免疫球蛋白 Immunoglobulin课件

1、第四章第四章免疫球蛋白免疫球蛋白Chapter 4 Immunoglobulin 抗体抗体（antibody,Ab）：）：B B细胞识别抗原后增殖分细胞识别抗原后增殖分化为浆细，由浆细胞所产生的，能与抗原发生特化为浆细，由浆细胞所产生的，能与抗原发生特异性结合的球蛋白。主要存在于血清等体液中，异性结合的球蛋白。主要存在于血清等体液中，具有免疫功能。具有免疫功能。免疫球蛋白免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）：）：是指具有是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。分泌型分泌型（secreted Ig, sIg）：）：主要存在于体液中，主要存在

2、于体液中，具有抗体的各种功能。具有抗体的各种功能。膜型膜型( (membrance Ig, mIg) ) ：B B细胞膜上的抗原细胞膜上的抗原受体。受体。第一节第一节 免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构 一、免疫球蛋白的基本结构一、免疫球蛋白的基本结构 Ig Ig 的基本单位都是四肽链的对称结构，由两条相同的重链的基本单位都是四肽链的对称结构，由两条相同的重链（heavy chain, Hheavy chain, H链）和两条相同的轻链（链）和两条相同的轻链（light chain, light chain, L L链）通过链间二硫键连接而成的四肽链结构。链）通过链间二硫键连接而成的四肽链结构。

3、（一）四肽链结构（一）四肽链结构（二）重链和轻链（二）重链和轻链根据抗原根据抗原性的差异性的差异重链重链轻链轻链、和和链链型型和和型型不同重链与轻链组成完整的分子分别为不同重链与轻链组成完整的分子分别为IgM、IgD、IgG14、IgA12和和IgEMolecular structure of ImmunoglobulinBasic structure of ImmunoglobulinHeavy chain and light chain（三）可变区和恒定区（三）可变区和恒定区1 . 可变区可变区（variable region, V区区）在四肽链结构的在四肽链结构的N N端，端，轻链的轻链

4、的1/2与重链的与重链的1/4或或1/5的的氨基酸序列变化很大，称此区为氨基酸序列变化很大，称此区为V区。区。高变区高变区（hypervariable region, HVR) 在在V区内，重链和轻链分别有三处氨基酸残基的组成和区内，重链和轻链分别有三处氨基酸残基的组成和排列顺序比可变区内其他位置上的氨基酸残基更容易变排列顺序比可变区内其他位置上的氨基酸残基更容易变化，称高变区。化，称高变区。 高变区为高变区为IgIg与特异性抗原的决定簇相结合的位置，因与特异性抗原的决定簇相结合的位置，因而称为而称为决定簇互补区（决定簇互补区（complementarity-determining regio

5、n, CDR) )高变区也是高变区也是Ig Ig 独特型决定簇（独特型决定簇（idiotypic idiotypic determinant )determinant )存在的主要部位。存在的主要部位。 Ig Ig 分子可变区球形顶分子可变区球形顶端凹陷的立体结构。端凹陷的立体结构。Variable region and constant region2. 恒定区恒定区( ( constant region , C 区）区） C端轻链的端轻链的1/2和重链的和重链的3/4或或4/5区域的氨基酸数量、种类、区域的氨基酸数量、种类、排列顺序及含糖量在同一种属动物排列顺序及含糖量在同一种属动物IgI

6、g同一同一L L链和同一类链和同一类H H链链中都比较恒定，故称为中都比较恒定，故称为恒定区恒定区位于位于CH1与与CH2之间，含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯之间，含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。铰链区连接曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。铰链区连接抗体的抗体的Fab段和段和Fc段，使两个段，使两个Fab段易于移动和弯曲，从段易于移动和弯曲，从而可与不同距离的抗原部位结合。而可与不同距离的抗原部位结合。 五类五类Ig或亚类的铰链或亚类的铰链区不尽相同，例如区不尽相同，例如IgG1、IgG2、IgG4和和IgA的铰链区较的铰链区较短，而短，而IgG3和

7、和IgD的铰链区较长。的铰链区较长。IgM和和IgE无铰链区。无铰链区。（四）（四） 铰链区铰链区(hinge region)（五）（五） 结构域结构域（domain)Ig Ig 的多肽分子可折叠成几个由链内二硫键连的多肽分子可折叠成几个由链内二硫键连接的球形结构，称为接的球形结构，称为 Ig Ig 功能区。功能区。轻链有轻链有VL和和CL两个结构域；两个结构域；IgG、IgA和和IgD重重链有链有VH、CH1、CH2和和CH3四个结构域；四个结构域；IgM和和IgE重链有五个结构域，比重链有五个结构域，比IgG多一个多一个CH4。* 免疫球蛋白各结构域的功能免疫球蛋白各结构域的功能4. Ig

