第四章第四章 免疫球蛋白免疫球蛋白ImmunoglobulinsImmunoglobulins免疫血清的发现免疫血清的发现北里柴三郎北里柴三郎 Emil Adolf von BehringEmil Adolf von Behring（inactivated)IgIntroductionl l 抗体抗体（antibody,Abantibody,Ab）B B细胞识别抗原细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一种具有免后增殖分化为浆细胞所产生的一种具有免疫功能的蛋白质。疫功能的蛋白质。基本概念基本概念l l 免疫球蛋白免疫球蛋白（Immunoglobulin,IgImmunoglobulin,Ig）具具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。蛋白。Two Forms of ImmunoglobulinTwo Forms of ImmunoglobulinMembrane-bound receptor Soluble antibody第一节第一节 免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构基本结构：基本结构：四条肽链，呈四条肽链，呈Y Y字型字型两条轻链（两条轻链（light light chain,Lchain,L链）链）两条重链（两条重链（heavy heavy chainchain,H,H链）链）重链(Heavy Chain, H链)由450-550个氨基酸残基组成。Ig H链恒定区的氨基酸组成和排 列顺序不同，分为五大类。H链类 Ig类 Ig亚类 IgG IgG1,2,3,4 IgA IgA1, IgA2 IgM IgD IgE轻链轻链(Light Chain, L(Light Chain, L链链) )214个氨基酸、两型天然Ig分子两条轻链的型别相同.两种轻链的功能无差异。1、可变区不同Ig的重链和轻链在靠 近N端约110个氨基酸的序 列变化很大，称为可变区 (Variable region, V区）重链和轻链的可变区分别 称VH （约占重链1/4), VL （约占轻链1/2), 可变区与恒定区VHVL 2、恒定区重链和轻链在靠近C端的氨基酸序列相对稳定，称为恒定区(Constant region，C)。重链和轻链的恒定区分别称CH , CLIg的可变区用于识别和结合抗原，恒定区用于启 动下游效应。 伤寒抗体（伤寒抗体（IgGIgG） 痢疾抗体（痢疾抗体（IgGIgG） 乙肝抗体（乙肝抗体（IgGIgG）Ig的结构域（domain）L链: VL、CL H链:IgG/IgA/IgD VHCH1、 CH2 、CH3IgM /IgE VHCH1、CH2 、CH3 、CH4N terminusC terminusIg 结构域氨基酸的二 级结构由两个反向折叠 的片层，中心的两个 半胱氨酸由一个链内二 硫键垂直连接，形成 桶状 结构，称为免 疫球蛋白折叠（ immunoglobulin fold, Ig fold）。 免疫球蛋白超家族免疫球蛋白超家族免疫系统中的其它蛋白质，如TCR、CD4、CD8、Ig Fc受体、细胞因子受体等，存在着结构同源的保守序列，并形成折叠，称为免疫球蛋白超家族（immunoglobulin super family, IgSF)绞链区(Hinge Region)：1.富含脯氨酸,易于伸展,弯曲有利于Fab结合抗原。2.易被酶解IgM,IgE无铰链区铰链区的作用铰链区的作用抗原抗原抗体抗体木瓜蛋白酶(Papain)裂解后产物: l 2个Fab（fragment of antigen binding)段:单价结合抗原l 1个Fc ( fragment crystallizable)段：相当于CH2+CH3，与效应分子或效应细胞结合。免疫球蛋白(IgG)的水解片段胃蛋白酶(Pepsin)裂解后产物: 1个F(ab)2片段若干pFc小片段意义:去除Ig分子同种型抗原性提纯免疫生物制品(免疫马获得的抗毒素)J J链和分泌片链和分泌片连接链（joining chain , J 链)IgM形成5聚体IgA形成2聚体分泌片（secretory component)由粘膜上皮细胞合成,分泌. 保护IgA，IgM不被酶解. 介导IgA二聚体从粘膜下转运至呼吸腔道表面.J 链分泌片Ig的抗原性Ig具有抗体和抗原的两重特性。根据Ig引起的是异种、同种异体或自体免疫应答，将Ig的抗原性分为：同种型（isotype)、同种异型(allotype)和独特型(idiotype)。IgIg 的同种型的同种型 同一种属所有健康个体所共有的抗原性标志，集中在Ig恒定区。诱导异种动物产生该Ig的抗同种型抗体。人重链恒定区人重链恒定区甲IgG乙IgG甲IgA重链恒定区重链恒定区小鼠IgG兔IgG同种型应用：用人的IgG免疫小鼠，产生鼠抗人IgG，小鼠的这种特异抗体称为抗抗体（二抗）。目前生产的这些抗抗体广泛应用于临床检测和生物学研究中。 Human IgGMouse anti-human IgG antibodyReact with human IgG antibodyIg的抗原性同种异型：同一种属不同个体的Ig所具有的抗原性标志，由若干散在分布的氨基酸序列差异导致。诱导同一种属不同个体动物产生该Ig的抗同种异型抗体。（个体差异）同种异型 独特型：每一个Ig分子在可变区氨基酸序 列所显示出的抗原性；为每一 个Ig分子所特有的抗原特异性 标志。独特型表位在异种、同种异体和 同一个体内均可刺激产生相应 抗体，即抗独特型抗体。