《免疫球蛋白》PPT课件

1、第五章 免疫分子（一）：免疫球蛋白,一、基本概念 二、免疫球蛋白的结构 三、免疫球蛋白的异质性 四、免疫球蛋白的功能 五、各类免疫球蛋白的特性 六、人工制备抗体,一、基本概念,是B细胞接受抗原的刺激后分化为浆细胞所分泌的一类能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的糖蛋白，主要存在于血清等体液中，是介导体液免疫的重要效应分子。, 免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）,指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。过去称为-球蛋白。主要存在于血液、某些黏液中。也可作为抗原识别受体存在于B细胞表面。, 抗体（Antibody，Ab）,抗体都是免疫球蛋白，而免疫球蛋白不一定是抗体。,Ig,分泌

2、型：sIg （抗体） 膜 型 ：mIg （BCR）,血清电泳时，抗体主要位于球蛋白的区，少量延伸至区和2、1球蛋白区，故抗体曾有球蛋白（或丙种球蛋白）之称。,IgG,IgM,IgA,IgD,二、免疫球蛋白的结构,（一） Ig基本结构（Ig单体）, 四肽链结构 ，链间二硫键连接 两条重链和两条轻链构成（H2L2） 可变区（V）和恒定区（C） 氨基端和羧基端,（1）重链 由450-550个氨基酸残基组成，分子量约5075kD ，分为、 、和链，据重链近羧基端氨基酸组成及排列顺序不同，分为5类即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。 （2）轻链 长度约为重链的1/2，由210个氨基酸残基组成，分子

3、量约25kD。 Ig分为和两型，一个天然Ig分子两条轻链的型别总是相同的。,1、重链和轻链,2、可变区和恒定区,（1）可变区（V区）（VH/VL, Fv） 识别、结合抗原 近N端，氨基酸序列变化较大的区域（约占1/4重链、1/2轻链）。 高变区（HVR）：或互补决定区（CDR1-3） ，氨基酸组成和排序高度可 变的3个区域，抗原结合部位。 Ig的高变区结构也是该Ig分子的 独特型（idiotype）或独特型抗原决定簇（idiotypic determinant） 所在位置。 骨架区（FR1-4）：CDR以外的区域，氨基酸组成和排列顺序相对不易变化。 （2）恒定区（C区）（CH/CL） 与效应功

4、能有关 近C端，氨基酸序列较保守的区域。 不同重链CH长度不一：IgG、IgA、IgD有CH1、CH2、CH3 3个结构域。 IgM、IgE有CH1、CH2、CH3 、CH4 4个结构域。 不同型（ 或 ）的CL长度基本一致。,3、绞链区(Hinge region),位于CH1和CH2之间，富含脯氨酸而易伸展弯曲，能改变两个Y形臂之间的距离，有利于两臂同时结合两个不同的抗原表位。有利于暴露补体结合位点；对蛋白酶敏感。,Flexibility of immunoglobulins,4、免疫球蛋白肽链功能区（免疫球蛋白结构域）,每条肽链折叠成几个由链内二硫键连接的球形结构域，每个结构域约由110个

5、氨基酸组成，具有不同的生物学功能，称为Ig的功能区。,1）VH、VL-Ag特异性结合部位 2）CH1、CL-某些同种异型的遗传标志 3）IgG的CH2、IgM的CH3： 补体C1q结合点，激活补体经典途径 4）IgG的CH3 结合单核/巨噬细胞表面FcR,免疫球蛋白的结构域,Ig的每个结构域：约含110氨基酸残基，其二级结构是多肽链折叠而成的2个反向平行的折叠， 2个折叠以其中心的2个半胱氨酸残基形成的二硫键连接，形成桶状结构。许多膜型或分泌型分子均含这种独特的桶状结构，被归于免疫球蛋白超家族（IgSF）。,免疫球蛋白超家族 (Immunoglobulin superfamily, IGSF)

6、：,许多细胞膜表面和机体的某些蛋白分子，其多肽链折叠方式与Ig折叠相似，在DNA水平上和氨基酸序列上与IgV区或Ig C区有较高的同源性。编码这些多肽链的基因被称为免疫球蛋白基因超家族，基因表达产物称为免疫球蛋白超家族。,（二）辅助结构,1、J链（joining chain）： 由浆细胞合成的富含半胱氨酸的多肽链； 功能：以二硫键的形式共价结合到Ig的重链上，在羧基端连接Ig 单体为二聚体或五聚体，起稳定多聚体结构及参与体内转运的作用。,2、分泌片（secretory piece，SP）： 分泌型IgA（S IgA ）分子上的辅助成分，为一种含糖肽链，由黏膜上皮细胞合成和分泌； 功能：以非共价

