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免疫球蛋白 (immunoglobulin,Ig) 免疫学教研室 王根维 2019年04月,【教学内容】,1. Ig的概念与结构 2.Ig的生物学功能 3.Ig的异质性 4.各类Ig的特性 5.Ig基因及其重排 6.人工制备的抗体类型,【目的要求】 一、掌握Ig与抗体的概念及二者的关系 二、掌握Ig的结构与功能 三、掌握各类Ig的特性 四、了解Ig多样性的机制 五、熟悉单克隆抗体的概念与特点,一概述 免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)概念： 具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白称为免疫球蛋白。 抗体概念（antibody, Ab) B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的可与抗原在体内外特异结合的球蛋白，称为抗体,3 抗体与免疫球蛋白的关系 Ab=Ig IgAb 从上述概念中可见，抗体均为免疫球蛋白，而免疫球蛋白不都是抗体，前者是生物学功能的概念，后者为化学结构的概念 Ig存在形式： 膜型(membrane immunoglobulin, mIg) B细胞膜上的抗原受体； 分泌型(secreted immunoglobulin, sIg) 分泌进入体液, 介导体液免疫应答,（一）基本结构,第一节 免疫球蛋白的结构,四肽链结构,1 免疫球蛋白的基本结构是由两条相同的重链与轻链通过二硫键连接的四肽链对称结构。（单体结构） 2 重链：基本结构中两条长链。据其恒定区抗原性不同，分为五类 IgG (gamma) IgA (alpha) IgM (mu) IgD (delta) IgE (epsilon),抗体有五种类型即IgG IgA IgM IgD IgE型,同类Ig又根据铰链区据氨基酸组成和二硫 键数目的差异，可分为不同的样亚类： IgG: IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 IgA: IgA1 IgA2 IgM： IgM1 IgM2 IgD IgE目前未发现不同亚类,3 轻链（light chain,L链）： 基本结构中的两条短链。 分为(kappa)、(lambda)两型，同一Ig分子的L链型是相同的. 正常人血清中的： 为2: 1 4 可变区与恒定区 （1）可变区（varible region, V区）,Ig中N端约1/2轻链与1/5或1/4的重链其氨基酸序列变化较大，称为可变区。 可变区中氨基酸组成与排列更易变化的区域称为高变区。（hypervariable region HVR)高变区之外的区域其氨基酸组成与排列相对不易变化，称为骨架区（framework region FR) HVR可与抗原结合，与抗原决定基结构互补，故又称互补决定区.（complementarity determining region CDR),VL VH各有三个高变区: HVR1 HVR2 HVR3 VL VH各有三个骨架区: FR1 FR2 FR3 不同抗体其HVR的序列各不相同，可与相应的抗原特异结合，并决定抗体的特异性。,2）恒定区（constant region C区） Ig中C端约1/2轻链与4/5的重链其氨基酸序列相对稳定，称为恒定区。 轻链有一个恒定区：CL 重链的恒定区（CH）： IgG IgA IgD有三个 ： CH1 CH2 CH3 IgE gM有四个： CH1 CH2 CH3 CH4 针对不同抗原的五类抗体，其可变 区相同，但恒定区不同。,5 铰链区 位于Ig的CH1与CH2之间的区域。 特点与作用：富含脯氨酸，易伸展与弯曲而使抗体易与抗原结合。该区也易被蛋白酶水解。 IgM和IgE无铰链,二 其他成分 1 J链 J(joining chain)由浆细胞合成的多肽链，连接Ig单体形成多聚体。 IgA为二聚体，分泌型IgM为五聚体，膜型IgM为单体 IgD IgE IgG为单体，无J链,2 分泌片(secretory piece, SP)： 由黏膜上皮细胞合成与分泌的含糖的肽链，以非共价键形式结合到IgA二聚体上。有保护及介导其转运到黏膜表面的作用。,J 链,分泌片,sIgA,J链和分泌片（SP）,三、功能区(domain) 轻链:VL，CL 重链:VH，CH1，CH2，CH3(IgG、IgA 和 IgD)，CH4(IgM和IgE),1.