第二章 免疫化学

第二章免疫化学

目录抗原1免疫球蛋白2补体系统3抗原（antigen，Ag）指能启动机体免疫系统产生免疫应答，并能与应答的产物在体内或体外特异结合的物质。两个重要特性：

（1）免疫原性：指抗原能刺激机体产生免疫应答，诱导机体产生抗体或致敏淋巴细胞的能力。

（2）抗原性：指抗原与其诱生的抗体或致敏淋巴细胞在体内外发生特异性结合的能力。第一节抗原抗原与半抗原的区别一、抗原的性质（一）异物性

异物性是物质作为抗原的首要性质。具有异物性的物质包括以下三类：异种物质同种异体物质自身物质口蹄疫病毒（二）理化特性分子量：具有免疫原性通常为大分子有机物，其相对分子量通常在10kD以上。物理性状：免疫原性的强弱与抗原物质的物理性状有关。免疫原性较弱的物质吸附某些大颗粒物质可增强其免疫原性。化学结构：抗原物质的化学组成和结构决定其免疫原性。（三）其他因素宿主反应性：不同种动物、甚至同种动物不同个体间，对同一抗原的应答性差别很大。免疫方法：抗原进入机体的途径、剂量、次数、间隔时间以及免疫佐剂的使用等也与免疫原性的强弱有关，也可影响免疫应答。二、抗原的特异性

特异性（specificity）是指抗原刺激机体产生免疫应答，并与应答产物发生反应所显示的专一性，是指物质之间的相互吻合性或针对性。抗原的特异性既表现在免疫原性，也表现在免疫反应性。（一）抗原决定簇抗原决定簇是指位于抗原分子中，决定抗原特异性的特殊化学基团抗原决定簇与相应淋巴细胞表面的抗原受体结合，诱导免疫应答；与相应的抗体或致敏淋巴细胞特异性结合发生免疫反应。抗原决定簇的数目、化学基团的组成、化学性质和空间结构决定着该抗原的特异性，也影响着该抗原的免疫原性。表位结合价=2=2表位结合价=6=4抗原结合价抗原结构不同影响抗原的特异性氨基酸残基的位置和间距与免疫原性的关系1.构象决定簇和顺序决定簇2.功能性决定簇和隐蔽性决定簇3.T细胞决定簇和B细胞决定簇抗原决定簇的类型构象决定簇线性决定簇非抗原决定簇（蛋白分解产生）抗原决定簇识别抗体抗原分子中的T细胞决定基与B细胞决定基T细胞和B细胞抗原表位的特性比较（二）共同抗原与交叉反应

两种不同的抗原具有相同或相似的抗原决定簇，互称为共同抗原（commonantigen）。抗体对具有相同或相似抗原决定簇的不同抗原发生反应，称为交叉反应（crossreaction）。abcdfe123a和b表示不同特异性的抗体，c和d表示相似的抗原决定簇，e为与抗体b特异性结合的抗原决定簇，f为其它抗原决定簇；1、2和3为不同抗原，具有相同和相似的抗原决定簇，与同一特异性抗体发生交叉反应。交叉反应1.完全抗原2.半抗原（一）根据抗原的特异性分类三、抗原的分类（二）根据诱导的免疫应答分类1.胸腺依赖性抗原2.胸腺非依赖性抗原3.超抗原半抗原

+载体抗体BT完全抗原BBBT半抗原和完全抗原胸腺依赖性抗原和非胸腺依赖性抗原B细胞活化的双信号示意图TD-AgTI-Ag组成B细胞表位和T细胞表位重复B细胞表位T细胞的辅助必需无需抗体类型多种，主要为IgGIgM免疫应答体液免疫和细胞免疫体液免疫免疫记忆有无TD-Ag和TI-Ag的比较

直接非特异性激活某些T细胞亚群或B细胞亚群的物质，极低浓度即可激活大量的T细胞克隆，并产生极强的免疫应答，称为超抗原。其一端可直接与TCR的某些片段区结合，以完整蛋白形式激活T细胞；另一端和APC表面的MHC-Ⅱ类分子非多态区外侧结合。一类多克隆激活剂。超抗原普通抗原单克隆T细胞反应1:104

