免疫球蛋白

免疫球蛋白 (Ig),第三章,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。,基本概念,定义: 抗体 (Ab)B细胞识别Ag后增殖分化为浆细胞所产生的，具有与Ag特异性结合活性的球蛋白，主要存在于血清等体液中。,Ag1,Ab1,Ag1-Ab1,Ab2,Ag2-Ab2,Ag2,B细胞1,B细胞2,浆细胞1,浆细胞2,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。分泌型Ig(sIg)和膜型Ig(mIg)sIg：存在于体液（血液、组织液、外分泌液） mIg： B细胞膜表面,基本概念,定义:免疫球蛋白 (Ig)将具有Ab活性及化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白。,IgM B Cell,（BCR）,抗体与免疫球蛋白的关系,骨髓瘤细胞分泌的免疫球蛋白在分子结构上与抗体相同，却无抗体活性，免疫球蛋白不等于抗体，而抗体均是免疫球蛋白。免疫球蛋白是化学结构上的概念，而抗体是生物学功能上的概念 所有的抗体都是免疫球蛋白，而并非所有的免疫球蛋白都是抗体。,第一节 免疫球蛋白的结构,一.Ig分子的基本结构二.Ig的功能区三.铰链区四.Ig的酶解片段五.Ig的J链和分泌片段,一.Ig分子的基本结构,（一）重链和轻链（二）可变区与恒定区（三）免疫球蛋白的血清型,免疫球蛋白分子的基本结构,是一Y型的四肽链，由两条完全相同的重链(heavy chain, H)和两条完全相同的轻链(light chain, L)以二硫键连接而成。,Ig肽链结构,两端,C 端,N 端,三区,可变区（V区）,超变区（互补决定区）,恒定区（C区）,骨架区,铰链区,可变区,1.二硫键连接的四肽链。2.Y形对称结构，二对链（重链，轻链）3.二端：NH2末端, -COOH末端4.可变区、恒定区5.环肽：功能区,恒定区,（一）重链和轻链 1.轻链 (L链） 大约214 a.a,糖基(-) 型别（ type）: 、 2.重链（H链） 大约500 a.a, 糖基(+) 类别（Class ）: H链 (Ig) IgA IgG IgM IgD IgE,根据氨基酸排列顺序的不同分为： 可变区（V）和恒定区（C）可变区（V区）：氨基酸组成、排列顺序变化较大恒定区（C区）：氨基酸数量、种类、排列顺序及 含糖量都比较稳定,（二）可变区与恒定区,Figure 2 The basic structure of immunoglobulins,1.可变区（Variable region，V区）,区域：L链N端 1/2处（VL）110个aa； H链N端1/5-1/4处（VH）118个aa。高变区（HVR): VH和VL各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变，形成Ag结合位点（互补决定区CDR） HVR1，HVR2，HVR3又分别称为CDR1，CDR2，CDR3骨架区（FR）:维持高变区的空间构型。 VH和VL各有4个骨架区 FR1、 FR2、 FR3和FR4,超变区互补决定区（CDR）Ig的独特型决定簇,2.恒定区,C-末端 1/2L+3/4(4/5)H位于Ig 分子的C端，占轻链1/2和重链3/4（IgA、IgD）或4/5（IgM、IgE）。在同一种属中，同一类重链和同一类轻链C区氨基酸的组成或排列比较恒定。,（三）免疫球蛋白的血清型,免疫球蛋白既可结合抗原，又可作为抗原，激发机体的免疫应答，因而也是一类抗原物质。由于免疫球蛋白的遗传基础不同，不同的免疫球蛋白的抗原性也有差异。利用血清学方法测定和分析免疫球蛋白抗原性予以分类，称为免疫球蛋白的血清型。,Ig的免疫原性,免疫球蛋白的血清型,类 CH IgG，IgA, IgM, IgD, IgE 亚类 CH IgG1-4, IgA1-2, IgM 型 CL , 亚型 CL() CH (1-3) CH (2) A2M1, A2M2 CL () Km1, Km1，Km3 VH/VL 极多，108,同种型同种异型独特型,免疫球蛋白的免疫原性,免疫球蛋白的不同结构区其免疫原性不同：同种型（isotype）：种属特异性标志同种异型（allotype）：个体特异性标志独特型（ Id ）：免疫调节网络,1.