抗体的基本结构解读

1、免疫球蛋白目录1.2.拼音英文参考3.概述4.免疫球蛋白分子的基本结构1.轻链和重链2.可变区和恒定区3.功能区4.J 链和分泌成分5.单体、双体和五聚体6.酶解片段5.免疫球蛋白分子的功能1.特异性结合抗原2.活化补体3.结合 Fc 受体4.通过胎盘6.免疫球蛋白分子的抗原性1.同种型2.同种异型3.独特型7.免疫球蛋白分子的超家族1.免疫球蛋白超家族的组成2.免疫球蛋白超家族的特点8.各类免疫球蛋白的生物学活性1.IgG2.IgA3.IgM4.IgD5.IgE9.免疫球蛋白基因的结构和抗体多样性1.Ig 重链基因的结构和重排2.Ig 轻链基因的结构和重排3.抗体多样性的遗传学基础药理作用药

2、品说明书1. 适应症2. 用量用法相关文献具有抗体活性的血清蛋白称为免疫球蛋白，又称为抗体 。是由机体的 B 淋巴细胞在抗 原的刺激下分化、 分裂而成的一组特殊球蛋白。 人和动物的免疫血清中的免疫球蛋白极不均 一，其组成、结构、大小、电荷、生物学活性等都有很大差异，约占机体全部血清蛋白的 20 25 。目前已在人、小鼠等血清中先后分纯得到5 类免疫球蛋白， 1968 年，世界卫生组织统一命名为 免疫球蛋白 G（IgG ）、免疫球蛋白 M （ IgM ）、免疫球蛋白 A（ IgA）、免 疫球蛋白 D（IgD ）、免疫球蛋白 E（IgE ）。免疫球蛋白分子的基本结构Porter 等对血清 IgG

3、抗体的研究证明， Ig 单体分子 的基本结构是由 四条肽链 组成的。 即由二条相同的分子量较小的肽链称为 轻链和二条相同的分子量较大的肽链称为 重链 组成 的。轻链与重链是由二硫键连接形成一个四肽链分子称为 Ig 分子的单体 ，是构成免疫球蛋 白分子的基本结构。 Ig 单体中四条肽链两端游离的氨基或羧基的方向是一致的，分别命名 为氨基端（ N 端） 和 羧基端（ C 端） 。图 2-3 免疫球蛋白分子的基本结构示意图轻链和重链由于骨髓瘤蛋白（ M 蛋白）是均一性球蛋白分子，并证明本周蛋白（BJ）是 Ig 分子的L 链， 很容易从患者血液和尿液中分离纯化这种蛋白， 并可对来自不同患者的标本进行比

4、较 分析，从而为 Ig 分子氨基酸序列分析提供了良好的材料。1 轻链（ lightchain,L ） 轻链大约由 214 个氨基酸残基组成，通常不含碳水化合物， 分子量约为 24kD 。每条轻链含有两个链内二硫键所组成的环肽。 L 链共有两型： kappa（ ） 与 lambda（ ），同一个天然 Ig 分子上 L 链的型总是相同的。 正常人血清中的 ：约为 2：1。2重链（heavychain,H 链） 重链大小约为轻链的 2 倍，含 450 550 个氨基酸残基， 分子量约为 55 或75kD 。每条 H 链含有 45个链内二硫键所组成的环肽。不同的H 链由于氨基酸的排列顺序、二硫键的数目

5、和们置、含糖的种类和数量不同，其抗原性也不相同， 根据 H链抗原性的差异可将其分为 5类： 链、 链、 链、 链和链，不同 H链与 L链 （或 链）组成完整 Ig 的分子分别称之为 IgM 、 IgG 、 IgA 、 IgD 和 IgE 。、和 链上 含有 4 个环肽， 和 链含有 5 个环肽。 重链（ heavy chain,H 链）由 450 570 个氨基酸残 基组成，分子量约为 50 70kD 。不同的 H 链因氨基酸的排列顺序、二硫键的数目和位置、 含糖的种类和数量不同，其抗原性也不相同，可将其分为链、链、 链、链、链五类，这些 H 链与 L 链（链或 链）组成的完整 Ig 分子分别

6、称为 IgM（）、IgG（）、IgA （ ）、IgD（）和 IgE（可变区和恒定区通过对不同骨髓蛋白或本周蛋白 H 链或 L 链的氨基酸序列比较分析， 发现其氨基端 （N- 末端）氨基酸序列变化很大，称此区为可变区（V ），而羧基末端（ C- 末端）则相对稳定，变化很小，称此区为恒定区（ C 区）。1可变区（ variableregion,V 区） 位于 L 链靠近 N 端的 1/2 （约含 108 111 个氨基 酸残基）和 H 链靠近 N 端的 1/5 或 1/4 （约含 118 个氨基酸残基）。每个 V 区中均有一个 由链内二硫键连接形成的肽环，每个肽环约含67 75 个氨基酸残基。 V

7、 区氨基酸的组成和排列随抗体结合抗原的特异性不同有较大的变异。由于 V 区中氨基酸的种类、排列顺序千 变万化，故可形成许多种具有不同结合抗原特异性的抗体。L 链和 H 链的 V 区分别称为 VL 和 VH 。在 VL 和 VH 中某些局部区域的氨基酸组成和 排列顺序具有更高的变休程度 ，这些区域称为 高变区（ hypervariable region, HVR ）。在 V 区中非 HVR 部位的氨基酸组面和排列相对比较保守，称为骨架区（ framework region ）。 VL中的高变区有三个，通常分别位于第2434、5065、95102 位氨基酸。 VL和 VH的这三个 HVR 分别称为

