第4章免疫球蛋白

1、第第2章章 免疫球蛋白免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)1、免疫球蛋白分子结构、免疫球蛋白分子结构2、抗体的异质性、抗体的异质性3、免疫球蛋白的生物合成与表达、免疫球蛋白的生物合成与表达4、免疫球蛋白的生物学特性、免疫球蛋白的生物学特性5、免疫球蛋白基因超家族、免疫球蛋白基因超家族6、人工制备抗体、人工制备抗体AgB cellmAbREVIEW免疫球蛋白：免疫球蛋白：是指具有抗体是指具有抗体（antibody, Ab)活性或在化学活性或在化学结构上与抗体相似的一类球蛋白结构上与抗体相似的一类球蛋白, 主要存在于体液中（分泌型），主要存在于体液中（分泌型），也可存在于也可存在于B

2、细胞膜上（膜型）。细胞膜上（膜型）。第一节第一节 免疫球蛋白分子结构免疫球蛋白分子结构1. 免疫球蛋白的免疫球蛋白的基本结构基本结构 单体单体: 四肽链结构四肽链结构 2条条H链链+2条条L链；链； 2个端：个端：N端，端，C端；端； 单体分子呈单体分子呈“Y”或或“T”字形字形 Immunoglobulin Fragments: Structure/Function RelationshipsAg BindingComplement Binding SitePlacental TransferBinding to Fc ReceptorsHingeHuman Immunoglobulin C

3、lasses IgG - Gamma () heavy chains IgM - Mu () heavy chains IgA - Alpha () heavy chains IgD - Delta () heavy chains IgE - Epsilon () heavy chains（1） 重链（重链（H链）：依其抗原表位不同链）：依其抗原表位不同 分分 类：类： 链、链、 链、链、 链、链、 链、链、 链链 相应相应Ig： IgM、 IgG、 IgA、 IgD、 IgE IgG可进一步分为可进一步分为IgG1 IgG4； IgA分为分为IgA1、 IgA2。 （2） 轻链（轻链（L链）

4、：链）：依其抗原表位不同分为依其抗原表位不同分为2型型 型和型和 型。型。 一个一个Ig分子的两条分子的两条H链同类、两条链同类、两条L链同型。链同型。 2、三个区、三个区（1） 可变区（可变区（V区）区） 高变区（高变区（HVR）或互补决或互补决 定区（定区（CDR） 分别为分别为CDR1，CDR2，CDR3 骨架区（骨架区（FR14）（2） 恒定区（恒定区（C区）区）（3） 绞链区绞链区: 赋予赋予Ig柔性柔性Ig的裂隙的裂隙 免疫球蛋白基因超家族免疫球蛋白基因超家族 (immunoglobulin superfamily， IgSF) 概念概念 免疫系统以及神经系统和其它生物学系统中，许

5、免疫系统以及神经系统和其它生物学系统中，许 多参与抗原识别或细胞间相互作用的分子具有与多参与抗原识别或细胞间相互作用的分子具有与Ig 相似的结构特征，即具有相似的结构特征，即具有1个或多个个或多个Ig V样或样或C样样 结构域。这些种类繁多、分布广泛、识别功能多结构域。这些种类繁多、分布广泛、识别功能多 样的分子称之。样的分子称之。 编码编码IgSF不同成员的基因可能由同一祖先基不同成员的基因可能由同一祖先基 因进化（复制和突变）而来，称为免疫球蛋白基因进化（复制和突变）而来，称为免疫球蛋白基 因因 超家族。超家族。 组成组成 近百种，包括：近百种，包括： 抗原识别分子和信号转导分子；抗原识别

6、分子和信号转导分子；MHC分子及相关分子；分子及相关分子； 免疫球蛋白受体；细胞因子受体；白细胞分化抗原；免疫球蛋白受体；细胞因子受体；白细胞分化抗原； 粘附分子粘附分子特点特点 结构特点：均含有结构特点：均含有17个个Ig样结构域，每个结构域样结构域，每个结构域 通过通过 -折叠、链内二硫键连接等形成球折叠、链内二硫键连接等形成球 形结构。形结构。 功能特点：主要参与细胞间相互识别和相互作用，包括：功能特点：主要参与细胞间相互识别和相互作用，包括： IgSF和和 IgSF相互识别相互识别 IgSF 和结合素相互识别和结合素相互识别 IgSF 和其它分子相互识别和其它分子相互识别3、结构域（功

