第四章 免疫球蛋白

1、编辑课件1第四章 免疫球蛋白编辑课件2本章教学大纲本章教学大纲 【目的要求】【目的要求】 1 1掌握掌握 抗体和免疫球蛋白的概念、结构、抗体和免疫球蛋白的概念、结构、类型和功能。各类免疫球蛋白的特性和功能。类型和功能。各类免疫球蛋白的特性和功能。 2 2熟悉熟悉 免疫球蛋白的类别转换机制；单克免疫球蛋白的类别转换机制；单克隆抗体的制备和应用。隆抗体的制备和应用。 3 3了解了解 免疫球蛋白的基因结构和基因重排；免疫球蛋白的基因结构和基因重排；基因工程抗体。基因工程抗体。 编辑课件3 第一节第一节 免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构 第二节第二节 抗体的类型和生物学活性抗体的类型和生物学活性 第三

2、节第三节 各类免疫球蛋白的特性和功能各类免疫球蛋白的特性和功能 第四节第四节 免疫球蛋白的基因结构及其表达免疫球蛋白的基因结构及其表达 第五节第五节 单克隆抗体和基因工程抗体单克隆抗体和基因工程抗体编辑课件4概念概念1. 抗体（抗体（antibody, Ab）功能性概念功能性概念 是介导体液免疫的重要效应分子，是是介导体液免疫的重要效应分子，是B细细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产胞接受抗原刺激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，生的糖蛋白，主要存在于血清等体液中，通过与相应抗原特异性结合，发挥体液免通过与相应抗原特异性结合，发挥体液免疫功能。疫功能。2. 免疫球蛋白

3、（免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig）结构性结构性概念概念 具有抗体活性或化学结构与抗体分具有抗体活性或化学结构与抗体分子相似子相似的的球球蛋白蛋白。(Ab, BCR,其他分子其他分子)编辑课件5存在形式存在形式 膜型膜型 (membrane immunoglobulin, mIg) B细胞膜上的抗原受体细胞膜上的抗原受体BCR； 分泌型分泌型 (secreted immunoglobulin, sIg) 分泌进入体液分泌进入体液, , 介导体液免疫应答。介导体液免疫应答。 编辑课件6编辑课件7编辑课件8编辑课件9 V 区区 3个超变区（个超变区（HVR） 互补决定区（互补决定区

4、（CDR1 CDR2 CDR3） 抗原结合部位（抗原结合部位（ABS）编辑课件10编辑课件11编辑课件12 轻链轻链:VL，CL 重链重链:VH，CH1，CH2，CH3(IgG、IgA 和和IgD)，CH4(IgM和和IgE)编辑课件13主要功能主要功能1. VL和和VH是抗原结合的部位（是抗原结合的部位（FV区）。区）。2. CL和和CH上具有同种异型的遗传标记。上具有同种异型的遗传标记。3. IgG的的CH2和和IgM的的CH3具有补体固有成分具有补体固有成分C1q的结合的结合点，参与激活补体系统。点，参与激活补体系统。4. CH3/CH4具有结合包括单核细胞、巨噬细胞、粒细胞、具有结合包

5、括单核细胞、巨噬细胞、粒细胞、B细胞、细胞、NK细胞等细胞的细胞等细胞的Fc段受体的功能。段受体的功能。5. IgG的的CH2+CH3 具有介导具有介导IgG通过胎盘的特性。通过胎盘的特性。编辑课件14免疫球蛋白的基本结构“Y”型，四肽链型，四肽链重链重链 （5种种: 、 、 、 、 ） 轻链轻链 （2种种: 、 ）可变区可变区 （V区）区） 超变区超变区（HVR，3个，个， 又称又称CDR 互补决定互补决定区）区） 骨架区骨架区: FR（4个）个）恒定区恒定区 （C区）区）铰链区铰链区 编辑课件15编辑课件16四、其它成分四、其它成分 1. 连接链（连接链（joining chain，J链）

6、：链）：IgM五聚体，五聚体，IgA双聚体双聚体 2. 分泌片（分泌片（secretory piece, SP）：SIgA 编辑课件17第二节 抗体的类型和生物学活性一、抗体的类型一、抗体的类型（一）（一）同种型（同种型（isotype） 同一种属每个个体都具有的免疫球蛋白同一种属每个个体都具有的免疫球蛋白的抗原特异性，其抗原决定簇主要存在的抗原特异性，其抗原决定簇主要存在于于Ig的的C区。区。编辑课件18 1. 1.类和亚类类和亚类( (根据根据H H链的抗原性不同链的抗原性不同) ) IgG (gamma) IgA (alpha) IgM (mu) IgD (delta) IgE (eps

