免疫學(xué)原理：免疫原和免疫球蛋白

免疫原和免疫球蛋白ImmunogenandImmunoglobulins免疫原

免疫原的基本特性

影響免疫原特性的因素

其他重要的免疫細(xì)胞激活劑

免疫球蛋白的異質(zhì)性及功能

免疫球蛋白的人工制備免疫原

免疫原（immunogen）指能夠啟動(dòng)、激發(fā)和誘導(dǎo)免疫應(yīng)答（包括固有免疫和適應(yīng)性免疫）的物質(zhì)，由固有分子模式（innatemolecularpattern,IMP）和抗原（antigen,Ag）組成。

固有分子模式（IMP）是啟動(dòng)和誘導(dǎo)固有免疫應(yīng)答的物質(zhì)，包括病原體等共有的保守成分

病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associatedmolecularpattern,PAMP）和受損傷的自身細(xì)胞和組織釋放的成分

損傷相關(guān)分子模式（damage-associatedmolecularpattern,DAMP）。通過模式識別受體（patternrecognitionrecepter,PRR），對IMP進(jìn)行泛特異性的識別，介導(dǎo)以炎癥效應(yīng)為主的固有免疫及吞噬殺菌效應(yīng)，或清除凋亡損傷細(xì)胞以維持生理性自穩(wěn)。

抗原是指經(jīng)由T、B細(xì)胞表面的抗原受體（TCR、BCR）識別，能激活T、B細(xì)胞產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答，并與應(yīng)答產(chǎn)物（特異性抗體和淋巴細(xì)胞）起反應(yīng)的物質(zhì)。一、免疫原的概念免疫原(immunogen)固有分子模式(innatemolecularpattern,IMP)抗原(antigen,Ag)啟動(dòng)和誘導(dǎo)固有免疫應(yīng)答啟動(dòng)和誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫應(yīng)答

免疫原命名免疫原功能免疫原：固有分子模式與抗原1.IMP的分類；2.抗原的分類二、免疫原的分類脂蛋白肽聚糖磷脂

磷壁酸表面蛋白脂磷壁酸

脂多糖(LPS)表面蛋白

G+菌G-菌細(xì)胞膜外膜

G+和G-細(xì)菌胞壁中的多種PAMP肽聚糖（peptidoglycan,PGN），磷壁酸（teichoicacid,TA）,脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）,脂磷壁酸（lipoteichoicacid,LTA）1)PAMP;2)DAMP;3)激活NK細(xì)胞的固有分子模式1.IMP的分類1)PAMP硫酸乙酰肝素透明質(zhì)酸鈉RNADNA尿酸結(jié)晶HMGB1ATPHSPIL-1

TLR4CD44TLR4TLR3TLR9NLRP3TLR2/4P2Y11/TLR4IL-1RTLR4,SRB,CRPRAGEP2X7R

受損組織壞死細(xì)胞S100A8飽和S100A9脂肪酸OxLDLOxCE活化細(xì)胞及其它

NLRP3：NOD樣受體蛋白3；HMGB1：高速泳動(dòng)族框蛋白1；RAGE：高度糖基化終末產(chǎn)物受體；P2Y11/P2X7R：嘌呤源受體；

HSP：熱休克蛋白；OXLDL:氧化低密度脂蛋白；OxCE:氧化膽固醇酯；CRP:C反應(yīng)蛋白；S100A8/A9：S100家族蛋白;SRB:B型清道夫受體，即CD36。受損組織和壞死細(xì)胞等釋放的多種DAMP及其受體2)DAMPPAMP

核酸:CpG,dsRNA

脂類:lipidA

蛋白:PGNDAMP

核酸：ATP

脂類：OxLDL

蛋白：HSP,HMGB1TLRNLRRLRCRPRAGE

血凝素

免疫原IMPPRR

激活基因*病原體受損細(xì)胞及胞外基質(zhì)

