抗体

null第二章 免疫球蛋白(Immunoglobulin, Ig)第二章 免疫球蛋白(Immunoglobulin, Ig) 一、概述 二、免疫球蛋白的结构 三、抗体的抗原特异性（异质性） 四、各类免疫球蛋白的生物学特性 五、免疫球蛋白基因 六、抗体的制备 七、免疫球蛋白超家族一、概 述一、概 述概念 由抗原刺激B细胞转化为浆细胞所产生，并能与相应抗原特异性结合、具有免疫功能的球蛋白，也称为抗体（antibody, Ab）。 类型 分泌型（secreted Ig, sIg） 膜 型（membrane Ig, mIg） 理化性质 属球蛋白，在电泳图谱上大部分抗体活性在球蛋白区；具有异质性。nullIg在血清蛋白电泳中的分布二、Ig的结构二、Ig的结构1、免疫球蛋白的基本结构 — 四肽链结构 2、免疫球蛋白的功能区 null免疫球蛋白的基本结构 — 四肽链结构null（1）基本结构 * 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。 （2）重链与轻链 * 重链（heavy chain, H链） 约450-550氨基酸 * 根据重链恒定区结构（或免疫原性）不同，可将重链分为5种：、、、、。其相应Ig为IgG、IgM、IgA、IgD、IgE， * 轻链（light chain, L链） 约214个氨基酸 * 根据轻链恒定区抗原性不同，分为和两种。1、免疫球蛋白的基本结构 — 四肽链结构null5 类免疫球蛋白 — 根据重链恒定区结构（或免疫原性）的差异null（3）可变区和恒定区 1.可变区（variable region，V区）：位于Ig分子N端，占轻链1/2和重链1/4或1/5；不同抗体其V区氨基酸组成和排列有较大差异，是抗体与抗原特异性结合的部位； * 高变区（hypervariable region, HVR）：在VL和VH中，某些局部区域的氨基酸组成更高变化程度，轻、重链各有3个HVR。高变区乃抗体与抗原（表位）特异性互补结合的位置，又称为互补决定区（complementarity-determining region, CDR） * 骨架区（framework region, FR）：V区中非HVR部位的氨基酸组成和排列相对保守。VH和VL各有4个FR。 2.恒定区（constant region, C区)：位于Ig 分子的C端，占轻链1/2和重链3/4（IgA、IgD）或4/5（IgM、IgE）。其氨基酸的组成或排列不随抗体特异性的变化而变化。是介导多种生物学功能的部位。nullIg的可变区（V区）和恒定区（C区） nullV区是抗体与抗原表位特异性互补结合的部位nullV区包含骨架区和高变区（互补决定区）null 铰链区 在H链的CH1和CH2之间，含丰富的脯氨酸，易伸展弯曲，有利于Ig V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。 其它成分 连接链（joining chain， J链） 分泌片（secretory piece, sp） 水解片段2、免疫球蛋白的其他结构null免疫球蛋白的铰链区及其功能null分泌型IgA的结构nullIgM的结构null3、免疫球蛋白的水解片段（以IgG为例） 1、木瓜蛋白酶（papain）可在H链铰链区近氨基端将H链切断，形成2个Fab段（即抗原结合片段）和一个Fc段（可结晶片段） 2、胃蛋白酶（pepsin）可在H链铰链区近羧基端将H链切断，形成1个F(ab)’2片段（即双价抗体活性片段）和若干个小分子多肽碎片（pFc’）null免疫球蛋白的水解片段二、免疫球蛋白的功能区二、免疫球蛋白的功能区Ig的功能区：Ig的肽链由链内二硫键连接而形成的球形结构， L链有二个功能区（VL和CL），IgG、IgA和IgD的H链有4个（VH，CH1、CH2、CH3），IgM和IgE的H链有5个（多一个CH4）功能区 * VH和VL：与抗原表位特异性结合的部位 * CL和CH1：某些遗传标记所在部位 * IgG的CH2、IgM的CH3：补体C1q结合部位 * IgG的CH3：与细胞表面FcR结合的部位，介导Ig的生物学效应null免疫球蛋白的功能区（以IgG为例）三、抗体的抗原特异性（异质性）三、抗体的抗原特异性（异质性）体内存在多种多样的抗体，其结构的多样性可以通过抗体的抗原特异性来反映。 抗体作为大分子蛋白，即具有免疫原性，能够在异种、同种异体或自身体内诱导抗体的产生，通过这种特性可以将抗体进行分型，称为抗体的血清型 抗体的血清型包括同种型、同种异型和独特型，分别反映了抗体不同区域的结构特点。null 同种型（isotype） 指同一种属所有个体的Ig分子共有的结构，位于C区。能够诱导异种动物产生抗体，例如：Ig的类和型 同种异型（allotype） 指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同的结构，主要是CL和CH数个氨基酸的差异。能够诱导同种异体产生抗体。例如：Gm，Am，Em，Km标记 独特型（idiotype） 指同一个体不同B细胞克隆产生的Ig分子所特有的结构，是V区氨基酸的组成和排列顺序的差异，其决定簇又称为独特位。