免疫学原理：免疫原和免疫球蛋白

免疫原和免疫球蛋白ImmunogenandImmunoglobulins免疫原

免疫原的基本特性

影响免疫原特性的因素

其他重要的免疫细胞激活剂

免疫球蛋白的异质性及功能

免疫球蛋白的人工制备免疫原

免疫原（immunogen）指能够启动、激发和诱导免疫应答（包括固有免疫和适应性免疫）的物质，由固有分子模式（innatemolecularpattern,IMP）和抗原（antigen,Ag）组成。

固有分子模式（IMP）是启动和诱导固有免疫应答的物质，包括病原体等共有的保守成分

病原体相关分子模式（pathogen-associatedmolecularpattern,PAMP）和受损伤的自身细胞和组织释放的成分

损伤相关分子模式（damage-associatedmolecularpattern,DAMP）。通过模式识别受体（patternrecognitionrecepter,PRR），对IMP进行泛特异性的识别，介导以炎症效应为主的固有免疫及吞噬杀菌效应，或清除凋亡损伤细胞以维持生理性自稳。

抗原是指经由T、B细胞表面的抗原受体（TCR、BCR）识别，能激活T、B细胞产生特异性免疫应答，并与应答产物（特异性抗体和淋巴细胞）起反应的物质。一、免疫原的概念免疫原(immunogen)固有分子模式(innatemolecularpattern,IMP)抗原(antigen,Ag)启动和诱导固有免疫应答启动和诱导适应性免疫应答

免疫原命名免疫原功能免疫原：固有分子模式与抗原1.IMP的分类；2.抗原的分类二、免疫原的分类脂蛋白肽聚糖磷脂

磷壁酸表面蛋白脂磷壁酸

脂多糖(LPS)表面蛋白

G+菌G-菌细胞膜外膜

G+和G-细菌胞壁中的多种PAMP肽聚糖（peptidoglycan,PGN），磷壁酸（teichoicacid,TA）,脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）,脂磷壁酸（lipoteichoicacid,LTA）1)PAMP;2)DAMP;3)激活NK细胞的固有分子模式1.IMP的分类1)PAMP硫酸乙酰肝素透明质酸钠RNADNA尿酸结晶HMGB1ATPHSPIL-1

TLR4CD44TLR4TLR3TLR9NLRP3TLR2/4P2Y11/TLR4IL-1RTLR4,SRB,CRPRAGEP2X7R

受损组织坏死细胞S100A8饱和S100A9脂肪酸OxLDLOxCE活化细胞及其它

NLRP3：NOD样受体蛋白3；HMGB1：高速泳动族框蛋白1；RAGE：高度糖基化终末产物受体；P2Y11/P2X7R：嘌呤源受体；

HSP：热休克蛋白；OXLDL:氧化低密度脂蛋白；OxCE:氧化胆固醇酯；CRP:C反应蛋白；S100A8/A9：S100家族蛋白;SRB:B型清道夫受体，即CD36。受损组织和坏死细胞等释放的多种DAMP及其受体2)DAMPPAMP

核酸:CpG,dsRNA

脂类:lipidA

蛋白:PGNDAMP

核酸：ATP

脂类：OxLDL

蛋白：HSP,HMGB1TLRNLRRLRCRPRAGE

血凝素

免疫原IMPPRR

激活基因*病原体受损细胞及胞外基质

促炎症细胞因子

TNF

IL-6IL-1

固有分子模式PAMP和DAMP经由PRR介导炎症效应MICA/B,ULBP3,HAB7-H6,HAIgGFcHLA-EHLA-A,HLA-CNKG2DDAP10NKp44DAP12NKp30CD3-FcRNKp46CD3-FcRCD16CD3-FcRCD94/NKG2C/EDAP12KIR2DS4DAP12

MICA/B：MHCI类链相关分子A和B；ULBP：U16结合蛋白；HA：血细胞凝集素；KIR：杀伤细胞免疫球蛋白样受体ITAMYxxM激活NK细胞活化性受体的固有分子模式3)激活NK细胞的固有分子模式2.抗原的分类1.根据诱生抗体时是否需要T细胞协助参与2.根据抗原和机体的亲缘关系3.根据抗原进入抗原提呈细胞的方式4.其他1.根据诱生抗体时是否需要T细胞协助参与T细胞依赖抗原:

