聊城大学农学院动物免疫学课件第四章抗体和免疫球蛋白

14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 1 第四章抗体与免疫球蛋白AntibodyandImmunology 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 2 第四章抗体和免疫球蛋白 第一节抗体和免疫球蛋白的概念第二节免疫球蛋白的分子结构第三节免疫球蛋白的种类与抗原决定簇第四节各类免疫球蛋白的主要特性与免疫学功能第五节抗体产生的克隆选择学说 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 3 一 抗体1890年人们用白喉杆菌外毒素免疫动物 在其血清中发现一种能中和这种外毒素的组分称为抗毒素 这种含有抗体的血清称之为免疫血清 将血清中这种具有特异性反应的组分称为抗体 antibody Ab 第一节抗体和免疫球蛋白的概念 目前抗体的概念 动物机体受到抗原物质刺激后 由B淋巴细胞转化为浆细胞而产生的 能与相应抗原发生特异性反应的免疫球蛋白 主要存在于血液 血清 淋巴液 组织液及其他外分泌液中 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 4 二 免疫球蛋白1968年世界卫生组织决定 将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白 immunoglobulin Ig 在血清中现已发现有IgG IgM IgA IgE和IgD五类免疫球蛋白分子 它们的结构与功能是各不相同的 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 5 动物免疫前后血清中各类球蛋白含量 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 6 Ig包括1 抗体天然抗体如血型抗体受抗原刺激后产生的抗体2 无抗体活性Ig如骨髓瘤患者血清M蛋白抗体和免疫球蛋白的关系 抗体都是免疫球蛋白 并非所有免疫球蛋白都具有抗体活性 分泌型Ig sIg 存在于血清 体液以及分泌液中 具有抗体的各种功能 膜型Ig mIg 位于B淋巴细胞的表面 即膜表面免疫球蛋白 mIg 是B淋巴细胞的抗原识别受体 BCR 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 7 第二节免疫球蛋白的结构 Porter等对血清IgG抗体的研究证明 Ig分子的基本结构是由四肽链组成的 二条相同的分子量较小的肽链二条相同的分子量较大的肽链 即 轻链 重链 组成 一 免疫球蛋白的单体分子结构 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 8 所有种类免疫球蛋白的单体分子结构都是相似的 即由两条相同的较大的重链和两条相同的较小的轻链4条肽链通过轻链与重链之间的二硫键连接起来构成的 Y 字形的分子结构 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 9 一 轻链和重链1 轻链 L链 由214个氨基酸残基组成 分子量为24kDa 有两个由链内二硫键组成的环肽 在羧基端靠二硫键分别与两条重链连接 各类免疫球蛋白的轻链都相同 均可分为 与 2个亚型 2 重链 H链 由450 550个氨基酸残基组成 分子量55 75kDa 有4 5个链内二硫键 两重链之间由一对或两对以上的二硫键互相连接 可分为5类 链 决定了免疫球蛋白5种类型IgG IgM IgA IgE IgD 不同免疫球蛋白的差别就由重链所决定 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 10 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 11 二 可变区和恒定区H链可变区 VH N端开始的最初110个氨基酸恒定区 CH VH区后一直到C端的氨基酸L链可变区 VL N端开始的109个氨基酸恒定区 CL VL区后一直到C端的氨基酸在VH中有4个区域的氨基酸变异最大 称为高变区 HVR 其余的氨基酸变化较小 称为骨架区 在VL中也有3个高变区 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 12 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 13 三 功能区功能区 免疫球蛋白的多肽链分子可折叠形成几个由链内二硫键连接成的环状球形结构 此即其功能区 每一功能区约有110个氨基酸组成 其顺序具有高度的同源性 L链功能区VLCLVHH链功能区CH1 CH2和CH3 IgG IgA IgD CH4 