促炎癥細(xì)胞因子

TNF

IL-6IL-1

固有分子模式PAMP和DAMP經(jīng)由PRR介導(dǎo)炎癥效應(yīng)MICA/B,ULBP3,HAB7-H6,HAIgGFcHLA-EHLA-A,HLA-CNKG2DDAP10NKp44DAP12NKp30CD3-FcRNKp46CD3-FcRCD16CD3-FcRCD94/NKG2C/EDAP12KIR2DS4DAP12

MICA/B：MHCI類鏈相關(guān)分子A和B；ULBP：U16結(jié)合蛋白；HA：血細(xì)胞凝集素；KIR：殺傷細(xì)胞免疫球蛋白樣受體ITAMYxxM激活NK細(xì)胞活化性受體的固有分子模式3)激活NK細(xì)胞的固有分子模式2.抗原的分類1.根據(jù)誘生抗體時(shí)是否需要T細(xì)胞協(xié)助參與2.根據(jù)抗原和機(jī)體的親緣關(guān)系3.根據(jù)抗原進(jìn)入抗原提呈細(xì)胞的方式4.其他1.根據(jù)誘生抗體時(shí)是否需要T細(xì)胞協(xié)助參與T細(xì)胞依賴抗原:

簡稱TD-Ag，主要是蛋白質(zhì)。此類抗原誘導(dǎo)B細(xì)胞產(chǎn)生抗體時(shí)，需有CD4Th2細(xì)胞參與。非T細(xì)胞依賴抗原:

簡稱TI-Ag，主要是多糖和決定簇重復(fù)的線性抗原，可直接誘發(fā)B細(xì)胞分化，產(chǎn)生以IgM為主的抗體。2.根據(jù)抗原和機(jī)體的親緣關(guān)系－異種抗原(xenogenicantigen)－同種異體抗原(allogenicantigen)－自身抗原(autoantigen)－嗜異性抗原(heterophilicantigen)－獨(dú)特型抗原(idiotypicantigen)3.根據(jù)抗原進(jìn)入抗原提呈細(xì)胞的方式免疫原的基本特性一、根據(jù)抗原是否顯示免疫原性而區(qū)分二、抗原表位

1.完全抗原

2.半抗原和載體

具有與抗體結(jié)合的能力，而單獨(dú)不能誘導(dǎo)抗體產(chǎn)生的物質(zhì)稱為半抗原(hapten)。賦予半抗原免疫原性的物質(zhì)稱為載體(carrier)。

變應(yīng)原(allergen)：能誘導(dǎo)變態(tài)反應(yīng)的抗原。

耐受原(tolerogen)：能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫耐受的抗原。根據(jù)抗原是否顯示免疫原性而區(qū)分Ahapten-carrierconjugatecontainsmultiplecopiesofthehapten-asmallnonimmunogenicorganiccompoundsuchasdinitrophenol(DNP)-chemicallylinkedtoalargeproteincarriersuchasbovineserumalbumin(BSA).ImmunizationwithDNPaloneelicitsnoanti-DNPantibodies,butimmunizationwithDNPBSAelicitsthreetypesofantibodies.Ofthese,anti-DNPantibodyispredominant,indicatingthatinthiscasethehapten

istheimmunodominantepitopeinahapten-carrierconjugate,asitoftenisinsuchconjugates.抗原表位

免疫細(xì)胞僅識別抗原大分子上的一個(gè)特定的部分，稱為表位(epitope)或抗原決定簇(antigenicdeterminant)。1.B細(xì)胞表位的特性2.T細(xì)胞表位的特性Ab、BCR和TCR對抗原表位的識別A.TCR對抗原T細(xì)胞表位的識別。TCR識別的表位是經(jīng)過APC降解的序列表位。T細(xì)胞表位通常位于蛋白抗原內(nèi)部，蛋白抗原經(jīng)APC細(xì)胞攝取和降解后，抗原表位肽與自身MHC分子結(jié)合，并被提呈于APC表面，T細(xì)胞的TCR識別T細(xì)胞表位肽的同時(shí)，必須同時(shí)識別MHC分子。B.Ab（BCR）對抗原B細(xì)胞表位的識別。BCR或者抗體識別的表位有兩種類型：序列表位和構(gòu)象表位。BCR和抗體直接識別天然狀態(tài)的B細(xì)胞表位。Ab(BCR)1Ab(BCR)2構(gòu)象表位序列表位天然抗原T表位APCMHC

