免疫学原理与技术（第2版）课件 第4章 抗体

第4章抗体4.1抗体的基本结构及功能4.2抗体的分类与多样性4.3免疫球蛋白超家族本章主要内容姜素椿：我以我身抗非典“血清疗法”可用于COVID-19重症患者的治疗EmilvonBehring(1845-1917)抗体的历史概述抗体（antibody,Ab），是介导体液免疫的重要效应分子,是B细胞接受抗原刺激活化增殖分化为浆细胞所产生，能特异性识别、结合和清除相应抗原的、具有免疫功能的球蛋白。具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）。因此，抗体都是Ig，但Ig不一定都是抗体。但很多时候认为二者是等同的。

Ab:能与抗原结合。免疫球蛋白

异常Ig:无免疫功能(骨髓瘤蛋白)

抗体与免疫球蛋白的区别抗体是免疫学和功能的概念免疫球蛋白是结构和化学上的概念（球蛋白）免疫球蛋白的类型分泌型（secretedIg，sIg）：血液和组织膜型（membraneIg，mIg）:BCRTiselius,1937电泳分离与抗体有关的诺贝尔奖获得者1901vonBering血清治疗1908Ehrlich&Metchnikoff抗体生成、吞噬1972Edelman&Porter抗体分子结构1977Yalow放射免疫测定1984Koler,Milstein&Jerne单克隆抗体1987TonegawaIg基因结构RodneyPorter1917-1985NobelPrizein1972GeraldEdelman1929--NobelPrizein1972SusumuTonegamaNobelPrize19874.1抗体的基本结构和功能4.1.1Ig的基本结构(单体)由两条相同的重链和两条相同的轻链通过二硫键连接而成的四肽链分子。(一)四肽链的基本结构重链约450个氨基酸，根据其结构和免疫原性的差异而分为五类：γ、α、μ、δ、ε,相应Ig：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE轻链约210个氨基酸，根据轻链恒定区抗原性不同，分为和两型。一个天然Ig分子两条轻链的型别是相同的。在不同种属的动物与链的比例不同人：2：1，小鼠：20：1免疫球蛋白轻链和重链中氨基酸的种类和排列顺序变化较大的区域称为可变区（variableregion,V），免疫球蛋白轻链和重链中氨基酸种类和排列顺序相对稳定的区域称为恒定区（constantregion,C）图4-1免疫球蛋白的基本结构(二)可变区和恒定区1.可变区（variableregion，v）重链和轻链近N端约110个氨基酸序列的变化很大，其组成和排列有较大差异。占重链和轻链的1/4和1/2.高变区（hypervariableregion，HVR），在V区中，某些特定位置的氨基酸残基的组成和排列顺序高度可变，此为HVR/CDR,共3个，CDR3具有更高的高变程度。决定抗体的特异性,并负责识别和结合抗原;HVR还是Ig分子独特型决定基主要存在的部位。