7、能区）、结构域（功能区）H链：链：VH, CH1, CH2, CH3, CH4（ IgM, IgE）L链：链：VL, CL功能：功能：VH和和VL抗原结合部位抗原结合部位 CH1和和CL具有同种异型标志具有同种异型标志 CH2( IgG), CH3 ( IgM)补体结合点补体结合点 CH2（ IgG）通过胎盘通过胎盘 CH2(IgE), CH3( IgG, IgE)， CH4 (IgE) 与与FCR结合结合IgIg的水解片段的水解片段断裂位置断裂位置水解片段水解片段意义意义木瓜蛋白木瓜蛋白酶酶铰链区连接铰链区连接S=S键键（近（近N端）端）2Fab + 2Fab + FcFcFabFab 不不

8、形成可见反应，形成可见反应， FcFc有生物活性有生物活性胃蛋白酶胃蛋白酶铰链区连接铰链区连接S=S键键（近（近C端）端）F F（abab）2 2 + + pFcpFcF F（abab）2 2形成可见反应形成可见反应pFcpFc失去生物活性，减失去生物活性，减少副作用少副作用木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶4. 接合链（接合链（J链）链）IgA和和IgM借助分子间二借助分子间二硫键与硫键与J链形成多聚体链形成多聚体5. 分泌片（分泌片（SP）：）： 由上皮细胞表达的由上皮细胞表达的Poly-Ig受体，受体，与与IgA和和IgM结合，保护分泌结合，保护分泌型型IgA和和IgM免受环境中酶的免

9、受环境中酶的破坏，介导破坏，介导SIgA的转运。的转运。 异质性即不均一性！异质性即不均一性！ 免疫球蛋白高度异质！免疫球蛋白高度异质！ 原因：外源性因素原因：外源性因素抗原表位的多样性抗原表位的多样性V区的异质性区的异质性 内源性因素内源性因素免疫球蛋白的血清型免疫球蛋白的血清型C区的异质性区的异质性免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性6. 免疫球蛋白的血清型（免疫原性）免疫球蛋白的血清型（免疫原性）（一）（一）同种型同种型(isotype)：指同一物种所有个体免疫球指同一物种所有个体免疫球蛋白分子所共有的抗原特异性标志，存在于蛋白分子所共有的抗原特异性标志，存在于Ig的的C区。区。（依此（

10、依此Ig分类、亚类、型、亚型）。分类、亚类、型、亚型）。（二）（二）同种异型同种异型(allotype)：指同一物种不同个体间的指同一物种不同个体间的同一类同一类Ig分子由于轻链或重链分子由于轻链或重链C区内一个或数个氨基区内一个或数个氨基酸不同而表现出的抗原特异性差异。酸不同而表现出的抗原特异性差异。（三）（三）独特型独特型(idiotype,Id)：指同一个体内不同指同一个体内不同B细胞细胞克隆所产生的克隆所产生的Ig V区和区和T、B细胞表面抗原识别受体细胞表面抗原识别受体V区所具有的抗原特异性标志。可刺激产生抗区所具有的抗原特异性标志。可刺激产生抗独特型抗独特型抗体（体（AId），），

11、组成组成Id-AId网络，网络，参与免疫调节。参与免疫调节。二、抗原与抗体的相互作用二、抗原与抗体的相互作用 1. Ig可变区中的高变区是抗原结合部位可变区中的高变区是抗原结合部位 互补决定区：互补决定区：Ig的高变区的环以表面互的高变区的环以表面互补的方式来结合抗原，又将这些高变环补的方式来结合抗原，又将这些高变环称之。称之。Complementary determining region, CDRIg的裂隙的裂隙 2. Ig以表面互补的方式结合抗原以表面互补的方式结合抗原 抗原决定基（抗原决定基（antigen determinant） 抗原表位（抗原表位（antigen epitope）

