第3章 抗体 2ppt课件

第三章 抗体 第二节 免疫球蛋白基因 免疫球蛋白是具有与抗原决定簇特异性结合的大 量蛋白分子的总称，多样性是免疫球蛋白的重要特点 。 抗原的种类极多，免疫球蛋白的多样性也非常高 ，数目可达百万以上。而人类基因组中的基因总数不 到3万，与免疫球蛋白的多样性并不一致。 免疫球蛋白的多样性是其基因发生重排的结果。 抗体结合抗原的特异性是由重链和轻链V 区的氨基酸序列决定的，为了产生大量的不同 抗体，免疫系统必须产生大量不同的V区序列 。 另一方面恒定区的序列在同一类型的抗体 中是相似的，并且对抗原特异生无影响。 只有淋巴细胞具有完整的、有功能的编码 抗体的基因，这些抗体基因经过一系列高度有 序的加工才形成功能基因，其他的细胞并没有 这个过程。 一、免疫球蛋白基因结构 1.免疫球蛋白基因结构的实验证据 利根川进应用分子杂交技术证明并克隆出Ig分子V 区和C区基因。同时应用克隆cDNA片段为探针，证明 了B细胞在分化发育过程中编码Ig基因结构，阐明了Ig 抗原结合部位多样性的起源，以及遗传和体细胞突变 在抗体多样性形成中的作用。1987年获得诺贝尔医学 奖。 编码人和小鼠轻重链的Ig基因分别位于不同 的染色体上，总体分为编码V区和C区的两大部 分。 重链的胚系基因中有许多基因片段(gene segment)。 包括：众多的V基因片段(variable segment)，多个D 基因片段(diversity segment)和几个J基因片段(joining segment)。 基因重排： 免疫球蛋白胚系基因状态下的V、（D）、J基因片 段成簇存在，要编码完整的功能性的Ig多肽链必须在这 些成簇存在的基因簇中选择某些基因片段进行重新组 合，这一过程称为基因重排。 在V、D、J、C基因群中各选择一个基因片段，组 成单个Ig的编码基因，进而转录和翻译，产生功能性Ig 。 二、免疫球蛋白基因的重排与表达调控 1.胚系基因 2.基因重排 3. 重排的基因 4.RNA转录本 5.mRNA剪切 6.成熟mRNA 7.IgM前体多肽 V1 V2 V3 Vn D1 D2 D3 Dn J1 J2 J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca V1 V2 D2 J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca V1 V2 D2 J3 J4 Cm Cd Cg Ce Ca V2D2J3 J4 Cm Cd V2D2J3 Cm Cd J4 L VH Cm V2 D2 J3 Cm 三、抗体多样性的形成 1.胚胎细胞的V-J或V-D-J重排 胚系免疫球蛋白基因在B细胞发育分化过程 的重排是抗体多样性的主要来源。 人Ig多样性产生的机制 多样性机制 H 胚系基因数（功能性） V 65 30 40 D 27 0 0 J 6 4 5 组合多样性 1.1104 1.2102 2102 总计 11000 (120+200)=3106 连接多样性 共100 核苷酸插入 300 / / 体细胞突变 + + + Ig多样性数目 Ig的V区基因组合数3.4106 连接多样性 100 核苷酸插入多样性 300 Ig的多样性总计约 1010 1011 2.体细胞突变 B细胞发育和成熟过程中，胚系免疫球蛋白基因 经过重排，形成完整的有功能的基因。V区基因在重排 后仍可发生改变，这种改变是由体细胞突变产生的。 体细胞突变发生在初次免疫应答的后期和再次免 疫应答。成熟B细胞在受到抗原刺激后，在生发中心发 生体细胞突变。由于免疫球蛋白基因的突变频率比正 常细胞中其他基因突变频率高106倍，也称为体细胞高 频突变。 经过类别转换之后抗体的亲和力增高（亲和力成 熟）。 成熟B细胞在识别抗原后分化成为浆细胞，其中 一部分浆细胞分泌IgM类抗体，其余的须进行第二次 基因重排。 第二次基因重排时V区的突变频率高，称为体细 胞超突变（高频突变），并发生类别转换，使分泌抗 体的类别由IgM转换成IgG、IgA或IgE。 体细胞突变多发生在Ig的CDR区，体细胞突变是 随机的，突变后的B细胞受抗原选择，亲和力降低的B 细胞克隆凋亡，亲和力增高的B细胞克隆存活。抗原选 择的结果是抗体总体的亲和力提高。这种通过体细胞 突变使抗体亲和力普遍提高的现象称为亲和力成熟。 第三节 免疫球蛋白的合成与分泌 抗原刺激机体产生相应的抗体，抗体的产 生过程即为特异性体液免疫应答。分泌抗体的 浆细胞来源于B淋巴细胞，抗原只作为淋巴细 胞克隆的选择因子，刺激相应B淋巴细胞分化 增殖成为抗体分泌浆细胞和记忆细胞。大多数 抗体的产生需要其他细胞及其分泌的细胞因子 的辅助。 