T細(xì)胞APC

TCR

MHC

T表位天然抗原BATCR僅識別APC加工后經(jīng)由MHC分子提呈的抗原肽，后者包含T細(xì)胞表位T細(xì)胞表位與B細(xì)胞表位的特性

T細(xì)胞表位B細(xì)胞表位識別表位受體TCR BCR

MHC分子的參與

必需

無需表位性質(zhì)

蛋白質(zhì)多肽、多糖、脂多糖類和有機(jī)化合物表位大小8-10個(gè)氨基酸殘基 5-15個(gè)氨基酸殘基或單糖、核苷酸 12-18個(gè)氨基酸殘基表位類型

線性表位

線性表位或構(gòu)象表位表位位置

抗原分子任意部位

抗原分子表面

固有分子模式與抗原的免疫學(xué)特性

免疫原免疫原性反應(yīng)原性識別分子識別受體活化的細(xì)胞

固有免疫

IMP＋－模式識別分子模式識別受體固有免疫細(xì)胞

(PAMP,DAMP)(DAI,HMGB1)(TLR,RAGE)(M

,DC)HLAI類分子CD94/NKG2A,KIR(抑制)

NK細(xì)胞MICA/MICB,ULBPNKG2D，KAR(激活)

NK細(xì)胞

適應(yīng)性免疫

抗原＋＋抗體BCR,TCRT,B淋巴細(xì)胞半抗原－＋抗體BCR,TCRT,B淋巴細(xì)胞

IMP:固有分子模式；PAMP:病原體相關(guān)分子模式；DAMP:損傷相關(guān)分子模式；DAI；DNA依賴的干擾素調(diào)節(jié)因子激活劑（DNA-dependentactivatorofIFN-regulatoryfactors）HMGB1：高速泳動(dòng)族框蛋白1；TLR：Toll樣受體；RAGE：高度糖基化終末產(chǎn)物受體。影響免疫原特性的因素一、決定免疫原免疫原性的因素1.決定IMP免疫原性的因素2.決定Ag免疫原性的因素1）抗原分子的理化性質(zhì)2）機(jī)體的生物學(xué)特征3）抗原進(jìn)入機(jī)體的方式和途徑等二、決定免疫原反應(yīng)原性的因素決定Ag免疫原性的因素

1）抗原分子的理化性質(zhì)（1）異物性（2）化學(xué)性質(zhì)（3）分子質(zhì)量大小（4）結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（5）分子構(gòu)象（6）易接近性（7）物理狀態(tài)Reactivityofantiserawithvarioushaptens宿主的遺傳因素(應(yīng)答格局差異)年齡、性別與健康狀態(tài)

2）機(jī)體的生物學(xué)特性3）抗原進(jìn)入機(jī)體的方式和途徑等

MHCII類分子抗原肽TCR鏈APCThSAgII類分子TCR

鏈APCTh超抗原激活T細(xì)胞機(jī)制示意圖傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)抗原在MHC抗原溝槽內(nèi)被提交，與T細(xì)胞的TCR的抗原結(jié)合槽結(jié)合，從而激活特異性T細(xì)胞克隆（上圖）；超抗原通過與TCR的V

鏈外側(cè)結(jié)合，交聯(lián)TCR與MHCII類分子，從而活化眾多的T細(xì)胞克隆，而不論TCR的抗原特異性如何（下圖）。其他重要的免疫細(xì)胞激活劑一、超抗原二、佐劑