12、 多克隆抗体多克隆抗体(polyclonal antibody, pAb) ：针：针对同一个抗原的多个不同表位的抗原的混合物对同一个抗原的多个不同表位的抗原的混合物 单克隆抗体单克隆抗体(monoclonal antibody, mAb)：只针对某一特定抗原决定簇的抗体只针对某一特定抗原决定簇的抗体三、抗原抗体结合所致的分子和细胞效应三、抗原抗体结合所致的分子和细胞效应免疫球蛋白的主要生物学功能（与结构的关系）免疫球蛋白的主要生物学功能（与结构的关系）1. 只有在结合只有在结合Ag后，后，Ig才能引发分子和细胞效应。才能引发分子和细胞效应。 （与相应抗原表位特异性结合，（与相应抗原表位特异性结

13、合，V区的功能）区的功能） 中和作用：封闭病原体与受体的结合位点是病原中和作用：封闭病原体与受体的结合位点是病原体不再感染细胞的效应。体不再感染细胞的效应。2. Ig恒定区结构域决定抗体诱导的分子或细胞效应恒定区结构域决定抗体诱导的分子或细胞效应 结合补体结合补体 IgM、 IgG1、IgG3、IgG2 +Ag经典途径经典途径 聚合的聚合的IgG4、IgA 、IgE 旁路途径旁路途径 与细胞表面与细胞表面FcR结合，产生不同的效应结合，产生不同的效应 调理作用：调理作用：IgG，IgM的的Fc段与段与FcR结合，促进吞结合，促进吞 噬细胞的吞噬作用（补体也具调理作用）噬细胞的吞噬作用（补体也具

14、调理作用） ADCC 介导介导I型超敏反应（型超敏反应（IgE）：结合：结合Bas/Mast的的FcR 穿过胎盘和黏膜穿过胎盘和黏膜与与一般蛋白质相似一般蛋白质相似免疫球蛋白的生物合成与表达免疫球蛋白的生物合成与表达BCR（膜型膜型Ig）和分泌型和分泌型IgSC是分泌型重链羧基端的外显子，是分泌型重链羧基端的外显子，MC是重链穿膜区和胞内部分的外是重链穿膜区和胞内部分的外显子。通过两种不同的转录加工形成分泌型或膜型显子。通过两种不同的转录加工形成分泌型或膜型m m链。链。免疫球蛋白基因表达的一些特点免疫球蛋白基因表达的一些特点 Ig类别转换类别转换（class switch）又称同种型转换又称

15、同种型转换（isotype switch） 机制：机制：C区基因重组区基因重组 结果：抗体的特异性不变，但其效应会改变。结果：抗体的特异性不变，但其效应会改变。Sm m、S 3、S 1，代表各代表各C基基因区上游具有重复序列的转换因区上游具有重复序列的转换区（区（S区），在类别转换为区），在类别转换为 3时，时，Sm m和和S 3重组，其间的序重组，其间的序列包括列包括Cm m和和C 都被环出，从都被环出，从而而Ig类别转换为类别转换为 3等位排斥和同种型排斥等位排斥和同种型排斥 等位排斥（等位排斥（allelic exclusion） 指指B细胞中位于一对染细胞中位于一对染色体上的重链或轻链

16、基因，其中只有一条染色体上的基因得以色体上的重链或轻链基因，其中只有一条染色体上的基因得以表达，以保证表达，以保证B细胞只表达一种特异抗原受体。细胞只表达一种特异抗原受体。 同种型排斥（同种型排斥（isotype exclusion） 指两种轻链之间的指两种轻链之间的排斥，即一个排斥，即一个B细胞克隆只能表达一种轻链，或细胞克隆只能表达一种轻链，或 链，或链，或 链。链。3. 并非所有抗体引发的反应多对机体有利并非所有抗体引发的反应多对机体有利 自身免疫性疾病 I型超敏反应 增强感染四、各类免疫球蛋白的特性与功能四、各类免疫球蛋白的特性与功能 IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 IgM I

