普通免疫学-5-2013-抗体

1、抗体抗体(antibody)(antibody)的魔力的魔力什么是抗体的特异性？如何具有特异性？什么是抗体的特异性？如何具有特异性？免疫球蛋白的结构与功能免疫球蛋白的结构与功能 1 1、免疫球蛋白的基本结构、免疫球蛋白的基本结构 2 2、免疫球蛋白的功能区、免疫球蛋白的功能区 3 3、免疫球蛋白的水解片段、免疫球蛋白的水解片段 4 4、免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能 5 5、五类免疫球蛋白的特性与功能、五类免疫球蛋白的特性与功能 各种特异性的免疫球蛋白分子各种特异性的免疫球蛋白分子的种类多达几百万，但人类基因组的种类多达几百万，但人类基因组中只有中只有2.12.1万个蛋白质编码基因。如万个蛋

2、白质编码基因。如何产生数量如此庞大的免疫球蛋白？何产生数量如此庞大的免疫球蛋白？ 免疫球蛋白基因免疫球蛋白基因 1 1、免疫球蛋白基因结构、免疫球蛋白基因结构 2 2、免疫球蛋白基因重排与表达、免疫球蛋白基因重排与表达 3 3、免疫球蛋白基因多样性、免疫球蛋白基因多样性生物化学研究手段的强有力生物化学研究手段的强有力分子生物学研究手段的强有力分子生物学研究手段的强有力 免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构 1890年，年，Behring 和北里在德国和北里在德国Koch实验室从豚鼠体内发现了第一实验室从豚鼠体内发现了第一种抗体：种抗体： 白喉抗毒素白喉抗毒素，从而挽救了成千上，从而挽救了成千上 万

3、的白喉患儿。从万的白喉患儿。从60%死亡率降到死亡率降到 26%。 获获1901年的第一届诺贝尔奖年的第一届诺贝尔奖Ab 的发现的发现抗体与免疫球蛋白的发现（抗体与免疫球蛋白的发现（1939 Tiselius and Kabat）the application of physical methods to biochemical problems KabatImmune seraNormal sera( (白蛋白白蛋白, , 清蛋白清蛋白) )电泳图告诉我们什么？电泳图告诉我们什么？抗体是抗体是g g球蛋白球蛋白抗血清（抗血清（antiserum） 电电 泳泳白蛋白白蛋白(albumin)球蛋

4、白球蛋白 球蛋白球蛋白 球蛋白球蛋白 抗体是抗体是g g球蛋白球蛋白 The rate of gamma globulin formation in similar numbers of spleen (机体细胞免疫和体液免疫机体细胞免疫和体液免疫的中心的中心) cells is much higher if taken from an immunized rabbit at the height of antibody formation than that in normal spleen cells Ag 吸附吸附 球蛋白恢复正常球蛋白恢复正常抗体存在于抗体存在于球蛋中，球蛋中，但小部分

5、在但小部分在 球蛋白球蛋白抗血清中抗血清中抗原免疫后动物血清抗原免疫后动物血清 1968年和年和1972年的两次国际会议上，年的两次国际会议上，将具有抗体活性或化学结构与抗体相似将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统一命名为免疫球蛋白的球蛋白统一命名为免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig） Ab=Ig, IgAb=Ig, IgAb; AbAb; Ab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免疫球蛋白超家族主要成员免疫球蛋白超家族主要成员w免疫球蛋白免疫球蛋白w抗原受体：抗原受体：T T细胞抗原受体细胞抗原受体(TCR)B细细胞抗原受体胞抗原受体(BCR)w递

6、增抗原的分子递增抗原的分子(MHCI类分子类分子MHCII类分子类分子)w免疫球蛋白受体免疫球蛋白受体：IgFcRwIgSF中的细胞因子受体中的细胞因子受体：IL-1RPDGF-R 免疫球蛋白的基本结构免疫球蛋白的基本结构Sculpture Angel of the West (2008) by Julian Voss-Andreae at the Scripps Research Institute Florida Bruce Beutler, M.D., 2011 Nobel Prize in Physiology or Medicine for his discoveries conce

7、rning the activation of innate immunity. Gerald M. Edelman，1972 Nobel Prize in Physiology or Medicine, “for (his) discoveries concerning the chemical structure of antibodies”免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构基本结构基本结构：四肽链结构四肽链结构 经二硫键共价结合经二硫键共价结合2条重链条重链(H链链)和和2条轻链条轻链(L链链)-S-S-S-SS-SNCLLHH（以（以 IgG 为例为例）In 1972, Rodney R

8、obert Porter shared the Nobel Prize for Medicine or Physiology with Gerald M. Edelman for determining the chemical structure of an antibody.Porter使用了什么武器使用了什么武器(reagent)？ Using the enzyme papain, he broke the bloods immunoglobin into fragments, making them easier to study.Edelman使用了什么武器使用了什么武器(reage

9、nt)？Ig 结构示意图木瓜蛋白酶处理，在冷藏后形成结晶木瓜蛋白酶处理，具有抗原结合活性 g g-globulin was extensively reduced by treatment with -mercaptoethanol (a reagent that breaks disulfide bonds)(A) Reducing SDS-PAGE shows heavy chain and light chain bands at 55 and 27 kDa, respectively being equal among all expression systems. Non-reduc