預(yù)先或與抗原同時(shí)注入體內(nèi)可增強(qiáng)機(jī)體對抗原的免疫應(yīng)答或改變免疫應(yīng)答類型的非特異性免疫增強(qiáng)性物質(zhì)，稱為佐劑（adjuvant）。佐劑作用的主要機(jī)制：①改變抗原物理性狀，幫助抗原緩釋，延長抗原在體內(nèi)潴留時(shí)間，如脂質(zhì)體和礦物油等；②刺激單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)，增強(qiáng)其對抗原的加工和提呈；③刺激淋巴細(xì)胞增殖分化，增強(qiáng)和放大免疫應(yīng)答?！禩LR的天然配體和激動(dòng)劑》參見表4-4Postulatedmodeofactionofsomecommonlyusedadjuvants人小鼠T細(xì)胞B細(xì)胞T細(xì)胞B細(xì)胞ConA（刀豆蛋白A）+－+－PHA（植物血凝素）+－+－PWM（商陸絲裂原）+++－LPS（脂多糖）－－－+SPA(葡萄球菌蛋白A)－+－－作用于人和小鼠T、B淋巴細(xì)胞的絲裂原三、絲裂原

絲裂原（mitogen）亦稱有絲分裂原，因可致細(xì)胞發(fā)生有絲分裂而得名。T、B淋巴細(xì)胞表面表達(dá)多種絲裂原受體，可對相應(yīng)絲裂原刺激產(chǎn)生強(qiáng)烈增殖反應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于體外免疫細(xì)胞活性的確證。一、免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)二、免疫球蛋白的裝配及分泌免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)及裝配

免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）即抗體（antibody,Ab），是B細(xì)胞被B細(xì)胞抗原表位特異性刺激后增殖分化為漿細(xì)胞所產(chǎn)生的效應(yīng)免疫分子，介導(dǎo)體液免疫。免疫球蛋白可分為分泌型(secretedIg,SIg)和膜型(membraneIg,mIg)，前者主要存在于血液及組織液中，發(fā)揮抗感染功能；后者是B細(xì)胞表面的抗原受體（BCR,mIgM）。一、免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)1.基本結(jié)構(gòu)（重鏈、輕鏈及其結(jié)構(gòu)域可變區(qū)、恒定區(qū)和絞鏈區(qū)）2.其它成分3.Ig的水解片段基本結(jié)構(gòu)Schematicdiagramofcomplementary-determiningregionofantibodybindingtoantigenicepitope

StructureofacomplexbetweenapeptidederivedfromHIVproteaseandanFabfragmentfromananti-proteaseantibody(left)andcomparisonoftheFabstructurebeforeandafterpeptidebinding(right).Intherightpanel,theredlineshowsthestructureoftheFabfragmentbeforeitbindsthepeptideandthebluelineshowsitsstructurewhenbound.TherearesignificantconformationalchangesintheCDRsoftheFabonbindingtheantigen.TheseareespeciallypronouncedinthelightchainCDR1(L1)theheavychainCDR3(H3).CH2

CH3

CDR1CDR2CDR3CDR1CDR2CDR3鉸鏈區(qū)CL

VL

VL

CL

VH

VH

CH1

SS--SS-FR1FR2FR3FR4J鏈分泌片其它成分1.木瓜蛋白酶水解片段

木瓜蛋白酶（papain）水解IgG得到三個(gè)片段：①兩個(gè)相同的部分即抗原結(jié)合片段（fragmentantigenbinding,Fab）②一個(gè)結(jié)晶片段（fragmentcrystalizable,Fc）。2.胃蛋白酶水解片段

胃蛋白酶（pepsin）水解IgG產(chǎn)生一個(gè)具有雙價(jià)抗體活性的F(ab’)2段和若干小分子多肽片段（pFc’）。Ig的水解片段

Synthesis,assembly,andsecretionoftheimmunoglobulinmolecule.Theheavyandlightchainsaresynthesizedonseparatepolyribosome(polysomes).Theassemblyofthechainstoformthedisulfide-linkedimmunoglobulinmoleculeoccursasthechainspassthroughthecisternaeoftheroughendoplasmicreticulum(RER)intotheGolgiapparatusandthenintosecretoryvesicles.Themainfiguredepictsassemblyofasecretedantibody.Theinsetdepictsamembrane-boundantibody,whichcontainsthecarboxyl-terminaltransmembranesegment.Thisformbecomesanchoredinthemembraneofsecretoryvesiclesandthenisinsertedintothecellmembranewhenthevesiclesfusewiththemembrane.二、免疫球蛋白的裝配及分泌