17、gA1 IgA2 IgD IgE 分泌型分泌型IgA可有效地抵御病原体经由黏膜上皮的可有效地抵御病原体经由黏膜上皮的感染感染 产生：血清产生：血清IgA以单体为主，由在淋巴结活化并分化后进以单体为主，由在淋巴结活化并分化后进入骨髓的浆细胞合成。黏膜固有层的浆细胞合成的分泌型入骨髓的浆细胞合成。黏膜固有层的浆细胞合成的分泌型IgA都是多聚体，这样才能被都是多聚体，这样才能被pIgR结合，并被转运到黏膜表结合，并被转运到黏膜表面。面。 作用：起中和抗体的作用，防止病原体和毒素进入细胞，作用：起中和抗体的作用，防止病原体和毒素进入细胞，是机体对抗感染的第一道防线。是机体对抗感染的第一道防线。 IgD

18、 (mIgD)：是：是B细胞的重要表面标志细胞的重要表面标志 不稳定，功能不清不稳定，功能不清 IgE：与肥大细胞上的：与肥大细胞上的Fc受体结合，介导受体结合，介导型超型超敏反应敏反应 含量极微，稳定，是亲细胞抗体。含量极微，稳定，是亲细胞抗体。 IgG是再次免疫应答的主要抗体是再次免疫应答的主要抗体 主要由脾和淋巴结肿浆细胞合成，在主要由脾和淋巴结肿浆细胞合成，在B细胞经过细胞经过亲和成熟后的再次免疫应答中产生。血清中含量最亲和成熟后的再次免疫应答中产生。血清中含量最高，对抗原的亲和力要比高，对抗原的亲和力要比IgM高，具有活化补体的高，具有活化补体的功能，又是很强的调理素，能促进吞噬细胞

19、吞噬病功能，又是很强的调理素，能促进吞噬细胞吞噬病原体。唯一能通过胎盘（新生儿抗感染）原体。唯一能通过胎盘（新生儿抗感染） ，结合，结合SPA，重要的抗菌、抗病毒、抗毒素抗体，也参与重要的抗菌、抗病毒、抗毒素抗体，也参与病理免疫应答。病理免疫应答。 IgM 初次应答早期的主要初次应答早期的主要Ig 分子量最大，主要产生于脾和淋巴结，结合补体分子量最大，主要产生于脾和淋巴结，结合补体能力最强，但不嗜细胞。是高效的抗微生物抗体。能力最强，但不嗜细胞。是高效的抗微生物抗体。在感染早期即已产生。在感染早期即已产生。 五、人工制备抗体五、人工制备抗体1. 多克隆抗体多克隆抗体(polyclonal an

20、tibody,pAb) 针对不同抗原表位的抗体组成的混合物。针对不同抗原表位的抗体组成的混合物。传统方法所制备的传统方法所制备的免疫血清免疫血清 优点优点: 作用全面，具有中和抗原、免疫调理、介导作用全面，具有中和抗原、免疫调理、介导CDC、ADCC作用，来源广泛。作用，来源广泛。 缺点：需不断免疫动物，且特异性不高，易发生交叉反应，缺点：需不断免疫动物，且特异性不高，易发生交叉反应，使用动物血清常会产生强烈的免疫应答，即血清病。使用动物血清常会产生强烈的免疫应答，即血清病。2. 单克隆抗体单克隆抗体(monoclonal antibody, mAb)： 由单一由单一B细胞克隆产生的只针对某一特定抗原表位的抗体。细胞克隆产生的只针对某一特定抗原表位的抗体。 1975年，通过杂交瘤技术获得。年，通过杂交瘤技术获得。 优点：优点：结构高度均一；抗原结合部位和同种型相同；结构高度均一；抗原结合部位和同种型相同； 高特异性；高纯度；高效价；少或无血清交叉反应。高特异性；高纯度；高效价；少或无血清交叉反应。 缺点：缺点：鼠源性，具免疫原性鼠源性，具免疫原性3. 基因工程抗体基因工程抗体(genetic engineering antibody) 应用应用DN