10、ing SDS-PAGE IgG多大？多大？w(B) Non-reducing SDS-PAGE indicates the presence of fully assembled antibodies composed of 2 HCs and 2 LCs at 160 kDa. H链分子量约为链分子量约为5075kD，由由450550个氨基酸残基组成。重个氨基酸残基组成。重链恒定区由于氨基酸的组成和排列链恒定区由于氨基酸的组成和排列顺不同，故其抗原性也不同。顺不同，故其抗原性也不同。 根据恒定区根据恒定区Aa顺序或序列不同，顺序或序列不同，可将可将Ig分为五类，或称为分为五类，或称为Ig同

11、种型同种型(isotype)，即，即IgM、IgD、IgG、IgA和和IgE，相应的重链分别为，相应的重链分别为(mu)链、链、(delta)链、链、链、链、链和链和(epsilon)链。链。 同一类同一类Ig根据其根据其铰链区铰链区Aa组成和组成和H链链-S-S-数目数目和和位置位置又可分为不同的又可分为不同的亚类。亚类。IgG：IgG1IgG4；IgA：IgA1和和IgA2。IgM、IgD和和IgE尚未发尚未发现亚类。现亚类。 L链链分子量约分子量约25 kD，由，由214个氨基酸残个氨基酸残基构成基构成 ，有，有(kappa）和和(lambda)型。型。 一个天然一个天然Ig分子上分子上

12、2条条L链的型别总链的型别总是相同的。五类是相同的。五类Ig中每类中每类Ig都可以有都可以有链链或或链，两型轻链的功能无差异。链，两型轻链的功能无差异。 不同种属中，不同种属中，、链比例不同，正常人链比例不同，正常人血清血清Ig : 约为约为2:1（60%），而在小鼠则），而在小鼠则为为20:1（95%）。）。 :比例异常可能反映免疫系统异常，例比例异常可能反映免疫系统异常，例如如Ig链过多，提示可能有产生链过多，提示可能有产生链的链的B细胞细胞肿瘤。肿瘤。 根据根据链恒定区个别链恒定区个别Aa差异，又可分为差异，又可分为1、2、3和和4 四个亚型。四个亚型。 可变区（可变区（variable

13、 region, V区，区，VL，VH） 恒定区恒定区（constant region, C区区，CL，CH）-S-S-S-SS-SNNLHVLCLVHCH1CH2CH3H链和链和L链靠近链靠近N端的端的约约110个氨基酸的序个氨基酸的序列变化很大，称为可列变化很大，称为可变区。变区。 VH和和VL各有三个区域的氨基酸组成和各有三个区域的氨基酸组成和排列顺序特别易变化，称排列顺序特别易变化，称高变区高变区（hyper-variable region，HVR），），HVR13，HVR3变化程度更高。变化程度更高。 VL的三个的三个HVR分别位于分别位于2835、4956和和9198位位Aa；VH

14、的则分别位于的则分别位于2931、4958和和95102位。位。 高变区之外区域的高变区之外区域的Aa组成和排列顺序组成和排列顺序相对不易变化，相对不易变化，骨架区骨架区（framework region,FR），），VH或或VL各有四个骨架区，各有四个骨架区，FR14 。 VH、VL的的3个个HVR共同组成共同组成Ig的抗的抗原结合部位（原结合部位（antigen-binding site），），其形成一与抗原决定簇互补的表面，故其形成一与抗原决定簇互补的表面，故高变区又称为高变区又称为互补决定区互补决定区(complementarity- determining region，CDR)，C

15、DR13。不同。不同Ab的的CDR序列不相同，并因此决定抗体的特序列不相同，并因此决定抗体的特异性。异性。V区区 FR1 CDR1 FR2 CDR2 FR3 CDR3 FR4 恒定区恒定区(Constant region)-S-S-S-SS-SNNCLHCLVHCH1CH2CH3 靠近靠近C端的其余氨基酸端的其余氨基酸序列和排列及含糖量方面相序列和排列及含糖量方面相对稳定，恒定区。轻链恒定对稳定，恒定区。轻链恒定区区CL，重链恒定区重链恒定区34个个(CH1 4)。L链链(CL)1个，有个，有助于提高助于提高Ag的结合能力，并的结合能力，并随随Fab臂转动，其间形成的臂转动，其间形成的-S-S

16、-键有连接键有连接VH、VL 的作用的作用 CH2，CH3上有糖基，故上有糖基，故亲水性强亲水性强, IgM、IgG可通过可通过它激活补体，发挥生物学效它激活补体，发挥生物学效应应-S-S-S-SS-SNNCLHVHCH1CH2CH3 位于位于CH1与与CH2之间，之间，1060个个Aa，富含脯氨酸，富含脯氨酸，因此易伸展弯曲，而且易因此易伸展弯曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。等水解。 连接连接Ab的的Fab段和段和Fc段，使段，使 Fab段易于移动和段易于移动和弯曲，从而可与不同距离弯曲，从而可与不同距离的抗原部位结合。的抗原部位结合。 富含半胱氨酸，使富含半胱