7、形式结合到二聚体上，保护S IgA 铰链区免被酶解，介导IgA从黏膜下转运到黏膜表面。,（三）免疫球蛋白的水解片段,Fab： 抗原结合片段（fragment of antigen binding） 轻链VH、CH1 Fc：可结晶片段（fragment crystallizable） CH2和CH3 介导抗体的效应功能（结合补体和细胞等）,1、木瓜蛋白酶(papain)水解IgG,（作用于铰链区二硫键所连接2条H链近N端）,2、胃蛋白酶(pepsin)水解IgG,F(ab)2：一个具有双价活性的F（ab）2段及铰链区 pFc：若干个小分子多肽碎片（小片段）,（作用于铰链区二硫键所连接2条H链近C

8、端）,避免了Fc段抗原性可能引起的副作用，被广泛用于生物制品（如破伤风抗毒素等）。,不同抗原表位刺激所产生不同的抗体分子，其识别抗原的特异性不同（V区不同） 同一抗原表位诱生的类型不同的抗体，其识别抗原的特异性相同（C区不同） 免疫球蛋白同时可作为抗原，其具有不同的抗原特异性,免疫球蛋白具有异质性,三、免疫球蛋白的异质性,指抗体在结构和功能上不均一性或差异性总和。,（一）多种机制导致抗体的异质性,（二）免疫球蛋白的类别和型别,1、类,同一种属所用个体，据抗体重链C区氨基酸组成差异，可分五类重链及相应的五类抗体：对应Ig分别为IgM-、IgD-、IgG-、IgA、IgE-。,2、亚类,同一类Ig

9、据重链铰链区氨基酸残基组成、二硫键数目、位置不同，又可分不同亚类。IgG有IgG1 IgG4亚类， IgA有IgA1 、IgA2亚类， IgM有 IgM1、 IgM2亚类，IgD和IgE尚未发现亚类。,3、型,同一种属所用个体，据抗体轻链C区氨基酸组成差异，可分和两型。,4、亚型,型Ig中，据其链C区氨基端个别氨基酸差异，分1 4亚型。,（三）免疫球蛋白的血清型（三种抗原表位）,1、同种型（isotype）：种属特异性标志 指同一种属所有个体Ig分子共有的抗原特异性标志，其表位存在于IgC区。 2、同种异型（allotype）：个体特异性标志 指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同抗原特异性

10、标志，其表位主要存在于IgC区的一个或数个氨基酸的差异，它是由于个体的遗传基因决定的， 3、独特型（idiotope）：免疫调节网络 每个Ig分子所特有的抗原特异性标志，其表位存在于IgV区（又称独特位）。其刺激机体产生相应的抗体，即独特型抗体。,抗体具有的三种抗原表位,独特型,同种型,同种异型,四、免疫球蛋白的功能,（一）IgV区的功能,识别并特异性结合抗原。,分泌型Ig：抗体，与抗原结合后，在体内，具有中和 毒素、阻断病原入侵、清除病原微生物等 免疫防御功能；在体外，有利于抗原或抗体 的检测和功能的判断。 膜型Ig：BCR，特异性识别抗原分子，介导体液免疫 应答。,（二）IgC区的功能,1

11、、激活补体 2、结合Fc段受体 （1）调理作用 （2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 （Ab-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC） （3）介导型超敏反应 3、穿过胎盘和黏膜,IgM、IgG13 激活补体经典途径 IgG1、IgG2、IgG3和IgM与相应抗原结合后，可因构型改变而使其CH2和CH3结构域内的补体结合点暴露，从而通过经典途径激活补体系统，产生多种效应功能。 凝聚的IgA或IgG4 激活补体旁路途径 IgG4、IgA和IgE形成聚合物后可通过旁路途径激活补体系统。,1、激活补体,2、结合Fc段受体,（1）调理作用,抗体如IgG的Fc段

12、与中性粒细胞、巨噬细胞上的IgG Fc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 （Ab-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC）,指具有杀伤活性的细胞如NK细胞通过其表面表达的Fc受体，识别包被于靶抗原（如细菌或肿瘤细胞）上抗体的Fc段，直接杀伤靶细胞。,IgG是唯一能通过胎盘的免疫球蛋白，是一种重要的自然被动免疫机制，对于新生儿抗感染具有重要意义。 sIgA可通过呼吸道和消化道的粘膜，是粘膜局部免疫的最主要因素。,（3）介导型超敏反应,IgE为亲细胞抗体，可通过其Fc段与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面FcR结合，使其