～1:105超抗原单克隆T细胞反应1:4～1:10超抗原APCT细胞超抗原MHCⅡ类分子抗原肽V

V

TCR超抗原作用示意图超抗原普通抗原化学性质细菌外毒素、逆转录病毒蛋白普通蛋白质、多糖等TCR结合部位VβVβ、Dβ、Jβ、Vα、JαMHC结合部位及其限制性非多态区，无多态区肽结合槽，有反应细胞CD4+T细胞T、B细胞应答特点直接激活T细胞APC处理后被T细胞识别T细胞反应频率1/20~1/51/106~1/104超抗原与普通抗原的主要特性比较（三）根据抗原与机体的亲缘关系分类1.异种抗原2.同种异型抗原3.异嗜性抗原4.自身抗原痢疾志贺杆菌指来自于另一物种的抗原性物质，包括各种病原微生物及其代谢产物，植物蛋白、异种动物血清、异种器官移植物以及吸入和食进的异种蛋白等。通常情况下，异种抗原的免疫原性较强，容易引起较强的免疫应答。1.异种抗原（xenoantigen）伤寒沙门杆菌流感病毒G-菌胞壁G＋菌胞壁腺病毒病原微生物抗原链球菌真菌白色念珠菌

(1,000Xoil)疟原虫病原微生物抗原指同一物种而基因型不同个体之间存在的抗原性物质。常见的人类同种异型抗原有血型抗原（红细胞和血小板）和主要组织相容性抗原（HLA）。2.同种异型抗原能诱导宿主发生自身免疫应答的自身组织成分。3.自身抗原

是一类与种属特异性无关，存在于人、动植物和微生物之间的共同抗原。豚鼠绵羊4.异嗜性抗原（四）其他分类分类依据分类物理性状颗粒性抗原和可溶性抗原化学性质蛋白质抗原、多肽抗原、脂蛋白抗原、多糖抗原和核酸抗原获得方式天然抗原、人工抗原与合成抗原活化淋巴细胞方式特异性抗原、超抗原和有丝分裂原诱导免疫应答的作用移植抗原、肿瘤抗原、变应原、过敏原及耐受原第二节免疫球蛋白抗体（Ab）是指B细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的一类能与相应抗原特异结合的球蛋白。主要存在于血清等体液中，显示免疫功能。免疫球蛋白（Ig）具有抗体活性或化学结构与抗体相似的的球蛋白。可分为分泌型（sIg）和膜型（mIg）。正常人血清蛋白电泳分离正常人血清电泳分离图一、免疫球蛋白的结构免疫球蛋白呈“Y”字型的四肽链，由2条相同长的重链（H链）和2条相同短的轻链（L链）通过链间二硫键连接而成，又称Ig分子的单体。免疫球蛋白分子的基本结构（一）免疫球蛋白的基本结构根据H链恒定区氨基酸的组成和排列顺序的差异及其抗原特异性不同，分为α、γ、μ、δ、ε链，形成IgA、IgG、IgM、IgD和IgE。1.H链根据L链的结构和抗原特异性不同，可分为k链与λ链，组成的Ig分别称为k型Ig与λ型Ig。天然Ig分子中，重链同类，轻链同型。2.L链五类免疫球蛋白结构示意图以二硫键的形式共价结合到Ig的H链上，将单体Ig分子连接为多聚体。如，二聚体IgA和五聚体IgM。

3.连接链（J链）IgM和SIgA结构示意图以非共价形式结合于IgA二聚体上，并一起被分泌到黏膜表面，具有抵抗蛋白水解酶的作用，并介导IgA的转运。4.分泌片（SP）黏膜sIgA的合成和作用部位靠近N端H链约l/4或1/5和L链约1/2的氨基酸的种类、排列顺序与构型变化很大，称为可变区（V）。H链和L链的V区为VH和VL，各有3个超变区（HVR）或称互补决定区（CDR）。V区的非HVR区变化较小，结构较稳定，称为骨架区（FR）。（二）免疫球蛋白的功能区1.可变区免疫球蛋白的功能区超变区（HVR）轻链：24～34、50～56、89～97重链：31～35、50～65、95～102框架区（FR）G

