医学免疫学：第4章 抗体

1、第四章第四章 抗抗 体体 (Antibody, Ab) 医学免疫学医学免疫学 Medical Immunology Contents 第二节第二节 抗体的多样性和免疫原性抗体的多样性和免疫原性 第三节第三节 抗体的功能抗体的功能 第四节第四节 各类各类Ab的特性与功能的特性与功能 第五节第五节 人工制备抗体人工制备抗体 目的要求目的要求 1 1、掌握抗体、掌握抗体、IgIg的概念；掌握的概念；掌握AbAb的基本结构的基本结构，熟悉熟悉 AbAb的其他成分及酶解片段。的其他成分及酶解片段。 2 2、熟悉、熟悉AbAb的多样性及免疫原性。的多样性及免疫原性。 3 3、掌握掌握AbAb的功能。的功能

2、。 4 4、掌握各类、掌握各类AbAb的特性与功能。的特性与功能。 5 5、掌握单克隆抗体的概念，、掌握单克隆抗体的概念，了解基因工程抗体、抗了解基因工程抗体、抗 体的制备。体的制备。 Emil von Behring, 1901, antitoxins Georeges Kohler and Cesar Milstein, 1984, monoclonal antibody Susumu Tonegama,1987, structure of Ig gene Gerald Edelman and Rodney Porter, 1972, structure of antibody Paul

3、Ehrlich , 1908, production of antibody Nobel Prize winnersNobel Prize winners v抗体（抗体（antibody, Ab） 是介导体液免疫的重要效应分子，是是介导体液免疫的重要效应分子，是B细胞接受抗原刺细胞接受抗原刺 激后增殖分化为浆细胞所产生的、能与抗原发生特异性结激后增殖分化为浆细胞所产生的、能与抗原发生特异性结 合的免疫球蛋白合的免疫球蛋白(糖蛋白糖蛋白)，主要存在于血清等体液中。，主要存在于血清等体液中。 Antibody 浆细胞浆细胞 B cell 抗原抗原 抗体是免疫球蛋白抗体是免疫球蛋白 1938年年 T

4、ielius和和Kabat 证实抗体是主要存在于证实抗体是主要存在于 球蛋白中球蛋白中 v免疫球蛋白（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。具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。 分泌型分泌型：存在于体液中，具有抗体的各种功能：存在于体液中，具有抗体的各种功能 膜型膜型：B细胞膜上的抗原受体。细胞膜上的抗原受体。 Ab=Ig,IgAbAb=Ig,IgAb； AbAb是功能描述，是功能描述，IgIg是化学结构描述是化学结构描述 一一. Ab的基本结构的基本结构 N端端 C端端 四肽链结构四肽链结构 ，二硫键连接，二硫键连接 两条相同的

5、重链（两条相同的重链（H H）和和 两条相同的轻链（两条相同的轻链（L L） 氨基端氨基端(N)(N)和羧基端和羧基端(C)(C)。 “Y”形形 N端端 v1. 重链重链（heavy chain，H） 由由450550氨基酸组成，氨基酸组成， 分子量约为分子量约为5075KDa ( (一一) )重链和轻链重链和轻链 根据根据重链重链的不同的不同- 同一类同一类AbAb根据其根据其铰链区氨基酸组成和重链二硫键铰链区氨基酸组成和重链二硫键的数的数 目和位置的差别，又可分为不同的亚类目和位置的差别，又可分为不同的亚类( (subclass) ) 如如IgG分为分为IgG1IgG4 IgA分为分为Ig

6、A1，IgA2 v 2. 轻链轻链（light chain，L） 由214个氨基酸残基组成，分子量约为25KDa。 轻链分轻链分2型型(type)： 、 ，功能无差异。 链个别氨基酸的差异可以分为四个亚型链个别氨基酸的差异可以分为四个亚型 (subtype)： 1、2、 3、 4。 同一个天然同一个天然Ab分子的分子的两条轻链的型别总是相同的两条轻链的型别总是相同的 不同种属中两型轻链的比例不同不同种属中两型轻链的比例不同。 、 比例异常比例异常? :1 :1 20:1(小鼠) q可变区可变区（variable region，V区）区） Ab轻链和重链中靠近轻链和重链中靠近N端的端的110个氨

