医学免疫学课件：第三章 抗体与免疫球蛋白

1、1 抗 体 抗 原 抗原结合部位抗原第三章 抗体与免疫球蛋白 (antibody, Ab & immunoglobulin, Ig) 抗体的发现、命名 免疫球蛋白的结构 抗体的异质性 免疫球蛋白的生物学活性 各类免疫球蛋白的特性与 功能 抗体的制备2分泌型:血清和组织液等;发挥抗体功能 跨膜型:B细胞表面；作为抗原受体 抗体是B细胞识别抗原后增殖分化为浆细胞所产生的一种可特异性结合抗原的蛋白质(免疫球蛋白） 目前认为抗体与免疫球蛋白完全相同!3一.免疫球蛋白的基本结构（一）重链与轻链 (heavy chain & light chain) 免疫球蛋白基本结构 亦称 基本四肽单位或Ig单体， 由

2、两条重链与两条轻链组成.第一节 抗体的分子结构4 1. 重链 重链的类 五类重链为:相应的免疫球蛋白分子为: 重链的亚类: IgG和IgA根据其铰链区氨基酸组成和重链二硫键数目与位置的差异又分为若干亚类，如IgG1, IgG2, IgG3, IgG4; IgA1, IgA2。2. 轻链 轻链的型: 分为 与 两型, 每个免疫球蛋白分子上的轻链.型别都是相同的。 轻链的亚型: 型又可分为 1、2、3 和 4 等四个亚型。 、 、 、 、 IgG、 IgA、IgM、IgD、IgE5(二) Ig的功能区 可变区（V区）与恒定区（C区） 结合抗原部位 独特型（idiotype)抗原所在部位 CH区具结

3、合补体和细胞的功能 CH区结构稳定具有同种型,同种异型的遗传标志1.可变区 VH 和VL恒定区C区可变区 V区2.恒定区CH 和CL：CH1、CH2、CH3；有些具CH467(三) 铰链区： 位于CH1与CH2之间, 易伸展弯曲. 8（二）其他成分 J 链与分泌片 J链 IgA由二硫键连接形成二聚体； 单体IgM通过二硫键与J链连接形成五聚体分泌片 是分泌型IgA分子上的一个辅助成分，由粘膜上皮细胞合成和分泌，介导IgA二聚体从粘膜下通过粘膜等细胞到粘膜表面的转运.9 （三） 免疫球蛋白的水解片段（一）木瓜蛋白酶水解片段 2个相同的 Fab段 即抗原结合片段 1个Fc段，即可结晶片段.Ig同种

4、型的抗原性主要存在于Fc段.（二）胃蛋白酶水解片段 一个F(ab)2片段，为双价，与抗原结合可发生凝集反应和沉淀反应. Fc段被裂解为若干小分子片段，被称为pFc，失去生物学活性. 仅F(ab)2 ，可降低免疫原性10 诺贝尔奖得主的获奖工作1972年，美国学者 Edelman 与 英国学者Porter 因阐明抗体的化学结构获医学生理性诺贝尔奖11 类 （class） : IgG、IgA、IgM、IgD、IgE 亚类 (subclass): IgG14, IgA12, IgM12 型 （type） : l和k 型 亚型（subtype）1. 免疫球蛋白的分类 （四） 抗体的异质性(非均一性）1

5、2 2.外源因素所致的抗体异质性(heterogeneity) 抗体的多样性13 同种型 isotype： 同一种属内所有个体都具有的Ig抗原特异性，存在于C区。 类（CH）, 亚类（CH） 型（CL）,; 亚型 同种异型 allotype：同一种属内不同个体间Ig所具备的不同抗原异性。如Gm1-30,Am1-2,Km1-3 独特型 idiotype：不同抗体产生细胞克隆所分泌Ig的抗原特异性，存在于V区。3. 免疫球蛋白的抗原性血清型(serotype)抗体的抗原性是由在Ig分子上不同区域的结构差别而决定的. 14抗体的抗原性 血清型1516第二节 抗体的生物学特性* 游离Ig的V区：结合细

