細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座

概述1、免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)：1968和1972年WHO和國際免疫學會決定，將含有抗體活性或化學結(jié)構(gòu)與抗體相同球蛋白稱為免疫球蛋白。

2、抗體(antibody,Ab)：

B淋巴細胞在有效抗原刺激下分化為漿細胞，產(chǎn)生含有與對應抗原發(fā)生特異性結(jié)合免疫球蛋白，這類免疫球蛋白稱為抗體。

3、Ig與Ab區(qū)分和聯(lián)絡：

Ig是化學結(jié)構(gòu)上概念；Ab是生物學功效上概念；全部Ab都屬于Ig；并非全部Ig都含有Ab活性。細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第1頁免疫球蛋白基本結(jié)構(gòu)

1、Ig組成：由4條肽鏈經(jīng)過鏈間S-S雙硫鍵連接而成，其中兩條分子量較大鏈稱重鏈（Heavychain，H鏈），兩條分子量較小鏈稱輕鏈（Lightchain，L鏈）。

2、H鏈：據(jù)氨基酸（aa）組成及序列差異（抗原性）將H鏈分為5類，

、、、、鏈；其分別對應于，IgA、IgD、IgE、IgG、IgM五類Ig。

第一節(jié)免疫球蛋白結(jié)構(gòu)和功效

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CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulinStructure細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第3頁3、L鏈：據(jù)aa組成及序列差異將L鏈分為2型，、型，：為2：1（人）。天然Ig單體中，兩條重鏈是同類，兩條輕鏈是同型。4、Ig分區(qū)：

（1）可變區(qū)：在Ig近N端L鏈1/2和H鏈1/4（、、）或1/5（、）范圍內(nèi)，因aa組成及序列改變較大，故稱可變區(qū)（Variableregion，V區(qū)）。

（2）恒定區(qū)：在Ig近C端L鏈1/2和H鏈3/4（、、）或4/5（、）范圍內(nèi)，因aa組成及序列改變相對穩(wěn)定故稱恒定區(qū)（Constantregion，C區(qū)）。

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CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulinStructure細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第5頁5、Ig結(jié)構(gòu)域又稱功效區(qū)(Domain)：（1）VH、VL：超變區(qū)（HVR1、2、

3）、互補性決定區(qū)（CDR1、CDR2、CDR3），又稱Ig獨特型決定簇（Idiotype）;細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第6頁（2）CH1、CL：是各類、亞類、型、亞型Ig遺傳標識所在部位;（3）IgGCH2：補體C1q結(jié)合位點；IgG借助CH2經(jīng)過胎盤，發(fā)揮被動免疫作用；（4）CH3：IgGCH3與中性粒、巨噬細胞表面表示FcR結(jié)合，完成免疫調(diào)理作用；與NK細胞表面表示FcRIII結(jié)合，完成ADCC作用；（5）IgECH4：IgECH4與肥大和嗜堿性粒細胞表面表示FcR結(jié)合，完成I型超敏反應；（6）絞鏈區(qū)（Hingeregion）：T

Y細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第7頁

CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulinStructure細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第8頁Fab（Fragmentofantigen-binding）AgbindingValence=1SpecificitydeterminedbyVHandVLPapainFcFabFc（Crystalizablefragment）Effectorfunctions6、Ig水解片段(木瓜蛋白酶)細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第9頁F(ab’)2AgbindingValence=2pFc’NoeffectorfunctionsPepsinpFc’PeptidesF(ab’)26、Ig水解片段(胃蛋白酶)細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第10頁細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第11頁7、Ig其它成份（1）J鏈：（joiningchain）由漿細胞合成，功效是將單體Ig分子連接為多聚體。如2個IgA單體形成二聚體；5個IgM單體是形成五聚體。細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第12頁7、Ig其它成份（2）分泌片：（secretorypiece,SP）由黏膜上皮細胞合成和分泌，功效是保護分泌型IgA或IgM鉸鏈區(qū)免受蛋白酶降解。細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第13頁五類Ig特點細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第14頁Ig生物學活性1、特異性結(jié)合抗原2、激活補體3、與細胞Fc受體結(jié)合發(fā)揮生物效應（1）免疫調(diào)理作用（2）ADCC（3）介導I型超敏反應（4）人IgGFc段與SPA結(jié)合4、選擇性傳遞細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第15頁細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第16頁Ab生物學活性細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第17頁第二節(jié)免疫球蛋白編碼基因和抗體多樣性

