第八章 抗体课堂

第八章 抗 体,1掌握 抗体和免疫球蛋白的概念、结构、类型和功能。2熟悉 各类免疫球蛋白的特性和功能；3了解免疫球蛋白的类别转换机制，免疫球蛋白的基因结构和基因重排。,抗体(antibody, Ab)：由抗原刺激而产生，并能与刺激其产生的抗原发生特异性结合的、具有免疫功能的糖蛋白。抗体主要存在于血清蛋白的-球蛋白组分中，又称免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)。,第一节 抗体的分子结构,血清(serum)：血液或血浆凝固后析出的黄色液体；抗血清(antiserum)：抗原免疫后的动物血清中含有大量能与相应抗原结合的抗体分子；,免疫球蛋白：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。-球蛋白部分为IgG, -球蛋白分别为IgM，IgA，IgE，IgD。,一、抗体与免疫球蛋白,血清蛋白电泳,二、抗体的基本结构,“Y”型 四肽链,H(heavy chain),L(light chain),V,C,C,C,V(variable),C(constant),巯基乙醇,L链：可变区V：近N端一半的氨基酸(100-110个)差异较大；恒定区C：C端一半相当保守H链：N端100-110个氨基酸为V区；其余为C区。,二、抗体的基本结构,H重链 （5种: , , , , ） L轻链 （2种: , ）,铰链区(hinge region),十几个氨基酸组成亲水性氨基酸（如脯氨酸）非独立功能区,木瓜蛋白酶(Papain) 水解(将重链于近氨基端切断)Fab段(fragment antigen- binding，抗原结合片段)，可以与抗原结合，具有抗体的活性。Fc段(fragment crystalizable，低温下易于形成结晶片段)，不能与抗原结合；具有介导其他免疫细胞或免疫分子的效应；对异源动物的免疫原性主要取决于Fc段。,胃蛋白酶(Pepsin)(将重链于近羧基端切断) F(ab)2：可结合2个抗原表位 Fc：无生物学活性,三、抗体类型,1.同种型（isotype） 同一种属每一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。,型和亚型(根据L链C区氨基酸组成和排列顺序不同) 型 型亚型(根据链的差别)： 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),型,2.同种异型（allotype） 同一种属不同个体之间免疫球蛋白具有的差异性，主要反映在分子的CH和CL上的一个或数个氨基酸的差异，它是由于不同个体的遗传基因决定的，故又称为遗传标志。 Gm因子() ：Gm130 Am因子() ：A2m1，A2m2 Km因子() ：Km1，Km2，Km3,3.独特型（idiotype） 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标志。,四、抗体的立体结构,一级结构： H链，L链，V区，C区； 110左右氨基酸残基的重复结构域； 每隔60个氨基酸残基有两个链内二硫键连接。,免疫球蛋白（IgG）结构域,二级、三级结构：片层和环状结构组成；链经过环状区反向平行折叠，并与相邻的链通过氢键相连，形成反平行的片层；两个片层结构通过疏水作用及二硫键的作用形成一个结构域。,免疫球蛋白(IgG)的折叠及三级结构,四级结构：,免疫球蛋白(IgG)的分子模型四级结构,五、其它成分1. 连接链(joining chain，J链)：浆细胞合成的一条富含半胱氨酸的多肽链。IgM五聚体，IgA二聚体。,2.分泌成分(secretory component, SC)：黏膜上皮细胞合成和分泌的一种含糖的肽链，是分泌型IgA分子上的一个辅助成分，SC以非共价键形式结合到二聚体上，并一起被分泌到黏膜表面。