医学免疫学：4第四章 免疫球蛋白

1、 第四章第四章 免疫球蛋免疫球蛋 白白 Immunoglobulin, Ig 1890年，德国年，德国Koch实验室实验室 Behring和和Kitasato：白喉杆：白喉杆 菌外毒素免疫的动物血清中有菌外毒素免疫的动物血清中有 一种能中和外毒素的物质，当一种能中和外毒素的物质，当 时称为抗毒素，即现在的抗体。时称为抗毒素，即现在的抗体。 1891年年Behring用抗白喉外毒用抗白喉外毒 素的免疫血清治疗白喉患者获素的免疫血清治疗白喉患者获 得成功。得成功。 1901年获第一届诺贝尔医学年获第一届诺贝尔医学 奖奖 白喉抗毒素、血清疗法创始白喉抗毒素、血清疗法创始 人：人：emil von b

2、ehring，18 541917 抗毒素的发现抗毒素的发现 抗体抗体 (antibody, Ab) 是介导体液是介导体液 免疫应答的重要免疫应答的重要 效应分子，是效应分子，是B 淋巴细胞在有效淋巴细胞在有效 抗原刺激下分化抗原刺激下分化 为浆细胞，产生为浆细胞，产生 具有与相应抗原具有与相应抗原 特异性结合的免特异性结合的免 疫球蛋白。疫球蛋白。 两个概念两个概念 免疫球蛋白免疫球蛋白 (Immunoglobulin, Ig) 是指具有抗体是指具有抗体 活性或化学结构活性或化学结构 与抗体相似的球与抗体相似的球 蛋白。蛋白。 免疫球蛋白可以免疫球蛋白可以 分为：分泌型和分为：分泌型和 膜型。

3、膜型。 关系 Ab是重要的免疫分子，是重要的免疫分子， 主要存在于血液、体液和主要存在于血液、体液和 粘膜分泌液中，介导体液粘膜分泌液中，介导体液 免疫效应。免疫效应。 Ig主要存在于血液和其它主要存在于血液和其它 分泌液中，也可以分泌液中，也可以mIg的形的形 式存在于式存在于B细胞表面。细胞表面。 Ab包含于包含于Ig, IgAb；Ab 是功能描述，是功能描述，Ig是化学结构是化学结构 描述。描述。 1. 重链（重链（heavy chain，H），根据重链抗原），根据重链抗原 性的差异，将性的差异，将Ig分分5类，即类，即M、 D、 G、 A、 E，其重链分别为：，其重链分别为：、。 2.

4、 轻链（轻链（light chain, L） 、型型 第一节第一节 免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构 一、一、Ig的基本结构的基本结构 （一）重链和轻链（一）重链和轻链 可变区（可变区（variable region, VR）指免疫球蛋白轻链）指免疫球蛋白轻链 和重链中靠近和重链中靠近N端氨基酸序列变化较大的区域，分别端氨基酸序列变化较大的区域，分别 占重链和轻链的占重链和轻链的1/4和和1/2。 恒定区（恒定区（constant region, CR） 骨架区（骨架区（framework region, FR） (二二) 可变区和恒定区可变区和恒定区 高变区（高变区（hypervariabl

5、e region, HVR） 互补决定区（互补决定区（complementarity determining region, CDR ） 结构域结构域 Ig的水解片段的水解片段 1. 木瓜蛋白酶（木瓜蛋白酶（papin) 2. 胃蛋白酶（胃蛋白酶（pepsin） (三三) 铰链区（铰链区（hinge region） 特点特点:： 作用：作用： 1. 铰链区可使铰链区可使Ig分子改变分子改变Y型臂间距，有利型臂间距，有利 于抗体两臂与两个抗原表位的结合；于抗体两臂与两个抗原表位的结合； 2. 通过铰链区的弯曲使通过铰链区的弯曲使Fab段的段的V区可与不区可与不 同抗原表位结合。同抗原表位结合。

6、1. 富含脯氨酸，不易形成富含脯氨酸，不易形成 a螺旋，螺旋，易于易于 伸展弯曲伸展弯曲； 2. 易被蛋白酶水解易被蛋白酶水解。 3. 5类类IgG或亚类的铰链区不完全相同。或亚类的铰链区不完全相同。 二、免疫球蛋白的特殊组分二、免疫球蛋白的特殊组分 (一一) 连接链连接链 (joining chain，J链）链） 由由浆细胞浆细胞产生，以二硫键的形式共价结合到产生，以二硫键的形式共价结合到Ig的的H 链上，将单体链上，将单体Ig分子连接为二聚体或多聚体。分子连接为二聚体或多聚体。 (二二) 分泌片（分泌片（secretory piece，SP） 由由粘膜上皮细胞粘膜上皮细胞合成的一条多肽链，