概述

人類B淋巴細胞存在三個編碼Ig基因庫，即重鏈H基因庫及輕鏈、基因庫，它們分別位于第14、2及22號染色體上。

細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第18頁一、胚系B細胞中Ig輕鏈基因結(jié)構(gòu)

由3個基因所編碼：V基因、J基因編碼可變區(qū)；C基因編碼恒定區(qū)，即V----J----C。細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第19頁（一）鏈基因結(jié)構(gòu)1、Vκ：Vκ基因節(jié)段有90個，呈簇狀串聯(lián)排列（Vκ1—Vκn，n=90），其中含30個假基因（指無功效性表示或只表示無功效產(chǎn)物缺點基因，但它可經(jīng)過突變、置換及重排形成新功效性基因，為可變區(qū)多樣性提供后備基因）。Vκ編碼V區(qū)110aa中1~96aa；

細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第20頁2、L序列：每個Vκ前都有一個L序列（Leader），編碼產(chǎn)物為前導肽，對輕鏈蛋白合成至關(guān)主要；3、Jκ：位于Vκ下游，也呈串聯(lián)排列，含5個基因節(jié)段，編碼V區(qū)110aa中97—110aa；4、Cκ：只含單個外顯子，編碼C區(qū)蛋白。

細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第21頁（二）鏈基因結(jié)構(gòu)1、Vλ：Vλ基因節(jié)段有60個，呈簇狀串聯(lián)排列（Vλ1—Vλn，n=60），其中含30個假基因；2、L序列：每個Vλ前都有一個L序列（Leader），編碼產(chǎn)物為前導肽，對輕鏈蛋白合成至關(guān)主要；細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第22頁3、Jλ1—Cλ1，Jλ2—Cλ2~~~Jλ7—Cλ7：Cλ1~~~Cλ7代表各個亞型λ鏈基因節(jié)段，其中含4個功效基因節(jié)段和3個假基因。細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第23頁二、胚系B細胞中Ig重鏈基因結(jié)構(gòu)由四個基因所編碼：V基因、D基因、J基因編碼可變區(qū)；C基因編碼恒定區(qū)，即V--D--J--C。細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第24頁（一）重鏈V區(qū)基因1、VH：VH基因節(jié)段有95個，成簇狀串聯(lián)排列（VH1—VHn，n=95），其中含45個假基因。每個VH前都有一個L序列（Leader），其作用是在合成重鏈時將重鏈固定在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。Ln—VHn編碼疏水前導肽和CDR1及CDR2；CDH(1-23)細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第25頁2、DH，JH：DH有23個節(jié)段，成簇狀串聯(lián)排列；JH有9個節(jié)段，其中6個功效基因和3個偽基因。DH—JH編碼CDR3，JH編碼可變區(qū)骨架部分（Frameworkregion）。CDH(1-23)細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第26頁（二）重鏈C區(qū)基因1、CH：CH基因節(jié)段在染色體上排列次序與其編碼Ig在體內(nèi)成熟次序相同，分別是Cμ—C—Cγ3—Cγ1—Cα1—Cγ2—Cγ4—Cε—Cα2。除C以外，其它CH基因節(jié)段都有一個轉(zhuǎn)換區(qū)（Switchregion，S區(qū)），其作用是控制Ig類型轉(zhuǎn)換；CDH(1-23)細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第27頁2、控制膜結(jié)合或分泌型Ig基因：每個CH基因節(jié)段后分別排列著S和M兩基因，S即分泌型，M即膜結(jié)合型，如Cμ—Sμ—Mμ、C—S—M。CDH(1-23)細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第28頁三、B細胞分化過程中基因重排

1、基因重排定義：在B細胞分化和發(fā)育過程中，一部分基因節(jié)段相互靠近、重新排列，形成功效性免疫球蛋白基因單位，此過程稱基因重排（GeneRearrangement）。功效性免疫球蛋白基因單位進行轉(zhuǎn)錄，經(jīng)轉(zhuǎn)錄后加工，再表示為免疫球蛋白。