SC具有保护分泌型IgA的铰链区免受蛋白水解酶降解的作用，并介导IgA二聚体向黏膜表面的转运。,2.分泌成分(secretory component, SC)：黏膜上皮细胞合成和分泌的一种含糖的肽链，是分泌型IgA分子上的一个辅助成分，SC以非共价键形式结合到二聚体上，并一起被分泌到黏膜表面。SC具有保护分泌型IgA的铰链区免受蛋白水解酶降解的作用，并介导IgA二聚体向黏膜表面的转运。,（一）特异性结合抗原 超变区表位 静电力、氢键、范德华力 结合可逆 影响因素：pH、温度、电解质浓度 从空间上阻止病原体的黏附和感染 抗体与病原体结合时产生的凝集和沉 淀，有利于促吞噬细胞的吞噬作用,结合基础,意义,第二节 抗体的生物学活性,一、生物学活性,（二）活化补体 Ab(IgM、IgG)+AgC1q 经典途径活化补体 IgG4、IgA1和IgE的凝聚物 旁路途径活化补体 （三）通过胎盘和粘膜,胎儿和新生儿抗感染免疫能力主要依赖来自 母体IgG。 分泌型IgA可通过呼吸道和消化道粘膜，是粘膜局部免疫的最主要因素。,介导型超敏反应： IgE诱导的细胞脱颗粒、释放组胺以及合成由细胞质来源的介质引起型变态反应； 调理吞噬作用(opsonization)：抗体、补体等调理素促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用； 发挥抗体依赖细胞介导的细胞毒作用(antibody dependent cell-mediated cytotoxicity-ADCC)：IgG+靶细胞FcR(NK细胞)杀伤靶细胞。,（四）结合Fc受体,机体内许多细胞表面具有不同类Ig的Fc受体，通过Fc受体与Ig的Fc结合，介导Ig参与的生理功能或病理损伤过程。 目前已鉴定明确的属于CD抗原的Fc受体有 FcR，FcR，FcR 。,二、抗体的Fc受体,FcR：分布于单核细胞、 巨噬细胞、中性粒细胞，是IgG(IgG1和IgG3)的高亲合力受体；FcR：分布广泛，以低亲和力结合免疫复合物和多聚形式的IgG；FcR：结合人IgG1、IgG3，为低亲和力受体。分布于巨噬细胞、NK细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞的表面，与单体或免疫复合物形式的IgG结合，介导NK细胞的ADCC效应及巨噬细胞的捕获或清除等,(一) IgG的Fc受体,(二) IgE的Fc受体,FcR： 结构：跨膜糖蛋白，胞膜外区属Ig超家族，IgE的高亲和力受体。 分布和功能：嗜碱性粒细胞和肥大细胞，介导型速发型超敏反应。FcR(CD23)： 结构：跨膜糖蛋白，低亲和力受体, 属C型凝集素家族成员。 分布：成熟B细胞、活化巨噬细胞和树突状细胞等表面。,(三) IgA的Fc受体 FcR(CD89)为跨膜糖蛋白，属Ig超家族成员。为中等亲和力受体，主要表达于单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等，介导吞噬、ADCC以及炎症介质的释放。(四) IgM、IgD受体 IgM受体主要表达于B细胞，二者共同表达于成熟B细胞。,FcR、FcR和FcR结构示意图,（一）概念 许多细胞膜表面和机体的某些蛋白分子，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Ig C区有较高的同源性。编码这些多肽链的基因被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(Immunoglobulin superfamily, IGSF)。,三、免疫球蛋白超家族,（二）组成 1.T细胞、B细胞抗原识别受 体和信号传导分子 2.MHC及相关分子 3.Ig受体 4.某些细胞因子受体 5.神经系统功能相关分子 6.部分白细胞分化抗原(CD),IGSF分子的结构示意图,一、IgG 1.