免疫学第四章 免疫球蛋白

1,第四章,免疫球蛋白,Immunoglobulin,2,教学目的及要求：,1、掌握免疫球蛋白与抗体的概念；免疫球蛋白的基本结构、功能区及其主要功能；免疫球蛋白的生物学活性；2、熟悉免疫球蛋白的的水解片段,各类免疫球蛋白的特性及功能;3、了解免疫球蛋白的血清型，单克隆抗体的概念、特点及其应用 。,3,教学内容,免疫球蛋白与抗体的概念；免疫球蛋白的基本结构、功能区及其主要功能；免疫球蛋白的生物学活性；各类免疫球蛋白的特性及功能;免疫球蛋白的血清型等。,4,免疫血清（抗毒素）的发现（1890年）,北里柴三郎日本,Emil Adolf von Behring德国,5,抗毒素血清,抗体,免疫血清疗法,白喉患者,6,概念抗体（antibody，Ab): B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一类球蛋白，存在于体液中，能与相应抗原特异性结合，具有免疫功能。,7,抗体是机体免疫应答过程中产生的重要效应分子，且主要存在于体液中，故将抗体介导的免疫效应称为体液免疫(humoral immunity)。,8,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。,9,Ab与Ig的区别与联系,概念不同 ; Ab都是Ig,Ig不一定是Ab（Ig包含Ab）；Ab是生物学功能上概念，Ig是化学结构上概念；,10,Ig的存在形式,分泌型 （体液中）： 如Ab,主要存在于血液及组织液中。膜型（细胞膜表面）： mIg 即B细胞膜表面的抗原受体（BCR），包括mIgM和mIgD， 构成B细胞膜上的抗原受体。,11,理化性质:属球蛋白，含糖，在电泳图谱上大部分抗体活性在球蛋白区；具有异质性。,12,13,第一节 免疫球蛋白的结构,一、免疫球蛋白的基本结构,二、免疫球蛋白的功能区及其主要功能,三、铰链区、J链和分泌片,四、免疫球蛋白的水解片段,14,一、免疫球蛋白的基本结构,四肽链结构（一）重链和轻链（二）可变区和恒定区,15,四肽链结构,由两条完全相同的重（长）链，两条完全相同的轻（短）链，通过链间二硫键连接形成对称形式：单体，分子式H2L2。IgG分子由3个长度大致相同的片段组成“Y”形分子,16,1、轻链（light chain， L链） 含214个氨基酸残基， 25kD， 不含糖； 根据化学结构和C区抗原性分型： 、型 正常人血清中、比约为 2 : 1,免疫球蛋白的基本结构,（一）重链和轻链,17,2、重链（heavy chain， H链） 含450-550个氨基酸残基，50-75kD，含糖； 根据H链结构和抗原性不同，进行分类：H链抗原性: 、 、 、 、 Ig类别 : IgM IgG IgA IgD IgE,一个天然Ig的两条H链的类，和两条L链的型是完全相同的,免疫球蛋白的基本结构,18,19,1、可变区（variable region，V区） 氨基酸组成和排列顺序多变 赋予Ab特异性，与表位结合的部位 超变区（hypervariable region， HVR） 骨架区（framework region，FR）,（二）可变区与恒定区,可变区,20,超变区 位置： VH 2931、4958、95102 VL 2835、4956、9198 分子结构： Ag接触面（Ig的裂隙） 在结构上与抗原决定簇互补 互补决定区（complementarity-determining region，CDR ） VH或VL各有3个，分别称CDR1、CDR2、CDR3 特点：具更大变异性，随Ab特异性不同而发生变化 （Ab特异性不同，CDR序列也不同） 功能：Ab与Ag特异性结合的关键部位； Ig独特型所在部位,21,22,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，称为骨架区(framework region，FR)。VH或VL各有FRl、FR2、FR3和FR4四个骨架区，分别用FR1、FR2、FR3和FR4表示。功能：维持CDR的构型。,23,24,高变区,高变区（hypervariable region，HVR）骨架区（framework region，FR）,25,2、恒定区（constant region，C区） 同一种属动物中同一类H链或同一型L链的C区氨基酸数目、种类、排列顺序均较稳定。 Ig骨架：具有多种生物学功能。,恒定区,26,在同一种属动物中，所产生针对不同抗原的同一类别Ig，其C区氨基酸组成和排列顺序比较恒定。其免疫原性相同，它是Ig分类和分型的依据，也是制备第二抗体的抗原基础。但V区各异。