IgM IgE 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 14 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 15 VH和VL 是抗原结合的部位 CH1和CL 为同种异型的遗传标记 CH2 为抗体分子的补体结合点 CH3 是同免疫活性细胞的Fc受体的结合部位 功能区作用 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 16 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 17 互补决定区 CDR HVR经 折叠形成抗原结合部位 其空间构像与抗原表位形状高度精确互补 称为互补决定区 CDR 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 18 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 19 一 绞链区在两条重链之间二硫键连接处附近的重链恒定区 即CH1尾部和CH2头部的小段肽链 与抗体分子的构型变化有关 称为绞链区 功能该区具有柔韧性 当抗体与抗原结合时 该区可转动 以便一方面使可变区的两个抗原结合点尽量与抗原结合 另一方面可使抗体分子变构 使补体结合位点暴露出来 二 免疫球蛋白的特殊分子结构 Ig变构使抗原结合腔与抗原表位尽量吻合 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 20 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 21 二 J链和分泌成分1 J链即连接链 在IgM和分泌型IgA单体之间起连接作用 2 分泌成份 SC 分泌型IgA特有的一种结构 具有促进上皮细胞积极地从组织中吸收分泌型IgA 将其释放于胃肠道和呼吸道内的作用 同时SC可防止IgA在消化道内被蛋白酶所降解 使IgA充分发挥免疫作用 三 单体 双体和五聚体1 单体由一对L链和H链组成的基本结构 2 双体分泌型IgA由J链连接的两个单体 3 五聚体IgM是由J链和二硫键连接的五个单体 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 22 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 23 三 免疫球蛋白的水解片段与生物学活性 一 木瓜蛋白酶酶切木瓜蛋白酶可将H链铰链区二硫键的近N端切断 得到大小相近的3个片段 其中有两个相同的抗原结合片断Fab和一个Fc片段 二 胃蛋白酶酶切胃蛋白酶可将H链从铰链区二硫键的近C端切断 获得两个大小不同的片段 大片段是由二硫键连接的抗体分子的两个臂 具有双价抗体活性的F ab 2片段 与抗原结合可发生凝集和沉淀反应 小片段类似于Fc 称为pFc 片断 失去生物学活性 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 24 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 25 四 抗体的生物学活性 一 抗体与抗原的特异性结合抗体与抗原结合的特异性是由IgV区的氨基酸组成及空间构型所决定 重链及轻链的CDR共同构成供抗原表位互补结合的构象 抗体与抗原之间的总结合力称为亲和力 avidity 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 26 二 抗体与补体的结合抗体在一定条件下可与存在于血清中的补体分子相结合 并使之活化 产生多种生物学效应 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 27 三 通过与细胞Fc受体结合发挥生物效应体内多种细胞具有Ig的Fc受体 不同类的Ig其Fc段可与不同细胞的相应FcR结合 产生不同的生物效应1 抗体的调理作用 抗体可增强吞噬细胞的吞噬作用 在体外的实验中 如将免疫血清加入中性粒细胞的悬液中 可增强对相应细菌的吞噬作用 称这种现象为抗体的调理作用 2 发挥抗体依赖的细胞介导的细胞毒性作用 ADCC 3 介导I型超敏反应4 人Ig的Fc段与SPA结合 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 28 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 29 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 30 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 