13、致敏。若相同变应原再次进入机体，与致敏靶细胞表面特异性IgE结合，促使靶细胞释放多种生物活性物质，引起型超敏反应。,3、穿过胎盘和黏膜,五、各类免疫球蛋白的特性与功能,血清中的主要抗体成分（75-80%）；半衰期长（20-23天） 出生后3个月开始合成，3-5岁接近成人水平 IgG多为单体，分4个亚类： IgG1、IgG2、 IgG3、IgG4 机体再次免疫应答的主要抗体，具有高亲和力，多数抗菌、抗病毒、中和毒素的抗体均属IgG类 是唯一能通过胎盘的Ig，发挥自然被动免疫功能 具有活化补体经典途径的能力（IgG3IgG1IgG2） 可与巨噬细胞、NK细胞表面Fc受体结合，具有调理作用、ADCC

14、作用等 参与型、型超敏反应，某些自身免疫病的抗体也属IgG,（一）IgG的特性和功能,结构：分泌型和膜型 五聚体，分子量最大，称为巨球蛋白，一般不易透出血管； 个体发育中最先出现的Ig，胚胎晚期即能产生，脐带血IgM增高提示胎儿曾在宫内感染（如风疹病毒、巨细胞病毒感染等）； 抗原初次刺激机体时，是体内最先产生的Ig，半衰期短；故检测IgM水平可用于传染病的早期诊断； 具有较多的抗原结合位点，有强大激活补体能力和调理作用（IgG），在机体早期免疫防御中具有重要作用； 天然血型抗体是IgM。,（二）IgM的特性和功能,Ig重链C区基因的3端含有编码疏水性跨膜区的两个外显子（M1、M2）及多腺苷酸化

15、位点（PA），mRNA转录本的替代剪切产生两种不同的mRNA，带有M1和M2外显子序列者指导膜型Ig链的合成， M1和M2 序列被剪除者指导分泌型Ig链的合成。,分为单体的血清型和二聚体的分泌型IgA 血清型IgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生，分泌型IgA 主要由黏膜相关淋巴组织中浆细胞产生，存在于唾液、泪液、乳汁及呼吸道、消化道、泌尿道的分泌液中和黏膜表面，是机体黏膜局部抗感染免疫的重要因素 初乳中含有高浓度的sIgA，可对婴幼儿发挥自然被动免疫作用。sIgA于出生后46个月开始合成，至青少年时期达成人水平。婴幼儿因sIgA合成不足，易患呼吸道、胃肠道感染。 调理吞噬、中和毒素,（三）

16、IgA的特性和功能,血清中含量低（1%），生物学作用尚不清楚，半衰期很短，约为25天 mIgD是成熟B细胞的重要标志 活化B细胞或记忆B细胞不表达IgD,mIgM,mIgD,成熟B细胞,活化B细胞,未成熟B细胞,（四）IgD的特性和功能,是血清中含量最低的Ig 主要由呼吸道、胃肠道粘膜固有层的浆细胞产生 属嗜细胞抗体，可与肥大细胞、嗜碱粒细胞表面FcR结合，介导I型超敏反应,（五）IgE的特性和功能,多克隆抗体 单克隆抗体 基因工程抗体,六、人工制备抗体,（一）多克隆抗体（polyclonal antibody, PcAb）,概念：,用含多种抗原决定簇的抗原物质免疫动物，刺激多个B细胞克隆所获

17、得的免疫血清（含多种抗体的混合物），即为多克隆抗体。,特点：,来源广泛，制备容易；特异性不高。,（二）单克隆抗体（monoclonal antibody, mAb）,概念：,单克隆抗体指由一个克隆细胞产生、只作用于某一抗原决定基的均一抗体。,特点：,结构高度均一，纯度高、特异性强、效价高、无交叉反应。,借助小鼠B细胞杂交瘤（hybridoma）技术，可以大量制备纯度高、特异性强的单克隆抗体。,应用：,（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,单克隆抗体技术,1、制备小鼠免疫细胞和培养骨髓瘤细胞 2、PEG诱导融合 3、HAT培养基筛选杂交瘤细胞 4、阳性克隆的筛选和克隆化 5、克隆扩增及大量制备McAb,HAT培养基：含有次黄嘌呤（hypoxantin）、氨基蝶呤（aminopterin）和胸腺嘧啶 脱氧核苷（thymidin），只有杂交瘤细胞能生