,27,可变区（variable region，V区）恒定区（constant region，C区）,伤寒抗体（IgG） 痢疾抗体（IgG） 乙肝抗体（IgG）,28,二、免疫球蛋白的功能区及其主要功能,1、结构域（功能区，domain）Ig分子内部由约110个氨基酸通过链内二硫键连接形成一个球形亚单位结构，是Ab发挥生物学功能的单位。 Ig的多肽链分子可折叠成由链内二硫键连接的若干球形结构域(domain)，每个结构域一般具有其独特的功能。,29,L链：有两个功能区VL、 CL H链：有四五个功能区 ： VH、CH1、CH2、CH3 VH、CH1、CH2、CH3 、CH4,30,2、功能区功能 VH VL：Ig 与Ag表位结合的部位CH CL：具有部分同种异型遗传标志 CH2: IgG：补体结合点；通过胎盘 CH3: IgG：结合细胞（FcR） IgM：补体结合点 IgE：结合细胞（FcR）,31,三、铰链区（hinge region）位于CH1和CH2之间，即H链链间-SS-连接处附近。IgM、 IgE无铰链区；特点： 含脯胺酸残基多富弹性，易伸展； 功能： 改变Ig构型 弹性和调节作用 使HVR能与不同距离2个表位结合 介导生物学功能 暴露补体结合位点，显示结合补 体活性 对蛋白酶敏感 被酶处理的Ig，多在此区被切断,32,33,四、免疫球蛋白的水解片段,木瓜蛋白酶水解片段 2 Fab + Fc胃蛋白酶水解片段 F(ab)2段 + pFc,34,35,木瓜蛋白酶的水解片段,裂解部位：IgG铰链区H链链间二硫键近N端侧切断。 裂解片段 ：两个Fab段（抗原结合段，fragment of antigen binding）,一个完整的Fab段可与抗原结合，表现为单价，但不能形成凝集或沉淀反应。 一个Fc段（可结晶段，fragment crystallizable），是Ig与效应分子或细胞相互作用的部位。,36,37,胃蛋白酶的水解片段,裂解部位：铰链区H链链间二硫键近C端切断。 裂解片段 ： F(ab)2片段为双价，可同时结合两个抗原表位故与抗原结合可发生凝集反应和沉淀反应，F(ab)2段保留了结合相应抗原的生物学活性，又避免了Fc段免疫原性可能引起的副作用，因而被广泛用作生物制品。胃蛋白酶水解Ig后所产生的pFc最终被降解无生物学作用。,38,水解片段意义,有利于研究Ig的基本结构和功能；分离、纯化特定Ig的多肽片段，可被广泛用作生物制品。如白喉抗毒素、破伤风抗毒素经胃蛋白酶消化后精制提纯的制品因去掉Ig Fc段而降低发生超敏反应。,39,五、J链和分泌片,（一）结合链（ joining chain，J链 ）浆细胞合成 ，是一富含半胱氨酸的多肽链。将单体Ig分子连接为二聚体或多聚体如SIgA。（二）分泌片（secretory piece，SP ）黏膜上皮细胞合成和分泌，一种含糖的肽链。与IgA非共价连接，保护其不被环境中蛋白水解酶破坏。介导IgA的转运。,40,41,42,第二节 免疫球蛋白的生物学活性,免疫球蛋白的主要功能,43,（一）V区的功能：特异性识别结合抗原 特异性结合分子基础：,Ig 的 HVR（CDR）空间构型 Ag 表位的空间构型,结构互补,其他分子间力,结合价：,单价Fab段双价IgG、IgD、IgE、IgA、F（ab）2 四价SIgA五价IgM,免疫球蛋白的主要功能,44,其空间构型（尤其HVR）决定了Ig与抗原结合的特异性。主要表现为：中和毒素：如IgG、IgA；抑制病毒；阻止细菌吸附易感细胞：如SIgA；B细胞膜表面的IgM和lgD ：构成BCR，特异性识别并结合抗原分子，介导体液免疫应答；参与抗体对免疫应答的正、负调节作用。,45,（二）C区的功能 Ag-Ab结合后，Ig的Fc段变构，产生其他Ig的生物学活性 1、激活补体 2、结合Fc受体 调理作用（opsonization ） ADCC作用（antibody dependent cell- mediated cytotoxicity） 介导 I 型超敏反应 3、穿过胎盘和粘膜,46,1、 激活补体 激活经典途径：IgG13、IgM 激活旁路途径：凝聚的Ig如聚合的IgA,47,补体活化作用,48,49,输血反应,50,2、结合细胞表面的Fc受体（FcR） Fc段/FcR Ag-Ab 组织细胞 生物学效应 不同 不同 不同 （IgE游离状态下可与FcR结合：亲细胞抗体） （1）调理作用 （2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 （3）介导型超敏反应,51,52,（1）调理作用 Fc段/FcR Ag-Ab 吞噬细胞 吞噬作用 IgG 中性粒细胞 巨噬细胞 抗体的Fc段与吞噬细胞上的Fc受体结合，从而促进吞噬细胞的吞噬作用。