7、基酸个氨基酸 序列变化较大的区域，称为序列变化较大的区域，称为可变区（可变区（V区）区） 重链和轻链的可变区分别称为重链和轻链的可变区分别称为VH和和VL。 重链重链1/4和轻链和轻链1/2 组成。组成。 q 恒定区恒定区（constant region，C区）区） 靠近靠近C端的氨基酸序列相对稳定的区域，端的氨基酸序列相对稳定的区域， 称为恒定区（称为恒定区（C区）区） 占重链的占重链的3/4和轻链的和轻链的1/2 ( (二二) ) AbAb的的可变区和恒定区可变区和恒定区 v 1. 可变区可变区（variable region，V区）区） n VHVH和和VLVL各有各有3 3个区域的氨基

8、酸组成和排列个区域的氨基酸组成和排列 顺序顺序高度高度可变可变-高变区高变区( Hypervariable region ,HVR) n该区域形成与抗原表位互补的空间构象又该区域形成与抗原表位互补的空间构象又 称为称为互补决定区互补决定区（ complementarity determining regions, CDR ） 重链和轻链各有三个CDR CDR1,CDR2,CDR3CDR1,CDR2,CDR3, , 共同构成共同构成AbAb的的抗原抗原 结合部位结合部位（antigen-binding site）。 n 骨架区（骨架区（framework region, FR）：）： 在在V区中

9、，区中，CDR之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变 化。化。 VH和和VL各有各有四个骨架区。四个骨架区。 2.2.恒定区（恒定区（constant region，C区）区）： 重链和轻链的重链和轻链的C C区分别称为区分别称为 CHCH和和CLCL，不同类不同类AbAb的重链的重链CHCH 长度不一，长度不一， IgGIgG、IgAIgA和和IgDIgD：CH1、CH2 和和CH3； IgMIgM和和IgEIgE：CH1、CH2、 CH3和和CH4。 CH4 位于位于CH1CH1与与CH2CH2之间，含有丰富的之间，含有丰富的脯氨酸脯氨酸， 因此因

10、此易伸展弯曲易伸展弯曲-有利于两臂同时结合有利于两臂同时结合2 2个抗原表位个抗原表位 易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。 ( (三三) )绞链区绞链区（hinge region） IgM,IgEIgM,IgE无铰链区无铰链区 v 借助借助Ab的两条的两条H、L链内二硫键的相互作用，将链内二硫键的相互作用，将 肽链折叠成几个具有特殊生物学功能的球形结构，肽链折叠成几个具有特殊生物学功能的球形结构， 这些结构又叫这些结构又叫Ig的结构域或功能区的结构域或功能区。 v一般重链有一般重链有45个个D 轻链有轻链有2个个D。 ( (四四) )结构域结构域(domain)

11、domain v每个结构域约含每个结构域约含110个氨基酸残基，二级结构折叠形成反个氨基酸残基，二级结构折叠形成反 向平行的向平行的 片层，由一个链内二硫键垂直连接，构成片层，由一个链内二硫键垂直连接，构成 桶桶 状结构，又称为状结构，又称为免疫球蛋白折叠免疫球蛋白折叠(immunoglobulin fold)。 v具有具有 桶状结构的分子称为桶状结构的分子称为Ig超家族超家族 （immunoglobulin superfamily，IgSF）。 Unfolded VL region showing 8 antiparallel -pleated sheets connected by loo

12、ps. NH2 COOH S S The Immunoglobulin Fold v（一）一） J链链（joining chain） 富含半胱氨酸，由富含半胱氨酸，由浆细胞合成浆细胞合成，主要功能是将单体，主要功能是将单体 的的Ab分子连接成为二聚体或多聚体。分子连接成为二聚体或多聚体。 二、二、AbAb的辅助成分的辅助成分 IgMsIgA v（ 二）分泌片二）分泌片（secretory piece，SP） 又称为分泌成分又称为分泌成分（secretory component，SC），），是分泌型是分泌型 IgA的辅助成分，由的辅助成分，由粘膜上皮细胞粘膜上皮细胞合成和分泌，为合成和分泌，为