表示相对保守的甘氨酸Ig的多肽链羧基端（C端），H链的3/4或4/5和L链的1/2氨基酸的数量、种类、排列顺序、构型及含糖量均较稳定，称为恒定区（C区），分别称为CH和CL。2.恒定区位于CH1与CH2之间富含脯氡酸，不易形成氢键且多二硫键，具有弹性、伸展性和可转动性，有利于Ig分子变构与抗原决定簇结合。3.铰链区免疫球蛋白的铰链区及其功能CH2区IgG的CH2区能结合补体与胎盘结合，使其能通过胎盘母体胎儿CH3区能与具有Fc受体的细胞发生结合具有Fc受体的细胞包括：单核巨噬细胞、NK、肥大细胞等不同的抗体所结合的细胞不同免疫球蛋白的水解片段4.免疫球蛋白的酶解片段木瓜蛋白酶的水解片段作用部位：铰链区内二硫键靠近氨基端Fab：能与相应的抗原发生结合Fc：具有相应重链功能区的功能；体现免疫球蛋白大部分的免疫原性胃蛋白酶的水解片段作用部位为铰链区内二硫键靠近羧基端F(ab′)2pFc′二、免疫球蛋白的抗原特异性根据Ig的种类、抗原决定簇存在的部位，以及在异种、同种异体或自体中免疫反应的差异，将Ig的抗原特异性分为同种型、同种异型和独特型，通常也称为Ig的血清型。抗体的异质性－抗原特异性机体内的抗体分子在结构上存在较大的差异（体内存在多种不同的抗体分子），具体表现在：不同的抗原诱生的抗体不同，结构差异位于抗体的V区－独特型决定簇同一抗原作用于同一物种不同个体产生的抗体不同：结构差异位于H链及L链的C区－同种异型决定簇是由于合成抗体的基因座位上不同的等位基因所致目前发现的有25个Gm标志、2个Am标志、3个Km标志同一抗原作用于不同的物种个体产生的抗体不同：结构差异位于H链及L链的C区－同种型决定簇人类可产生5种不同的重链分别是：γ、α、μ、ε、δ分别对应的免疫球蛋白为：IgG、IgA、IgM、IgE、IgD；可产生2种不同的轻链：κ、λ免疫球蛋白以重链分类、以轻链分型，其中人类的α链可分为α1和α2两个亚类、γ链可分为γ1、γ2、γ3、γ4四个亚类，相应的λ可分为λ1、λ2、λ3、λ4四个亚型抗体异质性的意义独特型在免疫应答的调节中起重要的作用同种异型可作为个体的遗传标志使用不同遗传背景个体的抗体制剂时，可能诱发免疫反应同种型使用异种动物抗体，可能会产生抗抗体针对某一物种某一个体的免疫球蛋白抗体，可以与该物种所有个体的免疫球蛋白发生结合免疫球蛋白的生物学活性特异性结合抗原通过结构中的V区结合相应的抗原将结合部位的结构加以封闭，表现出中和作用阻止病原体的入侵-中和感染性使毒素的毒性不能发挥-中和毒性结合抗原后，Fc段上的功能区充分显露，使相应功能区的功能得以体现激活补体补体成分与CH2区的结合是其活化的前提补体活化后，能产生细胞溶解等多种效应结合Fc受体机体内多种细胞表面存在Fc受体中性粒细胞、单核－巨噬细胞、NK细胞等有IgGFc受体肥大细胞、嗜碱性粒细胞等有IgEFc受体抗体与相应的Fc受体结合后其效应有调理作用ADCC-抗体依赖细胞介导的细胞毒作用介导Ⅰ型超敏反应结合细菌蛋白IgG类免疫球蛋白能与某些细菌表面的蛋白发生结合主要的细菌蛋白有葡萄球菌A蛋白与链球菌G蛋白可建立免疫学的检验技术协同凝集试验亲合层析通过胎盘和粘膜IgG能从母体通过胎盘转移到胎儿体内赋予新生儿在出生早期以强大的免疫力－自然被动免疫在极少数情况下可能损害胎儿的组织细胞，引发临床疾病IgA通过粘膜后转变成SIgA，有助于其结构的完整，功能的发挥新生儿溶血症NK细胞介导的ADCC作用抗体介导的调理作用四、免疫球蛋白的特性和功能IgG主要由脾和淋巴结中的浆细胞合成，于出生后3个月开始合成，以单体形式存在于血液和细胞外液中，是血清和细胞外液中含量最高的Ig，人类IgG有IgG1~4四个亚类。