称调理作用 具有调理作用的物质调理素,53,（2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC） 表达FcR的细胞通过识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的靶细胞。 Fc段/FcR Ag-Ab 杀伤细胞 杀伤靶细胞 IgG NK细胞 中性粒细胞 巨噬细胞,54,IgG类抗体与靶细胞表面抗原特异性结合，效应细胞（NK细胞、巨噬细胞、中性粒细胞）借助所表达的IgG FcR与靶细胞表面IgG的Fc段结合，从而直接杀伤靶细胞,55,（3）介导型超敏反应 Fc段/FcR IgE 肥大细胞 致敏细胞 嗜碱性粒细胞,56,介导型超敏反应示意图,57,3、穿过胎盘屏障和粘膜 （1）通过胎盘： 介导胎儿自然被动免疫 Fc段 穿过胎盘 IgG 胎盘滋养层细胞 进入细胞内 胎儿血液 FcRn （母体侧） 进入 （2）通过粘膜 SIgA可通过粘膜细胞 消化道、呼吸道、泌尿生殖道：局部粘膜免疫 初乳：介导新生儿自然被动免疫4.结合A蛋白和G蛋白如IgG。,58,分泌型IgA穿过粘膜,59,60,第三节各类免疫球蛋白的主要特性与功能,61,62,（一）IgG 1、血清中含量最高，占血清中Ig总量7580% 多为单体，有4个亚类，出生3个月开始合成，半寿期长。 2、机体血液和组织液中的主要抗体 分布广，易弥散到组织。 3、机体抗感染的主要抗体 抗毒素、抗菌、抗病毒的主要抗体 再次免疫应答的主要抗体 通常为高亲和力抗体 4、具有重要的免疫学效应 激活补体 (IgG1,2,3) 结合FcR 调理作用、ADCC 结合SPA ( IgG1、2、4) 5、唯一能通过胎盘的Ig 新生儿抗感染,63,（二）IgM（22）5-J /（22）5-J 1、分子量最大。 五聚体 巨球蛋白 占血清Ig总量5-10 %。 2、抗原结合部位多，作用强。 比IgG：激活补体、溶菌、杀菌作用强 3、血液中抗感染的重要Ig。 分子量大一般不能透过血管壁，主要分布在血流中。 缺乏：致死性败血症 4、最早出现的Ig。 个体发育，免疫应答中均最早出现。 在早期免疫防御中起重要作用。 5、天然血型抗体及某些自身抗体为IgM。 6、B细胞的抗原识别受体（BCR组分）。 未成熟B细胞mIgM。,64,65,（三）IgA 分血清型和分泌型，有两个亚类。 1、血清型IgA 多为单体，IgA1居多； 占血清Ig总量的10-15%。 抗菌、抗病毒、抗毒素。 2、分泌型IgA 为双体，IgA2居多。 结构：J链连接的IgA双体和分泌片。 产生：由呼吸道、消化道、泌尿生殖道粘膜固有层浆细胞产生。 存在：主要存在于粘膜表面和初乳、唾液等中。 作用：粘膜局部免疫的重要因素 （1）阻抑粘附 （2）免疫排除 （3）中和病毒 （4）中和毒素 意义： （1）局部SIgA缺乏：反复感染。 （2）指导预防接种。 （3）母乳喂养：新生儿重要的自然被动免疫。,66,67,（四）IgD 1、血清中含量低（约30ug/ml），占血清Ig总量 1 %。 对蛋白酶敏感（铰链区较长），不稳定，半寿期短（3天） 血清 IgD功能不清可能与超敏反应、自身抗体有关。 2、 mIgD :B细胞抗原识别受体（BCR组分） mIgD可作为B细胞分化成熟标志 成熟B细胞（初始B细胞 ，naive B cell） 同时表达mIgM和mlgD 活化B细胞（或记忆B细胞） mIgD逐渐消失。,68,（五）IgE 反应素 / 亲细胞抗体 1、血清中含量极微 单体，粘膜固有层浆细胞产生。 2、亲细胞性 3、介导型超敏反应 4、 参与抗寄生虫的免疫。,69,70,第四节 免疫球蛋白的血清型,外源因素所致的异质性（ Ig多样性） 针对各种表位的许多不同抗原特异性的抗体； 针对同一表位的不同类型抗体天然抗原（含多种表位）刺激产生针对多种表位的特异性Ab。内源因素所致的异质性（免疫球蛋白的血清型） Ig自身含不同表位（结构不同）具有不同的类、型，具抗原性，分别为同种型（isotype）、同种异型（allotype）、独特型（idiotype）表位。,71,一、同种型（isotype）,同一种属所有个体的Ig分子共有的抗原特异性标志。因种而异。存在于C区。在异种体内可诱导免疫应答。包括Ig的类和亚类、型和亚型 。,72,同种型,不同种属之间的每一类Ig在重链恒定区氨基酸组成,序列上具有差异.,73,同一种属但不同个体间Ig分子所具有的不同的抗原特异性标志。个体型标志，主要存在于IgC区。（遗传标志）在异种体内、同种异体内可诱导免疫应答。,二、同种异型（allotype）,74,75,同一个体内不同B细胞克隆产生的Ig分子V区肽链所具有的不同抗原特异性标志。决定因素：CDR的氨基酸组成、排列、构型不同Ab特异性的分子基础在异种、同种异体和自身体内均可诱导免疫应答。Id:极多，存在于所有Ig。独特型表位在异种、同种异体和同一个体内均可刺激产生相应