同种型,同一物种内所有个体共同具有的Ig抗原特异性结构同种型Ig的抗原表位存在于CH、CL据CH的不同，Ig分类、亚类据CL的不同，Ig分型、亚型,抗体分子类别及亚类的特性,IgM m,IgG g,IgA a,IgE e,IgD d,V 区,C 区,CH,类别,g：1, g2, g3 ,g4 IgG1, IgG2, IgG3, IgG4a: a1, a 2 IgA 1, IgA 2,亚类,型：位于CL，分为和两型亚型：按轻链恒定区（C2）个别氨基酸的差异又可分为1，2，3，4，四个亚型。,抗体分子型和亚型的特性,2.同种异型,同一物种内不同个体间的Ig免疫原性的差别链、链、链、链c区决定,3.独特型,同一个体内不同B细胞克隆产生的Ig其超变区各自具备独特的抗原表位结构每个免疫球蛋白分子所特有的抗原特异性标志。,二、免疫球蛋白的功能区,Ig的H链、L链每隔110个氨基酸即由链内二硫键连接形成一个能行使特定功能的球性单位，称为Ig的结构域或功能区（domain）。,VH和VL:识别和结合抗原CH和CL:同种异型的遗传标志CH2:补体C1q结合位点 IgG可通过胎盘CH3/CH4:与多种细胞表面的FcR结合(免疫调理,I型超敏反应),各功能区的作用,免疫球蛋白的功能区,位于CH1与CH2之间含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲。易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。IgG、IgA、IgD有,三、 铰链区,四.免疫球蛋白的酶解片段,1.木瓜蛋白酶水解片段2.胃蛋白酶水解片段,1.木瓜蛋白酶水解片段,木瓜蛋白酶水解IgG： 得到两个相同的Fab段和一个Fc段。,2.胃蛋白酶水解片段,胃蛋白酶裂解IgG：得到一个具有双价活性的 F（ab）2段和若干个小分子多肽碎片（pFc）,五、免疫球蛋白的J链和分泌片,J链：是一条多肽链，富含半胱氨酸，由浆细胞合成，以二硫键的形式共价结合到Ig的重链上。IgM（五聚体）,sIgA（双体）有。分泌片：由黏膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合到二聚体上，保护IgA，使之不受环境中酶的破坏，并介导IgA的转运。,第二节 免疫球蛋白的生物学活性,一、免疫球蛋白的主要功能二、各类免疫球蛋白的生物学特性,2. Fc（C区）（1）激活补体（2）结合细胞抗体调理作用参与ADCC介导I型超敏反应（3）穿越胎盘和黏膜,1. Fab （V区）特异性结合抗原（1）中和作用（病毒、毒素）（2）抑制细菌吸附,一、Ig的主要功能,抗体分子的生物学活性,1.特异性结合抗原（病毒、毒素、细菌）2.固定补体（IgM、IgG）3.结合组织细胞 调理作用（IgM、IgG） 介导ADCC（IgG、IgM） 介导I型超敏反应（IgE）4.穿越胎盘（IgG）和黏膜（sIgA）5.结合SPA6.具有抗原性,IgG分子结合抗原前后的构象变化,IgM CH3区，IgG CH2区,b.,IgG多为单体，是唯一能通过胎盘的抗体据重链（链）免疫原性，IgG分4个亚类,1.IgG,二、各类免疫球蛋白的生物学特性,出生后3个月开始合成，35岁接近成人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（1624d）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,IgG的特点,IgG四个亚类的特点,IgG1,IgG2,IgG3,IgG4,血清含量(占IgG的百分比） 70 20 6 4 血清半衰期(天) 23 23 7 23通过胎盘 + + + +固定补体 + + + 结合Fc受体 + + +,为五聚体，是分子量最大的Ig，称巨球蛋白。IgM激活补体、结合抗原、免疫调理作用比IgG强天然血型抗体是IgM,2.IgM,IgM,J 链,IgM 抗 体 结 构,分 泌 型 IgM,膜 型 IgM,sIgM,Iga Igb,Iga Igb,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,分为血清型和分泌型两种。血清型IgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生，为单体。而分泌型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，为双体、三体或多体。sIgA主要存在于唾液、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。