简称TD-Ag，主要是蛋白质。此类抗原诱导B细胞产生抗体时，需有CD4Th2细胞参与。非T细胞依赖抗原:

简称TI-Ag，主要是多糖和决定簇重复的线性抗原，可直接诱发B细胞分化，产生以IgM为主的抗体。2.根据抗原和机体的亲缘关系－异种抗原(xenogenicantigen)－同种异体抗原(allogenicantigen)－自身抗原(autoantigen)－嗜异性抗原(heterophilicantigen)－独特型抗原(idiotypicantigen)3.根据抗原进入抗原提呈细胞的方式免疫原的基本特性一、根据抗原是否显示免疫原性而区分二、抗原表位

1.完全抗原

2.半抗原和载体

具有与抗体结合的能力，而单独不能诱导抗体产生的物质称为半抗原(hapten)。赋予半抗原免疫原性的物质称为载体(carrier)。

变应原(allergen)：能诱导变态反应的抗原。

耐受原(tolerogen)：能诱导机体产生免疫耐受的抗原。根据抗原是否显示免疫原性而区分Ahapten-carrierconjugatecontainsmultiplecopiesofthehapten-asmallnonimmunogenicorganiccompoundsuchasdinitrophenol(DNP)-chemicallylinkedtoalargeproteincarriersuchasbovineserumalbumin(BSA).ImmunizationwithDNPaloneelicitsnoanti-DNPantibodies,butimmunizationwithDNPBSAelicitsthreetypesofantibodies.Ofthese,anti-DNPantibodyispredominant,indicatingthatinthiscasethehapten

istheimmunodominantepitopeinahapten-carrierconjugate,asitoftenisinsuchconjugates.抗原表位

免疫细胞仅识别抗原大分子上的一个特定的部分，称为表位(epitope)或抗原决定簇(antigenicdeterminant)。1.B细胞表位的特性2.T细胞表位的特性Ab、BCR和TCR对抗原表位的识别A.TCR对抗原T细胞表位的识别。TCR识别的表位是经过APC降解的序列表位。T细胞表位通常位于蛋白抗原内部，蛋白抗原经APC细胞摄取和降解后，抗原表位肽与自身MHC分子结合，并被提呈于APC表面，T细胞的TCR识别T细胞表位肽的同时，必须同时识别MHC分子。B.Ab（BCR）对抗原B细胞表位的识别。BCR或者抗体识别的表位有两种类型：序列表位和构象表位。BCR和抗体直接识别天然状态的B细胞表位。Ab(BCR)1Ab(BCR)2构象表位序列表位天然抗原T表位APCMHC

T细胞APC

TCR

MHC

T表位天然抗原BATCR仅识别APC加工后经由MHC分子提呈的抗原肽，后者包含T细胞表位T细胞表位与B细胞表位的特性

T细胞表位B细胞表位识别表位受体TCR BCR

MHC分子的参与

必需

无需表位性质

蛋白质多肽、多糖、脂多糖类和有机化合物表位大小8-10个氨基酸残基 5-15个氨基酸残基或单糖、核苷酸 12-18个氨基酸残基表位类型

线性表位

线性表位或构象表位表位位置

抗原分子任意部位

抗原分子表面

固有分子模式与抗原的免疫学特性

免疫原免疫原性反应原性识别分子识别受体活化的细胞

固有免疫

IMP＋－模式识别分子模式识别受体固有免疫细胞

(PAMP,DAMP)(DAI,HMGB1)(TLR,RAGE)(M

,DC)HLAI类分子CD94/NKG2A,KIR(抑制)

NK细胞MICA/MICB,ULBPNKG2D，KAR(激活)

