医学免疫学-第四章 抗体

第四章 抗 体(Antibody, Ab),医学免疫学Medical Immunology,目的要求,1、掌握抗体、Ig的概念；掌握Ab的基本结构，熟悉Ab的其他成分及酶解片段。2、熟悉Ab的多样性及免疫原性。3、掌握Ab的功能。4、掌握各类Ab的特性与功能。5、掌握单克隆抗体的概念，了解基因工程抗体、抗体的制备。,Emil von Behring, 1901, antitoxins,Georeges Kohler and Cesar Milstein, 1984, monoclonal antibody,Susumu Tonegama,1987, structure of Ig gene,Gerald Edelman and Rodney Porter, 1972, structure of antibody,Paul Ehrlich , 1908, production of antibody,Nobel Prize winners,Emil von Behring (1845-1917),Emil von Behring, 1901, antitoxins,抗体（antibody, Ab）,是介导体液免疫的重要效应分子，是B细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的、能与抗原发生特异性结合的免疫球蛋白(糖蛋白)，主要存在于血清等体液中。,抗体是免疫球蛋白,1938年 Tielius和Kabat 证实抗体是主要存在于 球蛋白中,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。分泌型：存在于体液中，具有抗体的各种功能膜型：B细胞膜上的抗原受体。,Ab=Ig,IgAb；Ab是功能描述，Ig是化学结构描述,一. Ab的基本结构,N端,C端,四肽链结构 ，二硫键连接两条相同的重链（H）和 两条相同的轻链（L）氨基端(N)和羧基端(C)。,“Y”形,N端,第一节 抗体的结构,1. 重链（heavy chain，H）,由450550氨基酸组成，分子量约为5075KDa,(一)重链和轻链,Ab分五类（class)或5个同种型(isotype)IgG- IgM- IgA -IgD -IgE-,根据重链的不同-,同一类Ab根据其铰链区氨基酸组成和重链二硫键的数目和位置的差别，又可分为不同的亚类(subclass)如IgG分为IgG1IgG4IgA分为IgA1，IgA2,2. 轻链（light chain，L）,由214个氨基酸残基组成，分子量约为25KDa。 轻链分2型(type)：、，功能无差异。 链个别氨基酸的差异可以分为四个亚型 (subtype)： 1、2、 3、 4。 同一个天然Ab分子的两条轻链的型别总是相同的 不同种属中两型轻链的比例不同。 、比例异常?,:1,20:1(小鼠),可变区（variable region，V区）Ab轻链和重链中靠近N端的110个氨基酸序列变化较大的区域，称为可变区（V区）重链和轻链的可变区分别称为VH和VL。 重链1/4和轻链1/2 组成。 恒定区（constant region，C区） 靠近C端的氨基酸序列相对稳定的区域，称为恒定区（C区） 占重链的3/4和轻链的1/2,(二) Ab的可变区和恒定区,1. 可变区（variable region，V区）,VH和VL各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变-高变区( Hypervariable region ,HVR) 该区域形成与抗原表位互补的空间构象又称为互补决定区（ complementarity determining regions, CDR ）重链和轻链各有三个CDRCDR1,CDR2,CDR3, 共同构成Ab的抗原结合部位（antigen-binding site）。,骨架区（framework region, FR）：在V区中，CDR之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化。 VH和VL各有FR1、FR2、FR3、FR4四个骨架区。,2.恒定区（constant region，C区）：,重链和轻链的C区分别称为CH和CL，不同类Ab的重链CH长度不一，IgG、IgA和IgD：CH1、CH2和CH3；IgM和IgE：CH1、CH2、CH3和CH4。