分类,2.主要功能 (1)VH和VL 抗原结合部位； (2)CH13和CL Ig遗传标志所在； (3)CH2(IgG)、CH3(IgM) C1q结合部位； (4)CH2CH3(IgG) 结合并通过胎盘； (5)CH3(IgG) FcR结合部位； (6)CH4(IgE) FcR结合部位。,四、免疫球蛋白的水解片段,（一）木瓜蛋白酶水解片段： 水解部位：IgG铰链区二硫键二条重链近N端 水解产物：2个Fab段，可结合1个抗原决基 。 1个Fc段，可与具有FcR的细胞结合.,（二）胃蛋白酶水解片段 水解部位：IgG铰链区二硫键二条重链近C端 水解产物：F(ab)2可结合2个抗原决基。 pFc 无生物学活性,第二节.免疫球蛋白生物学功能,(一)、特异性结合抗原（V区）,(二)、激活补体(CH2/CH3区),(三)、亲细胞作用 1、调理吞噬作用(CH3/CH4区),2、抗体依赖细胞介导的细胞毒作用( antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC),(四)、选择性传递 （穿过胎盘和黏膜屏障）,粘膜固有层 浆细胞,粘膜上皮细胞,第三节免疫球蛋白的异质性,1.Ig的类型 2. Ig的多样性 3. Ig的血清型,(一)类别 1.类和亚类(根据H链的抗原性不同) IgG (gamma) IgA (alpha) IgM (mu) IgD (delta) IgE (epsilon),(2)亚类,IgG：IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 IgA：IgA1, IgA2,2.型和亚型(根据轻链C区抗原特异性不同分型) (1)型 (kappa) 型 (lambda)型 (2)亚型(链)： OZ(+) (或1) ：第190位(亮氨酸) OZ(-) (或2) ：第190位(精氨酸) Kern(+) (或3) ：第154位(甘氨酸) Kern(-) (或4) ：第154位(丝氨酸),（二）Ig的多样性 (三)免疫球蛋白的抗原性/血清型 1.同种型:(isotype) 同一种属每个个体都具有的免疫球蛋白的抗原特异性，其抗原决定簇主要存在于Ig的C区。 2.同种异型(allotype) :同一种属不同个体之间免疫球蛋白也具有的差异性，主要反映在分子的CH和CL上的一个或数个氨基酸的差异 (genetic markers 遗传标志)。 Gm因子：Gm130 Am因子：A2m1，A2m2 Km因子：Km1，Km2，Km3,3.独特型(idiotype. ID),在同一个体内，不同B细胞克隆所产生的免疫球蛋白分子V区以及T、B细胞表面抗原受体V区所具有的抗原特异性不同。由免疫球蛋白的超变区特有的氨基酸序列和构型决定。,第四节 各类免疫球蛋白 的特性与功能,(一)IgG 1血清中含量最高，占血清Ig总量的75%到80%，半衰期最长，约20到23天。 2唯一穿过胎盘 介导新生儿抗感染免疫。 3可结合巨噬细胞、中性粒细胞、NK细胞表面的FcR，参与调理吞噬和ADCC效应. 4抗感染的主要抗体类型。 5结合补体，激活补体活化的经典途径 某些自身抗体及参与超敏反应的抗体也属IgG。,(二)IgM 1分子量最大，五聚体形式存在于血液中。 2机体感染后最早出现的Ig是 IgM，可做为近期感染的指标。 3个体发育中合成最早的Ig， 脐带血中IgM增多，提示宫内感染可能。 4天然的血型抗体、类风湿因子是IgM 5结合和激活补体的能力比IgG强 6不能穿过血管壁和胎盘，主要存在于血液中。 7B细胞表面的抗原受体为IgM单体。,(三 ) IgA 分为两种类型： 血清型IgA：单体存在于血清中 分泌型IgA（SIgA): 含J链和分泌片的二聚体组成，存在于胃肠道和支气管分泌液、初乳、唾液和泪液中 SIgA是参与粘膜局部免疫的主要抗体,(四 )IgD 表达在B细胞膜上的smIgD是成熟B细胞的重要标志。 存在血清中的IgD为单体形式，含量低，功能不清。 (五) IgE 血清中含量最低的Ig 结合肥大细胞和嗜碱性性粒细胞，参与I型超敏反应的发生,第五节 免疫球蛋白基因及其重排 自然界中具有成千上万种的抗原！ 机体具有产生109-1011种不同抗原特异性抗体的能力! 为什么会存在这么多种抗体?,1965年Dreyer和Bennet首先提出假说，认为抗体的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，V区和C区基因发生重排。 