NK细胞

适应性免疫

抗原＋＋抗体BCR,TCRT,B淋巴细胞半抗原－＋抗体BCR,TCRT,B淋巴细胞

IMP:固有分子模式；PAMP:病原体相关分子模式；DAMP:损伤相关分子模式；DAI；DNA依赖的干扰素调节因子激活剂（DNA-dependentactivatorofIFN-regulatoryfactors）HMGB1：高速泳动族框蛋白1；TLR：Toll样受体；RAGE：高度糖基化终末产物受体。影响免疫原特性的因素一、决定免疫原免疫原性的因素1.决定IMP免疫原性的因素2.决定Ag免疫原性的因素1）抗原分子的理化性质2）机体的生物学特征3）抗原进入机体的方式和途径等二、决定免疫原反应原性的因素决定Ag免疫原性的因素

1）抗原分子的理化性质（1）异物性（2）化学性质（3）分子质量大小（4）结构的复杂性（5）分子构象（6）易接近性（7）物理状态Reactivityofantiserawithvarioushaptens宿主的遗传因素(应答格局差异)年龄、性别与健康状态

2）机体的生物学特性3）抗原进入机体的方式和途径等

MHCII类分子抗原肽TCR链APCThSAgII类分子TCR

链APCTh超抗原激活T细胞机制示意图传统的蛋白质抗原在MHC抗原沟槽内被提交，与T细胞的TCR的抗原结合槽结合，从而激活特异性T细胞克隆（上图）；超抗原通过与TCR的V

链外侧结合，交联TCR与MHCII类分子，从而活化众多的T细胞克隆，而不论TCR的抗原特异性如何（下图）。其他重要的免疫细胞激活剂一、超抗原二、佐剂

预先或与抗原同时注入体内可增强机体对抗原的免疫应答或改变免疫应答类型的非特异性免疫增强性物质，称为佐剂（adjuvant）。佐剂作用的主要机制：①改变抗原物理性状，帮助抗原缓释，延长抗原在体内潴留时间，如脂质体和矿物油等；②刺激单核-巨噬细胞系统，增强其对抗原的加工和提呈；③刺激淋巴细胞增殖分化，增强和放大免疫应答。《TLR的天然配体和激动剂》参见表4-4Postulatedmodeofactionofsomecommonlyusedadjuvants人小鼠T细胞B细胞T细胞B细胞ConA（刀豆蛋白A）+－+－PHA（植物血凝素）+－+－PWM（商陆丝裂原）+++－LPS（脂多糖）－－－+SPA(葡萄球菌蛋白A)－+－－作用于人和小鼠T、B淋巴细胞的丝裂原三、丝裂原

丝裂原（mitogen）亦称有丝分裂原，因可致细胞发生有丝分裂而得名。T、B淋巴细胞表面表达多种丝裂原受体，可对相应丝裂原刺激产生强烈增殖反应，被广泛应用于体外免疫细胞活性的确证。一、免疫球蛋白的结构二、免疫球蛋白的装配及分泌免疫球蛋白的结构及装配

免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）即抗体（antibody,Ab），是B细胞被B细胞抗原表位特异性刺激后增殖分化为浆细胞所产生的效应免疫分子，介导体液免疫。免疫球蛋白可分为分泌型(secretedIg,SIg)和膜型(membraneIg,mIg)，前者主要存在于血液及组织液中，发挥抗感染功能；后者是B细胞表面的抗原受体（BCR,mIgM）。一、免疫球蛋白的结构1.基本结构（重链、轻链及其结构域可变区、恒定区和绞链区）2.其它成分3.Ig的水解片段基本结构Schematicdiagramofcomplementary-determiningregionofantibodybindingtoantigenicepitope

StructureofacomplexbetweenapeptidederivedfromHIVproteaseandanFabfragmentfromananti-proteaseantibody(left)andcomparisonoftheFabstructurebeforeandafterpeptidebinding(right).Intherightpanel,theredlineshowsthestructureoftheFabfragmentbeforeitbindsthepeptideandthebluelineshowsitsstructurewhenbound.TherearesignificantconformationalchangesintheCDRsoftheFabonbindingtheantigen.TheseareespeciallypronouncedinthelightchainCDR1(L1)theheavychainCDR3(H3).CH2

