免疫分子dzj

第三章 免疫分子,免疫球蛋白补体细胞因子白细胞分化抗原与黏附分子,第一节 免疫球蛋白,抗体（Antibody, Ab) 是由B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一类能与相应抗原特异性结合，介导体液免疫的糖蛋白。抗体分布于体液和血液中，主要在血清里。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。体内的免疫球蛋白以两种形式存在： 分泌型：主要存在血液和组织液中，具有抗体的各种功能。 膜型：B细胞膜上的抗原受体 Ab是功能描述，Ig是化学结构描述；一般情况可通用。,概念,与抗体有关的诺贝尔奖获得者,第一节 免疫球蛋白的结构,（一） 免疫球蛋白的基本结构,“Y”字形四肽链，由两条完全相同的重链和两条完全相同轻链通过二硫键连接而成,CL,CL,CH1,VL,VL,VH,VH,CH2,CH3,C端,N端,恒定区,可变区,FC 段,Fab段,铰链区,补体结合,Fc受体结合,抗原结合部位,1、重链和轻链 Ig的两条长链称为重链（Heavy chain, H链） 重链可分为、链 Ig的两条短链称为轻链（Light chain, L链） 可分为、型。每个Ig分子的两条轻链完全相同。,IgM IgG IgA IgD IgE,2、可变区和恒定区（1) 可变区（variable region, V区) ） N端重链1/4和轻链1/2 组成，AA的种类、排列顺序与构型变化很大。 VL,VH区都存在3个超变区（HVR13) ，它们共同组成Ig 的抗原识别部位，负责结合和识别抗原表位，启动体液免疫应答。超变区也称互补决定区（CDR13)。 4个骨架区（FR14). AA替换频率较低的部分。（2）恒定区：C端重链3/4和轻链1/2 组成，AA的种类、排列顺序及构型相对稳定,3、免疫球蛋白的功能区或结构域,肽段中由链内二硫键折叠成的球形区称为结构域（又称功能区）。约由 110 个氨基酸组成。 IgG, IgA, IgD: CH有三个结构域 IgM, IgE: CH有4个结构域,功能区的作用VL, VH: 超变区，互补决定区（CDR): 与抗原特异性结合部位CL， CH1: 同种异型的遗传标记CH2（IgG）, CH3(IgM): 补体C1q结合点，激活补体IgG CH2: 通过胎盘IgG CH3:与单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、 NK细胞、B细胞表面的FcR结合。IgE CH2和CH3：与肥大细胞和嗜碱性性粒细胞 表面的IgE Fc结合,4、铰链区,位于CH1和CH2之间。含大量脯氨酸，富有弹性和伸展性，能改变两个Y形臂之间的距离，有利于Ab与不同抗原决定簇结合，也便于暴露补体结合位点。 IgM, IgE无铰链区,它由浆细胞合成的一种富含半胱氨酸的多肽链，主要功能是连接单体Ig分子使其成为多聚体。 IgA和IgM含有J链；IgG、IgD、IgE无J链,（三）Ig的J链和分泌片,1、连接链（J链）,J 链,分泌片,sIgA,它是分泌型IgA(sIgA）的一个辅助成分，由粘膜上皮细胞合成和分泌。其功能： 保护sIgA的铰链区免受蛋白酶的水解破坏 介导IgA二聚体的转运,2、分泌片,（四） Ig的酶解片断,1 木瓜蛋白酶 2个Fab 段结合抗原（单价）,不发生凝 集,沉淀反应 1个Fc段 结合细胞2 胃蛋白酶 F(ab)2段: 双价抗体活性, 可发生凝集,沉淀反应 pFc段： 无生物学活性,颗粒性抗原,抗体,可见的凝集块,凝集反应,第二节 免疫球蛋白的血清型,用血清学方法可以测定和分析Ig的抗原性，并将此称为Ig的血清型。免疫球蛋白本身能刺激机体产生产生抗体的结构和功能基础是它含有许多不同的抗原表位，呈现出不同的免疫原性。Ig分子上有三类不同的抗原表位：同种型、同种异型和独特型抗原表位（即血清型）,一、同种型（isotype)是指同一种属所有正常个体Ig分子共同具有的抗原特异性标志。同种型决定簇主要存在于Ig恒定区内。