能够在自身体内诱导产生相应抗体，称为抗独特型抗体null抗体血清型分布的部位四、免疫球蛋白的功能四、免疫球蛋白的功能V区的功能 抗体V区的功能是特异性结合抗原表位 体液中抗体结合相应抗原分子，发挥中和作用，介导体液免疫效应 B细胞膜表面的抗体（BCR）特异性结合抗原分子，赋予B细胞特异性识别抗原的能力。nullC区的功能 C区能够介导Ig的多种生物学效应 激活补体 IgM、IgG  激活补体经典途径 凝聚的IgA或IgG4  激活补体旁路途径 与细胞表面FcR结合 1）调理作用（opsonization)；IgFc段与吞噬细胞的FcR结合促吞噬； 2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（Ab-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC) 3) 介导I型超敏反应 通过胎盘和粘膜 IgG通过胎盘；sIgA穿过粘膜C区的功能nullIgG与IgM通过经典途径激活补体null抗体的调理作用null 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IgG FcR与靶细胞表面IgG的Fc段结合，从而直接杀伤靶细胞IgG介导的ADCC作用四、五类Ig的特性和功能四、五类Ig的特性和功能IgG的特性和功能IgG的特性和功能血清中的主要抗体成分（80%）；半寿期长（20-23天） 出生后3个月开始合成，3-5岁接近成人水平 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 多数抗菌、抗病毒、抗毒素抗体均属IgG类 参与Ⅱ型、Ⅲ型超敏反应，某些自身免疫病的抗体也属IgGIgM的特性和功能IgM的特性和功能为五聚体，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细胞仅表达mIgMIgA的特性和功能IgA的特性和功能分为单体的血清型和二聚体的分泌型IgA 分泌型IgA 主要由粘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粘膜表面，是机体粘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IgD的特性和功能IgD的特性和功能 血清中含量低，其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mIgD IgE的特性和功能IgE的特性和功能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 属嗜细胞抗体，可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面FcεR结合，介导I型超敏反应。五、免疫球蛋白的基因五、免疫球蛋白的基因免疫球蛋白胚系基因结构 免疫球蛋白V区基因重排 — 形成各种抗原特异性的抗体 免疫球蛋白C区基因重排 — 抗体的类别转换null人Ig种系基因片段的定位和数量重链：V区由V，D，J基因片段编码，C区由C基因片段编码 轻链：V区由V，J基因片段编码，C区由C基因片段编码null人Ig的重链和轻链种系基因结构示意图null免疫球蛋白V区基因重排 — 形成各种抗原特异性的抗体 发生在B细胞发育过程中，与抗原刺激无关 重链V区：从众多的V、D、J基因片段中随机各取一个，形成编码V区的基因 轻链V区：从众多的V、J基因片段中随机各取一个，形成编码V区的基因 V区基因重排是形成各种特异性抗体的主要机制免疫球蛋白V区基因重排 — 形成各种抗原特异性的抗体免疫球蛋白V区基因重排 — 形成各种抗原特异性的抗体免疫球蛋白C区基因重排 — 抗体的类别转换免疫球蛋白C区基因重排 — 抗体的类别转换 在抗原刺激下发生 一个B细胞克隆在分化过程中，V区基因重排完成后，形成的功能性V区基因（V-D-J）保持不变，而C区基因片段发生重排，即由原来的C基因转换为C（或其他）基因。 产生的抗体也由IgM转换为IgG（或其他类别），但抗体与抗原结合的特异性保持不变。nullIg重链发生类别转换的机制null六、抗体的制备 多克隆抗体 单克隆抗体 基因工程抗体多克隆抗体 （polyclonal antibody）多克隆抗体 （polyclonal antibody） 用天然抗原物质（含多种抗原决定簇）免疫动物产生的抗体，为多个B细胞克隆产生抗体的混合物，此为多克隆抗体。 来源广泛，制备容易；特异性不高。单克隆抗体 monoclonal antibody, mAb单克隆抗体 monoclonal antibody, mAb 借助小鼠B细胞杂交瘤（hybridoma）技术，所制备的高度均一（属同一类、亚类、型别）、单一特异性（仅针对特定抗定抗 原表位）的抗体。 纯度高、特异性强、可大量生产。null单克隆抗体的制备 基因工程抗体基因工程抗体又称重组抗体 借助DNA重组技术和蛋白质工程技术，按人们的意愿在基因水平上对Ig进行切割、拼接或修筛，重新组装成为新型抗体分子 null基因工程抗体null七、免疫球蛋白超家族（IgSF） 一类具有与Ig功能区相似结构、编码基因同源的蛋白质分子，主要以膜蛋白形式存在于细胞表面，有识别和传递信号的功能。 如：TCR、BCR、MHC、CD4、CD8等。nullRepresentative members of the immunoglobulin superfamily