一、体液免疫应答与抗体的产生 1.初次应答与再次应答 抗原初次侵入机体所诱导的特异性免疫应 答称为初次免疫应答。 相同抗原再次侵入机体，记忆性免疫细胞 可迅速、高效、特异地产生应答，称为再次免 疫应答。 1.初次免疫应答 潜伏期，对数期，平台期，下降期 （1）潜伏期(诱导期)长(约710天) （2）抗体的种类以IgM为主 （3）抗体亲和力低 （4）维持时间短 （5）总抗体水平低 2.再次免疫应答 （1）潜伏期短（约23天） （2）抗体的种类以IgG为主 （3）抗体亲和力比初次应答明显增强 （4）维持时间长 （5）总抗体水平高 A B C D E 初 次 与 再 次 体 液 免 疫 应 答 抗C 抗体 抗C 抗体 Bm细胞 Bm细胞 血 清 抗 体 浓 度 天 数 针对抗原 C 的初次体液 免疫应答 针对抗原 B 的初次 应答 抗原C 免疫 抗原C 抗原B 免疫 针对抗原 C 的再次体液 免疫应答 2.TD和TI抗原的免疫应答 胸腺依赖性抗原(TD-Ag)： 需要在T细胞辅助下才能诱导产生抗体。大 多数天然抗原，由蛋白质组成，相对分子量大 。能够引起体液免疫、细胞免疫；可发生Ig类 转换，产生各类抗体（IgM, IgG，IgA, IgE） 产生抗体以IgG为主；有免疫记忆。 胸腺非依赖性抗原(TI-Ag)： 不需要T细胞辅助就能直接诱导B细胞 产生抗体。细菌脂多糖、肺炎球菌荚膜 多糖、多聚鞭毛素等。不能产生细胞免 疫；只产生IgM类抗体，无Ig类转换；无 免疫记忆。 TI抗原刺激B细胞活化 直接作用 TD抗原刺激B细胞活化 需两种信号 第一信号（抗原刺激信号） 第二信号（Th细胞信号） Th细胞-B细胞间接触作用 Th细胞分泌细胞因子 B细胞介导的免疫应答绝大多数是由TD抗 原引起，B细胞识别TD抗原后的活化和增殖需 要特异性Th细胞的辅助。 B细胞和T细胞分别识别同一抗原分 子中两种不同的抗原表位。 B细胞的激活需要Th细胞辅助刺激 分子的辅助，而Th细胞可被B细胞或其 他APC递呈的抗原与辅助刺激分子激活 。 Th细胞不仅为B细胞提供第二活化 信号，还分泌多种细胞因子辅助B细胞活 化。 3.抗体形成中抗体种类的转换机制 Ig类别转换: B细胞在生发中心发育过程中 ，表达的Ig分子可从IgM转换为IgG、IgA、 IgE，称为类别转换。 机制：转换重组，即VDJ基因片段与下游 的另一个C基因重组。 特点：Ig Fab不变，抗体特异性不变。 意义：Ig Fc的改变使抗体效应机制发生变 化，以适应消灭抗原的需要 。 Ig类别转换 Ig类转换 4.影响体液免疫应答的因素 不同种类的抗原和免疫途径导致应答的方 式与特点发生改变，免疫应答过程受细胞因子 的调控，因此，不同种类细胞因子或其相对比 例不同对B细胞的作用也不一样。 Th1可以分泌IL-2，IFN；可以诱导细胞免 疫和迟发型变态反应；刺激B细胞发生类型转 换，主要产生Ig2，调理M。 Th2可以分泌IL-4,5,10,13，刺激IgE和IgG1 或IgG4产生，参与其他细胞如肥大细胞和嗜酸 性粒细胞介导的免疫反应。 二、免疫球蛋白的表达、装配与分配 1.免疫球蛋白mRNA hnRNA需要polA尾巴和加帽结构，DNA 重排后的内含子需要在拼接中除去。RNA拼接 方式的不同，产生的mRNA也不同。 2.膜结合型和分泌型免疫球蛋白的表达 Membrane-bound vs. Secreted Figure 2.23 Figure 2-18 V(D)J recombination is initiated by the Recombinase Activator Gene Products, RAG1 and RAG2 (found only in developing lymphocytes) 3.B细胞发育与抗体形成 B细胞在骨髓内产生并成熟，其成熟过程 可分为骨髓内和骨髓外两个阶段。 骨髓内成熟过程中不接触外来抗原，发生 的变化是Ig基因重排、膜Ig的表达和具有自身 反应性受体的B细胞的清除。 骨髓内成熟B细胞离开骨髓进入外周免疫 器官并通过血液和淋巴系统在全身淋巴组织中 循环。 骨髓干细胞原B细胞前B细胞幼B细胞膜 抗体 骨髓-外周循环 浆细胞抗体 成熟B细胞 抗原 记忆B细胞 Bone marrow B cell development 输入外周B细胞库 以上的B细胞发育过程发生在骨髓内 ，不依赖外来抗原。成熟B细胞若无抗原 刺激很快就会死亡，若一旦被抗原或多 克隆刺激剂刺激后成为活化B细胞，发生 增殖和分化，膜表面Ig逐渐降低，而分 泌型Ig逐渐增加，并可发生重链类别转 换。 4.抗体在细胞内的装配、转运与分泌 粗