免疫球蛋白结构和功能

ImmunoglobulinStructureandFunction免疫球蛋白结构与功能北京大学医学部免疫学系

张毓

抗体的发现vonBehringandKitasatoin1890’s血清能过继转移对破伤风的抗性寻找活性成分抗毒素Antitoxin,沉淀素precipitin,凝集素agglutininElvinKabatin1930s所有活性均与血清g球蛋白(g-globulin)组分相关抗体存在于血清g球蛋白(g-globulin)组分中免疫球蛋白是体液免疫的一种介导分子，或是作为抗原受体表达于B细胞表面，或是由抗原活化后产生的浆细胞分泌至胞外，执行诸如中和抗原、固定补体、调理吞噬一类的效应功能。Immunoglobulin(Ig)=antibodies何谓免疫球蛋白或抗体Immunoglobulin：一类神奇的分子Highspecificity高度特异性Unlimiteddiversity无限多样性Bifunctionality双功能性

antigen-binding抗原结合能力effectorfunction效应功能Membrane-boundvssecretedforms膜型和分泌型Ig结构示意图Ig化学降解和酶解片段胰蛋白酶消化产物Fab(Fragment,antigenbinding)Lightchain+NterminalhalfofheavychainAntigenbindingFc(Fragment,crystallizable)CterminalhalfofheavychainEffectorfunctions胃蛋白酶消化产物F(ab’)2挑战

–高度不均一性机遇

–骨髓瘤病人产生单一种类的IgIg氨基酸序列分析重链（heavychain）和轻链（lightchain）N端大约110aa序列高度变异，称作可变区（variableregion）；C段序列相对保守，称为恒定区（constantregion）。CH1-CH2之间区域为铰链区，富含脯氨酸，因而活动性较大。Ig可变区和恒定区Ig轻链的型与亚型Type：kappa(k),lambda(l)Subtype：lsubtypes:l1-4Ig重链的类与亚类Class：mu(m),delta(d),gamma(g),epsilon(e),alpha(a)subclass:g1-4,a1,2Ig类别IgM,IgD,IgG(IgG1-4),IgE,IgA(IgA1,2)Ig恒定区Ig分子中包含多个类似结构域110aa,similarfoldingIg结构域的“b桶状”结构Eachsheetcontains3or4bstrandsAdjacentstrandsheldtogetherbyhydrogenbondsTwosheetsstabilizedbyhydrophobicinteractionsandadisulfidebondIg超家族（Superfamility）IgSFTwob-pleatedsheetsarrangedoppositetoeachother抗体多样性的产生免疫球蛋白V区编码基因重排小鼠免疫球蛋白基因结构IgL位点V-J重排IgH位点的V(D)J重排Ig可变区序列变异情况高变区（Hypervariableregion）CDR1CDR2CDR3FR1FR2FR3FR4可变区结构解析高变区，又称互补决定区（complimentaritydeterminingregions，CDRs），其间的序列相对保守，称为骨架区（frameworkregions，FRs).CDR与抗原直接结合CDRsfromVLandVHindirectcontactwithantigens氢键静电吸引1/d2VanderWalls1/d7疏水性抗体与抗原的结合抗体亲和性（affinity）单一抗原结合位点和某一抗原表位之间结合的能力K1:forward(association)rateconstant,rapidityK-1:reverse(dissociation)rateconstant,tightnessKa:equilibriumconstant,equaltok1/k-1,affinityLow-affinityka=104-5L/molHigh-affnityka=1011L/mol抗体亲合力（avidity）多价抗体和多价抗原结合的能力抗原中与抗体直接结合的部分，称作抗原表位线性表位（linearepitope）:

由一段连续的氨基酸序列构成的表位。构象表位（conformationalepitope）:

由一些不连续的肽段，通过空间构象聚集在一起形成的表位。蛋白变性将导致这类表位的丧失。抗原表位（epitope）交叉反应性（crossreactivity）有一种抗原诱导的抗体有时能与另一种抗原反应，主要是因为二者可能共享一些相近甚至相同的表位。抗体类别转换Classswitching1o-IgM2o-IgG,IgAorIgE1oAg2oAgTotalAbIgMAbIgGAbDaysAfterImmunizationAbTiterSwitchRegion:MultiplecopiesofshortrepeatsGAGCTandTGGGG抗体类别转换分子机制细胞因子对抗体类别转换的影响IgG结构特点单体（monomer）轻链:220aa重链:440aa铰链区（Hingeregion）:IgG3铰链区尤为长IgM结构特点膜结合型为单体分泌型为五聚体重链:550aa，包含4个C区无铰链区J(joining)chain:J链以二硫键与10条重链中的2条结合对聚合体形成至关重要能与黏膜上皮细胞基底部poly-Ig受体结合促进IgM分泌至黏膜表面IgA结构特点及分泌过程血清中为单体分泌型为二聚体或多聚体Secretorycomponent:分泌片大约70kD，以二硫键与C区结合来源于上皮细胞上的poly-Ig受体促进IgA分泌令IgA免于被黏膜表面蛋白酶降解IgD和IgE结构特点IgD单体主要以膜型存在重链含3个C区IgE单体重链含4个C区无铰链区Neutralization中和作用Opsonization调理作用ADCC抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用lysisOpsonizationinflammation抗体的功能活化补体调理作用抗体结合抗原后，通过其Fc段结合吞噬细胞表面的Fc受体，进而促进对抗原的吞噬。Ab-coatingBindingtoFcRactivationphagocytosiskillingADCC作用NK细胞或其它白细胞通过Fc受体与抗体包被的细胞结合，活化后释放胞浆中的杀伤性颗粒成分或分泌细胞因子，最终导致抗体包被细胞，如肿瘤细胞、病毒感染细胞被杀伤。IgGFc受体(FcRs)FcRsforIgGFcgRI:highaffinity,phagocytesFcgRII:lowaffinity,widelyexpressed,moderatingBcellactivationFcgRIII:macrophageorgranulocyteIgEFc受体(FceRs)FcRsforIgEFceRI:tetramer,veryhighaffinity,mastcellsandbasophils介导I型超敏反应FceRII:lowaffinity,lymphocytes其它Fc受体FcRsforotherIgsFcaR;FcmRII;FcdRPolyIgreceptor介导IgA和IgM分泌NeonatalFcreceptor(FcRn)介导IgG穿过胎盘活化补体IgG分子仅有一个C1q结合位点，C1q必须与两个相邻的（30-40nm）IgG同时结合才能形成稳定复合物。补体介导的红细胞裂解仅需要一个IgM分子,而需要多达上千个IgG分子补体活化后效应形成膜攻击复合物导致细胞裂解调理吞噬:Ag-Ab-C3bcomplexC3breceptorphagocytosis

诱导炎症反应:活化补体片断C3aandC5a能招募并活化免疫细胞IgG功能特性血清和胞外液中含量最高的穿越胎盘屏障(butnotIgG2)活化补体(butnotIgG4)结合Fc受体(butnotIgG2)Phagocytes-opsonizationNKcells-ADCCIgM功能特性初次免疫应答和胎儿时期产生的主要Ig——提示新近感染或宫内感染强大的补体活化能力强大的促凝集作用膜结合型IgM是B细胞抗原识别受体Membrane-boundIgM

IgaIgbSecretedIgMJchain膜型和分泌型IgMThemembrane-boundformdiffersfromthesecretedforminCterminus.Theformercontainsahydrophilicspacer,ahydrophibictransmembranesequence,andashortcytoplasmictail.IgA功能特性血清中水平仅次于IgG外分泌液中主要Ig类型，在黏膜局部免疫中尤为重要存在于初乳中IgD功能特性膜结合型IgD构成B细胞受体血清IgD功能不明IgE功能特性血清含量最低的Ig介导I型超敏反应参与抗寄生虫免疫免疫球蛋白的血清型同种型（isotype）同一物种所有个体Ig分子共有的抗原表位。Ig分子的类、亚类、型、亚型即是由此决定的。可用作各类Ig的定量分析。同种异型（allotype）同一物种内部一部分个体Ig分子共有的抗原表位，包括2种IgA2、3种k轻链、25种IgG，可用作骨髓移植供体细胞跟踪。独特型（allotype）每一个Ig分子所独有的抗原表位。可用作淋巴瘤治疗靶点。多克隆抗体Polyclonalantibody优点：作用全面、制备快捷缺点：特异性低、量产困难单克隆抗体monoclonalantibodies优点：