8、 HVR1 、 HVR2 和 HVR3 。经 X 线结晶衍射的研究分析证明，高变 区确实为抗体与抗原结合的位置，因而称为 决定簇互补区 （ complementarity-determining region,CDR ）。VL 和 VH 的 HVR1 、HVR2 和 HVR3 又可分别称为 CDR1 、CDR2 和 CDR3 ， 一般的 CDR3 具有更高的高变程度。高变区也是 Ig 分子独特型决定簇（ idiotypic determinants ）主要存在的部位。在大多数情况下 H 链在与抗原结合中起更重要的作用。图 2-4 与抗原表位结合高变区（ HVR ）示意图（ G 表示相对保守的

9、甘氨酸 ）2恒定区（ constantregion,C 区） 位于 L 链靠近 C 端的 1/2 （约含 105 个氨基酸残 基）和 H 链靠近 C 端的 3/4 区域或 4/5 区域（约从 119 位氨基酸至 C 末端）。 H 链每个功 能区约含 110 多个氨基酸残基， 含有一个由二锍键连接的 50 60 个氨基酸残基组成的肽环。 这个区域氨基酸的组成和排列在同一种属动物 Ig 同型 L 链和同一类 H 链中都比较恒定，如 人抗白喉外毒素 IgG 与人抗破伤风外毒素的抗毒素 IgG ，它们的 V 区不相同，只能与相应 的抗原发生特异性的结合，但其 C 区的结构是相同的，即具有相同的抗原性，

10、应用马抗人 IgG 第二体（或称抗抗体）均能与这两种抗不同外毒素的抗体（ IgG ）发生结合反应。这是 制备第二抗体，应用荧光、酶、同位毒等标记抗体的重要基础。功能区Ig 分子的 H 链与 L 链可通过链内二硫键折叠成若干球形功能区，每一功能区（domain ）约由 110 个氨基酸组成。在功能区中氨基酸序列有高度同源性。1L 链功能区 分为 L 链可变区（ VL）和 L 链恒定区（ CL ）两功能区。2H 链功能区 IgG 、IgA 和 IgD 的 H 链各有一个可变区 （VH ）和三个恒定区 （CH1、 CH2和CH3 ）共四个功能区。 IgM和IgE的H链各有一个可变区 （VH ）和四个

11、恒定区（CH1 、 CH2 、CH3 和 CH4 ）共五个功能区。 如要表示某一类免疫蛋白 H 链恒定区，可在 C（表示 恒定区）后加上相应重链名称（希腊字母）和恒定区的位置（阿拉伯数字），例如 IgG 重 链 CH1 、CH2 和 CH3 可分别用 C1、 C2和 C3来表示 。IgL 链和 H 链中 V 区或 C 区每个功能区各形成一个免疫球蛋白折叠( immunoglobulin fold,Ig fold ) ,每个 Ig 折叠含有两个大致平行、由二硫连接的片层结构( betapleatedsheets )，每个 片层结构由 3 至 5 股反平行的多肽链组成。可变区中的高变区在 Ig 折

12、叠 的一侧形成高变区环( hypervariable loops )，是与抗原结合的位置。3功能区的作用(1)VL 和 VH 是与抗原结合的部位，其中 HVR (CDR )是 V区中与 抗原决定簇 (或 表位)互补结合的部位。 VH 和VL 通过非共价相互作用 ，组成一个 FV 区。单位 Ig 分子具 有 2 个抗原结合位点 ( antigen-bindingsite )，二聚体分泌型 IgA 具有 4 个抗原结合位点， 五聚体 IgM 可有 10 个抗原结合位点。(2) CL 和 CH 上具有 部分同种异型的遗传标记 。(3 ) CH2 ： IgGCH 具有 补体 Clq 结合点，能活化补体

13、的经典活化途径。母体 IgG 借助 CH2 部分可通过 胎盘 主动 传递 到胎体内。(4 ) CH3 ： IgGCH3 具有结合 单核细胞 、巨噬细胞、粒细胞、 B细胞和NK 细胞 Fc 段受体 的功能。 IgMCH3 (或 CH3 因部分 CH4 )具有补体结合位点。 IgE 的 C2和 C3功 能区与结合 肥大细胞 和嗜碱性粒细胞 FCRI 有关。4铰链区( hingeregion )铰链区不是一个独立的功能区，但它与其客观存在功能区 有关。铰链区位于 CH1 和 CH2 之间。不同 H 铰链区含氨基酸数目不等， 1、2、 1、2 和 4链的铰链区较短，只有 10 多个氨基酸残基； 3 和

14、 链的铰链区较长，约含 60 多个 氨基酸残基，其中 3铰链区含有 14 个 半胱氨酸 残基。铰链区包括 H 链间二硫键，该区富 含脯氨酸 ，不形成 -螺旋 ，易发生伸展及一定程度的转动，当VL、VH 与抗原结合时此氏发生扭曲，使抗体分子上两个抗原结合点更好地与两个抗原决定簇发生互补。由于 CH2 和 CH3 构型变化，显示出活化补体、结合 组织 细胞等生物学活性。铰链区对 木瓜蛋白酶、胃 蛋白酶 敏感， 当用这些蛋白酶水解免疫球蛋白分子时常此区发生裂解 。IgM 和 IgE 缺乏铰链区。J 链和分泌成分1J 链( joining chain ) 存在于二聚体分泌型 IgA 和五聚体 IgM

15、中。J 链分子量约为 15kD ，由于 124 个氨基酸组成的酸性糖蛋白，含有 8 个半胱氨酸残基，通过二硫键连接到 链或 链的羧基端的半胱氨酸。 J 链可能在 Ig 二聚体、 五聚体或多聚体的组成以及在体内 转运中的具有一定的作用。2分泌成分( secretorycomponent,SC ) 又称分泌片( secretory piece ) , 是分泌 型 IgA 上的一个辅助成分，分子量约为 75kD ，糖蛋白，由上皮细 胞合 成，以共价形式结合到 Ig 分子，并一起被分泌到粘膜表面。 SC 的存在对于抵抗 外分泌 液中蛋 白水解酶的降解具 有重要作用。单体、双体和五聚体1单体 由一对 L