1976年日本学者利根川进应用DNA重组技术证实了这一假说，并由此获得1987年医学和生理学诺贝尔奖。,一、抗体的基因的定位和结构,（一）、免疫球蛋白的基因库 1. H基因库（重链基因连锁群）第14号染色体 2.基因库（链基因连锁群）第2号染色体 3.基因库（链基因连锁群）第22号染色体,（二）、Ig的基因结构 1.链 V(约100个)、 J(5个)、 C(1个) 2.链 V(约30个)、 J-C(4个) 3.H链 V基因(约95个) D基因(27个) J基因(6个) C基因(9个),抗体重链基因的结构,抗体轻链基因的结构,二 Ig的基因重排,1、重链基因重排 （1） 可变区基因的重排 在重链基因重排开始时，二条染色体上都发生D基因片段移位到J基因片段而发生D-J基因连接。在此以后，只有其中一条染色体上的V基因片段与D-J基因片段连接。 如果一条染色体VH基因与D-J基因重排无效（non-productive），另一条染色体的VH基因片段开始发生移位，与D-J基因片段连接。,2、抗体轻链基因的结构和重排 在抗体重链基因重排后，轻链的可变区基因片段随之发生重排，V与J基因片段并列在一起。轻链基因先发生重排，如果基因重排无效，随即发生基因的重排。,三 抗体多样性的遗传学基础,1抗体多样性的胚系基因 在胚系中，尚未重排的抗体基因片段数量相当多，这是生物在长期进化过程中形成的。抗体的H链和L链都可由多种胚系V基因所编码，产生具有不同序列、不同特异性的抗体。D和J基因也参与编码抗原结合部位的部分序列，D、J基因片段的多样性增加了抗体的多样性。机体存在一个规律，即免疫球蛋白某一部分引起的多样性与这个部位胚系基因的片段数目成正比。 胚系中众多的V、D、J基因片段；,2. V 区基因重排产生的多样性 抗体 DNA重组使不同的V、D、J基因片段相 连，因而产生大量不同特异性抗体。重组子最大 可能数目是V、D（H链）和J外显子数目的乘积 3连接产生的多样性 同一套V、D、J基因，在它们的连接处也会 产生不同的氨基酸序列。这种方式产生的抗体多 样性通常有两个途径：第一个途径是不精确的 DNA重排（多样性增加100倍）第二个途径是在重组子的接合点处插入或缺失一个短的核苷酸。（多样性增加2000倍）,4体细胞突变 很早就有人提出，体细胞的基因突变可导致抗体的多样性，突变主要发生在V基因中，在C区中很少发生突变。 5H链和L链的组合 不同H和L链的组合也有助于产生多样性，因为轻链的V区都参与识别抗原。,95276（500+120）=9541800,？,四 免疫球蛋白基因表达的特点,1.等位排斥与同种型排斥 2.免疫球蛋白类别转换一个B细胞克隆在分化过程中V-D-J功能性基因片段保持不变，而发生C基因重排，使其表达的抗体分子发生H链类的改变，称为类别转换(class switching)。 机制：B细胞 活化 基因重排形成V-D-JC 合成IgM CD40/CD40L信号及细胞因子作用 C基因被替换 合成具有相同抗原特异性的不同的Ig类和亚类。 3.膜型与分泌型免疫球蛋白,Ig的类别转换 .定义 一个B细胞克隆在分化过程中V-D-J功能性基因片段保持不变，而发生C基因重排，使其表达的抗体分子发生H链类的改变，称为类别转换（class switching） 。 .举例 B细胞克隆 IgM ,IgG,IFN-,IL-4,IgE,IL-5,IgA,五 人工制备抗体,一多克隆抗体 二单克隆抗体（ McAb) 三基因工程抗体,一、多克隆抗体(polyclonal antibody) 1.定义 指由不同B细胞克隆产生的针对抗原物质中多种抗原决定簇的多种抗体混合物。如:免疫血清（含多种特异性抗体）。 2.实际意义 （1）预防、治疗感染性疾病 （2）临床诊断 特点：交叉反应多，特异性低，应用受限,一、多克隆抗体(polyclonal antibody) 指由不同B细胞克隆产生的针对抗原物质中多种抗原决定簇的多种抗体混合物。 如:免疫血清（含多种特异性抗体）。 实际意义： （1）预防、治疗感染性疾病， 如：破伤风抗毒素血清 抗破伤风，胎盘球蛋 白 抗病毒感染等，副作用：超敏反应 （2）临床诊断，如：肥达氏反应 - 伤寒、副伤 寒，缺点：特异性差。 特点：交叉反应多，特异性低，应用受限,多价抗原,多克隆 （致敏的B细胞）,多克隆抗体,二、单克隆抗体 (monoclonal antibody,McAb),单克隆抗体 由单一B淋巴细胞克隆或杂交瘤细胞产生的、只识别一种抗原表位的高度特异性抗体，称为单克隆抗体。