分类 根据CH上抗原特异性的不同，将Ig分为 IgG、IgM、IgA、IgD、IgE 五类亚类：IgG: G1、 G2、 G3、 G4 IgA: A1、 A2 IgM: IgM1和IgM2 分型 根据CL上抗原特异性的不同：和型 亚型 1、2、3、4,二、 同种异型（Allotype),同一种属不同个体间同一类型Ig分子所具有的不同的抗原表位。在同种异体间免疫可诱导免疫反应。主要存在与C区。IgG 链的同种异型标志是Gm因子，已发现Gm1-Gm30. IgA 链的同种异型标志是Am因子，有A2M1和A2M2两种。 链的同种异型标志称为km因子，有km1、km2、km3、,三、 独特型（idiotype),是指同一个体不同B细胞克隆产生的Ig分子（即每个Ig分子）所特有的抗原特异性标志，其表位又称独特位，存在于Ig的可变区。独特型抗原决定簇可在同一个体内刺激机体产生抗独特型抗体（抗抗体），参与免疫调节,第三节 免疫球蛋白的功能和各类Ig的主要特性,(一) 免疫球蛋白的生物活性,免疫球蛋白是血清中最主要的特异性的免疫分子， Ig 的重要生物学活性由 Fab 段和 Fc 段分别执行 Fab段能特异地结合抗原； Fc段可介导一系列生物效应，包括激活补体、亲细胞而导致吞噬、介导型超敏反应、通过胎盘等。,一 特异结合相应抗原,由IgV区介导。Ig与Ag的结合具有高度特异性，必需是超变区与抗原的空间构象完全吻合。 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，介导炎症反应），体外可产生凝集、沉淀现象用于检测等,二者的结合主要依靠静电引力、氢键、范德华力等，需要合适的温度、pH、离子强度以及完整的抗体，这种结合是可逆的。,二 激活补体,1、当IgG1-3和IgM类抗体与抗原特异性结合后，其构型发生改变，暴露IgG的CH2和IgM的CH3功能域的补体结合位点，通过补体经典途径激活补体。2、凝聚的 IgA1 ， IgG4 ， IgE 等可以通过旁路途径活化补体。,主要通过IgG/IgE的CH3/CH4功能域与位于不同细胞上的FcR/FcR结合，介导不同的生物学效应： 1) 调理吞噬作用； 2)介导I型超敏反应； 3) 发挥抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）。,三、结合Fc受体,1)调理作用：IgG与单核巨噬细胞和中性粒细胞上的FcR结合，促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用。（IgA，IGM也具有调理作用）,变应原与IgE/FcRI 复合物结合后 使细胞脱颗粒 合成、释放多种介质 （组织胺、白三稀等） I型超敏反应,2)介导I型超敏反应 IgE与肥大和嗜碱性粒细胞上的FcR结合介导I型超敏反应；,3)抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用。 靶细胞上的抗原决定簇结合IgG的Fab段，而抗体的Fc段与NK细胞上的FcR结合，发挥抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用。,四、穿过胎盘 IgG所独有，是婴儿获得天然被动免疫的主要原因，主要借助胎盘滋养层细胞表面的FcR进行的。（与IgG的CH2有关）五、免疫调节 高浓度的抗体通过封闭抗原、低浓度IgG抗体与相应的抗原结合，以及高浓度抗独特型抗体都能对免疫应答产生负调节作用。也可通过独特型与抗独特型网络参与机体的正、负免疫调节作用。,IgV区,IgC区,IgC区,(二) 五类免疫球蛋白的特性与功能,1 单体形式存在于血清和其它体液中，结构式位22或222 血清中含量最高，占血清Ig总量的3/4，半衰期最长3 结合补体，激活补体的传统途径4 穿过胎盘（是唯一能够通过胎盘的抗体）介导新生儿抗感染免疫，一种重要的天然被动免疫。5 结合巨噬细胞、中性粒细胞、NK细胞，参与调理吞噬和ADCC效应6 与葡萄球菌A蛋白（SPA）结合，可以纯化抗体，也可以用于免疫诊断7 是再免疫应答的效应分子，是最重要的抗感染性抗体。,一、IgG,二 、 IgM,为五聚体，是分子量最大的Ig，称巨球蛋白。