7、以非合成的一条多肽链，以非 共价键与与共价键与与IgA二聚体结合，分泌到粘膜表二聚体结合，分泌到粘膜表 面，为分泌型面，为分泌型IgA产生所必需。产生所必需。 可保护可保护sIgA免受蛋白酶的水解破坏；介导免受蛋白酶的水解破坏；介导 多聚多聚IgA向粘膜上皮外主动输送的作用。向粘膜上皮外主动输送的作用。 Ig是糖蛋白，可以作为免疫原诱导异种、同种异体甚至自体是糖蛋白，可以作为免疫原诱导异种、同种异体甚至自体B细胞活细胞活 化产生抗体，也就是化产生抗体，也就是Ig的血清型。根据血清型的不同将的血清型。根据血清型的不同将Ig上的抗原表上的抗原表 位分为三种：同种型（位分为三种：同种型（isotyp

8、e），同种异型（），同种异型（allotype）和独特型）和独特型 （idiotype） 抗体具有免疫原性抗体具有免疫原性 1. 同种型：同种型： 同一物种同一物种所有个体共有的所有个体共有的Ig的抗原特异性结构。的抗原特异性结构。 存在于存在于C区。区。 2. 同种异型：同种异型：同一种属不同个体同一种属不同个体间间Ig抗原的特异性差异。抗原的特异性差异。 存在于存在于C区。区。 3. 独特型：独特型： 同一个体同一个体体内不同体内不同B细胞克隆产生的细胞克隆产生的Ig V区区的的 抗原特异性各不相同。抗原特异性各不相同。 其抗体是抗独特型抗体。其抗体是抗独特型抗体。 存在于存在于V区。区。

9、 三、免疫球蛋白的血清型三、免疫球蛋白的血清型 第二节第二节 免疫球蛋白的分类免疫球蛋白的分类 1. 类：类：根据同种系所有个体的根据同种系所有个体的Ig重链重链C区的区的 抗原性分为五类抗原性分为五类： IgM()、IgG()、IgA()、IgD()、IgE() 2. 亚类：同一类亚类：同一类Ig内的氨基酸序列及二硫键的数目和位置：内的氨基酸序列及二硫键的数目和位置： IgG：IgG1、IgG2、IgG3和和IgG4； IgA：IgA1和和IgA2。 3. 型：根据型：根据Ig轻链轻链C区的抗原性分：区的抗原性分： 链和链和链链 4. 亚型：亚型： 链多种亚型，即链多种亚型，即1、2、3、4

10、。 第三节第三节 免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能 V区的功能区的功能 C区的功能区的功能 一、一、V区功能（区功能（ VH、VL） 1. 阻止细菌黏附于细胞；阻止细菌黏附于细胞； 2. 中和病毒中和病毒; 3. 中和外毒素；中和外毒素； 特异性结合抗原特异性结合抗原 CDR区起决定性作用区起决定性作用 1.激活补体：激活补体：IgG的的CH2和和IgM的的CH3 和补体和补体C1q结合，激活补体经典途径结合，激活补体经典途径 2.结合结合Fc受体：受体：Ig Fc段与多种细胞表面段与多种细胞表面Fc受体（受体（FcR）结合，发挥免）结合，发挥免 疫调理作用疫调理作用 调理作用（调理作用（op

11、sonization） 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） IgE 介导介导I型超敏反应型超敏反应 通过胎盘通过胎盘 穿过过粘膜 二、二、C区功能区功能 l调理作用（调理作用（opsonization）：）： 抗体、补体促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗 原的作用。 l抗体的调理作用抗体的调理作用 指IgG的Fc段与中性粒细胞、巨噬细胞上的IgG Fc受体结合，将Fab段结合的抗原与吞噬细胞的 距离拉近，增强吞噬细胞的吞噬作用。 ADCC（Antibody-depe

12、ndent cell-mediated cytotoxicity）：表达）：表达Fc受体的细胞通过识别抗受体的细胞通过识别抗 体的体的Fc段直接杀伤被抗体包被的靶细胞，有段直接杀伤被抗体包被的靶细胞，有NK 细胞、巨噬细胞，以细胞、巨噬细胞，以NK细胞为主。细胞为主。 病毒感染的细胞和肿瘤细胞等病毒感染的细胞和肿瘤细胞等 第四节第四节 各类免疫球蛋白的主要特性各类免疫球蛋白的主要特性 1. IgG（“主力军主力军”） a. 血清含量最高血清含量最高：占血清：占血清Ig的的75- 80%； b. 唯一能主动穿过胎盘唯一能主动穿过胎盘，形成自，形成自 然被动免疫；然被动免疫； c. 4个亚类；激活