8、G的的CH3可与单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、可与单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、B 细胞和细胞和NK细胞表面的细胞表面的IgG Fc受体（受体（FcR）结合，）结合，IgE的的 CH2和和CH3可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgE Fc受体受体 （FcR）结合）结合1. VH和和VL是结合抗原的部位，其中是结合抗原的部位，其中HVR（CDR）是）是V区中区中与抗原表位互补结合的部位。与抗原表位互补结合的部位。2. CH1和和CL上上具有部分同种异型具有部分同种异型（allotype）的遗传标志。的遗传标志。3. IgG的的CH2和和IgM的的CH3具有补体具有补体

9、C1q结合位点，可启结合位点，可启动补体活化经典途径。动补体活化经典途径。 IgG可借助可借助CH2主动通过胎盘。主动通过胎盘。The function of Immunoglobin domains（一）（一） J链（链（joining chain）J链（链（joining chain）是一条多肽链，富含半胱氨酸，由浆）是一条多肽链，富含半胱氨酸，由浆细胞合成。细胞合成。J链可连接链可连接Ig 单体形成二聚体、五聚体或多聚体。单体形成二聚体、五聚体或多聚体。两个单体两个单体IgA由由J链连接形成二聚体，五个单体链连接形成二聚体，五个单体IgM由二硫键由二硫键相互连接，并通过二硫键与相互连接，

10、并通过二硫键与J链连接形成五聚体。链连接形成五聚体。IgG、IgD、IgE为单体，无为单体，无J链。链。二、免疫球蛋白的其他成分二、免疫球蛋白的其他成分（二）（二）分泌片分泌片（secretory piece, SP）是分泌型是分泌型IgA分子上的一个辅助成分，为一种含糖的肽链，由分子上的一个辅助成分，为一种含糖的肽链，由粘膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合到二聚体上，粘膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合到二聚体上，并一起被分泌到粘膜表面。分泌片具有保护分泌型并一起被分泌到粘膜表面。分泌片具有保护分泌型IgA的铰链的铰链区免受蛋白水解酶降解的作用，并介导区免受蛋白水解酶降解的作用，并介

11、导IgA二聚体从粘膜下通二聚体从粘膜下通过粘膜等细胞到粘膜表面的转运。过粘膜等细胞到粘膜表面的转运。Other structures of ImmunoglobulinJ J链和分泌片链和分泌片(Joining chain and secretory piece)(Joining chain and secretory piece)三、免疫球蛋白的水解片段三、免疫球蛋白的水解片段* 木瓜蛋白酶水解片段木瓜蛋白酶水解片段木瓜蛋白酶水解木瓜蛋白酶水解IgG的部位是在铰链区二硫键的部位是在铰链区二硫键连接的两条重链的近连接的两条重链的近N端。端。裂解后可得到三个片段：裂解后可得到三个片段： 2个相同

12、的个相同的Fab段即抗原结合片段（段即抗原结合片段（fragment antigen binding, Fab）,相当于抗体分子的两个臂，相当于抗体分子的两个臂，每个每个Fab段由一条完整的轻链和重链的段由一条完整的轻链和重链的VH和和CH1功功能区组成。能区组成。Fab段为单价，与抗原结合后，不能形成段为单价，与抗原结合后，不能形成凝集反应或沉淀反应凝集反应或沉淀反应。Fragmentation of Ig by proteolytic cleavageProteolytic cleavage with papain胃蛋白酶在铰链区连接重链的二硫键近胃蛋白酶在铰链区连接重链的二硫键近C C端

13、水解端水解IgGIgG，获得一个，获得一个F(ab)2F(ab)2片段，由于抗体分子的片段，由于抗体分子的两个臂仍由二硫键连接，因此两个臂仍由二硫键连接，因此F(ab)2F(ab)2片段为双片段为双价，与抗原结合可发生凝集反应和沉淀反应。价，与抗原结合可发生凝集反应和沉淀反应。* 胃蛋白酶水解片段胃蛋白酶水解片段 1个个Fc段（段（fragment crystallizable,Fc），即可结），即可结晶片段。晶片段。Fc段相当于段相当于IgG 的的CH2和和CH3功能区，无功能区，无抗原结合活性，是抗体分子与效应分子和细胞相互抗原结合活性，是抗体分子与效应分子和细胞相互作用的部位。作用的部位