IgM激活补体能力比IgG强天然血型抗体是IgMIgM是个体发育过程最早能产生的抗体，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是血清中分子量最大的五聚体结构的抗体分子，有10个抗原结合点。没有铰链区，有4个CH结构域（CH1、CH2、CH3、CH4）。,其特点是：1、是在个体发育过程和免疫应答过程中最早出现的抗体。2、初次免疫应答的主要效应分子。3、结合抗原（中和毒素）、激活补体、调理吞噬作用均比IgG更有效。4、不能通过血管进入组织。5、膜型IgM（serface IgM，sIgM）是单体结构，它是B细胞抗原受体（BCR）。,三 IgA,特点1 分为两种类型： 血清型IgA：单体存在于血清中 分泌型IgA（SIgA): 含J链和分泌片的二聚体组成，存在于胃肠道和支气管分泌液、初乳、唾液和泪液中。2 SIgA是参与粘膜局部免疫的主要抗体 ，具有调理吞噬作用。3 参入新生儿天然被动免疫 ：从母乳中获得SIgA,四、 IgE,特点：1 种系进化中最晚出现的Ig，也是血清中含 量最低的Ig2 单体形式存在，结构式为：22或223 结合肥大细胞和嗜碱性性粒细胞，参与I型超敏反应的发生4 结合嗜酸性粒细胞，有效杀伤寄生虫,变应原与IgE/FcRI 复合物结合后 使细胞脱颗粒 合成、释放多种介质 （组织胺、白三稀等） I型超敏反应,IgE与肥大和嗜碱性粒细胞上的FcR结合 介导I型超敏反应,五 IgD,特点：单体形式存在血清中，含量低，仅占血清总Ig的1%；分子结构类似于IgG，但不能通过胎盘，也不能激活补体；结构式为22或224 表达在B细胞膜上的smIgD是成熟B细胞的重要标志，参与B细胞的活化、增殖和分化； 5 血清中的IgD功能不清,第五节 单克隆抗体和多克隆抗体,多克隆抗体（polyclonal antibody) 用抗原免疫动物后获得的免疫血清（抗血清） 由不同克隆的B细胞针对不同抗原决定簇 所产生。,二、 单克隆抗体 （monoclonal antibody,mAb),概念： 一个B细胞针对一个抗原决定簇所产生的一种特异性抗体，称为单克隆抗体特点：高特异性、高均一性应用： 广泛,Georeges Kohler 1946-,Cesar MilsteinNobel Prize in 1984,三、单克隆用途,特异性,敏感性,均一性,McAb,PcAb,低,差,无,高,强,有,1、用于免疫学检测，辅助临床诊断,2、McAb用于亲和层析，分离微量可溶性抗原,3、标记的McAb用于基础研究，了解细胞分化等,4、制备生物导弹用于肿瘤、移植等的临床治疗。,思考题,1抗体和免疫球蛋白的概念2 图示免疫球蛋白的基本结构、功能区以及功能3 简述免疫球蛋白的生物学活性4 免疫球蛋白的血清型有那些？5 试述各类免疫球蛋白的特性和功能6 什么是单克隆抗体和多克隆抗体？,第二节 补 体,概 述,补体是指存在与血清、组织液和细胞膜表面的一组与免疫功能有关，经活化后具有酶活性的蛋白质。补体是由30余种可溶性蛋白和膜结合蛋白，补体受体组成的多分子体系，故称为补体系统。在机体的免疫系统中担负抗感染和免疫调节作用, 并参与免疫病理反应。补体是天然免疫的重要组成部分,Jules Bodet (1870-1961),Discoverer of Complement1894 Bordet 发现绵羊抗霍乱血清能够溶解霍乱弧菌，加热56 C 30 min 阻止其活性；加入新鲜非免疫血清可恢复其活性。Ehrlich 在同时独立发现了类似现象，将其命名为补体（Complement）,一 补体系统的组成,共有30多种成分,二 命名原则,经典途径成分的命名是按发现的顺序命名：如 C1C9旁路途径的成分用大写英文字母表示：B因子、D因子补体活化后具酶活性的成分上加横线：如C4b2b灭活成分前加i：如 iC3ba：某成分裂解后产生的小片段（如C3a）b：某成分裂解后产生的大片段（如C3b）,三、补体的理化性质,补体成分为球蛋白，多为球蛋白。血清中补体含量稳定，约占血清球蛋白总量的10%，其中C3含量最高、D因子含量最低。