图4-2（A）

免疫球蛋白的高变区骨架区（frameworkregion，FR）V区中非HVR部位的氨基酸组成和排列相对保守，此为FR,共4个。2.恒定区（constantregion，C）恒定区，近C端的其余序列，在同一种属中其氨基酸的组成或排列比较恒定。占重链和轻链的3/4和1/2.（三）结构域（domain）\功能区免疫球蛋白的多肽链分子可折叠成若干个由链内二硫键连接的球状形结构。每个球状形结构约由110个氨基酸组成，具有一定的生理功能,又叫功能区。许多膜型和分泌型分子均含有这种独特的结构,归于免疫球蛋白超家族(immunoglobulinsuperfamily,IgSF)结构域的二级结构是由两个反向平行的β片层组成。每个β片层由3~5股多肽链折叠而成，两个β片层通过一个链内二硫建连接，形成一个“β桶状”或“β三明治”结构，这种结构称为免疫球蛋白折叠。轻链：VL、CL重链：VH，CH1、CH2、CH3(IgG、A、D)VH，CH1、CH2、CH3、CH4(IgM、E)(四)铰链区（hingeregion）位于CH1和CH2之间可转动的区，含丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲，有利于IgV区与抗原互补性结合；有利于暴露补体结合位点；对蛋白酶敏感。IgG1,IgG2,IgG4和IgA的铰链区较短，而IgG3和IgD的铰链区较长；IgM和IgE无铰链区。图4-3免疫球蛋白的铰链区(五)其他结构与有关功能J链是富含半胱氨酸的多肽链，由浆细胞合成，主要功能是将单体Ig分子连接为多聚体。图4-4（B）IgM和J链的结构分泌片含糖肽链，是多聚免疫球蛋白受体的胞外段，由黏膜上皮细胞合成和分泌。功能:保护sIgA铰链区不被蛋白水解酶降解。介导sIgA从黏膜下通过黏膜细胞转运到黏膜表面。图4-4（A）IgA与J链及分泌片的结构(六)Ig水解片段木瓜蛋白酶(papain)胃蛋白酶(pepsin)木瓜蛋白酶水解水解部位在重链链间二硫键的近N端。水解为2个抗原结合片段（fragmentofantigenbinding，Fab，单价）和1个可结晶片段（fragmentcrystallizable，Fc）。Fab单价结合表位,不能形成凝集反应或沉淀反应Fc与补体,FcR结合,发挥相应作用胃蛋白酶水解部位在重链链间二硫键的近C端。水解为1个具有双价活性的抗原结合片段F(ab’)2(双价结合表位,可发生凝集反应或沉淀反应)和多个没有功能的片段（pFc’）。4.1.2抗体的功能1.V区功能：特异性结合抗原特异性地识别并与相应的抗原结合是免疫球蛋白最主要的生物学功能。免疫球蛋白可以识别并结合细菌、病毒、寄生虫、某些药物或侵入机体的其他异物，具有中和病毒、中和毒素及阻止病原体黏附于宿主细胞等免疫防御功能。这类与相应抗原蛋白结合后可以发挥阻断抗原蛋白生物学功能的免疫球蛋白抗体又称为中和抗体。中和毒素中和病毒通过筛选识别病毒S蛋白的中和抗体可以阻断新冠病毒与其细胞表面特异性受体结合的功能，从而发挥抗病毒作用。

新型冠状病毒SARS⁃CoV⁃2是具有包膜的正链RNA病毒，可以通过其表面棘突蛋白中的受体结合结构域与宿主细胞表面病毒特异性受体ACE2结合、介导病毒外膜与细胞融合、病毒吸附及穿膜等作用。中和细菌C区的功能1.激活补体IgM和IgG经典途径2.调理作用：IgG，促N,MΦ吞噬颗粒性抗原3.ADCC:IgG类抗体与靶细胞表面抗原特异性结合，效应细胞（NK细胞、巨噬细胞、中性粒细胞）借助所表达的IgGFcR与靶细胞表面IgG的Fc段结合，从而杀伤靶细胞4.介导Ⅰ型超敏反应5.穿过胎盘:IgG选择性与FcRn(特异性IgG输送蛋白)结合,转移到滋养层细胞内,进入胎儿血液.6.参与黏膜免疫:sIgA