14、。Ig同种型的抗原性主要存在于同种型的抗原性主要存在于Fc段段。Proteolytic cleavage with pepsinIg 的抗原性的抗原性第二节第二节 免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性抗体的异质性即抗体分子的不均一性，抗体是由抗体的异质性即抗体分子的不均一性，抗体是由多种多样的多种多样的IgIg分子所组成。分子所组成。一、免疫球蛋白的类型一、免疫球蛋白的类型1.1.类：类：同一种属所有个体内的同一种属所有个体内的IgIg，根据其重链，根据其重链免疫原性不同，可分为免疫原性不同，可分为、5类，类，由由它们组成的它们组成的IgIg分别称为分别称为IgM、IgD、IgG、IgA和和I

15、gE2.2.亚类：亚类：同一类同一类Ig，根据其重链恒定区氨基酸组根据其重链恒定区氨基酸组成的较小差异，以及二硫键位置、数目不同，又成的较小差异，以及二硫键位置、数目不同，又可分为亚类可分为亚类IgM1-2、 IgG1-4、IgA1-23.3.型：型：同一种属所有个体内的同一种属所有个体内的IgIg，根据其轻链恒定区结构，根据其轻链恒定区结构（氨基酸的组成和排列顺序）与免疫原性不同，可分为（氨基酸的组成和排列顺序）与免疫原性不同，可分为型型和和型。同一天然的型。同一天然的IgIg分子其两条轻链的型别必定相同。分子其两条轻链的型别必定相同。4.4.亚型：亚型：所有所有链恒定区的结构基本相同，但链

16、恒定区的结构基本相同，但链链之间其恒定区之间其恒定区个别氨基酸残基的差异，可分为个别氨基酸残基的差异，可分为1、 2、 3、 4。二、外界因素所致的异质性二、外界因素所致的异质性- -免疫球蛋白的多样性免疫球蛋白的多样性不同的抗原表位刺激机体后，均可选择表达相应不同的抗原表位刺激机体后，均可选择表达相应BCR的的B细胞，使其增殖分化并产生针对该表位的特异性抗体。细胞，使其增殖分化并产生针对该表位的特异性抗体。三、内源因素所致的异质性三、内源因素所致的异质性-免疫球蛋白的血清型免疫球蛋白的血清型免疫球蛋白分子中包含有多种不同的抗原表位，呈现不同的免疫球蛋白分子中包含有多种不同的抗原表位，呈现不同

17、的免疫原性，有三类不同的抗原表位：免疫原性，有三类不同的抗原表位：同种异型同种异型(Allotype)(Allotype)：同一种属不同个体间：同一种属不同个体间Ig CIg C区也具有不区也具有不同抗原特异性标志。同抗原特异性标志。同种型同种型(Isotype)(Isotype)：同一种属所有个体的：同一种属所有个体的IgIg分子共有的抗原特分子共有的抗原特异性标志。异性标志。独特型独特型(Idiotype)(Idiotype)：同一种属、同一个体来源的抗体分子，：同一种属、同一个体来源的抗体分子，其免疫原性不尽相同。其免疫原性不尽相同。IgM、IgG (IgG1、IgG2和和IgG3)与相

18、应的抗原结合后，与相应的抗原结合后，可因构象改变而使其可因构象改变而使其CH3/CH2结构域内的补体结合点暴结构域内的补体结合点暴露，通过经典途径激活补体系统；聚合的露，通过经典途径激活补体系统；聚合的IgA可通过旁路可通过旁路途径激活补体系统途径激活补体系统。 二、二、C区的功能区的功能（一）激活补体一）激活补体第三节第三节 免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能一、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The functions of Immunoglobulin(Complement activation)Specific antigen binding（二）二）通

19、过与通过与Fc受体结合发挥多种生物学效应受体结合发挥多种生物学效应1. 调理作用调理作用(opsonization)抗体的调理作用是指抗体的调理作用是指IgG抗体（特别是抗体（特别是IgG1和和IgG3）的）的Fc段与中性粒细胞、巨噬细胞上的段与中性粒细胞、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。受体结合，从而增强吞噬细胞的吞噬作用。IgA也具有调理作用。也具有调理作用。Performing mutiple biological effects by binding with Fc receptors2. 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(an