,3.IgA,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,IgD是B细胞的重要表面标志膜型IgD 作为BCR的组成部分，发挥信号传导作用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,4.IgD,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（FcR）结合，引起型超敏反应FcR分布于巨噬细胞、B细胞、嗜酸粒细胞参与抗寄生虫免疫反应,5.IgE,表,3-1,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,l,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,+,+,+,?,?,P 32,面对形形色色、无穷无尽的抗原表位，淋巴细胞怎么会未卜先知，预先准备好了能拦截任何抗原的受体呢？这是因为每个淋巴细胞内编码抗体的基因重排后的模式决定了那个克隆的细胞将要生产何种特异性的抗体。,第三节 免疫球蛋白基因及 抗体的多样性,第三节 免疫球蛋白基因及 抗体的多样性,一、重链H基因库和轻链和基因库二、免疫球蛋白基因重排及类别转换三、抗体多样性产生的机制,基 因 的 结 构、 转 录 与 翻 译,B细胞内编码Ig的基因结构,Ig轻链和重链及其C区和V区分别由分布于不同染色体的多个基因片段所编码。基因组成：编码恒定区的基因片段为C基因片段 编码可变区的基因片段为V基因片段 V基因和 C基因之间还含有J 基因片段 重链除V、C、J外，还含有D基因片段,V V V V V V V V J J J J J K 着丝粒 V V V V,V V VPREB1 V V J1 L1 J2 L2 J3 L3 J4 L4 J5 L5 J6 L6 J7 L7 IGLL1 IGLL2 IGLL3,一、免 疫 球 蛋 白 的 基 因 库,链基因库（位于染色体 2p12-p11）,1.85M b,0.85M b,多于90个V,5个J,C,11个 I orphons,链基因库（位于染色体 22q11）,60个 V, 800K b,14K b,60K b,670Kb,30Kb,150Kb,7个J 与 7个 C 交替排列,3个 L 基因座,免 疫 球 蛋 白 的 基 因 库,免疫球蛋白H链和L链基因结构示意图,免疫球蛋白基因重排,二、免疫球蛋白基因重排及类别转换,1.免疫球蛋白基因重排,由于免疫球蛋白基因片段成簇存在，编码完整的功能性Ig多肽链必须通过基因重排。首先是重链可变区发生重排，接着是轻链重排。在受到抗原刺激后，可变区基因进一步与恒定区连接，表达抗体。,Ig 重 链 基 因 重 排,1.免疫球蛋白基因重排,优点：每个同种型不需要进行独立的 VDJH重排，抗原特异性的细胞才进行类别转换特点不可逆性一个细胞克隆只产生一种抗原特异性、一种类型的免疫球蛋白,2.抗体的类别转换,概念：B细胞接受抗原刺激后，表达的抗体分子可从IgM类别转换为IgG、IgA、IgE等其他类别或亚类的Ig，这种现象称为类别转换。转换位点或S区：在每一个CH片段(C除外)上游23Kb处有一段串联重复序列，长度约210Kb，称为转换位点或S区。SS重组：因类别转换发生在S区，故又称为SS重组。不同类别恒定区基因的S区序列各不相同，但具有基本的共同序列GAGCT和GGGGT。多种细胞因子可诱导抗体的类型转换，如IL4可诱导C链向C1转换，并连续转换为C。过程：在类别转换过程中，两个S区形成环状分子，随后发生环出现象而完成类别转换。在B细胞中这种类别转换可发生多次。,Ig 分 子 类 别 转 换 的 机 理,抗体分子的类别转换 - DNA 再次重排,VDJ Sm IGHM Sg IGHG Se IGHE,VDJ Sm Se IGHE,再次重排副产物,再次重排 IGH 基因,+ IL-4 + CD40 L,重排 IGH 基因,Sg,IGHG,Sm,Se,IGHM,类 别 转 换 机 制,VDJ下游的IGHM、IGHD、IGHG等基因片段被剪除后，VDJ基因片段直接与IGHE相连，所产生的基因编码IgE分子重链。,Ig Class (Isotype) Switching,Plasma cells,IgM,IgE orIgG2,IgA orIgG2b,IgG2 orIgG3,Activated B cell(centroblast),Proliferating B cell(centrocytes),Proliferation cytokinesIL-2,IL-4,IL-5,Differention cytokinesIL-2,IL-4,IL-5,IFN-,TGF-,IL-2IL-4IL-5,IL-2IL-4IL-5,IL-4,IFN-,TGF-,抗体基因的表达特点,1.