一般特性 (1)四个亚类：IgG1，IgG2，IgG3，IgG4； (2)血清中含量最高(75%Ig)； (3)半衰期最长(2123天)； (4)由脾和淋巴结中的浆细胞合成， 35岁达成人水平,40岁后逐渐下降；,第三节 各类免疫球蛋白的生物学特性,2.生物学活性 机体主要的抗菌、抗病毒和抗毒素抗体，也是机体再次免疫应答的主要抗体。(1)通过胎盘（新生儿抗感染）；(2)激活补体，经典途径激活补体，与补体结合能力IgG3IgG1IgG2 ；IgG4的聚合物可经过旁路途径激活补体。(3)调理作用（促进吞噬）；(4)介导ADCC（细胞毒作用）。,二、IgM 1.五聚体，分子量最大(900kd)，又称巨球蛋白；,二、IgM 1.五聚体，分子量最大(900kd)，又称巨球蛋白； 2.人类发育过程中最早合成和分泌的Ig； 3.体液免疫应答最先产生的Ig感染早期免疫。血清 中特异性IgM水平增高提示有近期感染，有助于临 床早期诊断 ； 4.半衰期5天，占血清Ig含量的510%，几乎全部分 布于血液中，对防止菌血症的发生具有重要作用； 5.具有较高的抗原结合价，明显的激活补体能力； 6.IgM不能通过胎盘 脐带血或新生儿血清中IgM 水平升高表明胎儿有宫内感染； 7.B细胞膜IgM(mIgM) 体液免疫应答；,1.两种类型,血清型：单体；分泌型：二聚体, 粘膜局部浆细胞合成； 分泌片由粘膜上皮细胞合成；,三、IgA,1.两种类型 2.半衰期6天；3.占血清Ig含量的515%；4.分泌型IgA能阻止病原微生物对粘膜上皮细胞的黏附，具有抗菌、抗病毒和中和毒素等多种作用，是粘膜局部抗感染的重要免疫物质； 5.新生儿可从母亲乳汁中获得分泌型IgA,对婴儿抵抗呼吸道和消化道病原微生物的感染有重要意义。,血清型：单体；分泌型：二聚体, 粘膜局部浆细胞合成； 分泌片由粘膜上皮细胞合成；,三、IgA,四、IgD 1.单体分子 2.血清中功能不清；是B细胞成熟的重要标志； 作为B细胞表面的抗原受体，可接受相应抗原的刺 激；并对B细胞的活化、增殖和分化起调节作用； 3.占血清Ig含量的1%； 4.半衰期3天,五、IgE 1.单体分子； 2.血清中含量最低(占Ig的0.002%)； 3.种系进化中出现最晚； 4.呼吸道和胃肠道等的固有层黏膜浆细胞产生； 5.过敏性疾病和某些寄生虫感染患者血清中特异 性IgE水平增高； 6.介导型超敏反应；,人类主要理化性质和生物学活性比较,五大类免疫球蛋白特性比较（2）,第四节 免疫球蛋白的基因结构及其表达一、免疫球蛋白的基因库,免疫球蛋白基因组成,二、免疫球蛋白的基因结构及其重排和表达,免疫球蛋白基因结构,三、抗体多样性的遗传学基础（1）胚系中众多的V、D、J基因片段；（2）V-D-J和V-J重排时，基因片段进行随机组合；（3）V-D-J连接过程中的核苷酸缺失和N区的核苷酸插入；（4）L链、H链之间随机配对组合；（5）体细胞突变。,四、免疫球蛋白的类转换（class switch）定义：Ig类转换，又称同种型转换(isotype switch)，是指B细胞在受抗原刺激后，首先合成IgM, 然后转为合成IgG等其它类别。机制：B细胞活化基因重排形成V-D-J-C合成IgMCD40/CD40L信号及细胞因子作用C基因被替换成C、C、C等恒定区基因合成具有相同抗原特异性的不同的Ig类和亚类。类转换在抗原的诱导下，受T细胞分泌的细胞因子的调节。,一、多克隆抗体（polyclonal antibody，PcAb ） 1. 定义：抗原分子通常具有多个抗原决定簇，动物免疫后可刺激多种具有相应抗原受体的B细胞发生免疫应答，因而可产生多种针对不同抗原决定簇的抗体。这些由不同B细胞克隆产生的抗体称为多克隆抗体。2. 特性（1）异质性（2）预防、治疗感染性疾病（3）缺点：特异性差异，超敏反应,第五节 单克隆抗体和基因工程抗体,二、单克隆抗体(monoclonal antibody, McAb)1.定义：由单一克隆B细胞杂交瘤产生的、只识别抗原分子某一特定抗原决定簇的、具有高度特异性的抗体。 2.特点：每种单克隆抗体