y硕研-临免龚3-02-抗体.ppt

第二章 免疫球蛋白 (Immunoglobulin, Ig),医 学 免 疫 学 （Medical Immunology),2011级 硕士研究生课程（龚非力3版）,2,第二章 免疫球蛋白,抗体和免疫球蛋白的概念 免疫球蛋白的分子结构 抗体的异质性 免疫球蛋白的生物学特性 免疫球蛋白基因超家族 人工制备抗体,3,关于抗体和免疫球蛋白基本概念,抗体 = 能与抗原发生特异性结合的具有免疫作用的球蛋白（主要在g -球蛋白） 1964年WHO 的命名规定： 凡具有抗体活性的以及化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白（Ig）,抗体= 生物学 功能上的概念，Ab均是Ig， Ig = 化学 结构上的概念， 包括：抗体（即正常的Ig） 和某些异常Ig（不能结合抗原）,4,第二章 免疫球蛋白,抗体和免疫球蛋白的概念 免疫球蛋白的分子结构 抗体的异质性 免疫球蛋白的生物学特性 免疫球蛋白基因超家族 人工制备抗体,5,第一节 Ig的分子结构,一、基本结构（单体结构）,（一）肽链组成： Ig单体由四条肽链组成： 两条相同的重链（H链）,两条相同的轻链（L链）,N端,C端,两条重链之间，重链与轻链之间 由二硫键连接。,6,（一）肽链组成：,重链（450550aa) 根据氨基酸组成及序列差异分 为以下五类, 分别称： 重链类型： g a d m e (链),一、Ig基本结构,轻链 (214aa):分为两型 : k型, l型,组成的Ig： IgG, IgA, IgD, IgM, IgE,7,一、Ig基本结构,1. 肽链的氨基酸组成在不同 特异性的Ig分子有变化： 氨基酸易变化部位称： 可变区（variable region） （V区）,N端,C端,2. V 区位于H链N端（1/41/5） 和L链N端（1/2）, 分别为 VH 和 VL。,（二）结构特点,8,一、Ig分子结构（单体结构）,3. 氨基酸不易变化部位称： 恒定区（constant region） （C区）,N端,C端,C区位于H链和L链的C端 分别称为CH和CL,（二）结构特点：,9,第一节 Ig的分子结构,（三）其他结构,2 分泌片 (secretory piece，SP） 作用: 参与合成分泌型IgA (SIgA)。,1、连接链 (joining chain，J链) 作用: 参与Ig多聚体合成, 如形成 IgA二聚体和IgM五聚体。,10,J链和分泌片（SP）,11,（四）、免疫球蛋白的功能区,第一节 Ig的分子结构,Ig的H链和 L链， 每110个aa由链内二硫键形成具有特定功能的球形单位，为一个功能区(domain)。,12,13,14,二、免疫球蛋白的水解片段,第一节 Ig的分子结构,木瓜蛋白酶,Fab(抗原结合片段)： 与抗原结合 Fc(可结晶片段): 与细胞结合, 保留其他重链 功能活性,15,第一节 Ig的分子结构和功能,F(ab)2：双价抗原 结合活性 pFc: 无生物活性,二、免疫球蛋白的水解片段,16,三、可变区的抗原结合部位,V区又分为两大部分： 1)、超变区 (hypervariable region, HVR), 是指V区内某些特定位置氨基酸序列更加多变， 也是直接结合抗原的位点。 故也称互补决定簇区 (complementarity-determining region，CDR） V H区/VL区均含3个：CDR1，CDR2、CDR 3 2)、骨架区: V区氨基酸序列变化较少的部分， 有稳定CDR空间构型的作用。,17,18,19,第二章 免疫球蛋白,抗体和免疫球蛋白的概念 免疫球蛋白的分子结构 抗体的异质性 免疫球蛋白的生物学特性 免疫球蛋白基因超家族 人工制备抗体,20,第二节、免疫球蛋白基因和抗体多样性,Ig是糖蛋白，也具有抗原性，并可以分类和分型：,1. 同种型(isotyope)：（=种属特异性） 同一种系所有个体的Ig都含有的抗原决定簇， 与其它物种的有差别。,21,Human Ig,antiserum,(Anti-Human Ig antibody),Human Ig,Rabbit,22,2. 同种异型(allotype ） 个体特异性 （=个体的遗传标志）,3. 独特型(idiotype)（B细胞）克隆特异性，,23,Allotype,同种异型,IgG1 Person 1 anti-B,IgG1 Person 1 anti-C,IgG1 Person 1 anti-A,Idiotype,独特型,24,第二章 免疫球蛋白,抗体和免疫球蛋白的概念 免疫球蛋白的分子结构 抗体的异质性 免疫球蛋白的生物学特性 免疫球蛋白基因超家族 人工制备抗体,25,五、Ig的生物学功能,一、结合特异性抗原； 二、激活补体； 三、与细胞的Fc段R结合： 1. 