医学免疫学课件第四章免疫球蛋白

1,湖北理工学院医学院,2,湖北理工学院精品课程,医学免疫学,3,第四章 免疫球蛋白,第一节 免疫球蛋白的结构 第二节 免疫球蛋白的异质性 第三节 免疫球蛋白的功能 第四节 各类免疫球蛋白的性质和功能 第五节 人工制备抗体,4,免疫球蛋白与抗体概念 抗体(antibody，Ab)：免疫系统受抗原刺激以后，B细胞转化为浆细胞，由浆细胞产生能与相应抗原发生特异性结合的球蛋白称抗体。 抗体是生物学功能的概念。 分布：抗体主要存在于血清内，但也见于其他体液及外分泌液中，所以抗体介导的免疫称为体液免疫。,5,免疫球蛋白与抗体概念 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，均命名为免疫球蛋白。 免疫球蛋白是化学结构概念。 免疫球蛋白分为： 分泌型（sIg）：存在于体液中，具有抗体的各种功能。 膜型（mIg）：B细胞膜上的抗原受体。 所有抗体都是免疫球蛋白，但免疫球蛋白不都是抗体.,6,第一节 免疫球蛋白的结构 一、基本结构： 所有种类Ig的单体分子结构都是相似的，即是由两条相同的重链和两条相同的轻链四条肽链构成的“Y”字形的分子。,7,8,免疫球蛋白的基本结构,四肽链结构 ，链间二硫键连接 两条重链（H）和两条轻链（L） 氨基端和羧基端。,9,（一）重链和轻链 1、重链 重链又称H链，两条重链之间由一对或一对以上的二硫键互相连接。 Ig重链分子量约50-75kD，根据Ig重链结构和抗原性的不同，可分为5种，他们与轻链组成的Ig分别称为IgG、IgE、IgA、IgD和IgM。 IgG、IgE、血清型IgA、IgD均是以单体分子形式存在，IgM是以五个单体分子构成的五聚体，SIgA是以二个单体构成的二聚体。,10,2、轻链 Ig轻链分子量约25kD，由214个氨基酸残基组成。轻链又称L链，两条相同的轻链其羧基端(C端)靠二硫键分别与两条重链连接。 （二）可变区与恒定区 重链从氨基端(N端)开始1/4区段氨基酸的排列顺序以及结构是随抗体分子的特异性（与抗原对应）不同而有所变化，这一区域称为重链的可变区(VH)，可特异性结合抗原。其余的氨基酸比较稳定，称为恒定区(CH)。,11,轻链从N端开始1/2区段氨基酸的排列顺序及结构随抗体分子的特异性（与抗原对应）变化而有差异，称为轻链的可变区(VL)，可特异性结合抗原。其余的氨基酸比较稳定，称为恒定区(CL)。,12,超变区（hypervariable region HVR）：在可变区中某些特定位置的氨基酸残基更加变化多端，因抗体特异性不同呈现极大的变异性，故称之为超变区。又称为互补决定区。分别以HVR1、 HVR2和HVR3表示，轻链可变区中有3个超变区，重链可变区中有4个超变区。可变区中除此以外的区称为骨架区（framework region FR），分别以FR1、FR2、FR3和FR4表示。,13,14,铰链区：在H链恒定区，即位于CH1与CH2 之间可转动的区域称为铰链区。IgM和IgE无铰链区。铰链区对木瓜蛋白酶和胃蛋白酶敏感。含有较多的脯氨酸，富有弹性 。,（三）铰链区,15,（四）结构域 Ig的多肽链分子可折叠成若干个由链内二硫键连接的球形结构域，每个结构域都具有一定的生理功能，故称为Ig功能区。功能区结构具有明显的相似性，又称为同源区。 IgG、 IgA和IgD 每条重链有四个功能区，分别称为VH、CH1、CH2和CH3四个结构域；IgM和IgE有五个功能区，即多了一个CH4。轻链有两个功能区，即VL和CL。,16,17,二、免疫球蛋白的其他成分 （一） J链 连接链（jioning chain J）:由浆细胞合成的酸性糖蛋白,以二硫键的形式结合到免疫球蛋白的重链上,它是连接2个或2个以上Ig单体的成分。IgM 是一条J链连接成五聚体, 分泌型的IgA由一条J 链连接成双聚体。J 链是一条多肽链，内含10糖成分。 功能：起稳定多聚体的作用。,18,（二）分泌片 分泌片（secretory piece SP）:由黏膜上皮细胞合成与分泌的多肽。以非共价键方式连接IgA分子上，与J链共同组成分泌型IgA。 功能：保护sIgA铰链区不被蛋白酶水解；介导IgA二聚体从粘膜下转运至粘膜表面。