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医学免疫学 第四章免疫球蛋白 本科 内容提要 概述免疫球蛋白的结构抗体的异质性五类免疫球蛋白的生物学特性免疫球蛋白基因及抗体的多样性人工制备抗体 一 概述抗体antibodyAb 是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一种蛋白质 主要存在于血清等体液中 能与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白 具有免疫功能 概念具有抗体活性或化学结构与抗体类似的球蛋白抗体和免疫球蛋白的关系 抗体都是免疫球蛋白 并非所有免疫球蛋白都具有抗体活性类型分泌型 secretedIg sIg 膜型 membraneIg 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 具有异质性 二 Ig的结构 IgG为例 重链与轻链可变区和恒定区铰链区功能区其它成分水解片段 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重链与轻链 重链 heavychain H链 约450 550氨基酸1 根据重链恒定区抗原特异性不同 可将重链分为5种 其相应Ig为IgG IgM IgA IgD IgE 轻链 lightchain L链 约214个氨基酸1 根据轻链恒定区抗原性不同 分为 和 两种 一个天然的Ig分子上轻链类型是相同的2 在不同种属的动物 与 链的比例不同 人 2 1小鼠 20 1 可变区和恒定区1 可变区 variableregion 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IgV区氨基酸组成和排列有较大差异 并决定抗体与抗原结合的特异性 超变区 hypervariableregion HVR 在VL和VH中 某些特定位置的氨基酸残基的排列顺序高度可变 此为HVR 轻 重链各有3个HVR 互补决定区 complementarity determiningregion CDR 超变区乃抗体与抗原 表位 特异性结合的位置 此为CDR 骨架区 frameworkregion FR V区中非HVR部位的氨基酸组成和排列相对保守 此为FR VH和VL各有4个FR2 恒定区 constantregion 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 在同一种属中 同一类重链和同一类轻链C区氨基酸的组成或排列比较恒定 介导Ig多种生物学功能 超变区 HVR 轻链 24 34 50 56 89 97重链 31 35 50 65 95 102框架区 FR 铰链区位于CH1和CH2之间可转动的区 含丰富的脯氨酸 易伸展弯曲 有利于IgV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J链 joiningchain 分泌片 secretorypiece sp 水解片段功能区 Flexibilityofimmunoglobulins 链和分泌片 SIgA 链joiningchain 由浆细胞合成的富含半胱氨酸的酸性糖蛋白 主要作用是在羧基端连接 g单体为双聚体或五聚体 起稳定多聚体结构及参与体内转运的作用 分泌片secretorypiece SP 分泌片是由粘膜上皮细胞合成 并在IgA二聚体形成后通过二硫键以共价键方式连接在C区C端上 一般认为SIgA可能以膜结合蛋白形式存在于粘膜表面 分泌片选择性地介导IgA二聚体的装配和转运 并有稳定SIgA的结构 避免蛋白酶的消化水解 免疫球蛋白的水解片段 木瓜蛋白酶 papain 水解IgG 得到两个相同的Fab段和一个Fc段 胃蛋白酶 pepsin 裂解IgG 得到一个具有双价活性的F ab 2段和若干个小分子多肽碎片 pFc 免疫球蛋白的功能区 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 每个球形结构约由110个氨基酸组成 具有一定的生理功能 故称为功能区 domain VH和VL 与抗原特异性结合的部位CL和CH1 某些同种异型 allotype 遗传标记IgG的CH2 IgM的CH3 补体C1q结合点激活补体经典途径IgG的CH3 结合单核 巨噬细胞表面FcR不同生物学效应 免疫球蛋白的结构域 Ig的轻 重链每隔110个氨基酸残基即由链内二硫键连接成一个能行使特定功能的球形结构 结构域 其二级结构是由几股多肽链折叠形成的两个反向平行的 片层 两个反向平行的 片层中心的两个半胱氨酸残基由一个链内二硫键垂直连接 有稳定功能区的作用 形成一个 桶状结构 三 免疫球蛋白的异质性 不同抗原表位刺激所产生不同的抗体分子 其识别抗原的特异性不同 V区不同 同一抗原表位诱生的不同类型的抗体 其识别抗原的特异性相同 C区不同 免疫球蛋白有不同种类免疫球蛋白同时可作为抗原 其具有不同的抗原特异性 免疫球蛋白具有异质性 免疫球蛋白的免疫原性 免疫球蛋白的不同结构区其免疫原性不同 同种型 isotype 种属特异性标志同种异型 allotype 个体特异性标志独特型 idiotope 免疫调节网络 Ig的类型类 class 根据CH抗原特异性的不同分为五大类 