调理吞噬作用； 2. 启动抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 （ADCC）； 3. 引起超敏反应（IgE)； 四、选择性传递；,26,四 免疫球蛋白 C区的效应功能：,结合和活化补体: IgG-CH2, IgM-CH4 亲细胞性: IgG-CH3与单核细胞上FcR结合； IgE-CH4与肥大细胞上FcR 结合。 通过胎盘： IgG-CH2 穿过胎盘； IgA-CH3 穿过粘膜,27,28,29,30,（一）. IgG,g2k2; g2l2,五、各类Ig的结构和功能特点,31,（一） IgG,1. 含量最多，占血清中Ig的7080%； 2. 分布广，血液内外各占50% 3. 抗感染作用最强（抗菌，抗病毒，抗毒素） （抗感染免疫的“主力部队”） 4. 感染后, 产生迟，维持久（迟来迟去） 5. 能激活补体 6. 能与某些细胞结合 7. 唯一能通过胎盘的Ig,32,（二） IgM,(m2k2)5J (m2l2)5J,33,（二） IgM,1. 五聚体，分子量最大； 主要分布在血管内，有预防菌血症，败血症作用 不能通过胎盘 2. 感染后, 出现早，维持短（早来早去）； （抗感染免疫的“先锋部队”） 3. 个体发育时最早(胎龄20周)合成的Ig; 新生儿脐血IgM升高提示宫内感染。 4. 激活补体的活性最强； 5. 对2-巯基乙醇（2-ME）敏感。,34,(三) IgA 和 SIgA,(a2k2)2J SP (a2l2)2J SP,血清型 IgA,a2k2 a2l2,分泌型 SIgA,35,（三） IgA 和 SIgA,1. 有血清型（单体）和分泌型（双聚体）SIgA 2. SIgA分布在各种外分泌液中: （初乳，唾液，以及呼吸道、消化道和泌尿生殖分泌液） 在黏膜组织有局部抗感染免疫作用 （抗感染免疫的“地方部队”）,36,（四） IgE,1. 正常人血清中含量最少 (寄生虫感染、变态反应时升高) 2. 亲细胞性抗体-与肥大细胞/嗜碱性粒细胞结合 可引起过敏反应（I型超敏反应）,e2k2； e2l2,37,（五） IgD:,d2k2；d2l2,1. 主要功能是表达在B细胞的表面，作为B细胞抗原受体（BCR），与B细胞分化有关； 2. 在血清中的功能不明确。,38,第二节、免疫球蛋白基因和抗体多样性,一、免疫球蛋白的基因结构 Ig基因结构包括三个编码基因库： H链基因， k链基因， l 链基因。,39,Genomic organisation of Ig genes (No.s include pseudogenes etc.),40,第二节、免疫球蛋白基因和抗体多样性,二、免疫球蛋白的基因重排 H链：VDJ基因重排及C基因类别转换 L链：VJ基因重排,41,第二节、免疫球蛋白基因和抗体多样性,Ig是糖蛋白，也具有抗原性，并可以分类和分型：,1. 同种型(isotyope)：（=种属特异性） 同一种系所有个体的Ig都含有的抗原决定簇， 与其它物种的有差别。,42,Human Ig,antiserum,(Anti-Human Ig antibody),Human Ig,Rabbit,43,2. 同种异型(allotype ）个体特异性 （=个体的遗传标志）,3. 独特型(idiotype)（B细胞）克隆特异性，,44,Allotype,同种异型,IgG1 Person 1 anti-B,IgG1 Person 1 anti-C,IgG1 Person 1 anti-A,Idiotype,独特型,45,Idiotypic network and immune regulatory,46,第二节、免疫球蛋白基因和抗体多样性,三、抗体多样性产生机制 组合引起的多样性 连接引起的多样性 体细胞高频突变引起的多样性 四、免疫球蛋白CH的变化 类别转换 膜型Ig和分泌型Ig的转换,2. Class switching,5,3,L VH1 L VHn DH1 DH7 DH13 JH,5,L VH1 L VH201 L VHn DH1 DH DH JH C Cd Cg 3 Cg 1 Cg2b Cg2a Ce Ca,C Cd Cg3 Cg 1 Cg 2b Cg2a Ce Ca,3,3,5,L VH1 L VH200 L V D J JH C Cd Cg 3 Cg 1 Cg2b Cg 2a Ce Ca,5,3,L V D J JH C Cd,Maturation of the immune