（一）IgG

(1)单体分子；(2)四个亚类；

(3)血清中含量最高的Ig；(4)半衰期最长；

(5)3～5岁达成人水平；(6)可与SPA结合。1.一般特性

(1)通过胎盘（新生儿抗感染）；(2)激活补体（裂解细胞）；(3)调理作用（促进吞噬）；(4)介导ADCC（细胞毒作用）。2.生物学活性

(1)抗感染；(2)自身抗体

自身免疫病；(3)介导变态反应(Ⅱ、Ⅲ型)；(4)封闭抗体

肿瘤细胞逃逸；(5)亲合层析法

IgG纯化。3.实际意义IgM重链为μ链，完整的IgM由五个单体构成个体发育过程中最早合成的免疫球蛋白通过对新生儿脐带血IgM的检测，诊断是否有宫内感染的发生抗原刺激后，机体最早合成的免疫球蛋白通过检测血清中某种病原体的IgM，用于相应疾病的早期诊断主要存在于血管内，防止菌血症的发生某些疾病的发生与特殊IgM的存在有关系作为血型鉴定常用的诊断试剂IgA重链为α链的免疫球蛋白，有血清型和分泌型两种分泌型IgA(SIgA)主要存在于外分泌液中是机体粘膜局部抗感染的重要因素可通过乳汁传递IgD主要由扁桃体和脾脏中的浆细胞产生，在个体发育中合成较晚，以单体形式存在于血清中，含量很低，表达在B细胞表面的IgD是B细胞成熟的表面标志，又是B细胞的抗原识别受体（BCR）。（四）IgDIgE重链为ε链的免疫球蛋白血清中含量最低，有明显的个体差异亲细胞抗体－通过Fc段与肥大细胞及嗜碱性粒细胞结合介导Ⅰ型超敏反应参与机体抗寄生虫感染免疫球蛋白基因编码H链、κ链、λ链的基因分布在不同的染色体上人类H链位于14号染色体上；κ链位于2号染色体上；λ链位于2号染色体上每种链上由不同的基因簇或者不同的基因片段组成重链由L、V、D、J、C基因片段组成；轻链由L、V、J、C基因片段组成κ链的基因结构及功能胚系基因DNA的κ由Vκ、Jκ和Cκ三类基因片段组成Vκ共85～100个片段，编码L链氨基端的1～96位的氨基酸，相当于L链结构中的CDR1、CDR2和部分的CDR3Jκ有5个片段，编码97～106位的氨基酸，相当于L链结构中的部分CDR3和框架区Cκ只有1个，编码107～214位的氨基酸λ链的基因结构及功能胚系DNA的λ基因由Vλ、Jλ和Cλ三类基因片段组成Vλ基因约有100个片段，编码L链上氨基端的第1～97位的氨基酸，相当于L链结构中的CDR1、CDR2和部分的CDR3Jλ基因有6个片段，编码98～110位的氨基酸，相当于L链结构中的部分CDR3和框架区Cλ基因也有6个片段，与相应的Jλ基因配对出现，编码111～214位的氨基酸H链的基因结构与功能胚系DNA的H链基因由VH、DH、JH和CH四类基因片段组成VH约有100个基因片段，编码H链氨基端的1～94位的氨基酸（CDR1和CDR2）DH有10～20个基因片段，编码H链的95～97位的氨基酸（部分CDR3）JH有9个基因片段（6个是有效基因），编码98～112位的氨基酸（部分CDR3和第四框架区）CH依次排列有有Cμ、Cδ、Cγ3、Cγ1、Cε2、Cα1、Cγ2、Cγ4、Cε1、Cα2，编码重链的C区免疫球蛋白的基因重排重排的顺序H链：某一D基因与某一J基因重排形成DJ，再与某一V基因重排形成VDJ，最后再与某一C基因连接，形成完整的H链DNA

