《免疫学教学课件》5 免疫球蛋白

第五章 免疫球蛋白 Immunoglobulin Ig,2,前言,3,概 述,一、抗体的概念 抗体(antibody，Ab)是介导体液免疫的重要效应分子，是B细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的糖蛋白。 二、免疫球蛋白的概念及分类 免疫球蛋白（ Immunoglobulin ，Ig）具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。,4,免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily, IgSF)：在Ig的结构中，有许多保守的氨基酸序列，这些序列构成Ig折叠(片层结构），片层之间由一个二硫键垂直连接，形成一个“桶状”。具有这类结构的蛋白质分子统称为免疫球蛋白超家族。 在免疫系统中，许多蛋白质，如 BCR、CD4、CD8、一些细胞因子及其受体，甚至非免疫系统的一些分子也存在着结构同源的保守序列，并形成Ig折叠，这些分子都被称为免疫球蛋白超家族。,概述,5,概述,免疫球蛋白的分类： （1）分泌型(secreted Ig, SIg)：主要存在于血液及组织液中，发挥各种免疫功能 （2）膜型(membrane Ig, mIg) ：构成淋巴细胞表面的抗原受体,6,第一节 免疫球蛋白的结构,7,免疫球蛋白的基本结构,免疫球蛋白分子的基本结构是一个 ”Y” 字型的四肽链结构，由两条完全相同的重链(heavy chain, H)和两条完全相同的轻链(light chain, L)以二硫键连接而成。,8,（一）重链和轻链,N端,C端,H链：450550aa 类 IgA IgG IgD IgE IgM 亚类 IgA 1，2 IgG 1，2，3，4,L链：214aa 型 、（人 2:1,鼠 20:1） 亚型 14,天然Ig分子中，重链同类，轻链同型,9,免疫球蛋白轻链和重链中氨基酸序列变化较大的区域称为可变区（variable region, V）， VH和VL 中各有三个氨基酸顺序高度可变区，称高变区（hypervariable region，HVR）或 互补决定区(complementarity determining region，CDR). 免疫球蛋白轻链和重链中氨基酸序列较保守的区域称为恒定区（constant region, C）,可变区和恒定区,10,11,重链和轻链、可变区与恒定区,12,铰链区能改变两个Y形 臂之间的距离，有利 于两臂同时结合两个 不同的抗原表位。IgD、 IgG、IgA有绞链区， IgM和IgE则无。,铰链区,13,结构域（domain),每个结构域约含110个氨基酸,14,J链和分泌片,辅助结构 J链（joining chain)：J链是一条多肽链，富含半胱氨酸，由浆细胞合成。J链连接多聚体的IgM、IgA 分泌片（secretory piece, SP)： 由黏膜上皮细胞合成并作为受体结合具有J链的IgA，从细胞内转运至膜外过程中被降解，部分保留在抗体上。对分泌型IgA具有保护作用。,15,16,17,铰链区位于CH1与 CH2之间，含有丰富的 脯氨酸，不仅易伸展 弯曲，而且易被木瓜 蛋白酶、胃蛋白酶等 水解。,免疫球蛋白水解片段,18,蛋白酶的酶解 木瓜蛋白酶(papain)：二硫键连接处重链近N端 裂解成3个片段， 2个Fab、一个Fc 2个Fab片段具有与抗原结合的活性。但不发生凝集反应或沉淀反应。Fc为可结晶片段（fragment of crystallizable, Fc),免疫球蛋白水解片段,19,胃蛋白酶(pepsin)： 二硫键处羧基侧 F(ab)2 、一些小片段pFc F(ab)2具有与Ig一样的抗原结合特性，可产生凝集反应和沉淀反应。 阐明Ig分子结构和生物学特征。,免疫球蛋白水解片段,20,一、外源因素所导致Ig的异质性 -免疫球蛋白多样性 主要为抗原因素：蛋白质、多糖、脂类等 多样性抗原的存在，即表位的不同,第二节 免疫球蛋白的异质性,21,22,23,二、免疫球蛋白的类型 1、类（class) 在同一种属中，根据Ig重链C区抗原性的不同，重链可分为 g 、 a 、 m 、 d 、e 五种链 IgG、IgA、IgM、IgD、IgE 五类 2、亚类（subclass) 同一类免疫球蛋白中，根据其重链抗原表位以及二硫键数目和位置的不同，又可分为亚类（subclass）。IgG有IgG1IgG4四个亚类；IgA有IgA1和IgA2两个亚类；IgM有IgM1和IgM2两个亚类；IgD和IgE尚未发现亚类。,24,3、型（type) 在同一种属所有个体内，按轻链 C区抗原性的差异分为、两型。 4、亚型（subtype) 在同一型免疫球蛋白中，根据轻链 C区N端氨基酸排列的差异，又分为亚型 如1、2、3,25,Ig 的三种血清型： 1、 同种型(isotype)： 同一种属内所有个体Ig 抗原性 所具有的共同特征，集中在C区。（免疫异种动物） 2、 同种异型(allotype)：同一种属不同个体Ig 抗原性 之间的差异。 3、独特型(idiotype, Id)：IgG成熟过程中可变区独特 的变化，由此而产生的抗原性IdiotypeAnti-Id,根据Ig本身 三种不同的表位,26,一、免疫球蛋白V区的功能：免疫球蛋白V区的功能主要是特异性识别、结合抗原。,第三节 免疫球蛋白的功能,27,免疫球蛋白V区的特异性,28,针对一个抗原的一个表位将产生一个克隆的抗体（单克隆抗体） 针对一个抗原的多种表位所产生的抗体为多克隆抗体 如果不同抗原存在相同表位 （交叉反应）,29,抗原与抗体的相互作用,多种作用力参与抗原与抗体的相互作用： 静电吸引力 范德华力 疏水键 氢键 这种非共价键结合易被过高浓度的盐、过高或过低PH值的溶液以及去污剂破坏。 