,19,J链和分泌片,20,三、Ig水解片断 1、木瓜蛋白酶水解IgG 水解位点位于二硫键上方，可得到两个Fab片断和一个FC片断。Fab能于一个抗原决定簇相结合，为单价，可与抗原特异性结合。FC不能与抗原结合，可形成蛋白结晶，可激活补体及与FC细胞受体结合。,21,三、Ig水解片断 1、木瓜蛋白酶水解IgG 水解位点位于二硫键上方，可得到两个Fab片断和一个FC片断。Fab能于一个抗原决定簇相结合，为单价，可与抗原特异性结合。FC不能与抗原结合，可形成蛋白结晶，可激活补体及与FC细胞受体结合。 2、胃蛋白酶水解IgG 水解位点在二硫键下方，一个是具有双价抗体活性F(ab)2片段，小片段类似于Fc，为pFc片段，后者无任何生物学活性。,22,23,24,第二节 免疫球蛋白的异质性,25,一、免疫球蛋白的类型 （一）类：在同一种属的所有个体内，Ig重链C区所含抗原表位不同，据此可将重链分为、 、链五种，与此对应的Ig分为五类，即IgG IgA IgD IgM和 IgE。 （二）亚类：同一类免疫球蛋白其重链的抗原性及二硫键数目和位置不同，据此可将Ig又分为亚类。IgG有IgG1IgG4四个亚类；IgA有IgA1和IgA2两个亚类。,26,（三）型：在同一种属的所有个体内，根据Ig轻链C区所含抗原表位不同，可将Ig轻链分为两种：和两型。 （四）亚型：同一型免疫球蛋白中，根据Ig轻链C区N端氨基酸排列的差异，又可分为亚型。,27,二、外源因素所致的异质性Ig 的多样性,外源性抗原数目繁多（蛋白质、多糖、脂类等），多样性抗原的存在是导致Ig 异质性（即特异性）的外源因素，是Ig 异质性的物质基础。,28,三、内源因素所致的异质性Ig 的血清型,Ig分子上有三类不同的抗原表位 同种型（isotype）：种属型标志，Ig C区 同种异型（allotype）：个体标志，Ig C区 独特型 （idiotype）：每个Ig分子所特有独特位（Id) HVR/CDR/Id,29,免疫球蛋白的血清型 （一）同种型（isotype）指同一种属所有个体的Ig分子共有的抗原特异性标志。 同种间不表现出抗原性，只在异种动物之间才表现出抗原性。Ig的同种型抗原决定簇主要存在于重链C区。,30,2、同种异型（allotype）指同一种属不同个体间，同一类型Ig分子所具有的不同的抗原特异性标志，为个体型标志，又称遗传标志。 同种异型的抗原决定簇存在于IgG、IgA、IgE的重链C区，是由一个或数个氨基酸残基出现差异所致。同种异型是Ig稳定的遗传标志，可用于亲子鉴定。,31,3、独特型（idiotype)同一个体内不同B细胞克隆产生的Ig其超变区各自具备独特的抗原决定簇结构。是指每个Ig分子在可变区肽链所具有的抗原特异性标志。 抗体分子的特异性是由Ig的重链和轻链可变区所决定的，因此体内针对不同抗原分子的抗体之间的差别表现在Ig分子的可变区，这种差别就决定了抗体分子在机体内具有抗原性，由抗体分子的可变区呈现的抗原性就称为Ig的独特型。,32,第三节 免疫球蛋白的功能,一、免疫球蛋白可变区的功能 免疫球蛋白可变区的主要功能是特异性的识别结合抗原，其内的超变区是与抗原表位互补结合的区域。 Ig通过其V区与细菌的毒素或病原体结合后，可产生中和或抑制病原体生长的作用；在补体和NK细胞参与下，通过其恒定区介导可产生溶菌、调理吞噬和细胞溶解破坏等生物学效应。,33,34,二、免疫球蛋白恒定区的功能 （一）激活补体 当抗体与相应抗原特异性结合后，抗体发生变构，CH区上补体结合位点暴露，补体成分C1q与之结合，从而启动补体经典途径活化，聚合的IgA和IgG4可通过旁路途径激活补体。补体激活可产生溶菌效应和由补体裂解产物C3b介导的调理作用。,35,（二）结合FC段受体 1、调理作用：IgG类抗体与相应细菌等颗粒性抗原特异性结合后，通过其Fc段与巨噬细胞或中性粒细胞表面相应的IgGFc受体结合，所产生的促进吞噬细胞对上述颗粒性抗原吞噬的作用称为调理作用。 2、抗体依耐性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）：指抗体与细胞表面相应抗原表位特异性结合后，通过其Fc段与NK细胞、巨噬细胞和中性粒细胞表面相应IgGFc受体结合，增强或触发上述效应细胞对靶细胞杀伤破坏作用，简称ADCC效应。