17、氨酸，使2条条H链通过链通过-S-S-结合结合 -S-S-键的数目、位置键的数目、位置与与Ig种类有关种类有关铰链区铰链区(Hinge region) 免疫球蛋白的功能区免疫球蛋白的功能区 Ig Ig分子的每条肽链可折叠为几分子的每条肽链可折叠为几个球形的个球形的功能区，功能区，或称或称结构域结构域，这，这些功能区的功能虽不同，但其结构些功能区的功能虽不同，但其结构相似。相似。 每个功能区约由每个功能区约由110110个氨基酸个氨基酸组成，其氨基酸的序列具有相似性组成，其氨基酸的序列具有相似性或同源性。或同源性。 每个功能区的二级结构由几股多肽链折每个功能区的二级结构由几股多肽链折叠形成的叠形

18、成的2个反向平行的个反向平行的片层片层(CL的两个的两个片片层分别为层分别为4股与股与3股，股，VL为为5股与股与4股股)。两个。两个片中心的两个半胱氨酸残基由一个链内二硫片中心的两个半胱氨酸残基由一个链内二硫键垂直连接，具有稳定功能区的作用，因而键垂直连接，具有稳定功能区的作用，因而形成一个形成一个“桶状桶状( barrel)”或或“三明治三明治 ( sandwich)”的结构。的结构。 L链有链有VL和和CL两个功能区；两个功能区； H链有链有VH、CH13 4个功能区；个功能区； 功能区作用功能区作用 V VH H和和V VL L结合抗原，其中结合抗原，其中HVRHVR（CDRCDR）是

19、）是与抗原表位互补结合的部位；与抗原表位互补结合的部位； C CH H、C CL L上有部分同种异型（上有部分同种异型（allotypeallotype）的遗传标志的遗传标志 IgGIgG的的C CH H2 2、IgMIgM的的C CH H3 3具有补体具有补体C1qC1q结合结合位点，可启动补体活化经典途径。位点，可启动补体活化经典途径。 二硫键的位置、二硫键的位置、数目是分亚类的数目是分亚类的重要依据。重要依据。VHVHVH免疫球蛋白的水解片段免疫球蛋白的水解片段木瓜蛋白酶（木瓜蛋白酶（papain）水解片段）水解片段 水解水解IgG的部位：铰链区的部位：铰链区-S-S-连接的连接的2条条

20、H链近链近N端，端，裂解后可得到裂解后可得到3个片段：个片段： 2个相同的个相同的Fab段即抗原结合片段（段即抗原结合片段（fragment antigen binding, Fab）每个）每个Fab段含完整段含完整L链和链和VH和和CH1功能区。功能区。 1个个Fc段（段（fragment crystallizable,Fc），即可），即可结晶片段。结晶片段。 Fc段相当于段相当于IgG 的的CH2和和CH3功能区，无抗原结合活功能区，无抗原结合活性，是抗体分子与效应分子和细胞相互作用的部位。性，是抗体分子与效应分子和细胞相互作用的部位。胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)水解片段水解片段 铰链

21、区二硫键近铰链区二硫键近C端水解端水解IgG。 1个个F(ab)2片段，片段，Ig的的Fc段被胃蛋白酶裂解为若段被胃蛋白酶裂解为若干小分子片段，称为干小分子片段，称为pFc，失去生物学活性。，失去生物学活性。 F(ab)2片段保留了结合相应抗原活性，又避免了片段保留了结合相应抗原活性，又避免了Fc段抗原性可能引起的副作用，因而作为生物制品有段抗原性可能引起的副作用，因而作为生物制品有较大的实际应用价值。例如白喉抗毒素、破伤风抗毒较大的实际应用价值。例如白喉抗毒素、破伤风抗毒素经胃蛋白酶消化后精制提纯的制品，因去掉素经胃蛋白酶消化后精制提纯的制品，因去掉Fc段而段而减缓发生超敏反应。减缓发生超敏

22、反应。 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: 识别并特异性结合抗原识别并特异性结合抗原 抗体分子：抗体分子： 单体（单体（IgG, IgE) - 2价价 二聚体二聚体(分泌型分泌型IgA) - 4价价 五聚体五聚体(IgM) - 10价价 实际意义实际意义: a.中和效应中和效应 - 中和毒素和病毒中和毒素和病毒 b.与与Ag结合结合 - 促吞噬细胞吞噬促吞噬细胞吞噬 C区的功能区的功能 1.激活补体系统激活补体系统 Ab(IgM、IgG) + Ag C1q 补体经补体经典途径典途径 IgG4、IgA和和 IgE与抗原结合形成与抗原结合形成的凝的凝聚物聚物 补体旁路途径补体旁

23、路途径 2.介导免疫细胞活性介导免疫细胞活性 Ig能通过其能通过其Fc段与多种细胞段与多种细胞(肥大细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、NK细胞等细胞等)表面的表面的Fc受体结合。不同类受体结合。不同类别的免疫球蛋白可与不同的细胞结合别的免疫球蛋白可与不同的细胞结合,导导致被结合的细胞更容易被杀死。致被结合的细胞更容易被杀死。 死亡之吻死亡之吻。 (1) 免疫调理作用免疫调理作用( opsonization) IgM、IgG的的Fc段与巨噬细胞、中性粒段与巨噬细胞、中性粒细胞细胞(多形核白细胞多形核白细胞)上的上的IgG Fc受体结合，受体结