20、tibody dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC)IgG抗体与带有相应抗原的靶细胞结合后，表达抗体与带有相应抗原的靶细胞结合后，表达FcR的的NK细胞、巨噬细胞和中性粒细胞，可通细胞、巨噬细胞和中性粒细胞，可通过与过与IgG Fc段的结合，而直接杀伤被段的结合，而直接杀伤被IgG抗体包被抗体包被的靶细胞。的靶细胞。NK细胞是介导细胞是介导ADCC的主要细胞。抗的主要细胞。抗体与靶细胞上的抗原结合是特异性的，而表达体与靶细胞上的抗原结合是特异性的，而表达FcR的细胞其杀伤作用是非特异性的。的细胞其杀伤作用是非特异性的。 抗体分子与靶细胞表面抗原结

21、合后，可通过抗体分子与靶细胞表面抗原结合后，可通过FcFc段段与有与有FcRFcR的杀伤细胞结合，促进对靶细胞的杀伤的杀伤细胞结合，促进对靶细胞的杀伤作用。作用。（三）（三） 穿过胎盘和粘膜穿过胎盘和粘膜IgG穿过胎盘的作用是一种重要的自然被动免疫机穿过胎盘的作用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。制，对于新生儿抗感染具有重要意义。在人类，在人类，IgG是唯一能通过胎盘的免疫球蛋白。是唯一能通过胎盘的免疫球蛋白。机制：机制：胎盘母体一侧的滋养层细胞表达一种特异性胎盘母体一侧的滋养层细胞表达一种特异性IgG输送输送蛋白，称为蛋白，称为FcRn。IgG可选择性与可选择性与F

22、cRn结合，从而转结合，从而转移到滋养层细胞内，并主动进入胎儿血循环中。移到滋养层细胞内，并主动进入胎儿血循环中。3. 介导介导型超敏反应型超敏反应IgE的的Fc段可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的高亲和力段可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的高亲和力IgE Fc受体（受体（FcRI）结合，促使这些细胞合成和释放生）结合，促使这些细胞合成和释放生物活性物质，引起物活性物质，引起型超敏反应型超敏反应 。Mediating type hypersensitivityCross placenta and mucous membrane第四节第四节 五类免疫球蛋白的特性与作用五类免疫球蛋白的特性与作用IgG

23、：* *脾、淋巴结浆细胞产生脾、淋巴结浆细胞产生* *IgG含量最多含量最多（占血清（占血清Ig总量的总量的75%85%）* *半衰期较长半衰期较长* *唯一通过胎盘唯一通过胎盘* *其他：其他：调理吞噬、调理吞噬、ADCC* *主要抗感染的抗体主要抗感染的抗体 Characteristics and Functions of the five classes of ImmunoglobulinIgA：*IgA1：血清中，：血清中，85%，单体，全身作用单体，全身作用* IgA2：外分泌液，：外分泌液，15%，双体，局部作用双体，局部作用IgM：*分子量最大分子量最大，19s*无铰链区无铰链区

24、*产生早产生早*调理、溶血比调理、溶血比IgG强强* B抗原识别受体抗原识别受体 正常人血清正常人血清IgD浓度很低，平均约浓度很低，平均约0.03mg/ml。IgD可在个体发育的任何时间产生。可在个体发育的任何时间产生。5类类Ig中，中，IgD的铰链区较长，易被蛋白酶水解，故其半寿的铰链区较长，易被蛋白酶水解，故其半寿期很短（仅期很短（仅3天）。血清天）。血清IgD的确切功能仍不清的确切功能仍不清楚。楚。B细胞表面的细胞表面的mIgD可作为可作为B细胞分化发育成细胞分化发育成熟的标志，熟的标志，未成熟未成熟B细胞仅表达细胞仅表达mIgM，成熟，成熟B细细胞可同时表达胞可同时表达mIgM和和m

25、IgD，这种，这种B细胞也称为细胞也称为初始初始B细胞（细胞（naive B cell），活化的），活化的B细胞或记细胞或记忆忆B细胞的细胞的mIgD逐渐消失逐渐消失。IgD： 是正常人血清中含量最少的是正常人血清中含量最少的Ig，血清浓度极低，血清浓度极低，约为约为510-5 mg/ml。IgE为亲细胞抗体，其为亲细胞抗体，其CH2和和CH3功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力和力FcRI结合，结合，引起引起I型超敏反应。型超敏反应。IgE：Artifical Antibody 大多数抗原分子具有多个抗原决定基或称表位大多数抗原分子具有多个抗原