一个IgG单体可以结合两个抗原，所以是二价的。,30,二、C区的主要功能 1）激活补体： 2）结合FcR：调理作用，促进吞噬 (opsonization) 介导I型超敏反应 (Ig E) 介导细胞毒 (ADCC) 3）穿过胎盘和粘膜,31,32,免疫球蛋白功能区的作用有： 1.VH和VL是结合抗原的部位； 2.IgG的CH2和IgM的CH3具有补体C1q结合位点，可启动补体活化经典途径； 3.IgG的CH2/CH3和 IgE的CH4有亲细胞活性。,V区和C区的功能,33,IgG Fc：可与单核-M细胞、中性粒细胞上的IgG Fc受体结合调理作用.,34,35,2.抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC） IgG与肿瘤或病毒感染的靶细胞结合后，可通过其Fc段与NK细胞、巨噬细胞和中性粒细胞表面相应IgG Fc受体结合，增强NK细胞和触发吞噬细胞对靶细胞的杀伤作用，此即ADCC效应。 3.介导I型超敏反应 IgE引起I型超敏反应 （三） 通过黏膜和胎盘,36,Antibody-dependent Cell-mediated Cytotoxicity (ADCC),37,38,穿过胎盘和黏膜,穿过胎盘（IgG的CH2）：胎盘母体一侧的滋养层细胞表达特异性IgG输送蛋白（FcRn），进行选择性传递 穿过黏膜（SIgA）：发挥局部抗感染作用,39,I型超敏反应,介导I型超敏反应：IgE通过与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面 Fc e R 结合而介导,40,V区,C区,V区：抗原结合部位,CH3区：是Ig与其Fc受体结合的部位(某些细胞）,C区：具有同种型、同种异型抗体的遗传标记。,CH2区：IgG的补体结合点和通过胎盘的部位,功能区的作用,41,第四节 各类免疫球蛋白的特性,一、IgG 是再次免疫应答的主要抗体 IgG多为单体，半衰期约为23天，占血清免疫球蛋白总量的75%80% IgG可通过CH2 与C1q结合，激活补体经典途径 可通过FcRn传递给胎儿,42,二、IgM,IgM激活补体能力比IgG强 天然血型抗体是IgM IgM是个体发育、免疫应答时最早能产生的抗体。 B细胞抗原抗原受体BCR的主要成分，只表达mIgM的B细胞为未成熟B细胞。,43,44,三、IgA,分为血清型和分泌型两种： 血清型IgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生。 分泌型IgA（SIgA）是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的固有层中浆细胞产生。主要作用部位在黏膜。 主要存在于初乳、唾液、泪液，以及呼吸道消化道和泌尿生殖道黏膜表面的分泌液中。,45,四、IgD,mIgD与mIgM共同出现标志着B细胞成熟，称为初始B细胞（nave B cell）. 活化B细胞和记忆B细胞表面mIgD消失。,46,五、IgE,又称亲细胞抗体，与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面的FcR受体结合，通过释放组胺、激肽原酶引起强烈的I型超敏反应（CH4),47,克隆：由一个始祖细胞分化、增殖所产生的遗传性状完全相同的细胞群。 多克隆抗体 （polyclonal antibody，PcAb） 单克隆抗体 （monoclonal antibody，McAb） 基因工程抗体 （gene engineering antibody，GeAb）,第五节 人工制备抗体,48,一、多克隆抗体,每种抗原含有多个抗原表位，在这些表位刺激下，体内多个B细胞克隆被激活并产生针对多种不同抗原表位的抗体，其混合物即为多克隆抗体。 多克隆抗体 多个抗原表位机体多种抗体的混合物 二、单克隆抗体（monoclonal antibody） 只针对某一特定的抗原决定簇，纯度高的抗体。,49,多克隆抗体产生示意图,图：单克隆抗体的制备,1,2,3,杂交瘤技术及单克隆抗体的制备,筛选试剂HAT: 次黄嘌呤（H)、氨基蝶呤（A)、胸腺嘧啶核苷（T) 骨髓瘤细胞是次黄嘌呤、鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)缺陷株或者是胸苷激酶（TK)缺陷株。缺乏任意一个酶DNA、RNA合成旁路路径即被阻断。 A是正常合成途径阻断剂，H和T只能被融合细胞所利用。,52,单克隆抗体应用,单克隆抗体应用： 1、作为诊断用试剂： 应用广泛 传染病、 肿瘤、 淋巴细胞鉴定分群等。 2、疾病的防治： 抑制器官移植排斥 治疗自身免疫疾病 生物导弹等。,53,三、基因工程抗体,（一）人-鼠嵌合抗体 （二）人源化抗体 （三）双特异性抗体（一端与肿瘤抗原结合，另一端结合效应细胞),54,人鼠嵌合抗体 （Chimeric Antibodies）,原理：利用基因重组技术，把鼠抗体的重、轻链可变区与人抗体的重轻链恒定区的进行重组，减少鼠源结构，增加人源结构，而保持抗体与原抗原的特异性结合。 缺点： 鼠抗体部分亦能作为一种异种抗原，多次反复使用在人体产生抗体及过敏反应（HAMS反应，human against mouse syndrome)。,55,人源化抗体（humanized antibody） 或称CDR移植抗体,将小鼠抗体