第三章 免疫球蛋白

第三章 免疫球蛋白 ( Immunoglobulin, Ig ),抗体(antibody, Ab)： B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞细胞所产生的一种蛋白质，主要存在于血清等体液中，能与相应抗原特异性地结合，具有免疫功能。免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）： 具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。,第一节 免疫球蛋白的结构,一、免疫球蛋白的基本结构 四肽链基本结构（单体）： 2 H链(heavy chain) 2 L链(light chain) 二硫键连接 呈“Y”字形 氨基端（N端）和 羧基端（C端）,N端,C端,（一）重链和氢链,H链： MW：5075kD, 由450550个aa残基组成。 分为可变区（V区）和恒定区（C区）L链： MW：25kD，由214个aa残基组成。 分为可变区（V区）和恒定区（C区）,可变区（variable region, V区）： *H链和L链靠近N端约110个aa的序列变化很大，称V区。 重链可变区：VH 轻链可变区：VL,（二）可变区和恒定区,恒定区（constant region, C区）,*轻链恒定区(CL): CL 重链恒定区(CH): CH1， CH2， CH3，（ CH4）*同一种属动物，同一类别Ig分子C区aa组成和排列顺序比较恒定。 抗人IgG抗体(二抗） 不同人的IgG,VH,VL,CH1,CL,CH2,CH3,高变区(hypervariable region, HVR)或 互补决定区(complementary determining region, CDR)： VH 和VL区中各有三个区域的aa组成和排列顺序特别易变。 HVR1(CDR1), HVR2(CDR2), HVR3(CDR3)Ig抗原结合部位(antigen-binding site): VH 和VL的三个高变区共同组成。骨架区(framework region, FR):高变区以外的区域。aa组成和排列顺序相对不易变化。FR1FR4,Ig分类（classes）: 人类Ig根据其H链C区aa组成和排列顺序不同（抗原性不同），分为五类：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE，其重链分别为：、。亚类（subclasses）：同一类Ig铰链区aa组成和重链二硫键的数目、位置不同，可分为不同的亚类： IgG: IgG1IgG4 IgA: IgA1, IgA2,Classes,Subclasses,分型： 轻链可分为两型：、型 一个天然Ig分子上两条L链总是同型的。 五类Ig中，每类都可以有链或链，功能无差异。 不同种属，两条L链比例不同： 人血清Ig :=2:1, 小鼠:=20:1 免疫系统异常，比例有所改变。亚型：根据恒定区个别aa差异，可分为1、2、3、4,（三）铰链区（hinge region）：,*位于CH1与CH2之间，由十几个aa残基组成（脯aa及亲水性的aa残基）。*易伸展弯曲（使抗体的两个抗原结合片段易与不同距离的抗原决定簇结合），易被蛋白酶水解。,二、Ig的功能区（结构域）,*Ig分子的每条肽链折叠的几个球形单位，它们的功能不同，但结构相似。*约由110个aa 残基组成，其aa序列相似或同源。*L链：VL、CL H链：IgG、IgA、IgD: VH, CH1, CH2, CH3 IgM、IgE: VH, CH1, CH2, CH3, CH4,*Ig功能区的功能： VH和VL结合抗原，CDR与抗原表位互补； CH和CL上具有部分同种异型（allotype）的遗传标志 IgG的CH2和IgM的CH3具有补体C1q结合位点，可启动补体活化经典途径； IgG的CH3可结合细胞（单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、 B细胞、NK细胞）表面的FcR（FcR）结合， IgE的CH2和CH3可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgE Fc 受体（FcR）结合。,三、Ig的水解片段,木瓜蛋白酶（papain）水解IgG： 部位：铰链区二硫键近N端 裂解片段： 2Fab（fragment antigen binding）： L+ VH+ CH1 1Fc（fragment crystallizable）： CH2 CH3 功能: Fab：结合抗原，单价 Fc：与效应分子及细胞结合； Ig同种型抗原性存在部位,胃蛋白酶(pepsin)水解IgG: 部位：铰链区二硫键近C端 裂解片段： 1F(ab)2： （ L+ VH+ CH1）X2 pFc ： 小碎片 功能: F(ab)2： 结合抗原，双价 pFc ：无生物学功能,水解片段的生物学意义： 制备精制抗毒素抗体： 如白喉抗毒素、破伤风抗毒素 F(ab)2保留了抗体结合相应抗原的功能，避免了Fc 片段引起的副作用，如超敏反应。,四、J链和分泌片,J链(joining chain)：连接Ig单体形成二聚体和五聚体的一条多肽链。富含半胱氨酸，由浆细胞合成。 