31 四 选择性传递人类IgG能借助Fc段选择性地与胎盘微血管内皮细胞可逆性结合 主动穿过胎盘进入胎儿血循环 此外 SIgA可经粘膜上皮细胞进入消化道及呼吸道发挥局部免疫作用 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 32 第三节免疫球蛋白的种类与抗原决定簇 一 免疫球蛋白的类别 类 根据Ig重链的抗原性不同把人血清中的Ig分为IgG IgA IgM IgD IgE五类 亚类 同一类Ig由于铰链区的氨基酸组成和二硫键数目不同分为不同亚类IgG有IgG1 IgG2 IgG3和IgG4亚类 IgA有IgA1 IgA2亚类 型 根据L链恒定区的抗原性不同 把L链分成二型 型 型 亚型 根据 链恒定区个别氨基酸不同分为亚型 1 2 3 4 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 33 双重特性 抗体活性免疫原性 抗原物质 根据Ig不同抗原决定基存在的部位以及在异种 同种异体或自体中产生免疫的差别 可将Ig的抗原性分为同种型 同种异性和独特性抗原决定基 二 免疫球蛋白的抗原决定簇 血清型 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 34 同种型决定簇 isotype 免疫原性因物种而异 由C区表位决定同一物种所有个体均带有相同C区基因可刺激异种个体产生抗Ig Fc抗体 指在同一种属动物所有个体共同具有的免疫球蛋白抗原决定簇 即是说在同一种动物不同个体之间同时存在不同类型的免疫球蛋白 不表现出抗原性 只是在异种动物之间才表现出抗原性 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 35 同种异型 allotype 抗原性因个体而异 个体型标志 可刺激同种或异种个体产生相应抗体指免疫球蛋白在同一种动物不同个体之间呈现出的抗原性 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 36 独特型决定簇 抗体分子的特异性是由免疫球蛋白的VH和VL所决定的 针对不同抗原分子的抗体之间的差别表现在免疫球蛋白分子的可变区 这种差别决定了抗体分子在机体内就具有抗原性 由抗体分子的可变区呈现出的抗原性就称为免疫球蛋白 抗体 的独特型 或称个体基因型 可变区内的抗原决定簇称为独特型决定簇 其中单个的抗原决定簇又称为独特位 独特型在异种 同种异体乃至同一个体内均可刺激产生相应的抗体 这种抗体称为抗独特型抗体 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 37 独特型 idiotype 抗原性因Ig分子而异 由V区表位决定 可刺激异种或同种个体 及自体产生抗独特型抗体 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 38 AgAb1 Id Ab2 AId Ab3 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 39 第四节各类免疫球蛋白的特性与功能 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 40 一 IgG IgG是血液和胞外液中的主要抗体成分 人和动物中含量最高的免疫球蛋白 占血清总Ig的75 80 半寿期20 30天 IgG主要由脾脏和淋巴结中的浆细胞产生 大部分存在于血液中 45 50 其余存在于组织液和淋巴液中 IgG是惟一可通过人和兔胎盘的抗体 在新生儿抗感染中起重要作用 IgG是动物自然感染和人工主动免疫后 机体所产生的主要抗体 是动物机体抗感染免疫的主力 大多数抗菌 抗病毒抗体和抗菌素都为IgG类 因而也是血清学诊断和疫苗免疫后监测的主要抗体 IgG还参与抗肿瘤免疫 同时也是引起 型 型变态反应及自身免疫病的抗体 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 41 二 IgM 动物机体初次免疫后产生最早的免疫球蛋白 但含量仅占血清Ig的10 左右 主要由脾脏和淋巴结中的浆细胞产生 一般不能通过血管壁 主要分布于血液中 IgM是5个单体组成的五聚体 又称为巨球蛋白 IgM在体内产最早 但持续时间短 不是抗感染免疫的主力 但对早期抗感染免疫和早期血清学诊断十分重要 并且IgM有多个抗原结合部位 其单个的杀菌 溶菌 溶血促进吞噬及凝集作用 均IgG高的多 IgM具有抗肿瘤作用 也是 型 型变态反应及自身免疫病的抗体 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 42 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 