16、 链和一对 H 链组成的基本结构，如 IgG 、IgD 、 IgE 血清型 IgA。2双体 由 J 链连接的两个单体，如分泌型 IgA （ secretory IgA,SIgA） 二聚体（或多聚 体） IgA 结合抗原的亲合力（ avidity ）要比单体 IgA 高。图 2-5 分泌型 IgA 结构示意图3五聚体 由 J 链和二硫键连接五个单体， 如 IgM 。链 Cys414 （ C3）和 Cys575（C 端的尾部 ）对于 IgM 的多聚化极为重要。在 J 链存在下，通过两个邻近单体 IgM 链 Cys 之 间以及 J 链与邻 链 Cys575 之间形成二硫键组成五聚体。 由粘膜下 浆细

17、胞 所合成和分泌的 IgM 五聚体，与粘膜上皮细胞表面 pIgR（poly-Ig receptor,pIgR） 结合，穿过粘膜上皮细胞到 粘膜表面成为分泌型 IgM（secretory IgM） 。酶解片段1本瓜蛋白酶的水解片段 Porter 等最早用木瓜蛋白酶（ papain ）水解兔 IgG, 从而区 划获知了 Ig 四肽链的基本结构和功能。（1 ）裂解部位： IgG 铰链区 H 链链间二硫键近 N 端侧切断。（2 ）裂解片段： 共裂解为三个片段： 两个 Fab 段（抗原结合段， fragmentof antigen binding ）,每个 Fab 段由一条完整的 L 链和一条约为 1/

18、2 的 H 链组成，Fab 段分子量为 54kD 。 一个完整的 Fab 段可与抗原结合， 表现为单价， 但不能形成凝集或 沉淀反应 。Fab 中约 1/2H 链部分称为 Fd 段，约含 225 个氨基酸残基，包括 VH 、CH1 和部分铰链区。一个 Fc 段 （可结晶段， fragmentcrystallizable ）, 由连接 H 链二硫键和近羧基端两条约 1/2 的 H 链所 组成，分子量约 50kD 。Ig 在异种间免疫所具有的抗原性主要存在于Fc 段。图 2-6 人分泌型 IgA 和分泌型 IgM 的局部产生示意图图 2-7 IgM 结构示意图2胃蛋白酶的水解片段 Nisonoff

19、 等最早用胃蛋白酶（ pepsin ）裂解免疫球蛋白。（1 ）裂解部位：铰链区 H 链链间二硫键近 C 端切断。（2）裂解片段：1）F（ab）2：包括一对完整的 L链和由链间二硫键相连一对略大于 Fab 中Fd 的H 链，称为 Fd ，约含 235 个氨基酸残基，包括 VH 、 VH1 和铰链区。 F（ab）2 具有双价抗 体活性，与抗原结合可发生凝集和沉淀反应。双价的F（ ab ）2 与抗原结合的亲合力要大于单价的 Fab 。由于应用 F（ab）2 时保持了结合相应抗原的生物学活性，又减少或避免了Fc 段抗原性可能引起的 副作用 ，因而在 生物制品 中有较大的实际应用价值。虽然 F（ab ）

20、 2 与抗原结合特性方面同完整的 Ig 分子一样，但由于缺乏 Ig 中部分，因此不具备固定补体 以及与 细胞膜表面 Fc 受体结合的功能。 F（ab）2经还原等处理后， H 链间的二硫可发生 断裂而形成两个相同的 Fab 片段。2） Fc可继续被胃蛋白酶水解成更小的片段，失去其生物学活性。图 2-8 Ig 酶水解片段示意图免疫球蛋白分子的功能Ig 是体液免疫应答 中发挥 免疫功能 最主要的免疫分子，免疫球蛋白所具有的功能是由 其分子中不同功能区的特点所决定的。特异性结合抗原Ig 最显着的生物学特点是能够特异性地与相应的抗原结合，如细菌 、病毒 、 寄生虫 、某些药物或侵入机体的其他异物。 Ig

21、 的这种特异性结合抗原特性是由其 V 区（尤其是 V 区 中的高变区）的空间构成所决定的。 Ig 的抗原结合点由 L 链和 H 链超变区组成，与相应抗 原上的表位互补，借助静 电力 、氢键以及范德华力等次级键相结合，这种结合是可逆的，并 受到 pH 、温度和 电解 浓度的影响。在某些情况下，由于不同抗原分子上有相同的抗原决定 簇，或有相似的抗原决定簇，一种抗体可与两种以上的抗原发生反应， 此称为交叉反应 （ cross reaction ）。抗体分子可有单体、双体和五聚体，因此结合抗原决定簇的数目（结合价）也不相同。Fab 段为单价，不能产生凝集反应和沉淀反应。 F（ab）2 和单体 Ig（如

22、 IgG 、 IgD 、 IgE ） 为双价。双体分泌型 IgA 有 4 价。五聚体 IgM 理论上应为 10 价，但实际上由于立体构型的 空间位阻，一般只有 5 个结合点可结合抗原。B 细胞表面 Ig(SmIg) 是特异性识别抗原的受体， 成熟 B 细胞主要表达 SmIgM 和 SmIgD ， 同一 B 细胞克隆 表达不同类 SmIg 其识别抗原的特异性是相同的。活化补体1IgM、IgG1、IgG2 和 IgG3 可通 过经 典途径活化补体。当抗体与相应抗原结合后， IgG 的 CH2 和 IgM 的 CH3 暴露出结合 C lq 的补体结合点， 开始活化补体。 由于 Clq6 个亚 单位中