分泌型IgA：二聚体 IgM: 五聚体分泌片(secretory piece, SP)或分泌成分(secretory component, SC)： 由粘膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合到分泌型IgA（SIgA）二聚体上，并一起被分泌到粘膜表面。对分泌型IgA具有保护作用。,第二节 Ig的功能,一、V区的功能 *主要功能：识别并特异性的结合抗原。 *特异性是由V区，特别是HVR(CDR)的空间构型所决定。 *Ig单体可结合两个抗原表位，为双价。 *Ab +Ag发挥免疫效应： 抗毒素(IgG, IgA)中和外毒素； 病毒的中和抗体阻止病毒吸附和穿入易感细胞； 分泌型IgA抑制细菌粘附到宿主细胞。,二、C区的功能： （一）激活补体： IgM，IgG13 + Ag 激活补体（经典途径） IgM，IgG1，IgG3能力强； IgG2弱；IgD,IgE,IgG4不能激活补体。（二）结合细胞表面的Fc受体： 1.调理作用(opsonization):指抗体、补体促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用。 Fc (IgG1, IgG3) + FcR（中性粒细胞、巨噬细胞） 增强吞噬细胞的吞噬作用,2.抗体依赖细胞介导的细胞毒作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC) 靶细胞 IgG 抗体包被的靶细胞 杀伤靶细胞 FcR(NK细胞、中性粒细胞、巨噬细胞)3.介导I型超敏反应： Fc (IgE) + FcRI(肥大细胞、嗜碱性粒细胞） 释放生物活性介质 I型超敏反应,(三) 穿过胎盘和粘膜: IgG输送蛋白：表达于胎盘滋养层细胞 滋养层细胞 胎儿血液循环 新生儿抗感染 分泌型IgA通过呼吸道、消化道粘膜 粘膜局部抗感染,第三节 五类Ig的特性与功能,一、IgG出生后3个月开始合成, 35岁接近成人水平。是血清含量最高的Ig，占血清Ig总量的75%80%。IgG1含量最多。结构为单体。半衰期约为2023天。是唯一能通过胎盘的抗体，参与新生儿抗感染。是再次免疫应答的主要抗体类型，亲和力高。,是血液和胞外液中的主要抗体成分，发挥重要免疫学效应： IgG1、IgG2和IgG3的CH2能通过经典途径激活补体； 通过Fc段与吞噬细胞表面FcR结合，发挥调理作用； 通过Fc段与K细胞结合，发挥ADCC作用； IgG1、IgG2和IgG4 Fc与葡萄球菌A蛋白(staphylococcus protein A, SPA)结合，纯化IgG及免疫诊断。是抗感染主要抗体，具有抗菌、抗毒和抗病毒作用。某些自身抗体：抗核抗体、抗甲状腺球蛋白抗体。参与II、III型超敏反应,二、IgM,为五聚体，是分子量最大的Ig，称巨球蛋白。 主要存在于血液中。IgM激活补体能力比IgG强。IgM是个体发育过程最早合成和分泌的抗体，胚胎晚期已能合成，新生儿脐带血中若IgM水平升高，表示该儿曾有宫内感染。IgM是抗原刺激后出现最早的抗体，是感染早期血管内抗感染的主要抗体。检测IgM水平可用于传染病的早期诊断。,IgM是B细胞抗原受体(BCR)的主要成分;未成熟B细胞仅表达mIgM。天然血型抗体是IgM；类风湿因子亦属IgM。参与II、III型超敏反应。,血清型IgA: 结构为单体。分泌型IgA(SIgA): *结构为二聚体：IgA + J链 + SC *IgA由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的固有层中浆细胞产生; SC由粘膜上皮细胞合成。 *主要存在于初乳、唾液、泪液，以及呼吸道、消化道和泌尿生殖道粘膜表面的分泌液中。,三、IgA,*在粘膜局部抗感染： SIgA + 细菌、病毒 阻止病原体粘附到细胞表面 SIgA + 细菌毒素 在粘膜表面中和毒素 *婴儿出生后46个月开始合成SIgA，新生儿SIgA分泌不足，易患呼吸道、消化道感染。 *婴儿可从母乳获得SIgA自然被动免疫。,四、IgD,血清含量很低。铰链区长，易被蛋白酶水解，故半衰期很短（3天）。血清IgD的功能不清。 SmIgD 是B细胞的重要表面标志。B细胞的分化过程中首先出现SmIgM，后来出现SmIgD，他的出现标志着B细胞成熟（初始B细胞，nave B cell）。活化B细胞的SmIgD逐渐消失。,五、IgE,是血清含量最低的Ig。又称亲细胞抗体。CH2和CH3功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力FcRI受体结合，引起I型超敏反应。,第四节 单克隆抗体,多克隆抗体(polyclonal antibody, pAb)：用含有多种表位的Ag物质免疫动物，刺激多个B细胞克隆产生针对多种抗原表位的不同抗体。 从动物免疫血清中获得。 特异性不高，易出现交叉反应。 单克隆抗体(monoclonal antibody，mAb): 由一个识别一种抗原表位的B细胞 克隆产生的同源抗体。,B1,B2,B3,Ag3,Ag2,Ag1,Ab1,Ab3,Ab2,Ab1,Ab1,Ab1,Ab2,Ab2,Ab2,Ab3,Ab3,Ab3,Ab3,方法：杂交瘤技术（1975年，Kohler/ Milstein）基本原理： 经抗原免疫的小鼠脾细胞（含大量B细胞） Ab 小鼠骨髓瘤细胞（体外无限增殖） 细胞融合 HAT选择培养基 融合细胞存活、增殖 杂交瘤细胞系（杂交瘤