43 三 IgA IgA以单体和二聚体两种分子形式存在 单体存在于血清中 称为血清型IgA 占血清Ig的10 20 具抗菌 抗毒 抗病毒作用 对支原体和某些真菌也有作用 二聚体为分泌型IgA 是由呼吸道 消化道 泌尿生殖道等部位粘膜固有层中的浆细胞所产生 主要存在于呼吸道 消化道 生殖道的外分泌液及初乳 唾液 泪液等分泌物中 分泌型IgA是参与粘膜局部免疫的主要抗体 在传染病预防接种中 经滴鼻 点眼 饮水及喷雾途径免疫 均可产生分泌型IgA 从而建立相应的粘膜免疫力 新生儿和幼畜禽易患呼吸道 胃肠道感染可能与IgA合成不足有关 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 44 B 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 45 四 IgE IgE产生部位与分泌型IgA相似 在血清中容量甚微 IgE的重链多一个功能区CH4 此区是细胞结合的部位 因而它是一种亲细胞性抗体 结合在肥大细胞和嗜碱性细胞上的IgE与抗原结合后 能引起这些细胞脱颗粒 释放组织氨等活性介质 从而引起I型过敏反应 IgE在抗寄生虫感染中具有重要作用 五 IgD IgD在血清中浓度极低 平均约0 03mg ml 且极不稳定 容易降解 半衰期仅3天 主要作为成熟B细胞膜上的抗原特异性受体 是B细胞分化发育成熟的标志 且与免疫记忆有关 血清中IgD的确切功能目前还不很清楚 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 46 各类免疫球蛋白的生物学活性 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 47 第五节抗体产生的克隆选择学说 Ab多样性和特异性是如何产生的 根据抗原抗体反应的特异性 针对于某一种特定抗原 就会有特异的抗体与之相对应 也就是说 外界存在有多少种抗原 在体内就会产生相应的抗体 据估计 在人体内具有产生超过1亿种抗体的潜在能力 如此多的抗体类型是如何产生的呢 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 48 抗体学说的发展 抗体形成机制的研究 直接模板学说折叠学说间接模板学说 侧链学说 抗原诱导学说 选择学说 自然选择学说克隆选择学说 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 49 侧链学说 1897年 Ehrlich 细胞具有多种膜侧链 毒素可以特异与相应侧链结合细胞可产生多量而过剩的侧链 并将其释放的血液中 即成为抗体 这种游离的抗体 在血液中与毒素结合 便可将其中和 从而达到免疫效果 一个细胞克隆具备针对多种抗原的多种膜侧链 抗体学说的发展 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 50 直接模板学说 抗原为模板合成抗体 1930年 Breinl和Haurowits 前提 蛋白质的合成要以蛋白质为模板 抗体的产生必需以抗原为模板 抗体的抗原结合部位是以抗原决定簇为模板而形成的 折叠学说 抗原诱导抗体折叠 1940年 Pauling 所有抗体的初级结构完全相同 即氨基酸的排列顺序 其决定于基因 球蛋白的高级结构取决于多肽链的折叠方式 高级结构决定抗体的特异性 如在形成球蛋白处附着有抗原时 即球蛋白的高级结构即按抗原折叠 因而可使抗体获得特异性 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 51 间接模板学说 抗原对基因发生影响 1949年 Burnet和Fenner 抗原进入细胞核中 干扰DNA的合成 指导抗体的特异性 抗原在细胞内继续存在 而且可随细胞而增殖 所以抗原不存在也能产生抗体 对于自身与非自身的识别上 认为一切属于自身的物质 均有自身的标记 self marker 识别单位可以对其加以识别 因此对自身物质不能发生免疫反应 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 52 自然选择学说 1955年 Jerne 机体对任何抗原早已准备下了相似的抗体 自然抗体 外来的抗原如与某种自然抗体相对应时 便可与之结合 抗原抗体复合物被巨噬细胞吞噬后 抗原被酶溶解 剩下的抗体便可在巨噬细胞内诱导产生与其具有同样特异性的抗体 在抗体的形成上 起主要作用的是体内早已存在的抗体 这种抗体在特异性抗原的选择作用下 才能诱导吞噬细胞产生抗体 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 53 克隆选择学说 Cloneselectivetheory 受到Jerne的自然选择学说的影响 澳大利亚免疫学家Burnet毅然放弃其间接模板学说 