23、一般 需要 2 个 C 端的球与补体结合点结合后才能依次活化Clr 和 Cls ，因此 IgG 活化补体需要一定的浓度， 以保证两个相邻的 IgG 单体同时与 1 个 Clq 分子的两个亚单位结合。 当 Clq 一个 C 端球部结合 IgG 时亲和力则很低， Kd 为 10-4M ，当 Clq 两个或两个以上球部 结合两个或多个 IgG 分时，亲合力增高 Kd 为 10-8M 。IgG 与 Clq 结合点位于 CH2 功能区 中最后一个 折叠股 318 322 位氨基酸残基( Glu-x-Lys-x-Lys )。IgM 倍以上。人类天然 的抗 A 和抗 B 血型抗体为 IgM，血型不符合引韦的

24、 输血反应 发生快而且严重。2凝聚的 IgA 、IgG4 和 IgE 等可通过替代途径活化补体。结合 Fc 受体不同细胞表面具有不同 Ig 的 Fc 受体，分别用 FcR、FcR、 FcR等来表示。当 Ig 与相应抗原结合后，由于构型的改变，其 Fc 段可与具有相应受体的细胞结合。 IgE 抗体由 于其 Fc 段结构特点，可在游离情况下与有相应受体的细胞(如嗜碱性粒细胞、肥大细胞) 结合，称为亲细胞抗体( cytophilic antibody )。抗体与 Fc 受体结合可发挥不同的生物学作 用。1介导 I型变态反应变应原 刺激机体产生的 IgE 可与嗜碱性粒细胞、 肥大细胞表面 IgE 高亲

25、力受体细胞脱颗粒，释放 组胺 ，合成由细胞 FcRI结合。当相同的变应原再次进入机 体时， 可与已固定在细胞膜上的 IgE 结合，刺激细胞脱颗粒， 释放组受，合成由细胞脂质来 源的介质如白三烯、 前列腺素 、血小板活化因子 等，引起 型变态反应 。2调理 吞噬作用 调理作用(opsonization )是指抗体、补体 C3b 、C4b 等 调理素 (opsonin) 促进吞噬细菌等 颗粒性 抗原。由于补体对热不稳定， 因此又称为热不稳定调理素 ( heat-labile opsonin )。抗体又称热稳定调理素( heat-stableopsonin )。补体与抗体同时发挥调理吞噬 作用，称为

26、联合调理作用。 中性粒细胞 、单核细胞和巨噬细胞具有高亲和力或低亲和力的 Fc R(I CD64 )和 FcR( CD32 )，IgG 尤其是人 IgG1 和 IgG3 亚类对于调理吞噬起主 要作用。 嗜酸性粒细胞 具有亲和力 FcR， IgE 与相应抗原结合后可促进嗜酸性粒细胞的 吞噬作用。抗体的调理机制一般认为是：抗体在抗原颗粒和 吞噬细胞 之间“搭桥 ”，从而加 强了吞噬细胞的吞噬作用； 抗体与相应颗粒性抗原结合后， 改变抗原表面电荷， 降低吞噬细胞与抗原之间的静电斥力；抗体可中和某些细菌表面的抗吞噬物质如肺炎双球菌 的 荚膜，使吞噬细胞易于吞噬；吞噬细胞 FcR 结合抗原抗体复合物，吞

27、噬细胞可被活化。图 2-9 抗体的调理吞噬作用3发挥抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 当 IgG 抗体与带有相应抗原的 靶细胞 结合 后，可与有 FcR的中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞、NK 细胞等效应细胞结合，发挥抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用( antibodydependentcell-mediated cytotoxicity,ADCC)。目前已知。 NK 细胞发挥 ADCC 效应主要是通过其膜表面低亲和力FcR( CD16 )所介导的， IgG 不仅起到连接靶细胞和效应细胞的作用，同时还刺激 NK 细胞合成和分泌 肿瘤坏 死因子 和 干扰素 等细胞因子 ，并释放颗粒， 溶解 靶细胞。嗜

28、酸性粒细胞发挥 ADCC 作用 是通过其 FcR和 FcR介导的，嗜酸性粒细胞可脱颗粒释放碱性蛋白等，在杀伤寄生 虫如蠕虫 中发挥重要作用。图 2-10 抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用( ADCC )此外，人 IgGFc 段能非特异地与 葡萄 菌 A 蛋白( staphylococcus proteinA,SPA) 结合， 应用 SPA 可纯化 IgG 等抗体，或代替第二抗体用于标记技术。通过胎盘在人类， IgG 是唯一可通过胎盘从母体 转移给胎儿的Ig。 IgG 能选择性地与胎盘母体 一侧的 滋养层 细胞结合，转移到滋养层细胞的吞饮泡内，并主动外排到胎儿血 循环中。 IgG 的这种功能与 I

29、gGFc 片段结构有关， 如切除 Fc 段后所剩余的 Fab 并不能通过胎盘。 IgG 通 过胎盘的作用是一种重要的 自然被动免疫 ，对于新生儿抗 感染 有重要作用。免疫球蛋白分子的抗原性Ig 本身具有抗原性，将 Ig 作为 免疫原 免疫异种动物、同种异体或在自身体内可引起不 同程度的 免疫性 。根据 IgI 不同抗原决定簇存在的不同部位以及在异种、同种异体或自体中 产生免疫反应的差别，可把 Ig 的抗原性分为同种型、同种异型和独特型第三种不同抗原决 定簇。同种型（ isotype ）是指同一种属内所有个体共有的 Ig 抗原特异性的标记，要异种体内 可诱导产生相应的抗体，换句话说，同种型抗原特

30、异性因种属（ specics ）而异。同种型的 抗原性位于 CH 和 CLH ，同种型主要包括 Ig 的类、亚类，型和亚型。1免疫球蛋的类和亚类（ classesand subclasses ）（1）类：决定 Ig 不同类的抗原性差异存在于 H 链的恒定区（ CH）。根据 CH 抗原性的 差异（即氨基酸组成、排列、构型、二硫键等不同） H 链可分为 、 、和 五类，不 同 H 链与 L 链组成完整 Ig 的分子别为 IgM 、IgA 、 IgD 和 IgE。在 基因水平上，不同类的 H 链恒定区的是由不同的恒定区基因片段所 编码。不同类 Ig 在理化性质及生物学功能上可有 较大差异。（2）亚类