24、合，从而增强吞噬细胞的吞噬作用从而增强吞噬细胞的吞噬作用 死亡之吻死亡之吻 (2) 抗体依赖细胞介导的细胞毒效抗体依赖细胞介导的细胞毒效(ADCC) IgM、IgG与靶细胞结合后，其与靶细胞结合后，其Fc段段可与具有杀伤活性的细胞如可与具有杀伤活性的细胞如NK细胞、巨细胞、巨噬细胞等结合噬细胞等结合,并通过其表面表达的并通过其表面表达的Fc受受体识别结合于靶抗体识别结合于靶抗 原上的抗体原上的抗体Fc段，直段，直接杀伤靶细胞接杀伤靶细胞死亡之吻死亡之吻介导超敏反应介导超敏反应：型型、型型和和型超敏反应。型超敏反应。 由于由于IgFc段的结构特异性，和细胞结合的亲段的结构特异性，和细胞结合的亲和

25、性更强，可在游离条件下与有相应受体的肥大和性更强，可在游离条件下与有相应受体的肥大细胞、嗜碱性粒细胞、血小板等的细胞、嗜碱性粒细胞、血小板等的Fc受体结合，受体结合，故故IgE又称为亲细胞抗体。结合了又称为亲细胞抗体。结合了IgE分子的肥大分子的肥大细胞、嗜碱性粒细胞再与相应抗原结合时，可细胞、嗜碱性粒细胞再与相应抗原结合时，可引引起起型超敏反应型超敏反应。 1.类和亚类（根据类和亚类（根据H链的抗原性不同）链的抗原性不同） IgG (gamma) IgA (alpha) IgM (mu) IgD (delta) IgE (epsilon) (1)类类免疫球蛋白的类别免疫球蛋白的类别 IgD、

26、IgE结构示意图分泌片分泌片J链链J链：通过二硫键链：通过二硫键与两个与两个u链的链的C端端连接连接哪两种没有铰链区哪两种没有铰链区? ?为什么要不同种类的为什么要不同种类的IgG? 五类免疫球蛋白的特性与功能五类免疫球蛋白的特性与功能IgM（巨球蛋白，（巨球蛋白，macroglobulin） IgM为五聚体，是分子量最大的为五聚体，是分子量最大的Ig，沉降系数为，沉降系数为19S J链链（joining chain）是一条多肽链，富含半胱氨酸，）是一条多肽链，富含半胱氨酸，由浆细胞合成。由浆细胞合成。 J链可连接链可连接Ig 单体形成二聚体、五聚体或多聚体。两单体形成二聚体、五聚体或多聚体。

27、两个单体个单体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由由 -S-S-相互连接，并通过相互连接，并通过-S-S-与与J链连接形成五聚体。链连接形成五聚体。 IgM一般不能通过血管壁，主要存在于血液中。一般不能通过血管壁，主要存在于血液中。功能功能 a，激活补体的能力比，激活补体的能力比IgG强。强。 b，引起严重的溶血反应，天然的血型抗体为，引起严重的溶血反应，天然的血型抗体为IgM，血，血型不符的输血。型不符的输血。c，最先产生的抗体。感染过程中血清，最先产生的抗体。感染过程中血清IgM水平升高，说明水平升高，说明有近期感染，该指标有助于早期诊断。有近期感染，该

28、指标有助于早期诊断。d，IgM是个体发育过程中最早合成和分泌的抗体，在胚胎是个体发育过程中最早合成和分泌的抗体，在胚胎发育晚期的胎儿即能产生发育晚期的胎儿即能产生IgM，故脐带血，故脐带血IgM增高提示胎增高提示胎儿有宫内感染（如风疹病毒或巨细胞病毒等感染）。儿有宫内感染（如风疹病毒或巨细胞病毒等感染）。e，IgM在早期免疫防御中具有重要作用，是血管内抗感染在早期免疫防御中具有重要作用，是血管内抗感染的主要抗体。的主要抗体。 类风湿因子亦属类风湿因子亦属IgM。 f，膜表面，膜表面IgM是是B细胞抗原受体细胞抗原受体(B cell receptor，BCR)的的主要成分。主要成分。 只表达只表

29、达mIgM是未成熟是未成熟B细胞的标志，记忆细胞的标志，记忆B细胞表面的细胞表面的mIgM逐渐消失。逐渐消失。IgG 出生后出生后3个月开始合成，个月开始合成，35岁接近成人水平，血清岁接近成人水平，血清中含量最高，占血清总中含量最高，占血清总Ig 75%80%，其中，其中IgG1含量最含量最多。多。 IgG半寿期半寿期2023天，再次免疫应答的主要抗体，通天，再次免疫应答的主要抗体，通常为高亲和力抗体。常为高亲和力抗体。 功能功能 a，IgG是血液和胞外液中的主要抗体成分，发挥重是血液和胞外液中的主要抗体成分，发挥重要免疫学效应，要免疫学效应， b，IgG1、IgG2和和IgG3的的CH2通

30、过经典途径活化补通过经典途径活化补体。体。 c，IgG是唯一能通过胎盘的抗体，在新生儿是唯一能通过胎盘的抗体，在新生儿抗感染中起重要作用。抗感染中起重要作用。 人人IgG1、IgG2和和IgG4的的Fc段还能与葡萄球段还能与葡萄球菌菌A蛋白蛋白(staphylococcus protein A, SPA)结合。结合。 d，IgG是抗感染的主要抗体，大多数抗菌、抗是抗感染的主要抗体，大多数抗菌、抗病毒抗体和抗毒素都为病毒抗体和抗毒素都为IgG类类 e，免疫损伤免疫损伤 新生儿溶血症（新生儿溶血症（ O型血型，存在抗型血型，存在抗A、B血型血型物质抗体物质抗体IgG），一些自身抗体如抗甲状腺球蛋白