7、ilon) (1)(1)类类编辑课件19编辑课件202.2.型和亚型型和亚型( (根据轻链根据轻链C区抗原特异性不同分型区抗原特异性不同分型) ) (1)(1)型型 (kappa) 型型 (lambda)型型(2)(2)亚型亚型(链链) )： OZ(+ +) ( (或或1) 1) ：第：第190190位位( (亮氨酸亮氨酸) ) OZ(- -) ( (或或2) 2) ：第：第190190位位( (精氨酸精氨酸) ) Kern(+ +) ( (或或3) 3) ：第第154154位位( (甘氨酸甘氨酸) ) Kern(- -) ( (或或4) 4) ：第第154154位位( (丝氨酸丝氨酸) )编

8、辑课件21（二二）同种异型（同种异型（allotype） 同一种属不同个体之间免疫球蛋白也具有的差同一种属不同个体之间免疫球蛋白也具有的差异性，主要反映在分子的异性，主要反映在分子的CH和和CL上的一个或数个氨上的一个或数个氨基酸的差异基酸的差异 ( (genetic markers 遗传标志遗传标志) )。 Gm因子：因子：Gm130 Am因子：因子：A2m1，A2m2 Km因子：因子：Km1，Km2，Km3（三）独特型（三）独特型（idiotype） 在同一个体内，不同在同一个体内，不同B细胞克隆所产生的免疫球细胞克隆所产生的免疫球蛋白分子蛋白分子V区以及区以及T、B细胞表面抗原受体细胞表

9、面抗原受体V区所具有区所具有的抗原特异性不同。由免疫球蛋白的超变区特有的的抗原特异性不同。由免疫球蛋白的超变区特有的氨基酸序列和构型决定。氨基酸序列和构型决定。编辑课件22编辑课件23二、二、抗体的生物学活性抗体的生物学活性（一）一） 特异性结合抗原（特异性结合抗原（V区功能）区功能） 超变区表位超变区表位 静电力、氢键、范德华力静电力、氢键、范德华力 可逆可逆 影响因素：影响因素：PHPH、温度、电解质、温度、电解质 中和效应中和效应 中和毒素和病毒中和毒素和病毒 与与Ag结合结合 促吞噬细胞吞噬促吞噬细胞吞噬编辑课件24（二）（二）激活补体系统激活补体系统 Ab（IgM、IgG）+ Ag

10、C1q 补体经典途径补体经典途径 IgG4、IgA和和 IgE的凝聚物的凝聚物 补体旁路途径补体旁路途径 （三）结合细胞（三）结合细胞（FcFc受体）受体） (1) (1)调理作用（调理作用（opsonization）：IgG + + 抗原抗原( (颗粒性颗粒性) ) FcR（单核、巨噬细胞及中性粒细胞）（单核、巨噬细胞及中性粒细胞） 促促 吞噬细胞吞噬细胞吞噬吞噬； (2) (2) ADCC：IgG + + 抗原抗原( (靶细胞靶细胞) ) Fc R（NK 细细胞）胞） 杀伤杀伤靶细胞。靶细胞。 (3) (3)介导超敏反应介导超敏反应：型型超敏反应；超敏反应；（四）通过胎盘和粘膜（四）通过胎

11、盘和粘膜编辑课件25编辑课件26编辑课件27编辑课件28三、免疫球蛋白超家族三、免疫球蛋白超家族（一）概念（一）概念 许多细胞膜表面和机体的某些蛋白分子，其许多细胞膜表面和机体的某些蛋白分子，其多肽链折叠方式与多肽链折叠方式与Ig折叠相似，在折叠相似，在DNA水平上和水平上和氨基酸序列上与氨基酸序列上与IgV区或区或Ig C区有较高的同源性。区有较高的同源性。编码这些多肽链的基因被称为免疫球蛋白基因超编码这些多肽链的基因被称为免疫球蛋白基因超家族，基因表达产物称为免疫球蛋白超家族家族，基因表达产物称为免疫球蛋白超家族(Immunoglobulin superfamily, IGSF)。编辑课件