13、一条含糖的肽链。一条含糖的肽链。 保护保护sIgAsIgA的铰链区免受蛋白酶的水解破坏的铰链区免受蛋白酶的水解破坏 介导介导IgAIgA二聚体二聚体跨膜跨膜的转运。的转运。 J 链链 分泌片分泌片 sIgA 木瓜蛋白酶（木瓜蛋白酶（papainpapain）和和胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)(pepsin) 最常用的最常用的AbAb的蛋白水解酶，的蛋白水解酶， 研究研究AbAb的结构与功能的结构与功能 分离和纯化特定的分离和纯化特定的AbAb片段片段 三、三、AbAb的水解片段的水解片段 Fab：单价抗体活性单价抗体活性 Fc：无抗原结合活性，能够与无抗原结合活性，能够与Fc受体结合受体结合

14、 v 木瓜蛋白酶水解片段木瓜蛋白酶水解片段 Fab段（段（fragment of antigen binding） Fc段（段（fragment of crystallizable ） v 胃蛋白酶水解片段胃蛋白酶水解片段 pFc：小分子肽片段，无生物活性小分子肽片段，无生物活性 临床意义：临床意义：阐明阐明AbAb的结构及生物活性的结构及生物活性 有利于生物制品的生产和纯化有利于生物制品的生产和纯化 避免超敏反应的发生避免超敏反应的发生 F(ab)2：具双价抗体活性具双价抗体活性,可结合两个抗原表位。可结合两个抗原表位。 第二节第二节 抗体的多样性和免疫原性抗体的多样性和免疫原性 抗原数目繁

15、多抗原数目繁多 每一抗原含有不同表位每一抗原含有不同表位 针对同一表位产生的抗体类型不同针对同一表位产生的抗体类型不同 抗体的多样性：不同抗原刺激抗体的多样性：不同抗原刺激B B细胞所产生的抗体在细胞所产生的抗体在特异性特异性 及类型方面及类型方面均不尽相同呈现明显的多样性均不尽相同呈现明显的多样性 q将将AbAb作为抗原在异种、同种异体或自身体内进行免作为抗原在异种、同种异体或自身体内进行免 疫，均能诱导机体发生免疫应答，产生相应的抗体，疫，均能诱导机体发生免疫应答，产生相应的抗体， 这些抗体可用血清学方法进行检测，因此称为这些抗体可用血清学方法进行检测，因此称为AbAb的血的血 清型清型

16、qAbAb分子上有三类不同的抗原表位分子上有三类不同的抗原表位, ,分别为分别为同同 种型、同种异型、独特型种型、同种异型、独特型抗原表位。抗原表位。 AbAb的免疫原性：的免疫原性： 抗体是蛋抗体是蛋 白质吗？白质吗？ 同种型（同种型（isotype）：同一种属所有个体的同一种属所有个体的Ab分子共分子共 有的抗原标志，是有的抗原标志，是种属型标志种属型标志。位于。位于Ab的的 C区。区。 Human Ab Anti-human Ab 同种异型（同种异型（allotype）：同一种属但不同个体的同一种属但不同个体的Ab 分子所具有的不同抗原表位，为分子所具有的不同抗原表位，为个体型个体型标志

17、标志。 位于位于Ab的的 C区。区。 IgG Anti-IgG 独特型（独特型（idiotype，Id）：同一种属、同一个体来源的同一种属、同一个体来源的Ab分子，分子， 由于其由于其CDR区氨基酸排列顺序的不同，可显示不同的免疫原性，区氨基酸排列顺序的不同，可显示不同的免疫原性， 称为独特型。称为独特型。 每一个每一个Ab分子所特有的抗原特异性，其表位又称为分子所特有的抗原特异性，其表位又称为独特位独特位 （idiotope）。主要位于主要位于V区。区。 由独特型表位在不同甚至同一个体中刺激产生的抗体，称为由独特型表位在不同甚至同一个体中刺激产生的抗体，称为抗抗 独特型抗体（独特型抗体（an