补体由多种细胞合成，主要由肝细胞、巨噬细胞合成对热不稳定，56C、30min即被灭活，010 C条件下活性只能保持34d。需20C保存。多种理化因素如射线、机械振荡、酒精、胆汁和 某些添加剂等均可破坏补体,第二节 补体系统的激活,（一）经典途径: 激活物和激活条件 免疫复合物是经典途径的主要激活物。C1与抗体分子中的Fc段结合是经典途径的始动环节。激活条件为： C1仅与IgM CH3区，IgG CH2区结合才能活化 每一个C1分子必须同时与两个以上Ig的FC段结合才能活化 游离或可溶性的抗体不能激活补体，只有当抗体和抗原或细胞表面结合后其Fc段发生构像变化后才能激活C1,识别阶段活化阶段效应阶段,一、经典激活途径,激活物和激活条件 免疫复合物是经典途径的主要激活物。C1与抗体分子中的Fc段结合是经典途径的始动环节。激活条件为： C1仅与IgM CH3区，IgG CH2区结合才能活化 每一个C1分子必须同时与两个以上Ig的FC段结合才能活化 游离或可溶性的抗体不能激活补体，只有当抗体与抗原或细胞表面结合后其Fc段发生构像变化后才能激活C1,补 体 经 典 途 径 激 活 过 程,IgM/IgG -Ag复合物,C1q : r : s,C4,C4b + C2,C4a,C2a,C4b2b,C3,C3b,C3a,Ca+,Mg+,Ca+,（C3转化酶）,C4b2b3b,（C5转化酶）,识别阶段,活化阶段,C5,C5b-C6,7,8,9,C5a,细胞溶解,膜攻击阶段,IgM CH3区，IgG CH2区,T,Y,C1q,C1qr2s2（C1复合物）,C1r,C1s,40nm,抗 原,抗体,抗 原,补体活 化的经典 途径,C1由 一个C1q、两个C1r 和两个C1s分子的共同组成。一个C1q分子如果同时与两个以上的Fc段结合将造成其构象的变化，继之使C1r和C1s活化，活化的C1s具有酶活性，可裂解C4和C2，启动补体活化的经典途径。,1 抗原抗体特异结合活化 2 反应顺序为C1qrs-C4-C2-C3-C5-C6-C7-C8-C9 3 产生3个转化酶：C1酶, C3转化酶，C5转化酶 4 产生3个过敏毒素（Anaphylatoxin），C3a, C4a,C5a,补体激活经典途径几个特点,C3C3b+B因子C3bBb(P) C3bnBb(P),D,C3a,Ba,C5b-C6,7,8,9 C5,C5a,正反馈调节环路,细菌、真菌、LPS，多糖，凝聚Ig等,活化,二、 旁路激活途径,P因子,细胞溶解,（C3转化酶）,（C5转化酶）,微生物，凝聚Ig 、LPS等多糖类物质可促进其活化。含有一个C3活化的正反馈调节环路。产生不同与经典途径的C3转化酶（C3bBb）和C5转化酶（C3bBb3b或C3bnBb ）C1, C4 和C2不参与，B因子、D因子、P因 子参与 机体早期抗感染免疫中起作用,旁路途径激活的特点,三、 MBL途径,其激活物是细菌甘露糖残基与MBL，它们可激活MASP（MBL associated serum protease），其具有酶活，可裂解C4和C2，相当于经典途径的C1转化酶。 无C1的参与，但活化的MASP具有C1s功能， 可裂解C4和C2。 C3转化酶和C5转化酶同经典途径。,MBL途径特点,形成膜攻击复合物（MAC），溶解细胞 C5b+C6+C7+C8+nC9 = MAC,四、补体活化的共同末端途径效应,三条激活途径的主要不同点,病原体的甘露糖残基,MBL、MASP、C2-C9,C4b2b,C4b2b3b,初次感染或感染早期发挥非特异性免疫,四、补体的生物学功能,（一）溶解细胞、细菌、病毒的细胞毒作用 补体系统通过经典途径、旁路途径或MBL途径被活化后，可在靶细胞上形成膜攻击复合物，导致靶细胞的溶解，补体的这一功能在机体的免疫系统中起重要的防御和免疫监视作用，可以抵抗病原微生物的感染，消灭病变衰老的细胞。,调理作用又称促吞噬作用，补体和抗体均具有调理作用。主要是一些补体片断C3b、C4b以及 iC3b 清除免疫复合物 细菌或免疫复合物激活补体、结合C3b/C4b后，可与表面具有相应补体受体（CRI）的RBC和血小板结合，则可形成较大的聚合物，通过血液循环到达肝脏和脾脏，被巨噬细胞吞噬。