-抗体

第三章 抗体,Antibody,Ab,第一节 抗体的发展及其特征,一、抗体的发现,血清中存在一种能特异性中和外毒素的组分称为抗毒素，使细菌发生特异性凝集的组分称之为凝集素。其后将其称为抗体（antibody，Ab），将能刺激机体产生抗体的物质称为抗原（antigen）。,二、抗体的理化性质,40年代初期Tiselius和Kabat用肺炎球菌多糖免疫家兔，证实了抗体活性与血清丙种球蛋白组分相关。,兔血清电泳分离,三、抗体的生物学活性,抗体与抗原的特异性结合抗体与补体的结合抗体的调理作用,抗体与抗原的特异性结合,抗原与抗体的特异结合，主要是基于抗原和抗体分子结构及立体构型的互补，以及由多种因素造成二者分子间引力参与下发生的可逆性免疫化学反应。,抗原抗体结合力,抗原与抗体分子由于立体构型互相吻合且所带电荷相对应即可发生互相吸引和结合。这种互相吸引和结合是依靠下列各种分子间引力所促成的库伦吸引作用或静电力作用 范德华引力 氢键结合作用 疏水作用,抗体与补体的结合,抗体上具有补体结合位点，可以通过经典途径或代替途径激活补体。,抗体的调理作用,1974年，NK Jerne提出免疫网络学说抗原刺激发生之前，机体处于一种相对的免疫稳定状态。抗原进入机体后，打破了这种平衡，产生特异性抗体分子。当达到一定量时将引起抗Ig分子独特型的免疫应答，即抗独特型抗体。使受增殖的克隆受到抑制，而不是无休止的增殖，藉以维持免疫应答的稳定平衡。,第二节 免疫球蛋白的分子结构与功能,一、免疫球蛋白的基本结构,Porter对血清IgG抗体的研究证明，Ig分子基本结构是由四个肽链组成的，二条较小的轻链和二条较大的重链，轻链与重链是由二硫键连接形成，分为氨基端（N端），羧基端（C端）。,抗体的基本结构,（一）轻链和重链,1轻链（light chain，L链）,214个氨基酸残基组成，通常不含碳水化合物，分子量为24KD，有两个由链内二硫键组成的环肽，可分为：Kappa（）与lambda（）2个型。,2重链（heavy chain，H链）,450-550个氨基酸残基组成，分子量55或75KD，含糖数量不同，4-5个链内二硫键，可分为5类，、链。,免疫球蛋白的构成,不同的H链与L链（或）组成完整的Ig分子，分别称为：IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。,IgM,IgG,IgA,（二）可变区和恒定区,Fab,Fc,可变区,恒定区,1. 可变区（Variable region，V区）,L链N端 1/2处（VL）108-111个氨基酸残基，H链N端1/5-1/4处（VH）118个氨基酸残基，V区有一个肽环，65-75个氨基酸残基。,可变区又分为高变区与骨架区,高变区（hypervariable region, HVR）骨架区（framework region, 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。分别称为VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3。,决定簇互补区（complementarity-determining region, CDR）,高变区为抗体与抗原的结合位置，称为决定簇互补区，VL和VH的HVR1、HVR2、HVR3又分别称为CDR1、CDR2、CDR3，其中CDR3具有更高的高变程度，H链在与抗原结合中起重要的作用。,2恒定区（constant region，C区）,L链C端1/2处，105个氨基酸，H链C端3/4-4/5处，331-431个氨基酸。恒定区在同一种属动物中是比较恒定的,是制备第二抗体进行标记的重要基础。,（三）功能区,1 L链功能区：2个（VL，CL各一个）2 H链功能区：IgG、IgA、IgD，4个（V区1个，C区3个）IgM、IgE，5个（V区1个，C区4个）,1.同种异型的标记2.补体结合部位3.Fc受体结合部位,功能区的作用,VL和VH是抗原结合的部位（FV区）。CL和CH上具有同种异型的遗传标记。CH2具有补体结合点。CH3具有结合单核细胞，巨噬细胞，粒细胞，B细胞，NK细胞Fc段受体的功能。,铰链区（hinge region）,位于CH1和CH2之间为非独立功能区。当VL，VH与抗原结合时，此区发生扭曲，使抗体分子上两个抗原结合点更好地与两个抗原决定簇发生互补。