CH3

CDR1CDR2CDR3CDR1CDR2CDR3铰链区CL

VL

VL

CL

VH

VH

CH1

SS--SS-FR1FR2FR3FR4J链分泌片其它成分1.木瓜蛋白酶水解片段

木瓜蛋白酶（papain）水解IgG得到三个片段：①两个相同的部分即抗原结合片段（fragmentantigenbinding,Fab）②一个结晶片段（fragmentcrystalizable,Fc）。2.胃蛋白酶水解片段

胃蛋白酶（pepsin）水解IgG产生一个具有双价抗体活性的F(ab’)2段和若干小分子多肽片段（pFc’）。Ig的水解片段

Synthesis,assembly,andsecretionoftheimmunoglobulinmolecule.Theheavyandlightchainsaresynthesizedonseparatepolyribosome(polysomes).Theassemblyofthechainstoformthedisulfide-linkedimmunoglobulinmoleculeoccursasthechainspassthroughthecisternaeoftheroughendoplasmicreticulum(RER)intotheGolgiapparatusandthenintosecretoryvesicles.Themainfiguredepictsassemblyofasecretedantibody.Theinsetdepictsamembrane-boundantibody,whichcontainsthecarboxyl-terminaltransmembranesegment.Thisformbecomesanchoredinthemembraneofsecretoryvesiclesandthenisinsertedintothecellmembranewhenthevesiclesfusewiththemembrane.二、免疫球蛋白的装配及分泌

Expressionofmembraneformsof

and

heavychainsbyalternativeRNAprocessing.(a)Structureofrearrangedheavy-chaingeneshowingC

andC

exonsandpoly-Asites.(b)Structureof

mtranscriptand

mmRNAresultingfrompolyadenylationatsite2andsplicing.(c)Structureof

mtranscriptand

mmRNAresultingfrompolyadenylationatsite4andsplicing.BothprocessingpathwayscanproceedinanygivenBcell.上图IgA二聚体J链粘膜表皮细胞分泌IgA的浆细胞粘膜腔分泌片IgA二聚体pIgR固有层

IgA二聚体的胞吞转运固有层浆细胞产生IgA和J链，二者聚合成二聚体而分泌至浆细胞胞外的粘膜表皮细胞固有层，该处与表皮细胞分泌的多聚Ig受体（pIgR）即分泌片相结合，在pIgR的引导下，通过表皮细胞的内吞和转运，使IgA二聚体得以穿越上皮细胞而分泌至粘膜腔，称为胞吞转运（transcytosis）。在粘膜腔中IgA二聚体与分泌片介离，行使效应功能。免疫球蛋白的异质性及功能一、免疫球蛋白的类型（类及亚类、型和亚型）二、免疫球蛋白的血清型三、免疫球蛋白的功能和特性四、各类免疫球蛋白的生物学特性免疫球蛋白的类型

在同种属的所有个体内，根据免疫球蛋白重链C区的氨基酸组成和抗原特异性不同，将免疫球蛋白的重链分为5种：

、

、

、

、

，与此对应的Ig分为IgG、IgA、IgM、IgD、IgE5类（class）。在同一类Ig中，根据其重链抗原性和二硫键的数目和位置的不同，又可分为亚类（subclass）。IgG有IgG1～IgG4四个亚类；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。Chaincompositionofthefiveimmunoglobulinclassesinhumans

正常人血清免疫球蛋白

:λ约2:1，而小鼠为20:1。亚型:λ链190AA为亮氨酸时称OZ(+);为精氨酸时称OZ(+)

在同种属的所有个体内，根据Ig轻链C区的氨基酸组成和抗原特异性的不同，可将Ig的轻链分为2型（type）：

和

，与此对应的Ig也分为和

两型。在同一型Ig中，根据其轻链C区N端氨基酸排列的差异，可分为亚型（subtype）。M1,M2

免疫球蛋白分子上有三种不同的抗原决定簇，即同种型、同种异型和独特型抗原决定簇。

同种型（isotype）是指同一种属所有个体的Ig分子共有的抗原特异性标志。

同种异型（allotype）指同一种属不同个体间的Ig分子所具有的不同抗原特异性标志，为遗传性标志。

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，其表位又称为独特位(Idiotope)，主要存在于V区，为遗传性标志。免疫球蛋白的血清型