response and class-switching,cm,cd,cg3,V,J,Cg3,D,V,J,D,Primary transcript,V-D-J,cm,mRNA,Primary transcript,V-D-J,Cg3,mRNA,Cm,Cd,Lost genes,IgM,maturation,IgG,Ig 分 子 类 别 转 换 的 机 理,抗体分子的类别转换 - DNA 再次重排,VDJ Sm IGHM Sg IGHG Se IGHE,VDJ Sm Se IGHE,再次重排副产物,再次重排 IGH 基因,+ IL-4 + CD40 L,重排 IGH 基因,Sg,IGHG,Sm,Se,IGHM,类 别 转 换 机 制,VDJ下游的IGHM、IGHD、IGHG等基因片段被剪除后，VDJ基因片段直接与IGHE相连，所产生的基因编码IgE分子重链。,Ig Class (Isotype) Switching,Plasma cells,IgM,IgE or IgG2,IgA or IgG2b,IgG2 or IgG3,Activated B cell (centroblast),Proliferating B cell (centrocytes),Proliferation cytokines IL-2,IL-4,IL-5,Differention cytokines IL-2,IL-4,IL-5,IFN-,TGF-,IL-2 IL-4 IL-5,IL-2 IL-4 IL-5,IL-4,IFN-,TGF-,53,转换重排 Switch Recombination 优点： 每个同种型不需要进行独立的 VDJH重排， 抗原特异性的细胞才进行类别转换 特点 不可逆性 一个细胞克隆只产生: 一种抗原特异性、 一种类型的免疫球蛋白 One plasma cell, one isotype, one specificity,V-D-J,d,V-D-J,m,d,Ploy A,Ploy A,V-D-J,m,IgD mRNA,IgM mRNA,Primary RNA transcript,抗体分子的类别转换 - RNA 替代剪切,分 泌 型 与 膜 型 IgM 的 产 生,Ig重链C区基因的3端含有编码疏水性跨膜区的两个外显子（M1、M2）及多腺苷酸化位点（PA）。 mRNA转录本的剪切产生两种不同的mRNA，带有M1和M2外显子序列者指导膜型Igm的合成，M1和M2序列被剪除者指导分泌型Igm链的合成。,56,第四节、基因工程抗体,人工制备的抗体可分为： 1. 多克隆抗体 一种天然抗原通常具有多个抗原决定簇， 可刺激多个B细胞克隆发生免疫应答， 产生的抗体为针对多个决定簇的多克隆抗体,例如：通常免疫动物获得的抗血清含有 多克隆抗体 用某一Ag（含5个表位） 免疫动物 刺激五种B细胞克隆增殖, 分别产生五种特异性抗体(多克隆抗体） 五种抗体共存于免疫动物血清内无法分开。,57,2. 单克隆抗体（monoclonal antibody, McAb),由一个B细胞克隆产生， 只针对抗原分子上某一个决定簇的均一抗体称为单克隆抗体。 Ag免疫小鼠的脾细胞(含B细胞） + 同系小鼠骨髓瘤细胞（B细胞瘤）融合， = 形成杂交瘤细胞； 杂交瘤细胞： 既有B细胞产生特异性抗体的功能， 又有瘤细胞特点， 可在体外长期培养生长；,58,59,2. 单克隆抗体（monoclonal antibody, McAb),应用有限稀释法， 可筛选出单克隆的杂交瘤细胞， 能产生针对某特定抗原决定簇的单克隆抗体； 单克隆的杂交瘤细胞, 培养瓶中培养时，可分泌高度特异性单克隆抗体； 注入小鼠腹腔内，杂交瘤细胞生长，产生腹水， （腹水中含有高浓度单抗， 便于提取纯化）,60,61,62,63,单克隆抗体的应用,临床检测特异性高 抑制器官移植排斥抑制免疫细胞 治疗自身免疫疾病 生物导弹肿瘤治疗 局限性：小鼠的单克隆抗体用于人体 可产生人抗鼠Ig抗体， 可影响其发挥作用,64,1. 嵌合抗体(Chimeric antibodies) 鼠IgV区基因+人IgC区基因 拼接成重组Ig基因 鼠-人嵌合抗体， 可降低单抗中的鼠源蛋白的免疫原性。,3. 基因工程抗体,65,66,2. 重构建抗体 人源化抗体（humanized antibodies),保留小鼠Ig基因V区中的超变区（CDR1，CDR2，CDR3），其他部位用人Ig基因序列替代， 也称CDR植入抗体 提取小鼠Ig基因VL和VH中CDR(1,2,3)基因序列 替代人Ig基因中相应的CDR(1,2,3)基因序列；,67,4. 双特异性抗体/双功能抗体： 针对2个抗原决定簇的抗体片断，