31、），一些自身抗体如抗甲状腺球蛋白抗体、抗核抗体也属于抗体、抗核抗体也属于IgG。 IgA 分为两型：分为两型：血清型血清型IgA主要以单体形式存在。主要以单体形式存在。 分泌型分泌型IgA(SIgA)由由J链连接的二聚体和分泌片组成。链连接的二聚体和分泌片组成。i 分泌片分泌片 分泌成分分泌成分 分泌型分泌型IgA分子上的一个辅助成分，一种含糖的肽链，分子上的一个辅助成分，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，并一起被分泌到粘膜表面。上，并一起被分泌到粘膜表面。Ii 分泌片功能分泌片功能 保护分泌型保护分泌型Ig

32、A的铰链区免受蛋白水解酶降解；的铰链区免受蛋白水解酶降解； 介导介导IgA二聚体从粘膜下通过粘膜等细胞到粘膜表面的二聚体从粘膜下通过粘膜等细胞到粘膜表面的转运转运 。 分泌型分泌型IgA功能功能 a，主要存在于胃肠道和支气管分泌液、初乳、，主要存在于胃肠道和支气管分泌液、初乳、唾液和泪液中。合成和分泌的部位在肠道、呼唾液和泪液中。合成和分泌的部位在肠道、呼吸道、乳腺、唾液腺和泪腺，吸道、乳腺、唾液腺和泪腺， b，参与粘膜局部免疫的主要抗体，通过与相，参与粘膜局部免疫的主要抗体，通过与相应病原微生物（细菌、病毒等）结合，阻止病应病原微生物（细菌、病毒等）结合，阻止病原体粘附到细胞表面。原体粘附到

33、细胞表面。 c，在粘膜表面也有中和毒素的作用。，在粘膜表面也有中和毒素的作用。 d，重要的自然被动免疫。，重要的自然被动免疫。 新生儿易患呼吸道、胃肠道感染可能与新生儿易患呼吸道、胃肠道感染可能与IgA合成不足有关。婴儿可从母亲初乳中获得分泌合成不足有关。婴儿可从母亲初乳中获得分泌型型IgA。1.连接链（连接链（joining chain，J链链) (1)化学本质：浆细胞分泌的多肽链化学本质：浆细胞分泌的多肽链 (2)存在：存在：IgM（五聚体）（五聚体）, sIgA（双体）（双体）. 2.分泌片（分泌片（secretory piece, SP） (1) 化学本质化学本质: 多肽链多肽链(70

34、kD) (2)来源：粘膜上皮细胞来源：粘膜上皮细胞 (3)作用：作用： a.帮助帮助IgA穿越黏膜穿越黏膜 b.保护保护s IgA抵抗蛋白酶的水解作用抵抗蛋白酶的水解作用 IgD 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可可 在个体发育的任何时间产生。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，故其半寿期的铰链区较长，易被蛋白酶水解，故其半寿期很短很短(仅仅3天天)。 血清血清IgD的确切功能仍不清楚。的确切功能仍不清楚。 B细胞膜表面的细胞膜表面的mIgD可作为可作为B细胞分化发育细胞分化发育成熟的标志成熟的标志

35、(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mIgD，这种，这种B细胞称为细胞称为初始初始B细胞细胞(naive B cell)，活化的，活化的B细胞或记忆细胞或记忆B细胞细胞的的mIgD逐渐消失。逐渐消失。IgE(IgE(反应素反应素) ) 正常人血清中含量最少的正常人血清中含量最少的IgIg，约为，约为5 51010-5-5 mg/ml mg/ml。 半衰期仅半衰期仅2.52.5天天, ,含糖量高含糖量高功能功能: : 引起引起I I型超敏反应型超敏反应, IgE, IgE为亲细胞抗体，为亲细胞抗体，其其C CH H2 2和和C CH H

36、3 3功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力细胞上的高亲和力FcRIFcRI结合。在免疫防结合。在免疫防御中的作用不清楚。御中的作用不清楚。 性状性状 IgG IgA IgM IgD IgE 常见化学式常见化学式 单体单体 单体、二聚体等单体、二聚体等 五聚体五聚体 单体单体 单体单体化学式化学式 2 22 、22 ( 22)n ( ( 2 2 2 2) )n n 22 22 ( 22)n ( ( 2 2 2 2) )n n 22 22含糖量含糖量( % ) 3 7 1 9 13血清中含量血清中含量(mg /100mL) 1250300 21050 12550

37、 4 0.03半衰期半衰期/d 23.0 5.8 5.1 2.8 2.5生理活性生理活性 激活补体激活补体 +(IgG1IgG2IgG3) - + - -通过胎盘通过胎盘 + - - - - 亲细胞活性亲细胞活性 巨噬细胞巨噬细胞 + - - ? - 肥大细胞肥大细胞 - - - - + 抗菌、抗毒素和病毒抗菌、抗毒素和病毒 + + + ？ - 以以IgM为主，为主， IgG出现较出现较IgM迟迟以以IgM很少，很少， IgG为主为主速度快速度快较少较少多多首次免疫出现的抗体是什么首次免疫出现的抗体是什么? ? 免疫球蛋白基因免疫球蛋白基因免疫球蛋白基因结构免疫球蛋白基因结构1 1、重链的基因

