第04章 免疫球蛋白

第二篇免疫分子及抗原分子 第4章免疫球蛋白 Immunoglobulin Ig 1 Ig的结构 Background几个概念 2 Ig的异质性 3 Ig的功能 4 各类Ig的特性与功能 5 人工制备抗体 掌握抗体和免疫球蛋白的概念 掌握免疫球蛋白的结构 基本结构 恒定性 可变区 功能区 酶解片段 及其与功能的关系 了解免疫球蛋白分子的血清型 Ig的同种型 同种异型及独特型 掌握五类免疫球蛋白的特性和功能特点 掌握免疫球蛋白的生物学活性 了解单克隆抗体 概念 特点 制备及意义 1 Ig的结构 Background 2 Ig的异质性 3 Ig的功能 4 各类Ig的特性与功能 5 人工制备抗体 EmilvonBehring 1901 antitoxins GeoregesKohlerandCesarMilstein 1984 monoclonalantibody SusumuTonegama 1987 structureofIggene GeraldEdelmanandRodneyPorter 1972 structureofantibody PaulEhrlich 1908 productionofantibody NobelPrizewinners Mobility Amountofprotein Tiselius和Kabat 1937 1 定义 是指白喉或破伤风毒素免疫动物后可产生具有中和毒素作用的物质 随后引入抗体来泛指抗毒素类物质 1 抗毒素 antitoxin 2 于血清等体液中 属分泌型 1 定义 B细胞识别抗原后增殖分化为桨细胞所产生的糖蛋白 主要存在于血清等体液中 可与抗原特异性结合 显示其免疫功能 是执行体液免疫的重要分子 2 抗体 antibody Ab 3 免疫球蛋白 Immunoglobulin Ig 是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白 WHO IIA 1968 1972 3 Ab与Ig的关系 1 Ab是Ig 2 Ig不是Ab 如BCR MHC膜型 membraneIg mIg 分泌型 secretedIg sIg Ab是抗毒素类物质的生物学功能定义 Ig则是其化学结构定义 抗体 antibody Ab 是B细胞识别抗原后增殖分化为桨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 是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白 4 Ab与Ig的分类 返回 1 免疫球蛋白的结构 一 免疫球蛋白的基本结构 一 重链和轻链 肽链组成 二 可变区和恒定区 三 绞链区 四 结构域 功能区 IgG分子由两条H链和两条L链共价结合而成 轻链包括VL和CL两个结构域 重链含有1个VH和3个CH结构域 VH和VL共同组成抗原结合部位 Ig分子中线对称 具有两个相同的抗原结合部位 一 肽链 4条 2 轻链 lightchain 1 重链 heavychain 1 重链和轻链 Heavy lightchains 1 重链 Heavychain H链 大约500a a 糖基 类别 Class H链 Ig IgA IgG IgMIgD IgE2 轻链 lightchain L链 大约214a a 糖基 型别 type H链 50 KD 4 0 AA L链 25KD 214AA 1 二 可变区和恒定区1 可变区 variableregion 重链 VH轻链VL2 恒定区 constantregion 重链 CH轻链CL N 1 V区 N 末端 1 2L 1 4 1 5 H 高变区 hypervaribleregion HVR complimentaritydeterminingregion CDR 形成Ag结合位点 框架区 Frameworkregion FR 维持高变区的空间构型 StructureoftheVariableRegion Hypervariable HVR orcomplimentaritydeterminingregions CDR FR1 FR2 FR3 FR4 HVR1 HVR2 HVR3 VariabilityIndex 25 75 50 100 Aminoacidresidue 150 100 50 0 Frameworkregions FR 抗原 B细胞表位 抗体CDR 表位 图11 9CDR分布 BCR TCR Ig 三 铰链区 Hingeregion 特点 1 极富弹性2 富含脯氨酸功能 1 有利于Ab与Ag的结合2 有利于Ab与补体的结合 铰链区 papain 四 免疫球蛋白的功能区 约由110个氨基酸组成 其氨基酸的序列具有相似形或同源性 二级结构是反向平行的 片层 功能区简表 结合Fc R 肥大细胞 嗜碱性粒细胞 IgE CH2 CH3 C1q的结合位点 IgM CH3 结合Fc R MC M B NK IgG CH3 C1q的结合位点 IgG CH2 同种异型的遗传标记 CH CL 一个抗原结合位点 VH VL 二 Ig的其他成分 J链和分泌片 1 J链 joiningchain J链是一条多肽链 富含半胱氨酸 由浆细胞合成 连接单体以使Ig成聚合体 J SC IgAdimer 2 分泌片 1 化学本质 多肽链 70kD 2 来源 上皮细胞 chain 3 作用 a 帮助IgA穿越黏膜 b 保护sIgA抵抗蛋白酶的水解作用 三 免疫球蛋白的水解片段 Porter Edelman 1959 马体内获得的破伤风抗毒素 2 Ig的异质性 heterogeneity 异质性 是指Ig在特异性及类型方面的差异性 异质性基础是Ig在结构和组成上的差异 抗原性 一 类 class 一 免疫球蛋白的类型 二 亚类 subclass 类 亚类 类 亚类划分范围 一个物种内 HumanImmunoglobulinSubclasses IgGSubclassesIgG1 Gamma1 1 heavychainsIgG2 Gamma2 2 heavychainsIgG3 Gamma3 3 