6、菌、病毒、寄生虫、某些药物等抗原 * B细胞表面的Ig（BCR）：是特异性识别抗原的受体 * 抗体的结合价：每个抗体分子可结合抗原表位的数目。 1. V区功能 特异性识别、结合抗原(一) 免疫球蛋白的主要功能17溶菌酶抗原轻链重链 R .J.Poliak from Science 1986 233:747-5318（1）激活补体：IgG13 及IgM抗体与抗原结合后可激活补体（2）细胞亲嗜性： IgG和IgE抗体以Fc段与相应细胞的Fc受体结合。 IgE的Fc段介导型超敏反应 （3）调理作用： 抗体、补体促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用. (4) 抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 ADCC

7、:表达Fc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. (5) IgG可通过胎盘； * 人与某些哺乳动物的IgGFc段能非特异地与葡萄球菌A蛋白（staphylococcus proteinA，SPA）结合， 2. Ig 分子C区的功能1920NK细胞介导的ADCC(antibody dependent cell-mediated cytotoxicity)21 高亲和力：亲和力成熟、稳定 球状结构结合抗原 多样性：V（D）J重排 特异性：CDR组成立体构象 激活补体黏膜转移SPA 、SPG结合Fc受体：促进吞噬、ADCC、免疫调节FcRn： IgG转运 抗体的结构与功能的关系2

8、2概念: 许多细胞膜表面和机体某些蛋白质分子在DNA水平和氨基酸序列与免疫球蛋白的V区或C区有较高的同源性.结构特点: 均有1-7个Ig样功能区，分为V,C1,C2组功能特点: 以识别为特点 实例: 抗原识别受体及信号传导分子, MHC及其相关分子, 免疫球蛋白受体，细胞因子受体，白细胞分化抗原 免疫球蛋白超家族(Immunoglobulin Superfamily，IGSF)2324 血清含量最高，半衰期最长； 功能最多：结合抗原、激活补体、调理吞噬并介导ADCC、通过胎盘、结合SPA. 为再次免疫应答的主要抗体. 抗感染的主要抗体( 抗菌、抗病毒, 抗毒素抗体)，并介导II、III型超敏反

9、应 (二) 各类免疫球蛋白的特性 IgG25 IgM 分子量最大， 为90万,是血管内抗感染的主要抗体. 其激活补体的能力比IgG强数十倍. 在个体发育过程和体液免疫应答中 均是最早合成和分泌的抗体. * 脐带血IgM增高提示胎儿 有宫内感染; * 感染过程中血清IgM水平升高，说明有近期感染. 天然的血型抗体和类风湿因子亦属IgM. 膜表面IgM是B细胞抗原受体(B cell receptor，BCR)的主要成分.26 IgA 血清型IgA: 以单体形式存在,作用不详. 分泌型IgA(sIgA): 由J链连接的二聚体和分泌片组成. * 合成和分泌的部位在肠道、呼吸道、乳腺、唾液腺和泪腺，主要

10、存在于胃肠道和支气管分泌液、初乳、唾液和泪液中. * 是参与粘膜局部免疫的主要抗体. * 婴儿可从母亲初乳中获得分泌型IgA，是一种重要的自然被动免疫.27 B细胞表面的mIgD 可作为B细胞分化发 育成熟的标志； 未成熟B细胞仅表达mIgM，成熟B细胞可同时表达mIgM和mIgD IgD 血清浓度很低（0.2）， 半寿期很短（仅3天）. 血清IgD的功能不清.28 IgE 血清浓度极低，约为310-5 mg/ml. 为亲细胞抗体，与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力FcRI结合，引起I型超敏反应29结构与 分子量 特 性 意 义IgG 单体16Kd血清含量最高，半衰期最长（平均23天）；功能

11、最多：调理作用、ADCC、激活补体、通过胎盘、结合SPA。是再次应答的主要抗体。抗菌、抗部分病毒、抗毒素；介导、型超敏反应，部分自身免疫病IgM五聚体900Kd分子量大，不能通过血管；半衰期短；个体发育中出现最早，抗原刺激后最先产生；抗原结合能力与激活补体能力最强IgA 单体、二聚体分泌性IgA为二聚体，存在于乳汁、唾液、泪液；呼吸道、消化道和泌尿生殖道粘膜表面。IgD单体 B细胞抗原受体的组成部分是成熟B细胞的标志。参与抗原识别IgE单体含量低，半衰期段，但与肥大细胞或嗜碱粒细胞的Fc受体结合后可稳定数月。介导型超敏反应粘膜抗感染血管内抗感染；感染的早期诊断；天然血型抗体 五类免疫球蛋白的主