38、结构、重链的基因结构 Ig重链基因重链基因: V、D、J和和C四种不同基因片段四种不同基因片段V V variable segmentvariable segment，J Jjioning segment jioning segment C Cconstant segmentconstant segment，D Ddiversity segment diversity segment H H链可变区基因链可变区基因: VH、JH、DH 3个基因区个基因区段段 小鼠小鼠 ：3001000 个个VH；20个个DH；4个个JH 人：人：75 300个个VH；30个个DH；6个个JHVH基因片段：编码

39、基因片段：编码V区第区第 194 位位AaJH基因片段：编码第基因片段：编码第 98113 位位AaDH基因片段：基因片段：9597位位 37 个个Aa，位于，位于CDR3区区(互补决定区互补决定区)，与，与Ab的多样性有的多样性有关。关。轻链的基因结构轻链的基因结构(和和链链) 链的基因结构链的基因结构 V 、J 、C 3类基因片段组成。类基因片段组成。 小鼠：小鼠： 约约250个个V、5 5个个J(4J(4个有功能个有功能) )、 1 1个个CC 人人: V(: V(约约100100个个) )、 J(5 J(5个个) )、 C(1 C(1个个) ) 小鼠小鼠:V 区基因上游均有一个区基因上

40、游均有一个 L(Leader)基因基因(编编码信号肽，是码信号肽，是Ig分泌所必须的分泌所必须的) 其编码其编码22个氨基酸的个氨基酸的链先导序列即信号肽，链先导序列即信号肽，肽链通过内质网向外运输。肽链通过内质网向外运输。 Vgenes：V区约区约96个氨基酸个氨基酸Jgenes：在：在V genes 下游，相距约下游，相距约 23 kb，5个基因，个基因，J3为无效基因。为无效基因。 编码编码13个氨基酸的肽段，属于个氨基酸的肽段，属于V区片区片段，又称连接片段。段，又称连接片段。Cgenes：J区下游，相距约区下游，相距约2.5 Kb, 编码编码C区肽段区肽段 链的基因结构链的基因结构

41、V、J、C(J-C)每个每个V gene 上游也有上游也有 L gene小鼠：小鼠：3个个V 、4个个J、4 C(1个个J假基因假基因) ) 人人: 约约31个个有功能有功能V、4个个J、7个个C (many pseudogenes)J C 成簇成簇(cu)排列排列 L gene : N 端端1522个个Aa的先导序列的先导序列Vgenes：第：第199位位AaJgenes：V 区区 98110位位AaCgenes：全部：全部 C区，即区，即 111214 位位Aa VHDJ/300134CHMouse antibody genes免疫球蛋白基因的重排免疫球蛋白基因的重排V variable

42、segmentJjioning segment Cconstant segmentDdiversity segment 利根川进利根川进, , 1987年，年，Nobel奖奖 纯化了抗体的纯化了抗体的mRNA，然后将其，然后将其与与DNA杂交并进行观察，这个实验可杂交并进行观察，这个实验可有效计算抗体的基因数目，结果表明有效计算抗体的基因数目，结果表明远远少于抗体数目远远少于抗体数目. Southern分子杂交技术尚未发明，分子杂交技术尚未发明，因此因此DNA杂交实验是一件非常繁重的工作。杂交实验是一件非常繁重的工作。首先需要用限制性内切酶对基因组首先需要用限制性内切酶对基因组DNA进进行消化

43、，然后利用大规模凝胶琼脂糖电泳行消化，然后利用大规模凝胶琼脂糖电泳进行分离，将包含特定条带的凝胶进行回进行分离，将包含特定条带的凝胶进行回收并在液相反应体系中进行收并在液相反应体系中进行DNA杂交。杂交。 由于切口平移（由于切口平移（Nick-translation）和和cDNA克隆技术均尚未发明，因此杂交克隆技术均尚未发明，因此杂交探针使用的抗体轻链探针使用的抗体轻链mRNA不得不首先从不得不首先从细胞中纯化，然后用放射性碘元素标计细胞中纯化，然后用放射性碘元素标计. 1976, 比较胚胎细胞比较胚胎细胞(不产生抗体不产生抗体)和骨髓瘤细胞和骨髓瘤细胞(产生抗体产生抗体)中抗体轻链中抗体轻链

44、基因的分布情况时发现在胚胎期不同基因的分布情况时发现在胚胎期不同抗体基因的距离较远抗体基因的距离较远，而在骨髓瘤细而在骨髓瘤细胞中这些基因距离靠近，说明生殖细胞中这些基因距离靠近，说明生殖细胞在发育成胞在发育成B淋巴细胞的过程中淋巴细胞的过程中,抗体抗体基因发生了重排现象基因发生了重排现象. 利根川进抗体多样性遗传机理的利根川进抗体多样性遗传机理的阐明阐明, ,预示着进入了分子免疫学时期预示着进入了分子免疫学时期, ,对免疫学的这项发现还改变了人们对对免疫学的这项发现还改变了人们对基因的传统看法，即一个基因编码一基因的传统看法，即一个基因编码一种蛋白，发育和细胞分化过程中不发种蛋白，发育和细胞