并且引进了他在间接模板学说所主张的基因致使细胞特异性的概念 1957年发表了以 AmodificationofJernetheoryofantibodyproductionusingtheconceptofcloneselection 为题的论文 1959年出版了题为 Theclonalselectiontheoryofaquiredimmunity 的专著 创立了举世闻名的克隆选择学说 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 54 克隆选择学说 Cloneselectivetheory 基本思想动物体内存在大量的淋巴细胞克隆 每一克隆表面都带有特异性的SIg 抗原选择的不是游离的抗体 而是事先存在于淋巴细胞膜表面的抗原受体 即表面免疫球蛋白 SIg 抗原能够选择性的激活带有相应受体的淋巴细胞克隆 使其分化增殖 产生相应抗体 决定抗体结构的是淋巴细胞的基因 抗原不能改变修饰产生抗体的基因 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 55 克隆选择学说 Cloneselectivetheory 对抗体产生多样性的解释 动物出生后 体内约有107个免疫细胞克隆 能产生各种抗体 足够抗原选择 抗原与特异淋巴细胞的抗原受体结合 相应的克隆即被选择 进而增殖分化 产生抗体 抗原的作用 抗原的作用只是启动 与枪机的扳机相似 相应的克隆一旦被选出 即便没有抗原的存在 也能继续产生抗体 决定抗体特异性的是DNA 抗原对其无影响 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 56 克隆选择学说 Cloneselectivetheory 对免疫记忆现象的解释 细胞克隆在分化过程中 一部分淋巴细胞停留在中间阶段 与再次同相应的抗体接触时 立刻发育成熟而产生抗体 呈现免疫记忆现象 对免疫耐受现象的解释 在胚胎后期 自身抗原已经齐备 于是凡能与自身抗原特异性结合的相应克隆 便可受到阻抑 最后被清除 构成自身免疫耐受 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 57 取被卵白蛋白 牛血清蛋白免疫的A兔的淋巴细胞 能产生抗卵白蛋白 牛血清蛋白的抗体 玻璃珠 附有牛血清蛋白 亲和淋巴细胞 收集非结合淋巴细胞 玻璃珠附有牛血清白蛋白 同产生抗牛血清白蛋白的B细胞克隆发生结合而清除 抗卵白蛋白的淋巴细胞未被清除 用X射线处理B兔子 破坏骨髓 杀死原有的淋巴细胞 注入经玻璃珠处理的A兔淋巴细胞 卵白蛋白 牛血清蛋白免疫B兔 只产生抗卵白蛋白的抗体 克隆选择学说 Cloneselectivetheory 实验证据1 Wigzell实验 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 58 A抗原偶联放射性元素 免疫动物 清除能与A抗原结合的淋巴细胞 不能分泌抗A抗体识别其他抗原的细胞则不受影响 能产生抗体 克隆选择学说 Cloneselectivetheory 实验证据2 Humphrey放射自杀实验 A 产生抗A及抗B抗体 抗原 A 抗原 B B 产生抗B抗体不产生抗A抗体 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 59 结论 抗体学说的发展 抗体是如何产生的 预先储备抗原特异性一个B细胞克隆对应一种抗体 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 60 第六节抗体的分类 一 根据所对应的抗原分 1 异种抗体 heteroantibody2 同种抗体 alloantibody3 自身抗体 autoantibody4 异嗜抗体 heterophileantibody 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 61 抗体的分类 一 根据所对应的抗原分 1 异种抗体 2 同种抗体 3 自身抗体 4 异嗜抗体 由异种抗原免疫所产生的抗体 微生物抗原异种球蛋白 动物 产生的抗体 如 免疫 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 62 抗体的分类 一 根据所对应的抗原分 1 异种抗体 2 同种抗体 3 自身抗体 4 异嗜抗体 同种异型抗原免疫所产生的抗体 A系小鼠皮肤 B系小鼠 产生的抗体 如 移植 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪 63 抗体的分类 一 根据所对应的抗原分 1 异种抗体 2 同种抗体 3 自身抗体 4 异嗜抗体 由自身抗原导致机体所产生的抗体 如 抗甲状腺抗体 抗核抗体 抗精子抗体 14 10 聊城大学农学院动科系路建彪