同种型差异同种异型差异独特型差异抗体的血清型示意图Ig有3种血清型：同种型，指同一种属所有个体Ig分子共有的抗原特异性标志，其表位存在于IgC区；同种异型，指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同抗原特异性标志，其表位主要存在于IgC区，少部分存在于V区；独特型，指每个Ig分子所特有的抗原特异性标志，其表位存在于V区的CDR区域。免疫球蛋白的功能和特性识别和结合抗原激活补体调理作用抗体依赖细胞介导的细胞毒作用介导超敏反应免疫调节作用抗体的四项主要功能免疫球蛋白（抗体）具有多种生物学功能，首先，其可变区特异性结合与病原体或毒素表面与介导感染或者毒力相关的表位结合，使病原体或毒素失去感染和毒力，称为中和作用。其次，抗体与相应抗原表位结合，可激活补体经典激活途径，从而形成攻膜复合物溶裂解病原体。第三，抗体与相应病原体结合后，其恒定区Fc段通过结合Fc受体（FcR）与具有FcR表达该受体的吞噬细胞结合，此为调理作用，增强吞噬细胞对病原体的吞噬杀伤作用。如调理的免疫细胞是NK细胞，则可增强NK细胞的ADCC作用。毒素受体毒素抗体细胞

中和作用调理作用激活补体杀伤作用参与ADCCFcRAb吞噬细胞吞噬溶酶体补体系统激活抗体攻膜复合物表面抗原IgG表面抗原

Fc

RIII杀伤靶细胞NK各类免疫球蛋白的生物学特性参见表4-7免疫球蛋白的人工制备一、多克隆抗体二、单克隆抗体三、基因工程抗体四、嵌合抗体和改型抗体五、抗体片段及其衍生形式

Theconventionalpolyclonalantiserumproducedinresponsetoacomplexantigencontainsamixtureofmonoclonalantibodies,eachspecificforoneofthefourepitopesshownontheantigen(inset).Incontrast,amonoclonalantibody,whichisderivedfromasingleplasmacell,isspecificforoneepitopeonacomplexantigen.Theoutlineofthebasicmethodforobtainingamonoclonalantibodyisillustratedhere.多克隆抗体上为A抗原（含3个不同表位）免疫小鼠后的脾细胞，产生针对不同表位的抗体；下为不产生抗体和HGPRT酶的骨髓瘤细胞。两种细胞混合后，以PEG进行融合。

在加有HAT的培养基中，融合细胞生长，其余未融合的细胞死亡。稀释至每孔单个细胞后，检测上清中抗体的特异性，选择能分泌抗表位1抗体的杂交瘤。通过腹腔注射，对选择出的杂交瘤细胞作克隆扩增，获取针对表位1的单抗。单克隆抗体制备流程单克隆抗体Tomakeantibodieswithfullyhumanproteinsequencesistousetransgenicstrainsofmiceinwhichmouseantibodygeneexpressionissuppressedandeffectivelyreplacedwithhumanantibodygeneexpression.Inthesetransgenicmice,themousegenesforcreatingantibodieshavebeeninactivatedandreplacedbyhumanantibodygenes.theHuMAb-Mousetransgenicstrainscontainkeygenesequencesfromunrearrangedhumanantibodygenesthatcodeforboththeheavyandlightchainsofhumanantibodies.Becausegenesdeterminewhatproteinsaremade,thetransgenicmicemakehumanantibodyproteins.基因工程抗体

ChimericandhybridmonoclonalantibodiesengineeredbyrecombinantDNAtechnology.(a)Chimericmouse-humanmonoclonalantibodycontainingtheVHandVLdomainsofamousemonoclonalantibody(blue)andCLandCHdomainsofahumanmonoclonalantibody(gray).(b)