IgGIgMIgAIgDIgE亚类 IgG1 G4 IgA1 A2 IgM1 M2型 type 根据CL抗原性的不同分为两个型 型和 型亚型 型有亚型 Ig的血清型同种型 isotype 指同一种属所有个体的Ig分子共有的抗原特异性标志 位于IgC区同种异型 allotype 指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同的抗原特异性标志独特型 idiotype 指同一个体不同B细胞克隆产生的Ig分子所特有的抗原特异性标志 独特型由若干个抗原决定簇组成 又称为独特位 idiotope 主要存在于V区 同种型 isotype 同一物种内所有个体共同具有的Ig抗原特异性结构 同种型Ig的抗原决定簇存在于CH CL据CH的不同 Ig分类 亚类据CL的不同 Ig分型 亚型 Ig同种型 同种异型 allotype 同一物种内不同个体间的Ig免疫原性的差别 Ig同种异型 独特型 idotype 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 Ig独特型 四 免疫球蛋白的功能 V区的功能特异性结合抗原抗体结合相应抗原分子 中和作用 发挥免疫效应 生理与病理 BCR特异性识别并结合抗原分子 介导体液免疫应答 C区的功能激活补体IgM IgG1 3 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段与吞噬细胞表面FcR结合 促吞噬2 抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 Ab dependentcell mediatedcytotoxicity ADCC 3 介导I型超敏反应穿过胎盘和粘膜IgG通过胎盘 sIgA穿过粘膜C区的功能 VH和VL 识别和结合抗原CH和CL 同种异型的遗传标志CH2 补体C1q结合位点 IgG可通过胎盘CH3 CH4 与多种细胞表面的FcR结合 免疫调理 I型超敏反应 各功能区的作用 抗体的中和作用 调理作用 ADCC效应 antibody dependentcell mediatedcytotoxicity 表达受体的细胞通过识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的靶细胞 五 五类Ig的特性和功能 ImmunoglobulinIsotypesAreDistributedToDifferentPartsOfTheBodyIgM BloodIgG TissuesIgA MucosaIgE Surfaces IgG的特性和功能 血清中的主要抗体成分 75 80 半寿期长 20 23天 出生后3个月开始合成 3 5岁接近成人水平多数抗菌 抗病毒 抗毒素抗体均属IgG类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等参与 型 型超敏反应 某些自身免疫病的抗体也属IgG IgM的特性和功能 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升高说明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mIgM 记忆B细胞mIgM消失 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主要由黏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黏膜表面 是机体黏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调理吞噬 中和毒素 sIgA的合成和主要作用部位在黏膜 IgD的特性和功能 血清中含量低 1 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 mIgM mIgD 成熟B细胞 活化B细胞 未成熟B细胞 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 嗜碱粒细胞表面Fc R结合 介导I型超敏反应 六 人工制备抗体 多克隆抗体单克隆抗体基因工程抗体 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 polyclonalantibody PcAb 单克隆抗体 monoclonalantibody McAb 多克隆抗体 polyclonalantibody 用含多种抗原决定簇的抗原物质免疫动物 刺激多个B细胞克隆所获得的免疫血清 含多种抗体的混合物 此为多克隆抗体来源广泛 制备容易 特异性不高 带有多个表位 针对不同表位的B细胞 克隆增殖 多种抗体的混合物 多克隆抗体 刺激小鼠 单克隆抗体monoclonalantibody mAb 由一个克隆细胞产生 只作用于某一抗原决定基的均一抗体 结构高度均一 其抗原结合部位和同种型均相同 纯度高 特异性强 效价高 无交叉反应借助小鼠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 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 PcAb 低 差 无 高 强 有 1 用于免疫学检测 辅助临床诊