45、分化过程中不发生变化。生变化。“不敢冒险的人，或者只会考试得不敢冒险的人，或者只会考试得分的人，是不适合科学研究的。分的人，是不适合科学研究的。” “科学家的最重要的才能是要有怀疑科学家的最重要的才能是要有怀疑的能力，还要有丰富的想像力。的能力，还要有丰富的想像力。” 轻链基因轻链基因(k)(k)的重排的重排( (一次一次) )V V基因片段通过基因片段通过缺失、倒位缺失、倒位的方式与相隔一的方式与相隔一定距离的定距离的J J 基因片段连接，形成基因片段连接，形成 V-J V-J 片段片段 重排后的重排后的V-JV-J片段再与片段再与C Ck k连接连接，形成，形成 V-J-C V-J-C 复

46、合体复合体mRNAmRNA的加工，形成的加工，形成k k链链的的mRNAmRNAk k链的链的mRNAmRNA翻译成蛋白质翻译成蛋白质 IgMIgM重链基因的重排重链基因的重排(D-J(D-J，V-DJV-DJ两次两次) ) 1 1 D D基因片段通过基因片段通过缺失、倒位缺失、倒位的方式与相隔一定距的方式与相隔一定距离的离的J J 基因片段连接，形成基因片段连接，形成 D-JD-J片段片段 2 2 V V基因中随机选择一个与基因中随机选择一个与D-JD-J复合体相连，复合体相连， 形成形成 V-D-JV-D-J复合体复合体 3 3 初始初始mRNAmRNA的剪接的剪接(splicing)(s

47、plicing)加工：先除掉加工：先除掉V-D-JV-D-J与最近与最近C C区基因间的内含子，形成区基因间的内含子，形成链链的的mRNAmRNA 4 4 链的链的mRNAmRNA翻译成蛋白质翻译成蛋白质 尚不清楚是否所有尚不清楚是否所有C C基因都在初级转录产物上表达基因都在初级转录产物上表达 可变区的启动子与增强子相隔可变区的启动子与增强子相隔250250300kb300kb，重排后距离为，重排后距离为2kb2kb。重排。重排后后VJVJ或或VDJVDJ的转录效率是的转录效率是V Vk k基因片段的基因片段的10104 4。 启动子有许多保守序列能被启动子有许多保守序列能被DNADNA结结

48、合蛋白识别。在体细胞中，即使含有合蛋白识别。在体细胞中，即使含有重排的重排的H H链和链和L L链基因，也不表达链基因，也不表达IgGIgG蛋蛋白，只有白，只有B B细胞表达。细胞表达。V-JV-J连接点上核苷酸的改变引起的连接点上核苷酸的改变引起的IgIg多样性多样性12 核苷酸核苷酸CACAGTG12 核苷酸核苷酸ACAaAaACCGGTTTTTGTCACAGTG3CACAGTG23 核苷酸核苷酸ACAaAaACCGGTTTTTGTCACAGTG323 核苷酸核苷酸V J 7聚体聚体9聚体聚体9聚体聚体7聚体聚体基因基因 基因基因V J 77999977VHDHJHH基因基因7 7 7 聚

49、体和聚体和9 9 聚体间的聚体间的不保守不保守间隔序列间隔序列由由12121 1 或或23231 bp 1 bp 组成重排时，形成组成重排时，形成茎茎环环结构，在内切酶和连接酶的作用下，去掉结构，在内切酶和连接酶的作用下，去掉茎环结构，两个相隔远的基因被连接。连接茎环结构，两个相隔远的基因被连接。连接时，两种基因的识别序列有不同程度的丢失时，两种基因的识别序列有不同程度的丢失和移位，多样性增加和移位，多样性增加1010倍。倍。C-GC-GA-TA-TA-TA-TC-GA-T23个核苷酸个核苷酸12个核苷酸个核苷酸7 聚体聚体7 聚体聚体9 聚体聚体9 聚体聚体G-CT-AG-CA-TC-GA-

50、TC-G L1 V 1 L20 V1 L20 V 20 J 20 J 1 J1 J 2 C2 C C-GC-GA-TA-TA-TA-TC-GA-T2323个核苷酸个核苷酸9 9 聚体聚体G-CT-AG-CA-TC-GA-TC-GC-GC-GA-TA-TA-TA-TC-GA-T2323个核苷酸个核苷酸1212个核苷酸个核苷酸7 7 聚体聚体C -GA -TC -GT -AG -CT -AG -C5VH DH JH CH CATTTCCATTTCCTGGGTGCTGGGTG7997VJCACTGGGTGCACTGGGTGCATTGGGTGCATTGGGTGCATTGGGTGCATTGGGTGCAT

51、TTGGTGCATTTGGTGCATTTGGTGCATTTGGTGVVVVVJJJJJV-JV-J连接点上核苷酸的改变引起的连接点上核苷酸的改变引起的IgIg多样性多样性免疫球蛋白的多样性免疫球蛋白的多样性胚胎细胞胚胎细胞V-J 或或 V-D-J 重排重排重组连接和插入的多样性重组连接和插入的多样性 L链有一次链有一次V-J 一次连接，一次连接，H链有链有D-J、V-D-J 两次两次 连接。连接。 连接时，错位会造成连接点附近氨基酸变化，连接时，错位会造成连接点附近氨基酸变化， 均位于均位于CDR3。 b，N区（区（nontemplate dependant sequence） 的变化。重排连

