免疫球蛋白

null 免疫球蛋白 （Immunoglobulin,Ig） 免疫球蛋白 （Immunoglobulin,Ig）抗体的发现及其特性抗体的发现及其特性 德国学者Behring和日本学者北里于1890年在Koch研究所应用白喉外毒素免疫动物，发现在其血清中有一种能中和外毒素的物质，称为抗毒素（antitoxin），此即为在血清中发现的首例抗体（antibody）。 1937年， Tiselius和Kabat用电泳方法将血清蛋白分成四个组分 1937年， Tiselius和Kabat用电泳方法将血清蛋白分成四个组分 1938年，Tiselius和Kabat用肺炎球菌抗血清吸收试验证实了抗体的活性存在于血清中γ-球蛋白部分 其后经对不同免疫血清中的电泳、超速离心分析及分子量测定等方法，发现抗体不但存在于γ-球蛋白部分，也存在于α-和β-球蛋白区内 null抗体（antibody，Ab) 是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的糖蛋白，主要存在于血清等体液中，能与相应抗原特异性地结合，发挥体液免疫功能 null免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。 免疫球蛋白的存在形式 膜型(membrane immunoglobulin, mIg) ---B细胞膜上的抗原受体； 分泌型(secreted immunoglobulin, sIg) ---分泌进入体液, 介导体液免疫应答 null免疫球蛋白（Ig）：化学结构 的概念 抗体（Ab）： 生物学功能 的概念 所有的抗体都是免疫球蛋白，但免疫球蛋白并非全为抗体第一节 免疫球蛋白的结构第一节 免疫球蛋白的结构一、基本结构 四肽链结构 ——所有Ig的基本单位都是四条肽链的对称结构 重链和轻链 可变区和恒定区 铰链区 结构域 （一）重链（H）和轻链（L）（一）重链（H）和轻链（L）重链（heavy chain, H）： 分子量约为50-75KD，由450-500个氨基酸残基组成，因恒定区氨基酸的组成和排列顺序不同，将免疫球蛋白分为五类 轻链（light chain, L）： 分子量约为25KD，由214个氨基酸残基构成。两种：κ、λ链，一个天然Ig分子上两条轻链的型别总是相同的 （二）可变区（V）和恒定区（C）（二）可变区（V）和恒定区（C）可变区（variable region, VH、VL） 靠近N端氨基酸序列变化较大的区域，分别占重链和轻链的1/4和1/2 恒定区（constant region, CH、CL） 靠近C端氨基酸序列相对稳定的区域，分别占重链和轻链的3/4和1/2 Ig可变区中的高变区是抗原结合部位Ig可变区中的高变区是抗原结合部位高变区 （HVR） 互补决定区（CDR） 比较不同抗体V区的氨基酸序列，发现VH和VL各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变，这些区域称为HVR（CDR） ，分别用HVR1、HVR2、HVR3（ CDR1、CDR2、CDR3 ）示。 高变区之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区（FR） Structure of the Variable RegionStructure of the Variable RegionHypervariable (HVR) or complimentarity determining regions (CDR)Framework regions(FR)nullIt is the CDRs that binds the epitopes of antigen（三）铰链区（hinge region） ----位于CH1与CH2之间，富含脯氨酸（三）铰链区（hinge region） ----位于CH1与CH2之间，富含脯氨酸连接抗体Fab段和Fc段，与抗原结合时易于吻合 易使补体结合点暴露 各类Ig的铰链区不同 对蛋白酶敏感（木瓜蛋白酶、胃蛋白酶） IgMnull改变两个结合抗原的Y形臂之间的距离nullN terminiC termini Fab: fragment antigen binding Fc: fragment crystallizable 三、水解片段三、水解片段N terminiC termini F(ab’)2: 2Fab+hinge region pFc’ null C端 N端 可变区（1/2L+1/4H） 铰链区(位于CH1与CH2之间，富含脯氨酸) 恒定区(1/2L+3/4H） （四）结构域（domain）（四）结构域（domain）Ig分子的每条肽链（H、L链）折叠成的几个由链内二硫键连接的球形结构 VH、CH1、CH2、CH3、CH4 VL、CL 功能不同 结构相似 免疫球蛋白超家族（IgSF）免疫球蛋白超家族（IgSF）对免疫球蛋白结构域进行氨基酸序列分析，发现其中有许多保守的氨基酸序列。这些序列构成了Ig折叠，对其结构的稳定性起关键作用。这些保守序列不仅存在于Ig中，免疫系统中的许多其它蛋白质如TCR、CD4、CD8、大部分免疫球蛋白Fc受体、一些细胞因子及其受体以及一些非免疫系统的分子也存在着结构同源的保守序列，并形成Ig折叠，因此，他们被称之为IgSF二、其他成分——J链和分泌片二、其他成分——J链和分泌片J链（joining chain） 稳定多聚体结构，并参与体内转运 分泌片（secretory piece, SP） 保护分泌型IgA免受环境中蛋白酶的破坏；并介导IgA的转运Ig具有三种抗原性Ig具有三种抗原性Ig既可与相应的抗原发生特异性的结合，其本身又可激发机体产生特异性免疫应答，其结构和功能基础是在Ig分子中包含有多种不同的抗原表位（epitope），呈现出不同的免疫原性。 null 同种型独特型同种异型免疫球蛋白抗原性的分布null同种型（isotype）:是同一种属所有个体Ig分子共有的抗原性标志，为种属型标志，存在于Ig的恒定区null同种异型（allotyoe）:存在于同种但不同个体中的免疫原性，是同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同抗原性标志，为个体型标志，存在于IgC区null独特型（idiotype）:同一种属、同一个体来源的抗体分子由于其CDR区的氨基酸序列的不同，可显示不同的免疫原性，称为独特型，是每个Ig分子所特有的抗原特异性标志，其表位又称为独特位(idiotope)，存在于V区。