26、决定基或称表位（epitope），每一种表位均可刺激机体一个），每一种表位均可刺激机体一个B B细胞克细胞克隆产生一种特异性抗体。传统制备抗体的方法是用包隆产生一种特异性抗体。传统制备抗体的方法是用包含多种抗原决定基的抗原物质免疫动物，从而刺激多含多种抗原决定基的抗原物质免疫动物，从而刺激多个个B B细胞克隆产生针对多种抗原表位的不同抗体。因细胞克隆产生针对多种抗原表位的不同抗体。因此，所获得的免疫血清实际上是含有多种抗体的混合此，所获得的免疫血清实际上是含有多种抗体的混合物，称为多克隆抗体物，称为多克隆抗体( (polyclonal antibody，pAb)。一、多克隆抗体：一、多克隆抗体

27、：(polyclone antibody, pAb)二、单克隆抗体：二、单克隆抗体：(Monoclonal antibody, McAb) 克隆是指由一个祖先细胞经分化、增殖所产克隆是指由一个祖先细胞经分化、增殖所产生的遗传性状完全相同的细胞系或细胞群。生的遗传性状完全相同的细胞系或细胞群。 由单由单一一B淋巴细胞克隆所产生的、只作用于某一特定淋巴细胞克隆所产生的、只作用于某一特定抗原决定簇的均一抗体称为抗原决定簇的均一抗体称为单克隆抗体单克隆抗体（Monoclonal antibody，简称，简称McAb）。）。 1975年，年，Kohler和和Milstein采用细胞融合技术，采用细胞融合

28、技术，使小鼠免疫脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，形成使小鼠免疫脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞，后者即可产生只针对某一特定抗原杂交瘤细胞，后者即可产生只针对某一特定抗原决定簇的单克隆抗体。决定簇的单克隆抗体。杂交瘤技术制备单克隆抗体的主要步骤包括：杂交瘤技术制备单克隆抗体的主要步骤包括：（1 1）抗原制备）抗原制备（2 2）免疫动物）免疫动物（3 3）免疫脾细胞和骨髓瘤细胞的制备）免疫脾细胞和骨髓瘤细胞的制备 （4 4）细胞融合）细胞融合 （5 5）杂交瘤细胞的选择培养）杂交瘤细胞的选择培养 （6 6）杂交瘤细胞的筛选）杂交瘤细胞的筛选 （7 7）杂交瘤细胞的克隆化）杂交瘤细胞的克隆化（

29、8 8）单克隆抗体的检定）单克隆抗体的检定 （9 9）分泌单克隆抗体杂交瘤细胞系的建立）分泌单克隆抗体杂交瘤细胞系的建立 （1010）单克隆抗体的大量制备）单克隆抗体的大量制备即保持单克隆抗体均一性、特异性强的优点，即保持单克隆抗体均一性、特异性强的优点，又能克服其为鼠源性的不足。又能克服其为鼠源性的不足。三、基因工程抗体三、基因工程抗体将部分或全部人源抗体的编码基因克隆到真核或将部分或全部人源抗体的编码基因克隆到真核或原核表达系统中，体外表达人原核表达系统中，体外表达人- -鼠嵌合或人源化鼠嵌合或人源化抗体；或转基因至剔除自身抗体编码基因的小鼠抗体；或转基因至剔除自身抗体编码基因的小鼠体内，

30、主动免疫诱生人源抗体。体内，主动免疫诱生人源抗体。人人- -鼠嵌合抗体、改型抗体、双特异性抗体、鼠嵌合抗体、改型抗体、双特异性抗体、小分子抗体及人源抗体等。小分子抗体及人源抗体等。Genetically engineering antibodiesA type of glycoprotein molecule, also called immunoglobulin (Ig), produced by B lymphocytes, that binds antigens, often with a high degree of specificity and high affinity.Anti

31、bodySummaryAn antibody is a flexible Y-shaped molecule composed of four polypeptide chains:two identical heavy chain and two identical light chains held together by inter-chain disulfide bonds.Base struction of IgThe Fab fragments involve the domains for antigen recognition and bindings, which the F

32、c fragments are functional domains.The heavy and light chains are composed of variable (V) and constant (C) regions. The variations in amino acid sequence are not equally distributed in the V region.The C region of the heavy chain determines the isotype and functional characteristics of the antibodi

33、es.Hypervariable regions(HVR), containing the antigen-binding sites of Ig, are also called the complementarity-determining regions(CDR) because the spatial structure precisely complements the antigenic determinants. Thus, CDR is important for specific antigen binding. Major Classes of Human Immunoglobuli