4.2抗体的分类及多样性4.2.1抗体的分类根据免疫球蛋白H链恒定区抗原性的不同，可将免疫球蛋白的H链分为5种，即μ链、γ链、α链、δ链和ε链，这5种H链分别与不同的L链（κ或λ链）组成完整免疫球蛋白分子的类或同种型分别是IgM、IgD、IgG、IgA和IgEIgG血清中的主要抗体成分（75-80%）；半衰期长（20-23天）；出生后3个月开始合成，3-5岁接近成人水平；多数抗菌、抗病毒、抗毒素抗体均属IgG类是唯一能通过胎盘的Ig，发挥自然被动免疫功能；具有活化补体经典途径的能力（IgG3>IgG1>IgG2）；具有调理作用、ADCC作用和结合SPA等；参与Ⅱ型、Ⅲ型超敏反应，某些自身免疫病的抗体也属IgG。IgM为五聚体，分子量最大，称为巨球蛋白（macroglobulin）；个体发育中最先出现的Ig，胚胎晚期即能产生，脐带血IgM增高提示胎内感染（如风疹病毒、巨细胞病毒感染等）；抗原初次刺激机体时，是体内最先产生的Ig；血清IgM升高说明有近期感染；有强大激活补体能力和调理作用，在机体早期免疫防御中具有重要作用；天然血型抗体是IgM；未成熟B细胞表达mIgM。IgA分为单体的血清型和二聚体的分泌型IgA；分泌型IgA主要由黏膜相关淋巴组织产生，存在于唾液、泪液、乳汁及呼吸道、消化道、泌尿道的分泌液中和黏膜表面，是机体黏膜局部抗感染免疫的重要因素。初乳中的sIgA可对婴幼儿发挥自然被动免疫作用调理吞噬、中和毒素IgD血清中含量低（0.2%），血清型IgD生物学作用尚不清楚mIgD可作为B细胞分化成熟标记，成熟B细胞同时表达mIgM和mIgDmIgMmIgD成熟B细胞活化B细胞未成熟B细胞IgE是血清中含量最低的Ig主要由呼吸道、胃肠道粘膜固有层的浆细胞产生属亲细胞型抗体，可与肥大细胞、嗜碱粒细胞表面FcεRI结合，介导I型超敏反应。

IgE与肥大细胞和嗜碱性粒细胞上的FcεRI结合,导致活性介质释放（2）抗体的多样性及机制免疫球蛋白的血清型免疫球蛋白具有同为抗体和抗原的两重特性.作为抗体,特异性结合抗原.作为抗原,可刺激不同个体甚至同一个体的B细胞分泌抗Ig的抗体.同种型指同一种属所有个体Ig分子共有抗原特异性标志，为种属型标志，位于IgC区。同种异型指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同抗原特异性标志，为个体型标志，位于IgC区。独特型指每个Ig分子所特有的抗原特异性标志，其表位又称为独特位，存在于IgV区。Ig与抗原结合的CDR及Ig的独特型表位指的是IgV区的同一个结构.分别按照功能,该区的免疫原性,结构特点阐述。抗体多样性产生的机制

抗体的多样性受B细胞系统的遗传基因控制，抗体的可变区或恒定区分别由两类基因来编码。编码恒定区的基因（C基因）的数目及变化是有限的,它可以决定Ig分子的类和亚类，但恒定区的基因不是造成Ig分子多样性的主要原因。

造成免疫球蛋白分子多样性的主要原因在于可变区的异质性，可变区是由V基因编码的，而V基因的数目很多，目前仍不清楚具体数目。

表4-2人和小鼠的V基因和C基因数目

FamilyVGenesCGenesManMouseManMouseLambda<3002>64Kappa<300~100011Heavy~300>100098图4-8人类免疫球蛋白的κ链的V(D)J重组图4-9免疫球蛋白的V(D)J重组中的RSS和RAG1/RAG2的作用4.1.3免疫球蛋白超家族免疫球蛋白超家族（immunoglobulinsuperfamily,IgSF）由Williams在20世纪80年代初提出，研究发现许多细胞膜表面分子和机体某些蛋白分子多肽折叠方式与Ig相似，在氨基酸组成上Ig可变区或/和恒定区有较高的同源性，它们可能从同一祖先基因进化而来。编码这些多肽链的基因称为免疫球蛋白基因超家族，其编码产物称为免疫球蛋白超家族。IgSF主要以膜分子形式存在，也有游离的形式。654.3.1免疫球蛋白超家族的组成IgSF主要包括淋巴细胞受体（Ig及BCR,TCR/CD3,NK细胞受体），MHC抗原及其相关分子，免疫球蛋白Fc段受体，多种黏附分子和分化抗原，以及与神经系统功能有关的黏附分子等。IgSF分子种类至少有数百种，分布十分广泛。如1/3的白细胞分化抗原属于IgSF。