针对独特位产生相应抗体，即抗独特型抗体(anti-idiotype antibody, AId)null不同型Ig其CL的长度基本一致，不同类Ig其CH的长度不一； 针对同一抗原的不同类别Ig，同一种属的个体，所产生的针对不同抗原的同一类别Ig其V区相同，但C区不同其C区氨基酸组成和排列顺序比较恒定，但V区各异 第二节 抗体与抗原的相互作用第二节 抗体与抗原的相互作用 抗体通过可变区的变化来实现对不同抗原的特异识别，多种力参与了抗体对抗原的结合抗体以表面互补的方式结合抗原 多种作用力参与抗原-抗体的相互作用 抗体与抗原之间作用力的大小可用抗体的亲和常数来量化 抗体的多价性增强了抗体对抗原的结合力抗体以表面互补的方式结合抗原 多种作用力参与抗原-抗体的相互作用 抗体与抗原之间作用力的大小可用抗体的亲和常数来量化 抗体的多价性增强了抗体对抗原的结合力亲和力 亲合力null只有在结合抗原后，抗体才能引发分子和细胞的效应抗体分子的构象改变 使细胞膜上与抗体结合的受体发生聚集 并非所有的抗体结合抗原后都能引发效应功能第三节 抗原抗体结合所致的分子和细胞效应第三节 抗原抗体结合所致的分子和细胞效应三方面的“二合一”分子 结构： Fab + Fc 功能： 抗原识别——Fab 效应功能——Fc 效应： 可对机体有利，也可对机体有害 null识别并特异性结合抗原由V区特别是HVR（CDR）的空间构型所决定 可变区（V区）的功能null识别并特异性结合抗原中和作用：阻止病原体感染靶细胞null 激活补体 IgM、IgG 经典途径 凝聚的IgA 旁路途径 结合细胞表面的Fc受体 调理作用 ADCC作用 介导I型超敏反应 穿过胎盘和黏膜 恒定区（C区）的功能IgG 、分泌型IgAnull结合抗原 补体结合部位 Fc结合部位 穿过胎盘 免疫球蛋白的功能 可变区 恒定区 第四节 人工制备抗体第四节 人工制备抗体多克隆抗体 由于抗原组分的高度异质性，传统上通过接种动物所获得的免疫血清或抗血清是多种抗体的混合物，称为多克隆抗体（polyclonal antibody） 作用全面、来源广泛、制备容易 特异性不高、易发生交叉反应null单克隆抗体 由单一B淋巴细胞克隆所产生的、只作用于某一特定抗原决定基的均一抗体称为单克隆抗体（Monoclonal antibody，简称mAb） 纯度高、特异性强、效价高、少或无血清交叉反应nullnull基因抗体 又称重组抗体，即应用DNA重组和蛋白质工程技术，按人们的意愿在基因水平上对Ig分子进行切割、拼接或修饰，重新组装成的新型抗体分子 人-鼠嵌合抗体 人源化抗体 小分子抗体 双特异性抗体 改型抗体 nullnullnull根据重链的结构和抗原性的差异，将免疫球蛋白分为五类，又称五个同种型Ig恒定区结构域决定抗体诱导的分子或细胞效应Ig恒定区结构域决定抗体诱导的分子或细胞效应不同类Ig激发不同的免疫效应调理作用溶解细胞、细菌和病毒调理作用引起炎症反应——参与宿主早期抗感染免疫null巨噬细胞NK细胞血小板嗜碱性粒细胞肥大细胞中性粒细胞表达Fc受体的主要细胞null——抗体促进吞噬细胞吞噬颗粒性抗原 nullADCC（抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用） ——具有杀伤活性的细胞通过识别抗体的Fc段直接杀伤靶细胞 null 促进肥大细胞和嗜碱性粒细胞释放生物活性物质，引起炎症反应IgE介导肥大细胞活化null分泌型IgAnullSecretory IgA and transcytosis‘Stalk’ of the pIgR is degraded to release IgA containing part of the pIgR - the secretory componentnull第五节 各类免疫球蛋白的特性与功能第五节 各类免疫球蛋白的特性与功能IgGIgGStructure---- has a ‘typical’ antibody structure Monomer (7S)IgGIgGStructure Properties Major serum Ig Major Ig in extravascular spaces Placental transfer – Does not require Ag binding Fixes complement Binds to Fc receptors Phagocytes - opsonization K cells - ADCCIgMIgMStructure Pentamer (19S) Extra domain (CH4) J chainIgMIgMProperties 3rd highest serum Ig First Ig made by fetus and B cells Fixes complement Binds to Fc receptors B cell surface IgIgAIgAStructure Serum - monomer Secretions (sIgA) Dimer (11S) J chain Secretory componentIgAIgAProperties 2nd highest serum Ig Major secretory Ig (Mucosal or Local Immunity) Tears, saliva, gastric and pulmonary secretions Does not fix complement (unless aggregated) Binds to Fc receptors on some cellsIgDIgDStructure Monomer Tail pieceIgDIgDProperties 4th highest serum Ig B cell surface Ig Does not bind complementIgEIgEStructure Monomer Extra domain (CH4)IgEIgEProperties Least common serum Ig Allergic reactions Binds to basophils and mast cells (Does not require Ag binding) Parasitic infections (Helminths) Binds to Fc receptor on eosinophils Does not fix complement