12、要特性30第三节 人工制备抗体(一)多克隆抗体的制备(二)单克隆抗体及其制备(三) 基因工程抗体 免疫球蛋白分子上的星球大战31 应用含多个不同抗原表位的抗原物质刺激机体所产生的抗体。 是针对多种不同抗原表位的不同抗体的混合物，即为多克隆抗体。 (一) 多克隆抗体 Polyclonal antibody32体内作用: 多克隆抗体是机体发挥特异性体液免疫效应的重要分子，在中和抗原、免疫调理、介导CDC、ADCC中起重要作用。体外应用: 诊断、治疗及应急预防.来 源: 主要源于动物免疫血清、恢复期病人血清或免疫接种人群。主要缺点: 其特异性较差，易出现交叉反应，不易大量制备，故其应用受到限制。 多

13、克隆抗体的特点3334 特点: 纯度高、特异性强、效价高、少或无血清交叉反应,并易于大量制备. 基本原理: 用免疫脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合后，产生杂交瘤(hybridoma).杂交瘤细胞既具有骨髓瘤细胞能大量无限增殖的特性，又具有免疫B细胞合成和分泌抗体的能力； 应用: 诊断、治疗（受限于异源性）、科研。 (二) 单克隆抗体 Monoclonal antibody (Mab) 由一个B细胞克隆产生的,可识别一种抗原表位的同源抗体。 35 单克隆抗体制备示意图 36371984年诺贝尔获奖者：德国学者 Kohler与英国学者Milstein获奖工作：杂交瘤技术制备单克隆抗体38 存在的问题与解

14、决的思路 异种蛋白反应:可引起抗同种型抗体产生.由此可导致: 1 迅速中和再次进入的抗体,使治疗无效; 2 超敏反应. 穿透力差: 影响治疗及免疫组化的效果, 原因: 分子量大. 外源性Ig的体内半衰期较短； 特异性差或过于单一； 生产过程较长； 价格昂贵； 应用范围有限。 存在的问题 39 单抗技术的改进； 人源化单抗的研制 : 人-鼠杂交瘤, 人-人杂交瘤, SCID鼠的应用；XenoMouse的制备；异源性抗体的改造 基因工程抗体的研制:可解决抗体的人源化及减低分子量. 新效能抗体:抗体融合蛋白,双功能抗体,抗体酶 细胞内抗体的研制； 抗体库的建立； 抗体药物的研制； 抗体制备的产业化；

15、 抗体应用范围的拓展。解决问题的思路 40以DNA重组技术手段生产的抗体为基因工程抗体 基因工程抗体包括人-鼠嵌合抗体（chimeric antibody）、改型抗体（reshaped antibody）、双特异性抗体（bispecific antibody）、小分子抗体等。 基因工程抗体有望于解决： 1 抗体的人源化 2 小分子抗体 3 抗体功能的多样性(三) 基因工程抗体 Genetic engineering antibody41全鼠源性抗体 人-鼠嵌合抗体CDR移植抗体ABCDEFGH双特异性抗体Fab抗体Fv抗体ScFv抗体单域抗体42种 类 基本结构相对分子量（kD）鼠源性成分 全

16、人抗体1500人-鼠嵌合抗体鼠源V区或Fab；人源C区或Fc15025-30%改型抗体以鼠源CDRs替换人源CDRs150 10%双特异性抗体异源性H2/L2150小分子抗体 Fab完整L和部分H5015 FvVH和VL 2515 单链抗体VH连接肽VL 2615 单域抗体VH12.5 7.5 最小识别单位 单一CDR 21.5 基因工程抗体的种类及其特性434445Intracellular antibody (Introbody)46 双功能抗体 亦称为双特异性抗体 (Diabody)4748抗体在临床实践中的应用诊断：用已知抗原查未知抗体，或反之；体液免疫功能检测。 30%的临床诊断使用