因CH2和CH3构型变化，显示出活化补体，结合组织细胞等生物学活性。,（四）J链和分泌成分,1 J链（joining chain）,存在于IgA、IgM中，在其组成和体内转运中具有一定作用。,2分泌成分（secretory component，SC）,分泌成分是IgA上的一个辅助成分，对抵抗外分泌液中的蛋白水解酶的降解具有重要作用。,（五）单体，双体，五聚体,单体：由一对L链和H链组成的基本结构双体：分泌型的IgA由J链连接的两个单体五聚体：是由J链和二硫键连接的五个单体,IgM,IgG,IgA,（六）酶解片段,抗原结合片段（Fab）结晶片段（Fc）,1胃蛋白酶（pepsin）水解片段,裂解部位，铰链区H链间二硫键（C端）裂解片段，F（ab）2，无Fc片段与抗原结合可发生凝集反应,2木瓜蛋白酶（papain）水解片段,裂解部位，铰链区H链间二硫键（N端）裂解片段，2个Fab（54KD），一个Fc（50KD）,Fab与抗原结合，不发生凝集反应。,胃蛋白酶,木瓜蛋白酶,巯基乙醇还原,二、免疫球蛋白的分子功能,（一）特异性结合抗原（二）活化补体（三）结合Fc受体（四）通过胎盘,（一）特异性结合抗原,Ig最显著的生物学特点就是能够特异性地与抗原结合，这种特异性结合抗原特性是由其V区（HVR）的空间构型决定的。Ig的抗原结合点由L链和H链超变区组成，与相应抗原上的表位互补，借助静电力、氢键以及范德华力等次级键相结合，这种结合是可逆的，并受到pH、温度和电解质浓度的影响。不同的抗原可能有相同的抗原决定簇，一种抗体可以与两种或两种以上的抗原发生反应，此称为交叉反应（cross reactoion）。,抗原抗体的胶体特性与极性基的吸附作用,抗原与抗体之间有相对应的极性基，当二者由于物理和化学特性相吻合互相吸引而结合后，就不能再与环境中水分子结合，因而失去亲水性能，成为憎水胶体系统。它们在水溶液中的稳定性主要依赖其表面电荷。此时如有一定浓度的电解质存在(如氯化钠生理溶液)，可以中和胶体粒子表面所带电荷，促使其发生凝集或沉淀。,特异性,可逆性,最适比例性 抗原的特异性取决于抗原决定簇的数量、性质及其立体构型。抗体的特异性取决于Ig Fab段的高变区与相应抗原决定簇的结合能力。抗原抗体结合出现可见反应具有一定的量比关系，只有当二者分子比例合适时，才发生最强的结合反应。在一定条件下，抗原抗体结合物可以发生解离。解离后的抗原或抗体的化学结构、生物活性及特异性与未结合前保持一致。,抗原抗体反应的特点,最适比例性,抗原抗体结合出现可见反应具有一定的量比关系，只有当二者分子比例合适时，才发生最强的结合反应。,反应的阶段性,特异性结合阶段 抗原决定簇与相应抗体Ig Fab段的高变区相互吸引而特异结合，反应进行较快，大多在几秒钟至数分钟内即可完成，但无可见反应出现。反应的可见阶段 在抗原与抗体特异结合的基础上，受环境中电解质、温度、pH、补体等因素的参与和影响，表现为凝集、沉淀、补体结合、细胞溶解等反应。此阶段较长，历时数分钟、数小时以至数天。但若为单价抗体或半抗原，则不出现可见反应。,（二）活化补体,IgM、IgG1、IgG2和IgG3可通过经典途径活化补体。 IgA1、IgG4、IgE等可以通过替代途径活化补体。IgD不能激活补体。,（三）结合Fc受体,不同细胞表面具有不同Ig的Fc受体（FcR，FcR，FcR），当Ig与相应抗原结合后，由于构型改变，促使Fc同相应的细胞结合。由IgE抗体Fc段的结构特点，可在游离情况下与细胞受体结合，称为亲细胞抗体（cytophilic antibody）。,1介导I型变态反应,IgE诱导细胞脱颗粒，释放组胺，合成由细胞质来源的介质，如：白三烯、前列腺素、血小板活化因子等引起的I型变态反应。,2调理吞噬作用,调理作用（opsonization）是指抗体，补体等调理素（opsonin），促进吞噬细胞吞噬细胞等颗粒性抗原。由于补体对热不稳定，称热不稳定调理素（heat-labile opsonin），抗体又称为热稳定调理素（heat-stable opsonin）。,抗体的调理机制,在抗原和吞噬细胞之间搭桥改变抗原表面电荷 中和细菌表面的抗吞噬物质溶化吞噬细胞（抗原抗体复合物结合细胞表面Fc受体）,3.