66主要功能成员抗原识别受体和信号传导分子IgH链：μ、γ、δ、ε和α链IgL链：κ和λ链SmIg复合物成分：MG-1(Ig-α,CD79a)、B29（Ig-β,CD79b）TCR:α、β、γ和δ链CD3：γ、δ和ε链MHC及其相关分子MHCⅠ类抗原：α链、β2MMHCⅡ类抗原：α、β链β2M相关分子：CD1、Qa、TL免疫球蛋白受体PolyIgR(pIgR)IgGFc段受体：FcγRⅠ（CD64）、FcγRⅡ、FcγRⅢ（CD16）IgeFc段受体：FcεRIα链IgEFc段受体：FcαR细胞因子受体IL-1R（CDw121a），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，CD8α、β链，CD28，B7/BB1（CD80），CD7，CD22，CD33，CD48，CEA（CD66e），Thy-1(CDw90)，PECAM-1(CD31)，VCAM-1(CD106)表4-3免疫球蛋白超家族的组成4.3.2免疫球蛋白超家族的特点（1）IgSF的结构特点应用x射线衍射晶体分析法已对多种IgSF分子的结构域进行了分析，包括IgV和C结构域，MHCI,II类分子的一些结构域，CD4第一、二结构域和三、四结构域等。IgSF结构域是以其独特的、称之为免疫球蛋白折叠(IgfoId)形成的球形结构。每个Ig折叠中有两个

片层(

-P1eatedsheet)，每个片层包括3-5个反平行的折叠股。每个折叠股有5-10个氨基酸残基。绝大多数18SF结构域的两个

片层之间有一对保守的二硫键连接，使其形成稳定的球状结构。每个折叠片层的核心是由A、B、E、D和G、F、C

折叠股组成。68（2）免疫球蛋白超家族功能区分类

根据

片层中折叠股的组成，形成二硫键的两个半肮氨酸之间氨基酸的数目，以及同IgV区或C区同源的程度，IgSF结构域可分为V组、C1组和C2组。（2）免疫球蛋白超家族功能区分类

V组V组功能区的两个半胱氨酸之间含65～75个氨基酸残基，有9个反平行的β折叠股，如IgH链和L链V区，TCRα、β、γ、δ链V区，CD4V区，CD8α、β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（图4-10）。70图4-10免疫球蛋白超家族V组、C1组和C2组结构模式图C1组功能区二个半胱氨酸之间约含50～60个氨基酸残基，有7个β折叠股，如IgH链和L链C区（γ、δ和α链的CH1～CH3或μ和ε链的CH1～CH4），TCRα、β、γ、δ链C区，MHcⅠ类分子重链α3功能区，β2M，MHCⅡ类分子α2和β2功能区，CD1、Qa和TL靠近胞膜功能区等。（2）免疫球蛋白超家族功能区分类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β折叠股，这种结构介于V组和C1组之间，如CD3γ、δ和ε链，CD2和LFA-3（CD58），pIgR靠近胞膜功能区，FcγRⅠ、FcγRⅡ、FcγRⅢ、FcεRⅠα链、FcαR，ICAM-1，CEA第2至7个功能区，IL-6R、M-CSFR、G-CSFR、SCFR。PDGFR第1至4功能区，以及N-CAM、CD22、CD48分子等。（2）免疫球蛋白超家族功能区分类为3股反平行的β折叠为4股反平行的β折叠为4股反平行的β折叠人Ig轻链（λ）多肽折叠示意图4.1.3IgSF的功能特点IgSF的功能是以识别为基础，因此又称为识别球蛋白超家族。Ig折叠形成一个紧密的球状结构，提供了与不同球状结构多肤或化学基团粘附的分子基础，使之发挥不同的生物学功能。IgSF很可能最早起源于原始的具有粘附功能的基因，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、细胞问教附分子以及病毒