12、29编辑课件30免疫免疫球蛋球蛋白超白超家族家族分子分子的结的结构示构示意图意图 编辑课件31 第三节第三节 各类免疫球蛋白的特性和功能各类免疫球蛋白的特性和功能 一一、IgG 1. 1.一般特性一般特性 (1) (1)单体分子；单体分子； (2) (2)四个亚类；四个亚类； (3) (3)血清中含量最高血清中含量最高(75%(75%Ig) )； (4) (4)半衰期最长半衰期最长(21(212323天天) )； (5)3 (5)35 5岁达成人水平岁达成人水平(8.0(8.01717mg/ml) )； (6) (6)可与可与SPA结合。结合。编辑课件322.2.生物学活性生物学活性(1)(1

13、)通过胎盘（新生儿抗感染）；通过胎盘（新生儿抗感染）；(2)(2)激活补体（裂解细胞）；激活补体（裂解细胞）；(3)(3)调理作用调理作用（促进吞噬促进吞噬）；）；(4)(4)介导介导ADCC（细胞毒作用）。（细胞毒作用）。3.3.实际意义实际意义(1)(1)抗感染；抗感染；(2)(2)自身抗体自身抗体 自身免疫病；自身免疫病；(3)(3)介导变态反应介导变态反应(、型型) )；(4)(4)封闭抗体封闭抗体 肿瘤细胞逃逸；肿瘤细胞逃逸；(5)(5)亲合层析法亲合层析法 IgG纯化；纯化； (6)(6)免疫学检测。免疫学检测。 编辑课件33二二、IgM 1. 1.五聚体，分子量最大五聚体，分子量

14、最大(900(900kd) )，又称巨球蛋白；，又称巨球蛋白； 2. 2.人类发育过程中最早合成的人类发育过程中最早合成的Ig； 3. 3.体液免疫应答最先产生的体液免疫应答最先产生的 Ig 感染早期免疫；感染早期免疫； 4. 4.占血清占血清Ig含量的含量的5 510%10%； 5. 5.半衰期半衰期5 5天天 血清中特异性血清中特异性IgM 水平增高提示水平增高提示 有近期感染；有近期感染； 6. 6.激活补体；激活补体； 7. 7.IgM不能通过胎盘不能通过胎盘 脐带血或新生儿血清中脐带血或新生儿血清中IgM 水平升高表明胎儿有宫内感染；水平升高表明胎儿有宫内感染； 8. 8.B细胞膜细

15、胞膜IgM（mIgM） 体液免疫应答；体液免疫应答； 9. 9.自身抗体自身抗体 自身免疫病。自身免疫病。编辑课件34 三、三、IgA 1.1.两种类型两种类型 2. 2.半衰期半衰期6 6天；天； 3. 3.占血清占血清Ig含量的含量的5 515%15%； 4. 4.粘膜局部抗感染免疫，阻止病原微生物黏附；粘膜局部抗感染免疫，阻止病原微生物黏附； 5. 5.聚合聚合IgA激活补体替代途径。激活补体替代途径。 编辑课件35Origin of Secretory Component of sIgA编辑课件36 四、四、IgD 1. 1.单体分子单体分子 2. 2.存在形式：分泌性存在形式：分泌性

16、 血清中，功能不清；血清中，功能不清； 膜结合性膜结合性 B细胞表面细胞表面, , 3. 3.意义意义 （1 1）是）是B细胞成熟的重要标志；细胞成熟的重要标志； （2 2）抗原受体，对）抗原受体，对B B细胞活化、增殖和分化起调节细胞活化、增殖和分化起调节 作用；作用； 4. 4.占血清占血清Ig含量的含量的1%1%； 5. 5.半衰期半衰期3 3天。天。编辑课件37 五五、IgE 1. 1.单体分子；单体分子； 2.2.血清中含量最低血清中含量最低( (占占Ig的的0.002%)0.002%)； 3. 3.种系进化中出现最晚；种系进化中出现最晚； 4. 4.呼吸道和胃肠道浆细胞产生；呼吸道

17、和胃肠道浆细胞产生； 5. 5.介导介导型超敏反应；型超敏反应； 6. 6.过敏性疾病和某些寄生虫感染患者血清中特异过敏性疾病和某些寄生虫感染患者血清中特异 性性IgE水平增高。水平增高。编辑课件38五大类免疫球蛋白特性比较（五大类免疫球蛋白特性比较（1）编辑课件39五大类免疫球蛋白特性比较（五大类免疫球蛋白特性比较（2 2）编辑课件40编辑课件41第四节第四节 免疫球蛋白的基因结构及其表达免疫球蛋白的基因结构及其表达一、免疫球蛋白的基因库一、免疫球蛋白的基因库编辑课件42二、免疫球蛋白的基因结构及其重排和表达二、免疫球蛋白的基因结构及其重排和表达编辑课件43三、抗体多样性的遗传学基础三、抗体