,CH4,位于CH1与CH2之间，含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲-有利于两臂同时结合2个抗原表位易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。,(三)绞链区（hinge region）,IgM,IgE无铰链区,借助Ab的两条H、L链内二硫键的相互作用，将肽链折叠成几个具有特殊生物学功能的球形结构，这些结构又叫Ig的结构域或功能区。一般重链有45个D 轻链有2个D。,(四)结构域(domain),domain,每个结构域约含110个氨基酸残基，二级结构折叠形成反向平行的片层，由一个链内二硫键垂直连接，构成桶状结构，又称为免疫球蛋白折叠(immunoglobulin fold)。具有桶状结构的分子称为Ig超家族（immunoglobulin superfamily，IgSF）。,Unfolded VL region showing 8 antiparallel b-pleated sheets connected by loops.,The Immunoglobulin Fold,（一） J链（joining chain）,富含半胱氨酸，由浆细胞合成，主要功能是将单体的Ab分子连接成为二聚体或多聚体。,二、Ab的辅助成分,IgM,sIgA,（ 二）分泌片（secretory piece，SP）,又称为分泌成分（secretory component，SC），是分泌型IgA的辅助成分，由粘膜上皮细胞合成和分泌，为一条含糖的肽链。,保护sIgA的铰链区免受蛋白酶的水解破坏介导IgA二聚体跨膜的转运。,J 链,分泌片,木瓜蛋白酶（papain）和胃蛋白酶(pepsin)最常用的Ab的蛋白水解酶，研究Ab的结构与功能分离和纯化特定的Ab片段,三、Ab的水解片段,Fab：单价抗体活性Fc：无抗原结合活性，能够与Fc受体结合,木瓜蛋白酶水解片段 Fab段（fragment of antigen binding） Fc段（fragment of crystallizable ）,胃蛋白酶水解片段,pFc：小分子肽片段，无生物活性临床意义：阐明Ab的结构及生物活性 有利于生物制品的生产和纯化 避免超敏反应的发生,F(ab)2：具双价抗体活性,可结合两个抗原表位。,第二节 抗体的多样性和免疫原性,抗原数目繁多,每一抗原含有不同表位,针对同一表位产生的抗体类型不同,抗体的多样性：不同抗原刺激B细胞所产生的抗体在特异性及类型方面均不尽相同呈现明显的多样性,将Ab作为抗原在异种、同种异体或自身体内进行免疫，均能诱导机体发生免疫应答，产生相应的抗体，这些抗体可用血清学方法进行检测，因此称为Ab的血清型Ab分子上有三类不同的抗原表位,分别为同种型、同种异型、独特型抗原表位。,Ab的免疫原性：,抗体是蛋白质吗？,同种型（isotype）：同一种属所有个体的Ab分子共有的抗原标志，是种属型标志。位于Ab的 C区。,Hum an A b,Anti-human Ab,同种异型（allotype）：同一种属但不同个体的Ab分子所具有的不同抗原表位，为个体型标志。位于Ab的 C区。,IgG,Anti-IgG,独特型（idiotype，Id）：同一种属、同一个体来源的Ab分子，由于其CDR区氨基酸排列顺序的不同，可显示不同的免疫原性，称为独特型。每一个Ab分子所特有的抗原特异性，其表位又称为独特位（idiotope）。主要位于V区。由独特型表位在不同甚至同一个体中刺激产生的抗体，称为抗独特型抗体（anti-idiotype antibody，AId）,一、V区的功能,识别并特异性结合抗原。,第三节抗体的功能,与抗原结合后，可介导体内的多种生理和病理效应（中和病毒、毒素），体外可产生凝集、沉淀现象用于检测等.,a.Toxin Neutralization,Preventing Bacterial Adherence,Virus-blocking Antibodies,二 、激活补体,当IgG1-3和IgM类抗体通过补体经典途径激活补体。,三、 结合Fc受体-IgG, IgA, IgE,1.调理作用（oponization）：特异性IgG（IgG1,IgG3）的Fab与抗原表位结合其Fc段与中性粒细胞、巨噬细胞上的IgGFc受体结合，从而增强吞噬细胞的吞噬作用。,2.抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用( Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC): Ab的Fab段与靶细胞的抗原表位结合，其Fc段与杀伤细胞（NK细胞、巨噬细胞等）表面的Fc受体，介导杀伤细胞直接杀伤靶细胞。,3.介导I型超敏反应IgE 见第17章,四、 穿过胎盘和粘膜：,IgG+FcRn，穿越胎盘IgA参与粘膜局部免疫,滋养层,五 、 免疫调节作用 (见16章),IgA通过黏膜示意图,第四节 各类Ab的特性与功能,五类Ab的基本结构,IgG于出生后3个月开始合成。血清和细胞外液中含量最高的Ig半衰期约为23天，是再次免疫应答的主要抗体IgG1、IgG2和IgG3的CH2能通过经典途径激活补体。IgG是能通过胎盘的抗体-新生儿抗感染。（IgG1，IgG3，IgG4）通过Fc段,发挥调理作用；与NK细胞结合，发挥ADCC作用；与葡萄球菌蛋白A（SPA）结合可以纯化抗体，也可以用于免疫诊断。抗感染作用最强（抗菌，抗病毒，抗毒素） （抗感染免疫的“主力部队”） 产生迟，维持久（迟来迟去）参与II、III型超敏反应。,一、IgG,为五聚体，是分子量最大的Ig，称巨球蛋白。天然血型抗体是IgMIgM激活补体能力比IgG强。IgM是个体发育过程最早产生的抗体，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是初次免疫应答中最早出现的抗体；检测IgM水平可用于传染病的早期诊断。早来早去（抗感染免疫的“先锋部队”）也可参与II、III型超敏反应mIgM是B细胞抗原受体的主要成分 只表达mIgM 是未成熟B细胞的标志。,二、IgM,分为血清型和分泌型两种，血清型：单体存在于血清中，占血清Ig总量的10-15%。分泌型IgA（SIgA）是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的固有层中浆细胞产生。 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黏膜表面的分泌液中。SIgA是外分泌液中的主要抗体，参与局部黏膜免疫 抗感染免疫的“地方部队”,三、IgA,单体形式存在血清中，含量很低，仅占血清总Ig的0.3%.血清中的IgD功能不清IgD铰链区较长，已被蛋白酶水解，所以半衰期短（3天）膜结合型IgD，构成BCR，是B细胞的成熟的标志,四、IgD,又称亲细胞抗体，主要由粘膜下淋巴组织中浆细胞分泌血清含量最少CH2和CH3功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力FcR结合，引起I型超敏反应结合嗜酸性粒细胞，有效杀伤寄生虫,五、IgE,第五节 人工制备抗体,一、多克隆抗体（polyclonal antibody）,二、单克隆抗体（monoclonal antibody, mAb),三、基因工程抗体,一、多克隆抗体（polyclonal antibody）,指由不同B细胞克隆产生的针对抗原分子中多种抗原表位的多种抗体混合物。 如:免疫血清（含多种特异性抗体），恢复期病人血清。,传统抗血清,抗 原,免 疫,所有抗体混合,1,2,3,4,优点：作用全面 来源广泛 容易制备,缺点：特异性低 交叉反应,1975年单克隆抗体技术建立,Georges J.F. Kohler 瑞士 （1946 1995）,Car Milstein 阿根廷/英国（1927- 2002）,1984年获诺贝尔奖金,二、单克隆抗体（monoclonal antibody, mAb),二、单克隆抗体（monoclonal antibody, mAb),概念：由单一杂交瘤细胞产生，针对单一抗原表位的特异性抗体，称为单克隆抗体,单克隆抗体的优点:,单克隆抗体的缺点:,结构均一，纯度高，特异性强，效价高，交叉反应少，可大批量生产,鼠源产品对人具有较强的免疫原性，易产生人抗鼠抗体（HAMA）,三、基因工程抗体由DNA重组技术生产的抗体。其原理是在基因水平上剪接产生抗体的基因，经重组并转化细胞使其表达产生抗体,人源化基因工程抗体（genetic engineering antibody）,人-鼠嵌合抗体:改型抗体双特异性抗体小分子抗体人源抗体,单抗研发的演变历程,鼠单抗100% 鼠源,鼠/人崁合单抗(66-75 % 人源),人源化单抗(90-95 % 人源),100% 人源,完全人源化抗体,专业英语,antibody,Ab; immunoglobulin, Ig;heavy chain (H