等位基因排斥：是指一条染色体上Ig重链基因的有效重排，抑制另一条同源染色体重链基因重排的现象。2.轻链同型排斥：当一个细胞中，链的基因发生功能性重排后，链的基因重排就被阻断的现象。3.重链类别转换：又称同种型转换。指B细胞在受抗原刺激后，首先合成IgM，然后转为合成IgG、IgA和IgE等的现象。,三、抗体多样性产生的机制,引起抗体多样性机制主要有三种：组合多样性：指产生于众多V、D、J、C基因家族成员的排列组合；连接多样性：是免疫球蛋白基因在VDJ重排过程中可出现不同的连接点.以及同一连接点上发生核苷酸的缺失、插入和倒转等。体细胞高频突变：是已成熟的B细胞在发育过程中重排的基因所发生的突变，这种突变可促进抗体的亲和力成熟。,第四节 抗体的制备,一.多克隆抗体二.单克隆抗体三.基因工程抗体,一、多克隆抗体（PcAb）,概念：是由含多种抗原表位的抗原物质（天然的抗原物质）免疫机体，刺激、活化多个B细胞克隆所产生的针对多种不同抗原表位的多种特异性抗体的混合。在体内，多克隆抗体是机体发挥特异性体液免疫效应的重要分子。在体外，多克隆抗体主要来源于动物免疫血清、恢复期病人血清或免疫接种人群。,多价抗原,多克隆（致敏的B细胞）,多克隆抗体,一 .多克隆抗体（PcAb）,多克隆抗体的特点,来源广泛、制备容易。但不易大量制备，其应用受到限制。是多种不同抗原表位特异性抗体的混合，因此，它不能针对某一特定表位，特异性不高，常出现交叉反应。,二、单克隆抗体（McAb）,概念：借助小鼠B细胞杂交瘤技术，所制备的高度均一（属同一类、亚类、型别）、单一特异性（仅针对特定抗定抗 原表位）的抗体。特性：具有纯度高、特异性强、效价高、少或无血清交叉反应，制备成本低可大量生产等。应用：疾病的诊断、特异性抗原或蛋白的检测和鉴定、疾病的被动免疫治疗和生物导向药物的制备等。单克隆抗体函待解决的关键问题之一是鼠源抗体引起人的抗小鼠抗体反应。,二 . 单克隆抗体,基本原理,细胞工程抗体杂交瘤-单克隆抗体,抗体药物的临床应用,三、基因工程抗体（GeAb）,概念：借助DNA重组技术和蛋白质工程技术，按人们的意愿在基因水平上对Ig进行切割、拼接或修饰，重新组装，再转染到合适的受体细胞所表达的新型抗体分子。,基因工程抗体类型,1.人-鼠嵌合抗体2.人源化抗体3.双特异性抗体4. Fab抗体5. Fv抗体6.单链抗体7.单域抗体8.最小识别单位,基因工程抗体种类,在基因水平上将小鼠的Ig可变区与人的Ig恒定区嵌合在一起，所产生的抗体含有70-80%的人Ig分子的序列，在很大程度上减少了单克隆抗体的免疫原性，但这种抗体尚存20-30%的鼠源成分，在实际应用过程中仍可刺激机体产生较强的抗独特型反应。,1.人-鼠嵌合抗体,Pr 鼠VH 人 CH Pr 鼠VL 人 CL,免疫球蛋白基因载体的构建,H链嵌合载体,L 链嵌合载体,共转染细胞,启动子,人-鼠嵌合抗体基因工程改造策略,鼠VH,鼠VL,人CL,人CH,抗体分泌细胞,人-鼠嵌合基因工程抗体,2.人源性抗体（CDR移植）,鼠单克隆抗体V区的人源化人源性抗体又称CDR移植抗体,CDR序列,CDR序列,鼠单克隆抗体,人抗体,人源性抗体,鼠单克隆V区人源化（CDR移植）,鼠单抗人源化,3.双特异性抗体（BsAb）,也称双功能抗体或杂交抗体，为非天然抗体。其两个抗原结合部位具有不同的特异性，因此，化学结构上虽是双价的，结合抗原的功能却是单价的。而天然抗体在化学结构及功能上均是双价的。由于其双特异性，它可以同时与两种抗原发生发应并使之交联，因而可介导标记物与靶抗原结合，或使某种效应因子定位于靶细胞，在介导肿瘤的细胞杀伤中尤为有用。,3.双特异性抗体,细胞毒性免疫效应细胞,靶细胞,-S-S-,Fab,VL,-S-S-,CH1,VH,VL,Fv,VH,VL,CTL,CD3,TUMORCELL,-S-S-,抗原A,抗原B,3.双特异性抗体,抗体的小分子化,能与抗原结合的抗体小分子Fv片段称为小分子抗体，包括Fab、Fv及单链抗体（Sc Fv）、双特异性抗体、单域抗体（H链V区单链）等。,4. Fab抗体,概念：Fab片段由H链Fd段和完整L链通过二硫键形成的异二聚体，仅含一个抗原结合位点。用木瓜水解酶消化抗体可获得2个Fab片段。表达：在Fab基因表达时，5端带上细菌蛋白信号肽基因