C區(qū)的功能1．激活補(bǔ)體：在一定條件下，抗體分子可以與存在于血清中的補(bǔ)體分子相結(jié)合，并使之活化，產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)，稱之為抗體的補(bǔ)體結(jié)合現(xiàn)象，揭示了抗體分子與補(bǔ)體分子間的相互作用。36*2.調(diào)理作用：

抗體可增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的吞噬作用。在體外的實驗中，如將免疫血清加入中性粒細(xì)胞的懸液中，可增強(qiáng)對相應(yīng)細(xì)菌的吞噬作用，稱這種現(xiàn)象為抗體的調(diào)理作用。37*38*3.抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用（ADCC）。4.中和抗體：機(jī)制是改變病毒表面構(gòu)型，阻止病毒吸附于易感細(xì)胞，使病毒不能穿入胞內(nèi)進(jìn)行增殖；病毒與中和抗體形成的免疫復(fù)合物，易被巨噬細(xì)胞吞噬清除；5.介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)：IgE誘導(dǎo)的細(xì)胞脫顆粒，釋放組胺，合成由細(xì)胞質(zhì)來源的介質(zhì)，如：白三烯，前列腺素，血小板活化因子等引起的I型超敏反應(yīng)。6.通過胎盤：IgG是唯一可通過胎盤從母體轉(zhuǎn)移給胎兒的Ig，是一種重要的自然被動免疫，對于新生兒的抗感染有重要作用。39*40*41*第四節(jié)、各類免疫球蛋白的特性與功能（一）IgGIgG是血清中含量最高（10mg/ml）半衰期最長的抗體分子，單體結(jié)構(gòu)，有4個亞類（IgG1、IgG2、IgG3和IgG4）。是再免疫應(yīng)答的效應(yīng)分子，最重要的抗感染性抗體。具有多種功能：1.結(jié)合抗原（中和細(xì)菌毒素、阻止病毒進(jìn)入易感細(xì)胞病毒，抑制病毒的繁殖等）。2.激活補(bǔ)體3.調(diào)理吞噬4.通過胎盤（是唯一能夠通過胎盤的抗體）5.抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)細(xì)胞毒效（ADCC）42*（二）IgMIgM是血清中分子量最大的五聚體結(jié)構(gòu)的抗體分子，有10個抗原結(jié)合點。有4個CH結(jié)構(gòu)域（CH1、CH2、CH3、CH4）。其特點是：1.是在個體發(fā)育過程和免疫應(yīng)答過程中最早出現(xiàn)的抗體2.初次免疫應(yīng)答的主要效應(yīng)分子。3.結(jié)合抗原（中和毒素）、激活補(bǔ)體、調(diào)理吞噬作用均比IgG更有效4.不能通過血管進(jìn)入組織。5.膜性IgM（surfaceIgM，sIgM）是單體結(jié)構(gòu)，它是B細(xì)胞抗原受體（BCR）43*44*（三）IgAIgA有兩型：血清IgA（單體）和分泌型IgA（二聚體）。IgA有兩個亞類（IgA1和IgA2）分泌型IgA由兩個IgA單體與J鏈和分泌片結(jié)合而成。分泌型IgA是人體外分泌液中的主要抗體。分泌型IgA由黏膜相關(guān)淋巴組織（MALT）產(chǎn)生，對防御病原微生物入侵起重要作用，是局部反應(yīng)性抗體。45*（四）IgD