第四章 抗体

第四章 免疫球蛋白,王晓杜浙江农林大学,1.抗体（antibody, Ab） 机体免疫细胞被抗原激活后，由B细胞分化成熟的浆细胞合成、分泌的一类能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。,两个基本概念,2.免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig） (1)定义：存在于人和动物血清、组织液及其他外分泌液中的一类具有抗体活性或化学结构与抗体分子相似的球蛋白。 (2)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。,抗体与免疫球蛋白的异同,相同点： 化学本质相同都是蛋白质。不同点： 抗体是免疫学和功能上的概念，具有针对性，与抗原是对立的，免疫球蛋白并不是都具有抗体活性； 免疫球蛋白是结构和化学本质上的概念； 抗体多样性极大，免疫球蛋白分子的多样性小。,第一节 免疫球蛋白的分子结构,一、基本结构 (一)重链（heavy chain，H） 2条 轻链（light chain，L） 2条 (二)可变区（variable region, V区） 恒定区（constant region, C区） (三)超变区（ hyper-variable region, HVR),又称 互补决定区(complementary determining region, CDR） 骨架区（framework region, FR） (四)铰链区（hinge region）,二、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。,Immunoglobulin Fragments: Structure/Function Relationships,三、水解片段与生物学活性 1.木瓜蛋白酶（Papain） IgG Fab段(fragment of antigen- binding,抗原结合 片段) Fc段（fragment crystalizable,可结晶片段） 2.胃蛋白酶（Pepsin） IgG F( ab)2 pFc 3.意义：阐明Ig分子生物学作用； 构建基因工程抗体。,4. 水解片段的生物活性1）Fab片段 结合抗原 决定抗体分子特异性的部位2）Fc片段 与免疫球蛋白选择性通过胎盘有关 与补体结合，活化补体有关 决定免疫球蛋白分子的亲细胞性 与免疫球蛋白通过粘膜进入外分泌液有关 决定各类免疫球蛋白的抗原特异性,四、其它成分 1.连接链（joining chain，J链) 2.分泌片（secretary component, SC） 3. 糖 类 (Carbohydrate）,第二节 免疫球蛋白的多样性,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),(1)类,(2)亚类,IgG：IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 IgA：IgA1, IgA2IgM: IgM1, IgM2,一 免疫球蛋白的类型,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）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，Km3三）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。,二 免疫球蛋白的基因结构及其表达 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的基因结构及其重排和表达 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), V区,Mouse antibody genes,Human antibody genes,三）Ig的类别转换 1.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） 。 2.举例 B细胞克隆 IgM ,IgG,IFN-,IL-4,IgE,IL-5,IgA,四） 抗体产生的克隆选择学说,1. 克隆选择学说的基本思想,克隆选择学说步骤一,克隆选择学说步骤二,克隆选择学说步骤三,2. 克隆选择学说对几个问题的解释,1）对抗体产生多样性的解释,2）对抗原作用的解释,3）对免疫记忆现象的解释,4）对免疫耐受现象的解释,第三节 抗体的功能 一） V区的功能 识别并特异性结合抗原 单体（IgG, IgE) 2价 二聚体(分泌型IgA) 4价 五聚体(IgM) 10价（5价） 中和效应 中和毒素和病毒 与Ag结合 促吞噬细胞吞噬,1.抗体的结合价,2.实际意义,二） C区的功能 1.激活补体系统 Ab(IgM、IgG) + Ag C1q 补体经典途径 IgG4、IgA和 IgE的凝聚物 补体旁路途径 2.介导免疫细胞活性 (1)调理作用（opsonization）：IgG + 抗原(颗粒性) FcR（单核、巨噬细胞及中性粒细胞） 促吞噬细胞吞噬； (2)ADCC：IgG + 抗原(靶细胞) Fc R（NK 细胞） 杀伤靶细胞； (3)介导超敏反应：型、型和型超敏反应。 3.穿越胎盘和粘膜,第四节 各类免疫球蛋白的特性和功能,一）IgG 1.一般特性 (1)单体分子； (2)四个亚类； (3)血清中含量最高(75%Ig)； (4)半衰期最长(2123天)； (5)35岁达成人水平(8.017 mg/ml)； (6)可与SPA结合。,2.生物学活性(1)通过胎盘（新生儿抗感染）；(2)激活补体（裂解细胞）；(3)调理作用（促进吞噬）；(4)介导ADCC（细胞毒作用）。3.实际意义(1)抗感染；(2)自身抗体 自身免疫病；(3)介导变态反应(、型)；(4)封闭抗体 肿瘤细胞逃逸；(5)亲合层析法 IgG纯化； (6)免疫学检测。,二）IgM 1.五聚体，分子量最大(900 kd)，又称巨球蛋白； 2.人类发育过程中最早合成的Ig； 3.体液免疫应答最先产生的 Ig 感染早期免疫； 4.占血清Ig含量的510%； 5.半衰期 5天 血清中特异性IgM 水平增高提示 有近期感染； 6.激活补体； 7.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； 8.B细胞膜IgM(mIgM) 体液免 疫应答； 9.自身抗体 自身免疫病,三）IgA 1.两种类型 2.半衰期 6天； 3.占血清Ig含量的515%； 4.粘膜局部抗感染免疫； 5.聚合IgA激活补体替代途径。,血清型： IgA1，单体；分泌型：IgA2，二聚体, 粘膜局部浆细胞合成； 分泌片由粘膜上皮细胞合成；,四）IgD 1.单体分子 2.存在形式 分泌性 血清中，功能不清； 膜结合性 B细胞表面, 3.意义 （1）是B细胞成熟的重要标志； （2）抗原受体； 4.占血清Ig含量的1%； 5.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.半衰期 3天； 4.呼吸道和胃肠道浆细胞产生； 5.介导型超敏反应； 6.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。,第五节 单克隆抗体和基因工程抗体,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,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特异性抗体。 2.特点 具有高度均一性。 3.杂交瘤细胞 骨髓瘤细胞 无限增殖； 免疫B细胞 合成、分泌特异性抗体。 4.杂交瘤技术原理及步骤 HAT培养基：次黄嘌(H), 氨基蝶呤(A)和胸腺嘧 啶核苷(T)。,嘌呤核酸的主要合成途径和次要合成途径：,磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2,游离嘌呤或嘌呤核苷,次黄嘌呤或鸟嘌呤,次黄嘌呤,鸟嘌呤-次黄嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT),腺嘌呤鸟嘌呤,氨甲喋呤,主要途径,次要途径或补救途径,主要流程或步骤,免疫脾细胞的制备骨髓瘤细胞制备细胞融合HAT的选择培养阳性克隆的筛选阳性克隆的克隆化培养扩大化培养工厂化生产,5. 单克隆抗体的应用1）在血清学技术方面2）在免疫学基础研究方面3）在肿瘤免疫治疗方面4）在抗原纯化方面,三）基因工程抗体(genetic engineering antibody) 1.定义 在DNA水平对Ig基因进行切割、拼接或修 饰，导入受体细胞表达的抗体。 2.举例 嵌合抗体(chimeric antibody) 重构抗体 单链抗体 Ig相关分子 噬菌体抗体 抗体基因库,四）催化抗体 概念：又称为抗体酶，