31、：同一类 Ig 中由于铰链区氨基酸组成和二硫键数目的差异，可分为不同的 亚类，亚类间抗原性的差异要小于不同类之间的差异。目前已发现人的 重链有 1和 2 两个亚类，分别与 L 链组成 IgA1 和 IgA2 。重链有 4 个亚类，但命名为 IgG1 、IgG2a 、IgG2b 和 IgG3 。IgM 、IgD 和 IgG ，目前尚未发现存在不同的亚类。 Ig 不同亚类也是由不同的恒定 区基因片段编码。2免疫球蛋白的型和亚型（ typesand subtypes ）（1 ）型：决定 Ig 型的抗原性差异存在于 L 链的恒定区（ CL ），根据 CL 抗原性的差 异（氨基酸的组成、排列和构型的不同

32、）分为 和 轻链之比约为 2： 1；而在小鼠， 97% 轻链为 型， 型只占 3%左右。（2）亚型：根据 轻链恒定区（ C2 ）个别氨基酸的差异又可分 1、2、 3和 4四 个亚型。 1和 2在 轻链 190 位氨基酸的分别为 亮氨酸 和精氨酸 ， 3和 4在第 154 氨 基酸分别为某氨酸和 丝氨酸 。同种异型同种异型( allotype )是指同一种属不同个体间的 Ig 分子抗原性的不同，在同种异体 间免疫可诱导免疫反应。 同种异型抗原性的差别往往只有一个或几个氨基酸残基的不同， 可 能是由于编码 Ig 的结构基因发生点 突变所致，并被稳定地遗传下来，因此 Ig 同种异型可作 为一种遗传标

33、记( genetic markers )，这种标记主要分布在 CH 和 CL 上。1链上的同种异型 1、 2和3 4重链上均存在有同种异型标记，目前已发现： Glma 、x、f、z；G2mn;G3mgl 、g5 、b0 、b1、b3、b4、b5、c3、c5、s、t、u、v；G4m4a 、 4b。共 20 种左右。其中 G 表示 链， 1、2、3 或 4 表示亚类 1、2、3和 4，m 代表标 记( marker )。除 Glmf 和 z 位于 IgG1 分子的 C1区外，其余的 Gm 均位于 Fc 部位。一条 链可能 同时具有一个以上的 Gm 标志， 如白种人常常在 1H链 C1区有 G1mz

34、,Fc 部位有 G1ma 。 由于人第 14 号 染色体 编码四种 IgG 亚类的 C 区基因 C1、C2、C3和 C4是密切连锁 的，因此 IgGH 链各亚类 Gm 标记可作为间倍体( haplotype )遗传给子代。2链上的同种异型 2H链已发现有 A2m1 和 A2m2 两种。 A2m1 在 411 、428 、458 和 467 位氨酸上分别为 苯丙氨酸 、天冬氨酸 、亮氨酸、 缬氨酸 ； A2m2 则分别为苏氨酸、 谷 氨酸 、 异亮氨酸 和丙氨酸。 1H链上尚未发现有同种异型存在。3 链上的同种异型目前只发现 Em1 一种同种异型。4链上的同种异型旧称为 Inv,现分为 Km1

35、、2 和 3。Km1 在 153 位和 191 位氨基酸 上分别为缬氨酸和亮氨酸， Km2 分别为丙氨酸和亮氨酸， Km3 分别为丙氨和缬氨酸。 轻 链上尚未发现有同种异型。独特型独特型( idiotype )为每一种特异性 IgV 区上的抗原特异性。不同抗体形成细胞克隆所 产生的 IgV 区具有与其客观存在抗体 V 区不同的抗原性，这是由可变区中成其是超变区的 氨基酸组成、排列和构型所决定的。 所以，在单一个体内所存在的独特型数量相当大， 可达 107 以上。独特型的抗原决定簇称为独特位(idiotope ),可在异种、同种异体以及自身体内诱产生相应在的抗体，称为抗独特型抗体( antiid

36、iotypicantibody,)I ，d 独特型和抗独型抗体可形成复杂的免疫调节中占有得要地位。表 2-1 人免疫球蛋白分子上抗原决定簇的 分类分类抗原性存在部位举例同类CHIgM 、IgG 、 IgA、 IgD 、IgE种 型亚 类 型 亚 型CHCL CL()IgG1-4,IgA1 、2 、 1、2、3、4同种异型CH(1)(2)(3)(4)CH(2) CH() CL()G1ma(1) 、x(2) 、f(3) 、z(17)G2mn(23)G3mb1(5)、c3(6)、b5(10)、b0、(11)b3(13) 、b4(14) 、 s(15)、t(16)、g1(21)、c5(24) 、u(2

37、6) 、v(27) 、 g1(28) G4m4a(1) 、 4b(1)A2m1 、2Em1Km1 、2、 3独特型VHVL极多注： 14同种异型的命名中， WHO1976 年建议采用阿拉数字代号，但目前许多专 业实验室仍沿用小写英文字母， 在本表中将 链同种异型阿拉伯数字代号列于相应英文字母 代号后的括号中免疫球蛋白分子的超家族应用 DNA 序列分析和 X 晶体 衍射分析等研究表明，许多细胞膜表面和机体某些 蛋白 质分子，其多肽链折叠方式与 Ig折叠相似，在 DNA水平和氨基酸序列上与 IgV区或 C区 有较高的同源性，它们可能从同一原始祖先基因( primodial ancestral ge

38、ne )经复制 和突变 衍生而来。编码这些多肽链的基因称为免疫球蛋白基因超家族(immunoglobulin genesuperfamily ) ,这一基因超家族所编码的产物称为免疫球蛋白超家族(immunogloblinsuperfamily,IGSF )。免疫球蛋白超家族的组成由于细胞表面标记、 单克隆抗体 以及 基因工程 研究的进展，近年来发现属于 IGSF 的 成员已达近百种，主要包括 T 细胞 、B 细胞抗原识别受体和信号 传导 分子， MHC 及相关 分 子，Ig受体，某些细胞因子受体 ，神经系统 功能相关分子，以及部分 白细胞分化抗原 (CD) (表 2-2 )。表 2-2 免疫