17、抗体。2. 治疗： 抗毒素、抗病毒、抗炎、抗肿瘤；免疫性疾病等。3. 预防：应急预防；科研、科技开发 (提取、纯化、 鉴定及分析)； 作为药物研发的指标与参数49已批准上市各种疾病诊断试剂盒(198种) 甲型肝炎 5 乙型肝炎 119 丙型肝炎 18 AIDS 9 其他 48（结核分支杆菌、淋球菌、 梅毒螺旋体、沙眼衣原体、幽门螺旋杆菌、 脑膜炎、乙型脑炎、轮状病毒、血吸虫、 过敏、妊娠、肿瘤） 诊断用抗体与试剂盒50 细胞因子与细胞因子受体 黏附分子与CD分子 肿瘤标志物 自身抗原与自身抗体 酶类 激素与激素受体 细胞结构与骨架蛋白 细胞增殖与周期蛋白 信号转导与离子通道 针对人或动物组织、

18、细胞抗原的研究 或诊断与辅助诊断用抗体51 本校有关抗体的部分工作 珠江医院车小燕教授课题组52珠江医院研发的甲型H1N1流感抗原检测试剂盒获准上市 珠江医院医学检验中心主任车小燕教授率先在国内研发出甲型H1N1流感抗原检测试剂，在国务院联防联控工作机制科技组综合测评中，综合指数排名全国第一，2009年12月30日，成功通过国家食品药品监督管理局注册审批，获准投产上市。由南方医科大学珠江医院和华南理工大学广州万孚生物技术有限公司联合研发生产的“甲型乙型流感病毒抗原快速检测试剂盒”（胶体金法）53 本教研室部分有关抗体的工作3TC Hb免疫学检测体系的建立（与遗传教研室合作）L Tang （唐磊

19、）et al. J Clin Pathol 2009;62:147151 免疫学教研室 文李艳 等54 抗毒素(被动免疫法,1890年)(Behring, 北里) 于1891年应用来自动物的免疫血清成功地治疗了一名白喉患者，这是第一个被动免疫治疗的病例。 诺贝尔奖得主的获奖工作1901年 德国学者 Behring因发现抗毒素血清，开创免疫血清疗法之先河 抗体用于免疫治疗55靶抗原 治疗指症 抗体性质 FDA批准时间CD3 移植排斥 小鼠IgG2a198617-1A 结肠癌 小鼠IgG2a 1995(德国)CD20 非何杰金氏淋巴瘤 嵌合抗体IgG11997CD25 移植排斥 人源化IgG1 1

20、997CD25 移植排斥 嵌合抗体IgG1 1998TNF Crohns病 嵌合抗体IgG1 1998TNF 类风湿关节炎 人源化Fab 1999F蛋白 RSV人源化IgG1 1998HER2 乳腺癌 人源化IgG11998Crofab 蛇毒 羊多克隆抗体2000DigiFab 地高辛中毒 羊多克隆抗体Fab 2001Campath-1 ( CD52） GVHR, 自身免疫病 B细胞白血病 reMab2001CD20Zevalin非何杰金氏淋巴瘤小鼠2002 FDA批准用于临床治疗的抗体56靶抗原 治疗指症 抗体性质 FDA批准时间CD20 非何杰金氏淋巴瘤 Iodine I-131 Mab2

21、003.6人VEGF 转移性结肠癌 人源化IgG1 2004.2.26人EGFR 难治、转移性嵌合抗体IgG12004.2.12人EGFR 结肠直肠癌人源化2006人VEGF-A 黄斑变性人源化2006人补体C5阵发性夜间血红蛋白尿人源化2007TNF- signaling小肠 Crohns 病人源化200857中国SFDA已经批准的13个单抗药物 银屑病58图1. 对放疗无反应的复发黑色素瘤（抗体治疗前）。病灶内注射全人抗体（抗GM2等神经节糖苷成份） 图2. 同一患者完全缓解2年后59Patient No. J205Mr. LiDiagnosis：adenocarcinoma in bot

22、tom left lungBefore 131I-chTNT therapy： tumor in bottom left lung tumor6040 mmAfter 131I-chTNT therapy：tumor in top left lung mostly disappearedIodine 131I Chimeric Tumor Necrosis Therapy Monoclonal Antibody Injection 上海美恩生物制药公司606162 Clinical uses of intravenous immunoglobulin（IVIG） Clinical and Experimental Immunology 142:1-11,2005 Table 1. Major use of intravenous immunoglobuin (IVIG)神经系统疾病 血液系统疾病 免疫系统疾病 皮肤病 肾病等63我国体内诊断和治疗用抗体的研制6465HIV-1 and influenza antibodies: seeing antigens in new ways Peter D Kwong & Ian A WilsonNature Immunology 2009， 10 (6):