κ链某一Vκ与某一Jκ重排为VκJκ，再与Cκ形成完整的κ链DNA

λ链的某一Vλ与某一Jλ和Cλ重排为完整的λ链DNA机制基因片段上有重组信号序列（RSS），七聚体［5‘CACAGTG3’］、九聚体［5‘ACAAAAACC3’］以及两者之间较少的保守性的间隔序列，碱基数为12或23，带有12bp的间隔序列只能和带有23bp间隔序列的基因片段结合H链上V的3‘端和J的5’端都带有23bp的间隔序列，D的5‘端和3’端都带有12bp的间隔序列L链的V

3‘端带有23bp的间隔序列，J的5’端带有12bp的间隔序列抗体多样性的形成胚系免疫球蛋白基因的重排不同基因片段的取用重排连接时的多样性轻、重链不同的配对体细胞突变B细胞在分裂过程中发生突变的概率为10－3初次免疫应答时，第14天比第7天发生突变的概率更大，再次或第三次抗原刺激后，变异更大变异集中在CDR1和CDR2部位，可降低或提高抗体与抗原的亲和力补体（complement，C）是人和脊椎动物新鲜血清和组织液中的一组不耐热的、经活化后具有酶样活性，功能上连续反应的蛋白质。补体系统：包括各种补体固有成分、调控补体活化的各种灭活因子和抑制因子，以及分布于多种细上的补体受体等。

第三节补体系统19世纪末，Bordet证明新鲜血清中存在一种不耐热的成分，可辅助特异性抗体介导的溶菌作用，并非单一分子，广泛参与机体抗病原微生物防御反应以及免疫调节。

随着分子生物学技术的发展，获得多种补体成分的基因工程产物。一、概述（1）固有成分：经典激活途径的成分（C1-C4）；旁路激活途径的成分（D、B因子）；MBL途径的成分（MBL，丝氨酸蛋白酶）；末端通路成分（C5-C9）。（2）调节成分：C1抑制物、I因子、P因子、H因子、C4结合蛋白、MCP、DAF等。（3）补体受体：CR1-5、C3aR、C2aR、C4aR。（一）补体系统的组成和命名1.按生物学功能分三类(1)固有成分：用C后加阿拉伯数字表示，如C4等。(2)其他成分：用英文大写字母表示，如B因子等。(3)裂解片段：小片段用a表示；大片段用b表示。(4)酶活性成分：符号上划一横线，如C3bBb。(5)灭活补体片段：符号前加i表示，如iC3b。2.补体系统的命名(1)肝细胞和巨噬细胞是产生补体的主要细胞。(2)化学组成为糖蛋白，多数是β球蛋白，少数为

γ或α球蛋白。(3)血清中各成分含量不等，C3含量最多，D因子最少。(4)性质不稳定，加热56℃

30min失活。（二）补体的理化性质体液中以类似酶原的形式存在，在某种活化物质作用下或在特定的固相表面，补体才被激活启动连锁的酶促反应，表现生物活性。依据其起始顺序不同分为三条途径：经典途径、甘露聚糖结合凝集素（MBL）途径和旁路途径。二、补体系统的激活抗原结合IgG或IgM类抗体后的免疫复合物为主要激活剂，使补体系统从C1～C9连续发生激活反应，最终产生溶细胞效应。

（一）经典激活途径抗体介导的体液免疫应答的主要效应方式。激活过程分为识别、活化和膜攻击三个阶段。C1脂酶形成Ag-Ab复合物

C1q

C1r活化

C1s活化1.识别阶段2.活化阶段C3转化酶的形成C5转化酶的形成补体激活经典途径3.膜攻击复合体形成补体经典途径激活过程（膜攻击阶段）急性期蛋白与M