发挥抗体依赖的细胞介导细胞毒作用（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC）,参与抗体依赖细胞介导的细胞毒作用ADCC，如巨噬细胞，中性粒细胞和杀伤细胞,（四）通过胎盘,IgG是唯一可通过胎盘从母体转移给胎儿的Ig，是一种重要的自然被动免疫，对于新生儿的抗感染有重要作用。,Antibody at work,（一）特异性结合抗原（二）活化补体（三）结合Fc受体（四）通过胎盘,三、免疫球蛋白分子的抗原性,（一）同种型 同种型（isotype）指同一种属内所有个体共有Ig抗原、特异性的标记，在异种体内可诱导产生相应的抗体，同种型的抗原性主要位于CH和CL上。同种型主要包括Ig的类、亚类、型和亚型。,1免疫球蛋白的类和亚类（Classes and subclasses）,类，决定Ig不同类的抗原性差异存在于H链的恒定区（CH）。亚类，同一类Ig中，存在于铰链区氨基酸组成和二硫键数目的差异。,2免疫球蛋白的型和亚型（types and subtypes）,型，决定Ig型的抗原性差异存在于L链的恒定区（CL）。亚型，按铰链恒定区（C2）个别氨基酸的差异又可分为1，2，3，4，四个亚型。,（二）同种异型,同种异型（allotype）是指同一种属不同个体的Ig分子抗原性的不同，在同种异体间免疫可诱导免疫反应。链上的同种异型（重链上）。链上的同种异型。,（三）独特型,独特型（idiotype）为每一种特异性IgV区上的抗原特异性。,四、免疫球蛋白分子的超家族,许多细胞膜表面和机体某些蛋白分子，其多肽链折叠方式与Ig折叠相似，在DNA水平上和氨基酸序列上与IgV区或C区有较高的同源性，它们可能从同一原始祖先基因经复制突变衍生而来。编码基因称为免疫球蛋白基因超家族，基因表达产物称为免疫球蛋白超家族(Immunogloblin superfamily, IGSF)。,免疫球蛋白分子的超家族,此外，抗原识别受体信号传导因子MHC相关分子Ig受体等,第三节 各类免疫球蛋白的生物学活性,第四节 免疫球蛋白基因的结构和抗体多样性,免疫球蛋白基因的结构,1965年，Dreyer和Bennet首先提出Ig的V区和C区是由分隔存在的基因所编码，在淋巴细胞发育过程中，这两个基因发生易位而重排在一起。1976年日本学者利根川进应用DNA重组技术证实了这一假说，1987年获得诺贝尔医学和生理学奖。,基因染色体定位,Ig分子是由三个不连锁的Ig，Ig和IgH基因所编码的，分别位于不同的染色体上。,一、Ig重链基因的结构和重排,（一）重链V区基因,H链V区基因是由V，D，J三种基因片段经重排组成，首先发生D与J基因片段的连接形成DJ，然后再与V片段连接，是通过七聚体间隔序列九聚体识别信号和重组酶而完成的。,（二）重链C区基因,C基因片段小鼠H链区基因片段从5端到3端排列的顺序是CCC3C1C2bC2aCC人H链C区基因的顺序为CCC3C1C2（Psendo基因）C1C2C4CC2。,（三）膜表面Ig重链基因,膜表面Ig（SmIg）是B细胞识别抗原的受体。,二、Ig轻链基因的结构和重排,在IgH链基因重排后，L链可变区基因片段随之发生重排。在L链中，链基因先发生重排，如果基因重排无效，随即发生基因的重排。L链的CDR1，CDR2和大部分CDR3由V或V基因片段所编码。J或J基因片段编码CDR3的其余部分和第四个骨架区。L链无D基因片段。,三、抗体多样性的遗传基础,机体对外界是环境中种类众多抗原刺激可产生相应的特异性抗体，推算抗体的多样性在107以上。,抗体多样性的遗传基础,第五节 抗体的发展,一、多克隆抗体（第一代抗体）,天然抗原物质往往具有多种不同的抗原决定簇，而每一决定簇都可刺激机体，使一种抗体形成细胞产生一种特异性抗体。,多克隆抗体（ployclonal antibody）,在机体淋巴组织内可存在多种抗体形成细胞（B细胞），当受刺激后，对应一个抗原决定簇，每种B细胞可增殖分化为一种细胞群（克隆Clone），并分泌合成在分子结构，理化性质，遗传标记以及生物学特性等方面相同的均一性抗体（单克隆抗体），多种抗原决定簇可刺激多种细胞克隆合成分泌各种不同的抗体（多克隆抗体）。,二、单克隆抗体（第二代抗体）,单克隆抗体是由识别一种抗原决定簇的细胞克隆所产生的均一性抗体。 杂交瘤细胞既具有能大量无限生长繁殖的特性，又具有合成和分泌抗体的能力。,单克隆抗体 （monoclonal antibody, McAb）,1975年德国学者科勒（Koehller）