,（二）调理和免疫粘附作用,氨基端与抗原结合，,羧基端与吞噬细胞的CR结合，促进其对抗原的吞噬,C3a，C4a，C5a，具有过敏毒素作用，可使表面具有相应受体的肥大细胞和嗜碱性粒细胞等脱颗粒，释放组胺等血管活性物质，引起血管扩张、通透性增强、平滑肌收缩和支器官痉挛等的作用； C3a和C5a对中性粒细胞具有趋化作用，吸引具有相应受体的中性粒细胞和单核吞噬细胞向补体激活的炎症区域游走和聚集，增强炎症反应。 C2a具有激肽样作用：使小血管扩张、通透性增强、引起炎症性充血和水肿作用，,（三）炎症反应,（四）机体抗感染免疫的重要机制,补体系统是非特异性免疫和特异性免疫间的桥梁（经典途径）。它是非特异性免疫的重要组成部分，同时也参与特异性免疫。,补体活化过程中产生的活性片段可与免疫细胞相互作用，对免疫功能起调节作用。例如，C3d，Ba，Bb等片段对B细胞的功能可产生调节作用；C5a可促进多种细胞因子如IL-1，IL-6，IL-8，TNF的产生等。,（五） 免疫调节作用,第三节 细胞因子,概念,细胞因子(Cytokine,CK)是由多种细胞分泌的具有生物活性的小分子蛋白质的统称。细胞因子介导多种免疫细胞间的相互作用，具有调节细胞分化发育、生长、和免疫应答，参与炎症反应、造血功能等多种生物学功能。多种细胞可产生细胞因子（免疫细胞、肿瘤细胞、一些非免疫细胞），其中免疫细胞是CK的主要来源。,第一节 细胞因子的共同特性,一、理化特性 1 、细胞因子是糖蛋白，分子量大小不等，为 8 -30kD ，大多数 肾、肝脏、心脏 神经组织、 成熟的滋养细胞 2.存在形式 （1）膜结合：有核细胞表面 （2）可溶性：存在于血清、初乳和尿液等体液中。,（二） 结构 二条多肽链 (非共价键连接的糖蛋白) 1.链（重链） 340个氨基酸残基，分子量44kDa，MHC-类基因编码，具有高度多态性。 胞外区 1、2功能区抗原结合部位； 3功能区CD8分子结合部位； 跨膜区 胞内区 2.2-微球蛋白（ 2m ） 分子量12kDa，由15号染色体基因编码。,与CD8结合,HLA-类分子抗原结合区的三维图,（三） 生物学功能 1.参与内源性抗原的递呈（诱导对病毒感染细胞 和肿瘤细胞的杀伤和溶解）； 2.作为CD8+T细胞的识别分子（CD8的配体）； 3.参与胸腺内CD8+T细胞的分化、发育； 4.抑制NK细胞的杀伤活性； 5.诱导同种移植排斥反应。,二、HLA-类分子的分布、结构和功能 （一） 分布 1.APC B细胞、单核/巨噬细胞和树突状细胞； 2.其他 激活的T细胞，精子和血管内皮细胞。,（二） 结构 两条异质多肽链(非共价键连接的糖蛋白，Ig超 家族成员)： 链：1和 2功能区 链：1和 2功能区 1和1：抗原肽结合部位，决定类分子 多态性； 2：CD4分子结合部位。,结合CD4分子,结合抗原肽,（三） 生物学功能 1.参与外源性抗原的提呈； 2.作为CD4+T细胞的识别分子（CD4的配体）； 3.参与胸腺内CD4+T细胞的分化、发育； 4.参与免疫应答调节 Ir基因产物调节； 5.诱导同种移植排斥反应（宿主抗移植物 或移植物抗宿主排斥反应）。,HLA分子-抗原肽复合物,MHC基因及其产物的极端多样性，造成不同MHC分子结构上的差异，这些差异主要集中于MHC分子的肽结合槽，从而决定了特定型别的MHC分子和抗原肽的结合具有一定的选择性。MHC分子高亲和力与抗原肽结合成为复合物，这是保证MHC分子有效提呈抗原的重要前提。,（一）抗原肽的结构特征,HLA分子抗原结合凹槽与抗原肽结合的特点 ： 与MHC结合成复合物的抗原肽往往带有两个或两个以上专司和MHC分子肽结合槽相结合的部位，称为锚着位，该位置的氨基酸残基称为锚着残基。与MHC-分子结合的抗原肽绝大多数是含9个氨基酸残基的九肽与MHC-分子结合的抗原肽一般为1217个氨基酸残基,1. MHC与抗原肽相互作用的分子基础,锚定位：,锚定残基：,共同基序：,抗原肽上与MHC结合的特定部位,抗原肽锚定位上的氨基酸残基,某一MHC所能提呈（结合）的抗原肽，,具有相同的锚定残基,如：,HLA-A*0201 和 HLA-B*2705,锚定位均为P2和P9,锚定