18、多样性的遗传学基础（1 1）胚系中众多的）胚系中众多的V V、D D、J J基因片段；基因片段；（2 2）V-D-JV-D-J和和V-JV-J重排时，基因片段进行随机组合；重排时，基因片段进行随机组合；（3 3）VDJVDJ连接过程中的核苷酸缺失和连接过程中的核苷酸缺失和N N区的核苷酸插区的核苷酸插入；入；（4 4）L L链链H H链之间随机配对组合；链之间随机配对组合；（5 5）体细胞突变。）体细胞突变。编辑课件44四、免疫球蛋白的类转换（四、免疫球蛋白的类转换（class switch） Ig类转换，又称同种型转换（类转换，又称同种型转换（isotype switch）：）：是指是指B细

19、胞在受抗原刺激后，首先合成细胞在受抗原刺激后，首先合成IgM, 然后转然后转为合成为合成IgG等其它类别。等其它类别。 机制：机制：B细胞细胞 活化活化 基因重排形成基因重排形成V-D-JC 合成合成IgM CD40/CD40L信号及细胞因子作用信号及细胞因子作用 C基因被替换基因被替换 合成具有相同抗原特异性的不同合成具有相同抗原特异性的不同的的Ig类和亚类。类和亚类。编辑课件45编辑课件46编辑课件47第五节第五节 单克隆抗体和基因工程抗体单克隆抗体和基因工程抗体一、多克隆抗体（一、多克隆抗体（polyclonal antibody） 1. 定义：抗原分子通常具有多个抗原决定簇，动物免定义

20、：抗原分子通常具有多个抗原决定簇，动物免疫后可刺激多种具有相应抗原受体的疫后可刺激多种具有相应抗原受体的B细胞发生免疫细胞发生免疫应答，因而可产生多种针对不同抗原决定簇的抗体。应答，因而可产生多种针对不同抗原决定簇的抗体。这些由不同这些由不同B细胞克隆产生的抗体称为多克隆抗体细胞克隆产生的抗体称为多克隆抗体（polycolonal antibody, PcAb）。）。 2. 实际意义实际意义 （1）预防、治疗感染性疾病（特异性差，可发生超）预防、治疗感染性疾病（特异性差，可发生超 敏反应）敏反应） （2）临床诊断）临床诊断编辑课件48二、单克隆抗体（二、单克隆抗体（monoclonal ant

21、ibody, McAb） 1. 定义：定义：由单一克隆由单一克隆B B细胞杂交瘤产生的、只识别细胞杂交瘤产生的、只识别 抗原分子某一特定抗原决定簇的、具有高度特异性的抗原分子某一特定抗原决定簇的、具有高度特异性的 抗体。每种单克隆抗体其类、亚类、型及亲和力完全抗体。每种单克隆抗体其类、亚类、型及亲和力完全 相同，具有高度均一性。相同，具有高度均一性。 2 2. 特点特点 具有高度均一性。具有高度均一性。 3 3. 杂交瘤细胞杂交瘤细胞 骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞 无限增殖；无限增殖； 免疫免疫B B细胞细胞 合成、分泌特异性抗体。合成、分泌特异性抗体。 4 4. 杂交瘤技术杂交瘤技术 HAT培养基：次黄嘌培养基：次黄嘌( (H) )、氨基蝶呤、氨基蝶呤( (A) )和胸腺和胸腺 嘧啶核苷嘧啶核苷( (T) )。编辑课件49编辑课件50HAT培养基：培养基：次黄嘌次黄嘌( (H) )、氨基蝶呤、氨基蝶呤( (A) )和胸腺和胸腺 嘧啶核苷嘧啶核苷( (T) )培养基通过抑制瘤细胞的核苷酸合成抑制瘤细胞的核苷酸合成，达到去除未融合瘤细胞的目的。细胞有两条基本途径合成嘌呤核苷酸，(1)一条是从磷酸核糖、氨基酸、CO2和NH3等化合物开始，叶酸是重要的辅酶，而氨甲蝶呤是叶酸的拮抗剂，可阻断瘤细胞通过这一途径合成核苷酸。(2)另一条