18、ti-idiotype antibody，AId） 一、一、V区的功能区的功能 识别并特异性结合抗原。识别并特异性结合抗原。 第三节抗体的功能第三节抗体的功能 与抗原结合后，可介导体与抗原结合后，可介导体 内的多种生理和病理效应内的多种生理和病理效应 （中和病毒、毒素中和病毒、毒素），体外），体外 可产生凝集、沉淀现象用于可产生凝集、沉淀现象用于 检测等检测等. . a.Toxin Neutralization Preventing Bacterial Adherence Virus-blocking Antibodies 二二 、激活补体激活补体 当当IgG1-3和和IgMIgM类抗体通过补

19、体经典途径激活补体。类抗体通过补体经典途径激活补体。 三、三、 结合结合Fc受体受体-IgG, IgA, IgE v 1.调理作用（调理作用（oponization）：特异性特异性IgG （IgG1,IgG3）的的Fab与抗原表位结合其与抗原表位结合其Fc段与中段与中 性粒细胞、巨噬细胞上的性粒细胞、巨噬细胞上的IgGFc受体结合，从而受体结合，从而 增强吞噬细胞的吞噬作用。增强吞噬细胞的吞噬作用。 2.细菌与其抗细菌与其抗 体结合体结合 3.3.抗原抗体复合物通过抗原抗体复合物通过FcFc段与段与 吞噬细胞表面的吞噬细胞表面的FcRFcR结合结合 4.吞噬作用增强吞噬作用增强 1.1.吞噬作

20、用低吞噬作用低 吞噬细胞吞噬细胞 细菌细菌 FcFc受体受体 v2.抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用( Antibody- dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC): Ab的的Fab段与靶细胞的抗原表位结合，其段与靶细胞的抗原表位结合，其Fc段与杀段与杀 伤细胞（伤细胞（NK细胞、巨噬细胞等）表面的细胞、巨噬细胞等）表面的Fc受体，受体， 介导杀伤细胞直接杀伤靶细胞。介导杀伤细胞直接杀伤靶细胞。 v3.介导介导I型超敏反应型超敏反应IgE 见第17章 四、四、 穿过胎盘和粘膜：穿过胎盘和粘膜： IgG+FcRn，穿越胎盘

21、穿越胎盘 IgA参与粘膜局部免疫参与粘膜局部免疫 滋养层滋养层 五五 、 免疫调节作用免疫调节作用 (见见16章章) IgA通过黏膜示意图通过黏膜示意图 第四节第四节 各类各类Ab的特性与功能的特性与功能 五类五类Ab的基本结构的基本结构 p IgG于出生后于出生后3个月开始合成。个月开始合成。 p 血清和细胞外液中血清和细胞外液中含量最高的含量最高的Ig p 半衰期约为半衰期约为23天，是天，是再次免疫应答再次免疫应答的主要抗体的主要抗体 p IgG1、IgG2和和IgG3的的CH2能通过经典途径激活补体。能通过经典途径激活补体。 p IgG是是能通过胎盘的抗体能通过胎盘的抗体-新生儿抗感染

22、新生儿抗感染。（。（IgG1，IgG3，IgG4） p 通过通过Fc段段,发挥调理作用；与发挥调理作用；与NK细胞结合，发挥细胞结合，发挥ADCC作用；作用； 与葡萄球菌蛋白与葡萄球菌蛋白A（SPA）结合）结合可以纯化抗体，也可以用于可以纯化抗体，也可以用于 免疫诊断免疫诊断。 p 抗感染抗感染作用最强（抗菌，抗病毒，抗毒素）作用最强（抗菌，抗病毒，抗毒素） （抗感染免疫的（抗感染免疫的“主力部队主力部队”） 产生迟，维持久（迟来迟去）产生迟，维持久（迟来迟去） p 参与参与II、III型超敏反应。型超敏反应。 一、一、IgG J 为五聚体，是分子量为五聚体，是分子量最大的最大的Ig，称巨球蛋