Expressionofmembraneformsof

and

heavychainsbyalternativeRNAprocessing.(a)Structureofrearrangedheavy-chaingeneshowingC

andC

exonsandpoly-Asites.(b)Structureof

mtranscriptand

mmRNAresultingfrompolyadenylationatsite2andsplicing.(c)Structureof

mtranscriptand

mmRNAresultingfrompolyadenylationatsite4andsplicing.BothprocessingpathwayscanproceedinanygivenBcell.上圖IgA二聚體J鏈粘膜表皮細(xì)胞分泌IgA的漿細(xì)胞粘膜腔分泌片IgA二聚體pIgR固有層

IgA二聚體的胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)固有層漿細(xì)胞產(chǎn)生IgA和J鏈，二者聚合成二聚體而分泌至漿細(xì)胞胞外的粘膜表皮細(xì)胞固有層，該處與表皮細(xì)胞分泌的多聚Ig受體（pIgR）即分泌片相結(jié)合，在pIgR的引導(dǎo)下，通過表皮細(xì)胞的內(nèi)吞和轉(zhuǎn)運(yùn)，使IgA二聚體得以穿越上皮細(xì)胞而分泌至粘膜腔，稱為胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)（transcytosis）。在粘膜腔中IgA二聚體與分泌片介離，行使效應(yīng)功能。免疫球蛋白的異質(zhì)性及功能一、免疫球蛋白的類型（類及亞類、型和亞型）二、免疫球蛋白的血清型三、免疫球蛋白的功能和特性四、各類免疫球蛋白的生物學(xué)特性免疫球蛋白的類型

在同種屬的所有個(gè)體內(nèi)，根據(jù)免疫球蛋白重鏈C區(qū)的氨基酸組成和抗原特異性不同，將免疫球蛋白的重鏈分為5種：

、

、

、

、

，與此對應(yīng)的Ig分為IgG、IgA、IgM、IgD、IgE5類（class）。在同一類Ig中，根據(jù)其重鏈抗原性和二硫鍵的數(shù)目和位置的不同，又可分為亞類（subclass）。IgG有IgG1～I(xiàn)gG4四個(gè)亞類；IgA有IgA1和IgA2兩個(gè)亞類；IgM有IgM1和IgM2兩個(gè)亞類；IgD和IgE尚未發(fā)現(xiàn)亞類。Chaincompositionofthefiveimmunoglobulinclassesinhumans

正常人血清免疫球蛋白

:λ約2:1，而小鼠為20:1。亞型:λ鏈190AA為亮氨酸時(shí)稱OZ(+);為精氨酸時(shí)稱OZ(+)

在同種屬的所有個(gè)體內(nèi)，根據(jù)Ig輕鏈C區(qū)的氨基酸組成和抗原特異性的不同，可將Ig的輕鏈分為2型（type）：

和

，與此對應(yīng)的Ig也分為和

兩型。在同一型Ig中，根據(jù)其輕鏈C區(qū)N端氨基酸排列的差異，可分為亞型（subtype）。M1,M2

免疫球蛋白分子上有三種不同的抗原決定簇，即同種型、同種異型和獨(dú)特型抗原決定簇。

同種型（isotype）是指同一種屬所有個(gè)體的Ig分子共有的抗原特異性標(biāo)志。

同種異型（allotype）指同一種屬不同個(gè)體間的Ig分子所具有的不同抗原特異性標(biāo)志，為遺傳性標(biāo)志。

獨(dú)特型（idiotype）指同一個(gè)體不同B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的Ig分子所特有的抗原特異性標(biāo)志，其表位又稱為獨(dú)特位(Idiotope)，主要存在于V區(qū)，為遺傳性標(biāo)志。免疫球蛋白的血清型