52、接时，识别序列受外切酶作用，在接的变化。重排连接时，识别序列受外切酶作用，在接 头的末端减少或增加多达头的末端减少或增加多达 15 核苷酸，其编码的氨基酸核苷酸，其编码的氨基酸 在在V区的区的HVR。 c，连接重组。连接时，连接重组。连接时，V、D、J发生重组发生重组3）体细胞突变）体细胞突变 只改变只改变 VJ 或或 VDJ 单个片段的个别核苷酸单个片段的个别核苷酸轻链序列的多样性轻链序列的多样性300V X 4J X 10300V X 4J X 101200012000重链序列的多样性重链序列的多样性500V X 20D X 4J X 10 X 10N500V X 20D X 4J X 1

53、0 X 10N4X104X107 7L L链和链和H H链的多样性链的多样性4.8X104.8X1010101/31/3无效重排无效重排100100亿亿(10(101010) )种不同抗体种不同抗体 B细胞克隆细胞克隆 IgM 每个每个B细胞开始时一般均表达细胞开始时一般均表达IgM，但随后可，但随后可通过抗体类别转换表达和产生通过抗体类别转换表达和产生IgG, IgA或或IgE Ig的类别转换的类别转换(class switching) 一个一个B细胞克隆在分化过程中细胞克隆在分化过程中V-D-J功能性功能性基因片段保持不变，而发生基因片段保持不变，而发生C基因重排，使基因重排，使其表达的抗

54、体分子发生其表达的抗体分子发生H链类的改变，称为链类的改变，称为类别转换。类别转换。Section3 Section3 免疫球蛋白的合成与分泌免疫球蛋白的合成与分泌 1 1、B B细胞的产生和成熟过程细胞的产生和成熟过程 2 2、体液免疫应答与抗体的产生、体液免疫应答与抗体的产生 3 3、免疫球蛋白的表达、装配与分泌、免疫球蛋白的表达、装配与分泌Section 3 免疫球蛋白的合成与分泌免疫球蛋白的合成与分泌一、一、B细胞的产生和成熟过程细胞的产生和成熟过程 1、B淋巴细胞不同发育阶段的特征淋巴细胞不同发育阶段的特征 1）前）前B细胞（细胞（pre-B cell） B细胞前体（细胞前体（pro

55、-B）发育而成，早期）发育而成，早期pro-B细胞为细胞为骨髓干细胞产生的第一代骨髓干细胞产生的第一代B细胞细胞 后期后期pro-B 细胞内，细胞内，Ig重链开始重排重链开始重排 特点：特点： a，胞质中出现，胞质中出现链（链（V区、区、C区）区） b，膜上无，膜上无IgM，也不能对，也不能对Ag作出反应作出反应 链为结合态，与一种非免疫球蛋白的蛋白结合。链为结合态，与一种非免疫球蛋白的蛋白结合。 2）未成熟）未成熟B细胞（幼细胞（幼B细胞）细胞） 特点：特点：a，合成轻链，合成轻链 或或 ，与与H H 链结合，组装成链结合，组装成IgM IgM b，膜上有，膜上有IgM，可作为，可作为Ag的

56、特异受体的特异受体 c，Ag 刺激，不能增殖、分化，产生不反应性或耐受性刺激，不能增殖、分化，产生不反应性或耐受性3）成熟）成熟B细胞细胞（外周淋巴组织）（外周淋巴组织） 特点：特点：a，膜上有，膜上有IgM、IgD b，不遇，不遇Ag，其半衰期，其半衰期 34天天 c，Ag 刺激，可被激活、增殖，形成刺激，可被激活、增殖，形成Ab分泌细分泌细 胞胞 （浆细胞）或记忆细胞（膜（浆细胞）或记忆细胞（膜Ig）2、 淋巴淋巴B细胞亚系细胞亚系 B细胞细胞Ab是否需要是否需要T细胞辅助为标准细胞辅助为标准 B-1 亚系：亚系：T细胞不依赖性亚系（非常规细胞不依赖性亚系（非常规B细胞亚系）细胞亚系） 特

57、点：特点：a，免疫应答中，仅有初级应答，免疫应答中，仅有初级应答 b，IgM抗体抗体 c，细胞可自我更新，细胞可自我更新 B-2 亚系：亚系：T细胞依赖性亚系细胞依赖性亚系 特点：特点：a，有次级应答反应，有次级应答反应 b，Ab主要为主要为IgG c，细胞发育中较，细胞发育中较B-1亚系晚亚系晚3、B细胞的表面标记细胞的表面标记 1）表面标记）表面标记 a，Ag（抗原）受体（膜抗体）（抗原）受体（膜抗体） 结构同分泌的结构同分泌的Ab分子（缺少一疏水的肽段）分子（缺少一疏水的肽段） b，Fc 受体受体 识别识别IgG、IgE的的Fc片段片段 结合结合Ag-Ab形成的复合物（形成的复合物（EA花结实验）花结实验） c，补体受体，补体受体 d，有丝分裂原，有丝分裂原(S