heavychainsIgG4 Gamma4 4 heavychainsIgAsubclassesIgA1 Alpha1 1 heavychainsIgA2 Alpha2 2 heavychains 三 型 type 四 亚型 subtype 型 亚型 CL 型 亚型划分范围 一个物种内 表位丰富 抗原众多 二 免疫球蛋白的多样性 外源因素 特异性众多 IgV区变化多 氨基酸组成排列多 三 免疫球蛋白的多样性 内源因素 免疫球蛋白的血清型 Ig具有抗原性和免疫原性 同种型 同种异型 独特型 兔抗人Ig血清 Ab 人Igs血清 Ag 五类Igs H 二型Igs L 指同一种属所有正常个体Ig分子所共有的抗原特异性标志 主要在Ig的C区中 如 H链 五个大类和亚类L链分为两型 即 和 亚型 1 同种型 isotype 同一种属中不同个体所产生的同一类型Ig 由于重链或轻链恒定区内一个或数个氨基酸 即遗传标志 不同而表现的抗原性差异 2 同种异型 allotype 3 独特型 idiotype 1 一个体 物种 不同物种中不同B细胞克隆所产生的Ig可变区所具有的抗原特异性标志 由Ig超变区特有的氨基酸序列和构型所决定 idiotypedeterminant Ig的功能 V区的功能C区的功能 1 V区的功能 1 功能是识别和特异性的结合抗原 是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 2 B细胞膜表面的IgM和IgD是B细胞识别抗原的受体 毒素中和 ToxinNeutralization PreventingBacterialAdherence 阻止细菌粘附 细胞被病毒感染 封闭病毒的Ab Virus blockingAntibodies 封闭病毒的Ab BCellAntigenReceptor BcR BCell 2 C区的功能 1 激活补体 IgM IgG1 3 Ag 2 结合细胞表面的Fc受体调理作用 ADCC作用介导 型超敏反应 3 穿过胎盘和黏膜 IgG固定补体示意图 Noactivation Activation Ag IgG分子结合抗原前后的构象变化 Fab段 Fc段 C1q结合位点被屏障 结合抗原之前 CH1 CH2 IgMCH3区 IgGCH2区 穿过胎盘 IgG 穿过黏膜 C区 1 固定补体2 结合组织细胞调理作用介导ADCC介导I型超敏反应3 穿越胎盘和黏膜 V区 特异性结合抗原中和作用 病毒 毒素 凝集细菌阻止黏附 7 2抗体分子的生物学活性 IgG IgM IgA IgE IgD 第四节五类免疫球蛋白的特点和功能 IgG 1 结构J结构 IgG分子的四种亚型 IgG1 IgG4 IgG3 IgG2 g1 g2 g3和g4等IgG链分别参与组成IgG1 IgG2 IgG3和IgG4等分子 IgG3的铰链区最长 IgG2铰链区较短 四种亚类的IgG分子在血清中的浓度不同 所发挥的生物学特性亦不相同 IgG四个亚类的特点 IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 血清含量 占IgG的百分比 702064血清半衰期 天 2323723通过胎盘 固定补体 结合Fc受体 IgG1 IgG2和IgG3能通过经典途径激活补体血清含量最高 75 85 也是丙种球蛋白的主要成分半衰期较长 16 24d 主要的抗感染抗体 具有抗菌 抗病毒 中和毒素和免疫调理作用 参与II III型超敏反应通过胎盘 IgG的特点 IgM J链 IgM抗体结构 分泌型IgM 膜型IgM sIgM IgaIgb IgaIgb 1 Membrane boundIgM IgM是个体发育中最早产生的抗体 胚胎晚期已能合成 新生儿脐带血中若IgM水平升高 提示胎儿曾有宫内感染IgM是抗原刺激后出现最早的抗体 半衰期短 故检测IgM水平可用于传染病的早期诊断 mIgM是B细胞抗原受体 BCR 的主要成分也可参与II III型超敏反应 IgM的特点 IgAdimer IgA分子 分泌型IgA sIgA 是体液中的主要免疫球蛋白 参与黏膜免疫的主要Ig IgA 1 IgA的特点 参与皮肤粘膜的局部抗感染作用初乳中含有高浓度的sIgA 母乳喂养通过替代途径激活补体参与 型超敏反应 IgE分子的结构 IgE分子 与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgE受体结合 与过敏反应有关 参与抗寄生虫免疫反映 IgE IgE 结构 1 血清中含量最低可与肥大细胞 嗜碱性粒细胞上的高亲和力Fc 受体 Fc R 结合 引起 型超敏反应Fc R 分布于巨噬细胞 B细胞 嗜酸粒细胞 IgE IgD分子 在膜表面的表达是B细胞成熟的主要标志 膜型IgD作为BCR的组成部分 发挥信号传导作用 IgD是B细胞的重要表面标志B细胞的分化过程中首先出现mIgM mIgD的出现标志着B细胞成熟对防止免疫耐受有一定作用 IgD 表 7 1 人抗体分子的特性 抗体类别 IgG IgA IgM IgD IgE 重链类别 g a m d e 重链亚类 g1 g2 g3 g4 a1 a2 轻链类别 k 和 l k 和 l k 和 k 和 l k 和 l 分子式 g 2 l 2 或 g 2 k 2 a 2 l 2 或 a 2 l 2 5 SCJ a 2 k 2 或 a 2 k 2 5 SCJ m 2 l 2 5 J 或 m 2 k 2 5 J d 2 l 2 或 d 2 k 2 e 2 l 2 或 e 2 k 2 分子量 kDa 150 160 或 400 900 180 190 固定补体能力 0 0 0 血清浓度 mg 100ml 1000 200 120 3 0 05 血清半衰期 天 23 6 5 3 2 穿过胎盘 0 0 0 0 肥大细胞和嗜碱 性细胞脱颗粒 0 0 0 裂解细菌能力 抗病毒能力 一 多克隆抗体 polyclonalantibody 多个抗原决定基 机体 针对多种抗原决定基的特异性抗体混合物 5 人工制备抗体 B 二 单克隆抗体 monoclonalantibody McAb 由一个