23、白。称巨球蛋白。 J 天然血型抗体天然血型抗体是是IgM J IgM激活补体能力激活补体能力比比IgG强。强。 J IgM是个体发育过程是个体发育过程最早产生的抗体最早产生的抗体，胚胎晚期已能合成，新，胚胎晚期已能合成，新 生儿脐带血中若生儿脐带血中若IgM水平升高，表示该儿曾有宫内感染水平升高，表示该儿曾有宫内感染 J IgM是是初次免疫应答中最早初次免疫应答中最早出现的抗体；检测出现的抗体；检测IgM水平可用于水平可用于 传染病的传染病的早期诊断早期诊断。早来早去早来早去（抗感染免疫的（抗感染免疫的“先锋部队先锋部队”） J 也可参与也可参与II、III型超敏反应型超敏反应 J mIgMm

24、IgM是是B B细胞抗原受体的主要成分细胞抗原受体的主要成分 只表达只表达mIgM 是未成熟是未成熟B细胞的标志。细胞的标志。 二、二、IgM B cell surface Ig Y Y Y Y B Immature B cell 分为分为血清型血清型和和分泌型分泌型两种，两种， p血清型：血清型：单体存在于血清中，占血清单体存在于血清中，占血清Ig总量的总量的10-15%。 p分泌型分泌型IgA（SIgA）是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处 的固有层中浆细胞产生。的固有层中浆细胞产生。 主要存在于主要存在于初乳、唾液、泪液，以及呼吸道消化道和泌尿生初乳、唾液

25、、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殖道黏膜表面的分泌液中。 pSIgA是外分泌液中的主要抗体，参与是外分泌液中的主要抗体，参与局部黏膜免疫局部黏膜免疫 抗感染免疫的抗感染免疫的“地方部队地方部队” 三、三、IgA u单体形式存在血清中，含量很低，仅占血清总单体形式存在血清中，含量很低，仅占血清总IgIg的的 0.0.3%.3%.血清中的血清中的IgDIgD功能不清功能不清 uIgDIgD铰链区较长铰链区较长，已被蛋白酶水解，所以半衰期短（，已被蛋白酶水解，所以半衰期短（3 3天）天） u膜结合型膜结合型IgD，构成构成BCR，是是B细胞的成熟的标志细胞的成熟的标志 四、四

26、、IgD Y Y Y Y Y Y Mature naive B cell Y Y IgM IgD IgD IgD IgD IgM IgM IgM B (又称亲细胞抗体，主要由粘膜下淋巴组织中浆细胞分泌又称亲细胞抗体，主要由粘膜下淋巴组织中浆细胞分泌 (血清含量最少血清含量最少 (CH2和和CH3功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和 力力FcR结合，引起结合，引起I型超敏反应型超敏反应 (结合嗜酸性粒细胞，有效结合嗜酸性粒细胞，有效杀伤寄生虫杀伤寄生虫 五、五、IgE 第五节第五节 人工制备抗体人工制备抗体 一、多克隆抗体一、多克隆抗体 二、单克隆

27、抗体二、单克隆抗体 （monoclonal antibody, mAb) ) 三、基因工程抗体三、基因工程抗体 一、多克隆抗体一、多克隆抗体 传统传统抗血清抗血清 抗抗 原原 免免 疫疫 所有抗所有抗体体混合混合 1 2 34 BALB/ c 1234 1 2 34 优点优点：作用全面：作用全面 来源广泛来源广泛 容易制备容易制备 缺点：缺点：特异性低特异性低 交叉反应交叉反应 1975年单克隆抗体技术建立年单克隆抗体技术建立 Georges J.F. Kohler 瑞士瑞士 （1946 1995） Car Milstein 阿根廷阿根廷/英国英国 （1927- 2002） 1984年获诺贝尔奖金年获诺贝尔奖金 二、单克隆抗体二、单克隆抗体 （monoclonal antibody, mAb) ) 二、单克隆抗体二、单克隆抗体 （monoclonal antibody, mAb) ) 概念：由单一杂交瘤细胞产生概念：由单一杂交瘤细胞产生，针对单一抗原，针对单一抗原 表位的特异性抗体，称为单克隆抗体表位的特异性抗体，称为单克隆抗体 单克隆抗体的优点单克隆