同種型差異同種異型差異獨(dú)特型差異抗體的血清型示意圖Ig有3種血清型：同種型，指同一種屬所有個(gè)體Ig分子共有的抗原特異性標(biāo)志，其表位存在于IgC區(qū)；同種異型，指同一種屬不同個(gè)體間Ig分子所具有的不同抗原特異性標(biāo)志，其表位主要存在于IgC區(qū)，少部分存在于V區(qū)；獨(dú)特型，指每個(gè)Ig分子所特有的抗原特異性標(biāo)志，其表位存在于V區(qū)的CDR區(qū)域。免疫球蛋白的功能和特性識別和結(jié)合抗原激活補(bǔ)體調(diào)理作用抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用介導(dǎo)超敏反應(yīng)免疫調(diào)節(jié)作用抗體的四項(xiàng)主要功能免疫球蛋白（抗體）具有多種生物學(xué)功能，首先，其可變區(qū)特異性結(jié)合與病原體或毒素表面與介導(dǎo)感染或者毒力相關(guān)的表位結(jié)合，使病原體或毒素失去感染和毒力，稱為中和作用。其次，抗體與相應(yīng)抗原表位結(jié)合，可激活補(bǔ)體經(jīng)典激活途徑，從而形成攻膜復(fù)合物溶裂解病原體。第三，抗體與相應(yīng)病原體結(jié)合后，其恒定區(qū)Fc段通過結(jié)合Fc受體（FcR）與具有FcR表達(dá)該受體的吞噬細(xì)胞結(jié)合，此為調(diào)理作用，增強(qiáng)吞噬細(xì)胞對病原體的吞噬殺傷作用。如調(diào)理的免疫細(xì)胞是NK細(xì)胞，則可增強(qiáng)NK細(xì)胞的ADCC作用。毒素受體毒素抗體細(xì)胞

中和作用調(diào)理作用激活補(bǔ)體殺傷作用參與ADCCFcRAb吞噬細(xì)胞吞噬溶酶體補(bǔ)體系統(tǒng)激活抗體攻膜復(fù)合物表面抗原IgG表面抗原

Fc

RIII殺傷靶細(xì)胞NK各類免疫球蛋白的生物學(xué)特性參見表4-7免疫球蛋白的人工制備一、多克隆抗體二、單克隆抗體三、基因工程抗體四、嵌合抗體和改型抗體五、抗體片段及其衍生形式

Theconventionalpolyclonalantiserumproducedinresponsetoacomplexantigencontainsamixtureofmonoclonalantibodies,eachspecificforoneofthefourepitopesshownontheantigen(inset).Incontrast,amonoclonalantibody,whichisderivedfromasingleplasmacell,isspecificforoneepitopeonacomplexantigen.Theoutlineofthebasicmethodforobtainingamonoclonalantibodyisillustratedhere.多克隆抗體上為A抗原（含3個(gè)不同表位）免疫小鼠后的脾細(xì)胞，產(chǎn)生針對不同表位的抗體；下為不產(chǎn)生抗體和HGPRT酶的骨髓瘤細(xì)胞。兩種細(xì)胞混合后，以PEG進(jìn)行融合。

在加有HAT的培養(yǎng)基中，融合細(xì)胞生長，其余未融合的細(xì)胞死亡。稀釋至每孔單個(gè)細(xì)胞后，檢測上清中抗體的特異性，選擇能分泌抗表位1抗體的雜交瘤。通過腹腔注射，對選擇出的雜交瘤細(xì)胞作克隆擴(kuò)增，獲取針對表位1的單抗。單克隆抗體制備流程單克隆抗體Tomakeantibodieswithfullyhumanproteinsequencesistousetransgenicstrainsofmiceinwhichmouseantibodygeneexpressionissuppressedandeffectivelyreplacedwithhumanantibodygeneexpression.Inthesetransgenicmice,themousegenesforcreatingantibodieshavebeeninactivatedandreplacedbyhumanantibodygenes.theHuMAb-Mousetransgenicstrainscontainkeygenesequencesfromunrearrangedhumanantibodygenesthatcodeforboththeheavyandlightchainsofhumanantibodies.Becausegenesdeterminewhatproteinsaremade,thetransgenicmicemakehumanantibodyproteins.基因工程抗體

ChimericandhybridmonoclonalantibodiesengineeredbyrecombinantDNAtechnology.(a)Chimericmouse-humanmonoclonalantibodycontainingtheVHandVLdomainsofamousemonoclonalantibody(blue)andCLandCHdomainsofahumanmonoclonalantibody(gray).(b)