,36,37,38,3、介导型超敏反应：IgE是一种亲细胞性的抗体，可通过其FC段与肥大细胞、嗜碱性粒细胞表面相应的IgEFc受体结合，使上述细胞处于致敏状态。致敏细胞通过表面特异性的IgE抗体与相应抗原结合后，可脱颗粒、释放生物活性介质，引起型超敏反应。,39,(三）通过胎盘和粘膜 IgG是唯一能从母体通过转移到胎儿体内的免疫球蛋白，IgG通过胎盘的作用是一种重要的自然被动疫，对新生儿感染具有重要的作用，SIgG可经黏膜上皮细胞进入消化道和呼吸道黏膜，发挥局部免疫作用。,40,第四节 各类Ig的特性和功能,1、IgG:据重链免疫原性，IgG分4个亚型。是人和动物血清中含量最高的Ig。 特点： IgG1、IgG2和IgG3能通过经典途径激活补体； 血清含量最高(75%85%),也是丙种球蛋白的主要成分 半衰期较长（1624d）； 主要的抗感染抗体(具有抗菌、抗病毒、中和毒素和免疫调理作用)； 参与II、III型超敏反应。,41,功能：IgG可发挥抗菌、抗病毒、抗毒素以及抗肿瘤等免疫学活性，能调理、凝集和沉淀抗原，产生ADCC效应，与抗原结合后能结合补体。,42,2、IgA分两型： 以单体和二聚体两种分子形式存在。单体存在于血清中，称为血清型IgA，约占血清Ig的10-20；二聚体为分泌型IgA。 产生与分布 血清型IgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生，为单体。而分泌型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，为双体、三体或多体。sIgA主要存在于唾液、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。,43,特点：参与皮肤粘膜的局部抗感染作用 初乳中含有高浓度的sIgA-母乳喂养 通过替代途径激活补体 参与型超敏反应 功能：具有抗菌、抗病毒、中和毒素等免疫活性，双体IgA具有重要的局部粘膜免疫功能。,44,45,3、lgM IgM主要由脾脏和淋巴结中B细胞产生，仅占血清lg的10左右。 特点：IgM是个体发育中最早产生的抗体，胚胎晚期已能合成，为五聚体，分子量最大的Ig，新生儿脐带血中若IgM水平升高，提示胎儿曾有宫内感染；机体内出现最早的抗体，半衰期短，故检测IgM水平可用于传染病的早期诊断。,46,功能：IgM在早期免疫防御中具有重要作用，抗感染免疫，具有抗菌、抗病毒、中和毒素等免疫活性。是血管内抗感染的主要抗体。膜表面IgM是B细胞抗原受体的主要成分。,47,48,4.IgE 正常人血清含量少，由呼吸道和消化道粘膜固有层的浆细胞产生。 特点：含量最低；合成较晚；对热不稳定，56即失活。 功能：IgE是一种亲细胞性抗体， IgEFc易与皮肤组织、肥大细胞、血液中的嗜碱性粒细胞和血管内皮细胞结合，参与型超敏反应；IgE在抗寄生虫、某些真菌感染方面也有重要作用。,49,5.IgD 很少分泌，在血清中的含量极低，而且不稳定，容易降解。 特点：铰链区较长，易被蛋白酶水解，故半衰期很短（3d）。 功能：血清中IgD功能不清。B细胞表面的mIgD可作为B细胞分化发育成熟的标志。此外IgD与免疫记忆与某些过敏反应有关。,50,第五节 人工制备抗体,1.多克隆抗体（Polyclonal antibody PcAb）: 因抗原通常含有多种抗原决定簇，所以体内产生的抗体，是由许多B细胞及其子代产生的多种抗体的混合物，称为多克隆抗体。 由单一细胞增殖形成的细胞群体，称细胞克隆。,51,2.单克隆抗体（Monoclonal antibody McAb）:是针对一个抗原决定簇，由一个B 细胞分化增殖的子代细胞集团，即单一纯系细胞合成的抗体，称为单克隆抗体。 McAb技术原理 用人工的方法将产生特异性抗体的B细胞与同系骨髓瘤细胞融合，形成B细胞杂交瘤细胞，这种杂交瘤细胞既具有骨髓瘤细胞无限繁殖特性，又具有B细胞分泌特异性抗体的能力，即为McAb。,52,单克隆和多克隆抗体的比较和用途,特异性,敏感性,均一性,McAb,Pc