13、补体能力个亚类；激活补体能力, IgG3 IgG1IgG2； d. Fc段与相应细胞受体结合发挥段与相应细胞受体结合发挥 功能；功能； e. 半衰期最长，是再次免疫应答半衰期最长，是再次免疫应答 的的主要抗体主要抗体，具有高亲合力；，具有高亲合力； f.是自身抗体中的主要成分。是自身抗体中的主要成分。 a. 分子量最大分子量最大，五聚体，不易穿透血管；，五聚体，不易穿透血管； b. 不能穿过胎盘；不能穿过胎盘； c. 个体发育中最早合成；个体发育中最早合成； d. 体液免疫中最早合成并分泌体液免疫中最早合成并分泌； e. 人体天然血型抗体是人体天然血型抗体是IgM，是发生输血反应的重要原，是发

14、生输血反应的重要原 因；因； f.B细胞抗原受体（细胞抗原受体（BCR）的主要组成部分）的主要组成部分，为，为B细胞细胞 出现的最早标志。膜表面型免疫球蛋白（出现的最早标志。膜表面型免疫球蛋白（menbrane immunoglobulin, mIgM）。）。 2. IgM （“先头部队先头部队”） 3. IgA （“边防军边防军 ”） a. 2个亚型；个亚型； b. 血清型：单体，仅存在于血清中；血清型：单体，仅存在于血清中； c. 分泌型分泌型（SIgA）：二聚体，分子）：二聚体，分子 结构中有结构中有J链和链和SP； SIgA广泛分布于唾液、胃肠呼吸广泛分布于唾液、胃肠呼吸 道粘膜分泌液

15、中，在皮肤和粘膜道粘膜分泌液中，在皮肤和粘膜 表面发挥局部抗感染作用；表面发挥局部抗感染作用； d. 婴儿通过初乳获得婴儿通过初乳获得SIgA，自然被，自然被 动免疫。动免疫。 5. IgE （参与参与I型超敏反应型超敏反应） 主要由呼吸道和消化道粘膜浆细胞产生主要由呼吸道和消化道粘膜浆细胞产生, 肥大细胞及嗜碱性粒细胞具有高度亲和肥大细胞及嗜碱性粒细胞具有高度亲和 性（含高亲和性受体性（含高亲和性受体Fc R ），），参与参与I型型 超敏反应超敏反应 4. IgD （功能不清）（功能不清） a.单体；单体； b.铰链区长，易酶解；铰链区长，易酶解； c.半寿期短，半寿期短，3天；天； d.不

16、能通过胎盘，也不能激活补体；不能通过胎盘，也不能激活补体； e.B细胞发育成熟膜标志细胞发育成熟膜标志B细胞不成熟细胞不成熟 时只表达时只表达SmIgM，成熟后则表达成熟后则表达S mIgM和和SmIgD。 第五节第五节 人工制备抗体人工制备抗体 l 多克隆抗体多克隆抗体（polyclonal antibody）：）： 天然抗原具有多种表位，注入机体将诱发多个天然抗原具有多种表位，注入机体将诱发多个B细胞克隆细胞克隆 发生免疫应答，产生多种针对不同表位的相应抗体。多克发生免疫应答，产生多种针对不同表位的相应抗体。多克 隆细胞所产生的多个抗体的混合物称为多抗。隆细胞所产生的多个抗体的混合物称为多

17、抗。 l 单克隆抗体单克隆抗体（monoclonal antibody）：）： 由一个由一个B细胞克隆产生的针对复合抗原上某一抗原表位的细胞克隆产生的针对复合抗原上某一抗原表位的 均一抗体（或同源抗体）。均一抗体（或同源抗体）。 l 基因工程抗体基因工程抗体 Ag 具有多种不具有多种不 同的抗原决定基同的抗原决定基 不均一的多克隆抗体不均一的多克隆抗体 易出现交叉反应易出现交叉反应 特异性特异性 敏感性敏感性 均一性均一性 McAbPcAb 低低 差差 无无 高高 强强 有有 1. 用于免疫学检测，辅助临床诊断用于免疫学检测，辅助临床诊断 2. 细胞因子及各种膜表面分子的检测细胞因子及各种膜表

18、面分子的检测 3. 连接核素、毒素、药物等制备生物连接核素、毒素、药物等制备生物 导弹用于肿瘤示踪核导向治疗导弹用于肿瘤示踪核导向治疗 4. 对抗器官移植的排斥反应和自身免对抗器官移植的排斥反应和自身免 疫病的临床治疗。疫病的临床治疗。 缺点：有人抗鼠反应缺点：有人抗鼠反应 单克隆和多克隆抗体的比较和用途单克隆和多克隆抗体的比较和用途 基因工程抗体基因工程抗体 (genetic engineering antibody) 目的目的：保留抗体的抗原结合能力、降低生产成本、：保留抗体的抗原结合能力、降低生产成本、 易于大规模易于大规模 生产、减小鼠源性成份。生产、减小鼠源性成份。 基本原理基本原理：借助基因工程手段，将编码：借助基因工程手段，将编码Ab的基因重的基因重 组到真核或原核表达载体上并进行表达。组到真核或原核表达载体上并进行表达。 两个方面两个方面： 1. 改造鼠源单抗，尽量减少