Ig的抗原性独 特 型第二节第二节 抗体与抗原的相互作用抗体与抗原的相互作用Ig可变区中的高变区是抗原结合部位 高变区 (Hypervariable region , HVR)：抗原结合部位互补决定区（complementary-determining region, CDR) 骨架区（framework region, FR)可变区的变化特点 高变区VH：29-31，49-58，95-102；VL：28-35，49-59，92-103 骨架区（fragment region)：FR1,FR2,FR3,FR4第二节第二节 抗体与抗原的相互作用抗体与抗原的相互作用 抗体以表面互补的方式结合抗原小分子抗原：整个分子嵌 入CDR形成的“口袋”中。大分子抗原：表面的表位与抗体结合。第二节第二节 抗体与抗原的相互作用抗体与抗原的相互作用 多种作用力参与抗原与抗体的相互作用非共价键作用力：静电引力范德华力疏水作用力氢键抗体的亲和力（affinity)抗体的亲合力（avidity)第三节第三节 抗体抗原结合所致的分子和细胞抗体抗原结合所致的分子和细胞 效应效应抗 体特异性识别结合抗原吸引效应细胞和分子，清除病原体 V V区特异性识别和结合抗原区特异性识别和结合抗原第三节第三节 抗体抗原结合所致的分子和细胞效应抗体抗原结合所致的分子和细胞效应 中和作用（neutralization)：抗体抗原结合阻止病原体感染靶 细胞中和抗体(neutralizing antibody)（预存中和抗体：疫苗的应用）中和外毒素第三节第三节 抗体抗原结合所致的分子和细胞效应抗体抗原结合所致的分子和细胞效应 激活补体系统IgM,IgG与抗原结合后,发生构象改变,暴露补体结合点。效应：直接裂解病原体细胞调理吞噬第三节第三节 抗体抗原结合所致的分子和细胞效应抗体抗原结合所致的分子和细胞效应 结合Fc受体Fc受体：能够结合抗体Fc段的膜蛋白。FcR，FcR，FcR FcFc，Fc表达细胞：单核巨噬细胞，中性粒细胞，NK细胞，肥大细胞，嗜酸性粒细胞，嗜碱性粒细胞1. 1. 调理作用调理作用（opsonization)：增强吞噬细胞的吞噬作用。2.抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用(Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC)：表达Fc受体的杀伤细胞通过识别Ig分子Fc段直接杀伤与Ig结合的靶细胞. 3.介导I型超敏反应IgE Fc 段与肥大细胞,嗜碱性粒细胞表面高亲和力FcRI受体结合,促使合成、释放炎性介质,引起I型超敏反应.抗体是把双刃剑4.通过胎盘或粘膜1)母体的IgG可与滋养层细胞Fc受体（FcRn)结合, 转运至胎儿血液循环.l 2)分泌型IgA与上皮细胞Fc受体pIgR)结合,转运至泪水,乳汁或呼吸道、消化道腔道表面.第四节第四节 各类免疫球蛋白的特性各类免疫球蛋白的特性IgA 血清型和分泌型两种 出生后4-6月开始合成IgA, 分泌型IgA（sIgA) : 初乳、唾液、泪液呼吸道,消化道,泌尿生殖道的腔道分泌液。分泌型IgA 是粘膜免疫的重要抗体IgD 见于个体发育的任何时段 正常血清浓度低 易被蛋白酶水解,半衰期短 mIgD :B细胞分化成熟的重要表面标志未成熟B细胞: 表达mIgM 成熟B细胞: 表达mIgM和mIgDIgE 正常血清中含量最低的Ig 亲细胞抗体FcRI和FcRIgE Fc 段与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面高亲和力FcRI受体结合，引起超敏反应。 与机体抗寄生虫感染有关IgG 人体含量最高的免疫球蛋白：占血清Ig总量的75%80% ,其中以IgG1为主 出生后3个月开始合成 唯一能通过胎盘的抗体 再次免疫应答的主要抗体 具有多种生物学功能：调理作用，ADCC，激活补体，抗菌，抗病毒IgM 五聚体，分子量最大的Ig,不易通过血管壁 个体发育过程最早合成、分泌的抗体脐带血IgM异常提示宫内感染 抗原刺激后最早产生的抗体 激活补体能力最强,天然血型抗体多为IgM血型不符的输血,往往导致严重的溶血反应 B细胞抗原受体(BCR)的主要成分 第五节第五节 人工制备抗体人工制备抗体多克隆抗体（Polyclonal antibody）单克隆抗体（Monoclonal antibody）基因工程抗体（Genetic Engineering antibody） 多克隆抗体（Polyclonal antibody）大多数抗原具有多个抗原表位,每一表位均能刺 激机体的一个特定B细胞 克隆产生一种特异性抗 体(CDR各不相同).所获 抗血清为含有多种抗体 的混合物.单克隆抗体（Monoclonal antibody）由一个识别一种抗原表位的B细胞克隆产生 的同源抗体.Ig分子结构一致,纯度高,特异 性强. 由杂交瘤技术制备.McAbMcAb的制备的制备HAT: 次黄嘌呤(H),氨基喋呤(A)和胸腺嘧啶核苷(T)，HGPRT：次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转化酶HGPRT缺陷 基因工程抗体（Genetic Engineering antibody）嵌合抗体 Ig分子V区为鼠源，C区为人源，即整个抗 体分子近2/3部分都是人源 的，嵌合抗体保留原来鼠源 单抗的特异性和亲和力，所 导致人抗小鼠抗体反应（ HAMA）明显减弱。噬菌体展示技术构建抗体库调取抗体重链和轻链的可变 区基因插入到丝状噬菌体中转染后，表达抗体特异性抗原筛选抗体分泌小小 结结 Ig基本结构为四肽链结构，Ig分子每条肽链具有 典型折叠的结构域,含若干球形功能区.Ig可变区 和抗原识别相关，恒定区和效应功能相关。 抗体与抗原结合后发挥多种生物学功能。 五类免疫球蛋白发挥不同的生物学功能 人工制备抗体