39、球蛋白超家族的组成(成员举例)主要功能成员抗原 识别 受体 和信 号传 导分 子IgH 链： 、和 链IgL 链：和 链SmIg 复合物成分： MG-1(Ig- ,CD79a)、B29(Ig-,CD79b) TCR:、和 链CD3 ：、和 链MHC 及其 相关 分子MHC 类抗原： 链、2MMHC 类抗原： 、链 2M相关分子： CD1 、Qa 、 TL免疫 球蛋 白受 体PolyIgR(pIgR)IgG Fc 段受体： FcR(CD64 )、 FcR、 FcR( CD16 )Ige Fc 段受体： Fc RI 链IgE Fc 段受体： FcR细胞 因子 受体IL-1R ( CDw121a )

40、,IL-6R(CD126),M-CSFR(CD115),G-CSFR 、SCFR(CD117) ，PDGFR白细 胞分 化抗 原CD2，LFA-3(CD58)，ICAM-1(CD54 )，ICAM-2(CD102 )、ICAM-3 (CD50)，CD4，CD8、链，CD28，B7/BB1 (CD80 )， CD7 ， CD22 ， CD33 ，CD48 ，CEA(CD66e ),Thy-1(CDw90),PECAM-1(CD31),VCAM-1(CD106)免疫球蛋白超家族的特点1IGSF 的结构特点 IGSF 的成员均含有 1 7 个 Ig 样功能区， 第个 Ig 样功能区约含 100(70

41、110)个氨基酸残基，功能区的二级结构是由35 个股反平行 折叠股各自形成两个平行 片层的平面( anti- paralle -pleated sheet ),每个反平行 折叠股由 5 10 个 氨基酸基组成， 片层内侧的疏水性氨基酸起到稳定 Ig 折叠的作用，大多数功能区内有一 个二硫键，垂直连接两个 片层，形成二硫键的两个半胱氨酸间有 55 75 个氨基酸残基， 使之成为一个球形结构，肽链的这种折叠方式称为免疫球蛋折叠( Ig fold )。根据 IGSF 功能区中 Ig 折叠方式、两个半胱氨酸之间氨基酸残基的数目以及与 IgV 区 或 C 区同源性的程度， IGSF 功能区可分为 V 组

42、、 C1 组和 C2 组。图 2-11 人 Ig 轻链（ ）多肽折叠示意图（1）V 组：V 组功能区的两个半胱氨酸之间含6575 个氨基酸残基，有 9 个反平行折叠股，如 IgH 链和 L 链 V 区， TCR 、链 V 区， CD4v 区， CD8 、 链 V 区， Thy-1,pIgR 和分泌成分（ SC）N 端四个功能区， CEAN 端第一个功能区， PDGFR 靠近胞 膜的功能区等。（2）C1 组：又称 C 组。C1 组功能区二个半胱氨酸之间约含 5060 个氨基酸残基， 有 7 个 折叠股，如 IgH 链和 L 链 C 区（ 、和 链的 CH1 CH3 或 和 链的 CH1 CH4

43、），TCR 、链 C 区，MHc 类分子重链 3功能区， 2M，MHC 类分子 2 和 2功能区， CD1 、 Qa 和 TL 靠近胞膜功能区等。（3）C2 组：又称 H 组。C2 组功能区的氨基酸排列的顺序类似V 组，但形成二硫键的两个半胱氨酸之间所含氨基酸残基数约为50 60 ，有 7个 折叠股， 这种结构介于 V 组和 C1 组之间， 如 CD3 、和 链，CD2 和 LFA-3（CD58 ），pIgR 靠近胞膜功能区， FcR 、 FcR、 FcR、 FcR链、 FcR，ICAM-1 ，CEA 第 2至 7 个功能区， IL-6R 、 M-CSFR 、G-CSFR 、SCFR 。PDG

44、FR 第 1 至 4 功能区，以及 N-CAM 、 CD22 、 CD48 分 子等。2 IGSF 功能特点 IGSF 的功能是以识别为基础，因此又称为识别球蛋白超家族 （ cognoglobulinsuperfamily ）。 IGSF 很可能最起源于原始的具有粘功能的基因，通过复制 和突变衍生形成了识别抗原、细胞因子受体、 IgFc 段受体、细胞间粘 附分 子以及病毒受体 等不同的功能区。 IGSF 识别的基本方式有以下几种。（1 ）IGSF 和 IGSF 相互识别：同嗜性相互作用 （heterophilicinteraction ）如相同 神 经细胞 粘附分子（ N-CAM ）之间的相互

45、识别， 血小板内皮 细胞粘附分子 -1（PECAM-1 ，CD31 ） 的相互识别；异嗜性相互作用（heterophilic interaction ）,如 CD2 与 LFA-3 ， CD4 与MHC 类分子的单态部分 （2和 2），CD8 与 MHC 类分子的单态部分 （3），poly IgR 与多聚 Ig,Fc R （CD64） 、FcR （CD32） 、FcR（CD16 ）与 IgG Fc 段， FcR与 Ige Fc 段， FcR（CD89 ）与 IgA Fc 段， CD28 与 B7/BB1 （ CD80 ）等之间的相互识别。图 2-12 免疫球蛋白超家族 V 组、 C1 组和 C