細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第29頁2、可變區(qū)基因重排：（1）重鏈可變區(qū)基因重排：選擇一個DH與一個JH節(jié)段連接（DH—JH），再選擇一個VH與DH—JH相連，一旦VH—DH—JH重排成功且得到功效性表示，其產(chǎn)物就會抑制另一條染色體上等位基因重排，此現(xiàn)象稱為等位基因排除。其產(chǎn)物同時開啟輕鏈可變區(qū)基因重排；

CDH(1-23)細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第30頁（2）輕鏈可變區(qū)基因重排：κ鏈基因優(yōu)于λ鏈基因重排。選擇一個Vκ與一個Jκ節(jié)段連接Vκ—Jκ，其產(chǎn)物就會發(fā)生等位基因排除，同時也會抑制λ鏈基因重排，稱為同型排除。當兩條染色體上κ鏈基因重排都失敗時，才會開啟λ鏈基因重排。兩條染色體上VH基因都是無產(chǎn)物重排，或κ基因和λ基因都是無產(chǎn)物重排，細胞凋亡（Apoptosis）。

細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第31頁（3）可變區(qū)基因重排12~23規(guī)律和重組酶作用：可變區(qū)基因重排受基因節(jié)段側(cè)面重組信號序列（RSS）控制，遵照12~23規(guī)律且與DNA損傷修復系統(tǒng)相關(guān)。

細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第32頁（4）重鏈類型轉(zhuǎn)換：每個CH（Cσ除外）前都含一個S區(qū)（短串聯(lián)重復序列），S區(qū)與重鏈類型轉(zhuǎn)換相關(guān)。在B細胞分化過程中，V-D-J重排及其與C連接是不依賴抗原刺激，重排V-D-J與Cμ和Cσ連接，經(jīng)轉(zhuǎn)錄加工，此時在B細胞表面表示mIgM和/或mIgD。成熟B細胞在抗原刺激下，B細胞在分泌IgM和/或IgD同時，V-D-J從與Cμ基因連接轉(zhuǎn)換到與Cγ或Cα或Cε連接，完成了類型轉(zhuǎn)換。CDH(1-23)細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第33頁2、Ig多樣性：（1）組合性連接：重鏈V-D-J連接（95個V基因、23個D基因，9個J基因）；輕鏈V-J-C（90個Vκ基因、5個Jκ基因、一個Cκ基因；60個Vλ基因、7個Jλ基因和Cλ基因）；（2）接合多樣性：發(fā)生在D-J、V-D-J、V-J連接時，1>密碼子錯位；2>框架（ORF）移位；3>N-序列插入；（3）體細胞突變：體細胞突變也能夠產(chǎn)生Ig多樣性。

細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第34頁3、重排過程細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第35頁第三節(jié)基因工程抗體（GeneticEngineeringAntibody）

概述

單克隆抗體(McAb)在臨床疾病診療和治療中已發(fā)揮了很大作用，但以下幾點限制了抗體導向治療：（1）鼠源性McAb在人體內(nèi)易誘導免疫應答；（2）人McAb制備甚為困難。細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第36頁一、嵌合抗體（ChimericAntibody）

原理：保留鼠Ig可變區(qū)部分，將其恒定區(qū)用人Ig取代。方法：PCR克隆鼠可變區(qū)基因和人恒定區(qū)基因，將兩基因連接，并插入原核或真核表示載體中，并導入大腸桿菌或轉(zhuǎn)染真核細胞，就可表示出嵌合抗體分子。優(yōu)點：親和力保持良好。缺點：含鼠Ig可變區(qū)異源性，仍易誘導人免疫應答。

細胞和分子免疫學研究生免疫球蛋白專家講座第37頁

原理：僅保留鼠Ig可變區(qū)CDR部分，將Ig其它區(qū)域都用人Ig取代。方法：CDR序列取得通常采取PCR技術(shù)。優(yōu)點：大大降低了鼠抗體免疫原性。缺點：親和力不佳。二、CDR移植抗體（CDRGraftingAntibody）又稱重構(gòu)抗體或改形抗體（ReshapedAntibody）細胞和分子免