46、2 组结构模式图（2）IGSF 和结合素（ integrin ）相互识别：如 ICAM-1 （ CD54 ）、 ICAM-2 （ CD102 ） 与 LFA-1 （CD11a/CD18 ）， VCAM-1 （CD106 ）与 VLA-4 （CD49d/CD29 ）之间的相互作 用。（3）IGSF 和其它分子的相互识别：包括 TCR 识别 MHC 类或类分子与抗原复合 物，细胞因子受体识细胞因子等。各类免疫球蛋白的生物学活性不同 Ig 其合成部位、合成时间、血清含量、分布、 半衰期 以及生物学活性有所差别。IgGIgG 主要由脾、 淋巴结 中的浆细胞合成和分泌，以单体形式存在。在 个体发育 过程

47、中 机体合成 IgG 的年龄要晚于 IgM ，在出生后第 3 个月开始合成， 35岁接近成年人水平。 IgG 是血清中主要的抗体成分，约占血清总Ig 的 75% 。根据 IgG 分子中 链抗原性差异，人 IgG 有4 个亚类： IgG1 、 IgG2 、 IgG3 和 IgG4 （小鼠 4个亚类是 IgG1 、IgG2a 、IgG2b 和 IgG3 ）。其中 IgG33铰链区含有 62 个氨基酸残基，具有 4 个重复 1铰链区（ 15 个氨 基酸残基）的串连结构，重链间二硫键数量多，约 10 15 个，因此易被蛋白酶裂解，半衰 期也较短。不同 IgG 亚类的生物学活性有所差异（表 2-3 ）。

48、IgG 的半衰期相对较长，约为 2030 天。IgG 可通过经典途径活化补体，其固定补体的能力依次是 IgG3 IgG1 IgG2,在小鼠为 IgG2b IgG2a IgG3 ，人的 IgG4 和小鼠的 IgG1 无固定补体的能力。 IgG 是唯 一能通过胎盘的 Ig，在 自然被动免疫 中起重要作用。此外 IgG 还具有调理吞噬、 ADCC 和 结合 SPA 等作用。由于 IgG 上述特点， IgG 在机体免疫防护中起着主要的作用，大多数抗 菌、抗病毒、抗毒素抗体都属于 IgG 类抗体。应用对 麻疹 、甲型肝炎 等有免疫力的 产妇或 正常人丙种或 胎盘球蛋白 可进行 人工被动免疫 ，能有郊地预

49、防相应的传染性疾病。 不少 自身 抗体如抗甲状腺球蛋白抗体 、系统性红斑狼疮 的LE因子（抗核抗体）以及引起 型变态反 应免疫复合物 中的抗体 大都 也属于 IgG。表 2-3 人 IgG 不同亚类理化性质和生物学特 性比 较IgAIgA 主要由粘膜相关 淋巴 样组织产生， 其中大部分是由胃肠淋巴样组织所合成， 少部分 由呼吸道、 唾液腺和生殖道粘膜组织合成。 哺乳期产妇腺组织含有大量 IgA 产生细胞， 这些 细胞主要来自胃肠。 在人类，还有少量的 IgA 来自骨髓。人出生后 46 月开始合成 IgA ，4 12 岁血清中含量达成人水平， 血清型 IgA 总 Ig 的 10% 左右，半衰期约

50、 56 天。IgA 有 IgA1 和 IgA2 两个亚类。 IgA1 主要存在于血清中， 约占血清中 IgA 的 85% ，1链分子量为 56kD ； IgA2 主要存在于外分泌液中， 少部分以血清型 IgA 存在，约占血清中 IgA 的 15% ，2链缺 乏铰链区，分子量为 52kD 。血清中的 IgA 除单体形式外还有由 J 链共价相连的二聚体或三 聚体等形式。分泌型 IgA 是由 J 连接的双体和分泌成分所组成，主要存在于 初乳 、唾液 、泪 液、胃肠液、支气管分泌等外分泌液中， 是粘膜局部免疫的最重要因素，分泌型 IgA 通过与 相应的病原微生物 （如脊髓灰质炎病毒 ）结合，阻抑其 吸

51、附到易感细胞上， 分泌型 IgA 还可 中和毒素如 霍乱弧菌 毒素和大肠杆毒素等。 新生儿易患呼吸道、 胃肠道感染可能与 IgA 合成 不足有关。 慢性支气管炎 发作与分泌型 IgA 的减少也有一定关系。 产妇可通过初乳将分泌型 IgA 传递给 婴儿 ，这也是一种重要的自然被动免疫。嗜酸性粒细胞、中性粒细胞和巨噬细胞 表达 FcR,血清型单体 IgA 可介导调理吞噬和 ADCC 作用。此外，分泌型 IgA 具有免疫排 除( immune exclusion )功能， 即分泌型 IgA 结合饮 食中 大量的可溶性抗原以及肠道 正常菌 群或病原 微生物 所释放的 热原 物质，防止它们进入血液。Ig

52、M血清中 IgM 是由 5个单体通过一个 J链和二硫键连接成五聚体， 分子量最大，为 970kD ， 沉降系数 为 19S ，称为 巨球蛋白 ( macroglobulin )。在分子结构上 IgM 无铰链区， C2可 能替代了铰链区的功能。在生物 进化 过程中 IgM 是最早出现的免疫球蛋白，如 八目鳗 可产 生 IgM 。在个体 发育 过程中，无论是 B 细胞膜表面 Ig( SmIg )，还是合成分泌到血清中的 Ig，IgM 都是最早出现的 Ig，在 胚胎发育 晚期的胎儿即有能力产生 IgM。在抗原刺激诱导体 液免疫应答过程中，一般 IgM 也最先产生。 IgM 占血清总 Ig 的 5%

53、10% 。由于 IgM 在免 疫应答早期产生，并在补体参与下的 溶血作用比 IgG 强 500 倍以上，而且活化补体后通过 C3B 、C4b 等片段发挥调理作用，因此 IgM 在机体的早期免疫防护中占有重要地位。天然 的血型抗体 (凝集素) 为 IgM ，血型不符的 输血 ，易发生严重的 溶血反应 。IgM 不能过胎盘， 脐血 中如出现针对某种病原微生物的 IgM ，表示胚胎 期有相应病原微生物如 梅毒螺旋体 、风 疹或巨细胞毒等感染，称为胚胎感染或垂直感染。正常人血清中也含有产量单体IgM 。膜表面 IgM 是 B 细胞识别抗原受体中一种主要的SmIg 。成熟 B 细胞有 SmIgD ，在正

54、常人 B 细胞库( Bcell repretorire )中 SmIgM+B 细胞约占 80% 。在 记忆 B 细胞中 SmIgM 逐渐消失，被 SmIgG 、 SmIgA 或 SmIgE 所替代。IgDIgD 于 1995 年从人骨髓瘤蛋白中发现， 分子量为 175kD ，主要由 扁桃体 、脾等处浆细 胞产生，人血清中 IgD 浓度为 340g/ml,不到血清总 Ig 的 1% ，在个体发育中合成较晚。 IgD 铰链区很长，且对蛋白酶水解敏感，因此 IgD 半衰期很短，仅 2.8 天。血清中 IgD 确切 的免疫功能尚不清楚。在 B 细胞分化 到成熟 B 细胞阶段，除了表达 SmIgD ，抗

55、原刺激后表 现为 免疫耐受 。成熟 B 细胞活化后或者活化后或者变成记忆 B 细胞时， SmIgD 逐渐消失。IgEIgE 是 1966 年发现的一类 Ig ，分子量为 188kD ，血清中含量极低，仅占血清总 Ig 的 0.002% ，在个体发育中合成较晚。 链有 4 个 CH (C1C4)，无铰链区，含有较多的 半胱氨酸和甲硫氨酸。对热敏感， 56、 30 分钟可使 IgE 丧失生物学活性。 IgE 主要由鼻 咽部、 扁桃体、支 气管、胃肠等粘膜固有层的浆细胞产生，这些部位常是变应原入侵和I 型变态反应发生的场所。 IgE 为亲细胞抗体， C2和 C3功能区可与嗜碱性粒细胞、 肥大细胞 膜

56、上高亲和力 FcR结合。变应原再次进入机体与已固定在嗜碱性粒细胞、肥大细胞上 IgE结合，可引起型变态反应。寄生虫感染或 过敏反应发作时，局部的外分泌液和血清中 IgE 水平都明显升高。表 2-4 人各类免疫球蛋白主要的理化特性和生物学特性比较IgGIgAIgMIgDIgE重链名称重链功能区数 目4（V 、 C1、C2、 C 3）4（V 、 C1、 C2、C3）5（C、C1、 C2、C3、 C4）4 （V、 C1、 C2、 C3）5 （V、 C1、 C2、 C3、 C4）主要存在形式单体单体、双体五聚体单体单体MW（Kd）146 170160，400970175188平均含碳水化 合物（%）4

57、10121812成人血清浓度 （mg/dl SD ）1150300210501500.340.002占血清总 Ig%75105101IgGIgG2）替代途径活化 补体*+？+结合吞噬细胞+（ IgG3 IgG1）+（嗜酸 性粒细 胞）结合肥大细胞 和嗜碱性粒细 胞+结合 SPA+半衰期（天）2023 （IgG3）为 785.85.12.82.5合成部位脾、淋观点结浆细胞粘膜相关 淋巴样组 织脾、淋巴结、 浆细胞扁桃体、 脾浆细胞粘膜固 有层浆 细胞开始合成时间生后 3月46 月胚胎后期较晚较晚达成人水平时35 岁412 岁6 月1 岁较晚较晚间通过胎盘+免疫作用抗菌、抗病 毒、抗毒素， 自身抗

58、体粘膜局部 免疫作用， 抗菌、抗病 毒，免疫排 除功能早期防御作 用，溶菌，溶 血，SmIgM ， 天然血型抗 体，类风湿因 子SmIgM+SmIgD+ 正应答抗寄生 虫感染 I 型超敏 反应*聚合的 Ig免疫球蛋白基因的结构和抗体多样性Ig 分子是由三个不连锁的 Ig、Ig和 IgH 基因所编码。 Ig、Ig和 IgH 基因定位于不 同的染色体上 （表 2-5 ）。编码一条 Ig 多肽链的基因是由在胚系中多个分隔的 DNA 片段（基 因片段）经重排而形成的。 1965 年 Dreyer 和 Bennet 首先提出 假说 ，认为 Ig 的 V 区和 C 区是由分隔存在的基因所编码，在 淋巴细胞

59、 发育过程中这两个基因发生易位而重排在一起。 1976 年日本学者利根川进应用 DNA 重组 技术证实了这一假说。 利根川进由此获得 1987 年 医学 和生理学诺贝尔奖 。表 2-5 免疫球蛋白基因定位编码多肽链基因符号（人）基因染色体定位人 小鼠轻链Ig 26轻链Ig 2216重链IgH1412Ig 重链基因的结构和重排（一）重键 V 区基因H链 V 区是由 V、D、J 三种基因片段经重排后组成。1 H 链 V 区基因组成（1）V基因片段：小鼠 VH 基因段约为 250 1000 ，人的 VH 基因片段约为 100。V 基因片段编码 VH 的信号序列 和V 区靠 N 端 98 个氨基酸残基

60、，包括 CDR1 和 CDR2。（2）D 基因片段： D 是指多样性（ diversity ）。D 基因片段仅存在于 H 链，不存在于 L 链。小鼠 DH 共有 12 个片段， 人的 DH 片段的数目还不完全清楚， 可能有 10 20 个左右。 D 片段编码 H 链 CDR3 中大部分氨基酸残基。（3）J 基因片段： J 是连接（ joining ）的意思。 JH 连接 V 基因片段和 C 基因片段。 小鼠 JH 有 4 个，人有 9 个 JH 片段，其中 6 个是有功能的。 J 基因片段编码 CDR3 的其余 部分氨基酸残基和第 4 个骨架区。2H 链 V 区基因的移位 首先发生 D 与 J