细胞与分子免疫学研究生免疫球蛋白

关于细胞与分子免疫学研究生免疫球蛋白

概述1、免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)：1968和1972年WHO和国际免疫学会决定，将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白称为免疫球蛋白。

2、抗体(antibody,Ab)：

B淋巴细胞在有效的抗原刺激下分化为浆细胞，产生具有与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白，这类免疫球蛋白称为抗体。

3、Ig与Ab的区别和联系：

Ig是化学结构上的概念；Ab是生物学功能上的概念；所有的Ab都属于Ig；并非所有的Ig都具有Ab的活性。第2页,共42页，2024年2月25日，星期天

免疫球蛋白的基本结构

1、Ig的组成：由4条肽链通过链间S-S双硫键连接而成，其中两条分子量较大的链称重链（Heavychain，H链），两条分子量较小链的称轻链（Lightchain，L链）。

2、H链：据氨基酸（aa）组成及序列的差异（抗原性）将H链分为5类，

、、、、链；其分别对应于，IgA、IgD、IgE、IgG、IgM五类Ig。

第一节免疫球蛋白的结构和功能

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CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulinStructure第4页,共42页，2024年2月25日，星期天3、L链：据aa组成及序列的差异将L链分为2型，、型，：为2：1（人）。天然Ig单体中，两条重链是同类的，两条轻链是同型的。4、Ig的分区：

（1）可变区：在Ig近N端L链的1/2和H链的1/4（、、）或1/5（、）范围内，因aa组成及序列变化较大，故称可变区（Variableregion，V区）。

（2）恒定区：在Ig近C端L链的1/2和H链的3/4（、、）或4/5（、）范围内，因aa组成及序列变化相对稳定故称恒定区（Constantregion，C区）。

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CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulinStructure第6页,共42页，2024年2月25日，星期天5、Ig的结构域又称功能区(Domain)：（1）VH、VL：超变区（HVR1、2、

3）、互补性决定区（CDR1、CDR2、CDR3），又称Ig独特型决定簇（Idiotype）;第7页,共42页，2024年2月25日，星期天（2）CH1、CL：是各类、亚类、型、亚型Ig遗传标记所在部位;（3）IgG的CH2：补体C1q的结合位点；IgG借助

CH2通过胎盘，发挥被动免疫作用；（4）CH3：

IgG的CH3与中性粒、巨噬细胞表面表达的

FcR结合，完成免疫调理作用；与NK细胞表面表达的FcRIII结合，完成ADCC作用；（5）IgE的CH4：

IgE的CH4与肥大和嗜碱性粒细胞表面表达的FcR结合，完成I型超敏反应；（6）绞链区（Hingeregion）：T

Y第8页,共42页，2024年2月25日，星期天

CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulinStructure第9页,共42页，2024年2月25日，星期天Fab（Fragmentofantigen-binding）AgbindingValence=1SpecificitydeterminedbyVHandVLPapainFcFabFc（Crystalizablefragment）Effectorfunctions6、Ig的水解片段(木瓜蛋白酶)第10页,共42页，2024年2月25日，星期天F(ab’)2AgbindingValence=2pFc’NoeffectorfunctionsPepsinpFc’PeptidesF(ab’)26、Ig的水解片段(胃蛋白酶)第11页,共42页，2024年2月25日，星期天第12页,共42页，2024年2月25日，星期天7、Ig的其他成分（1）J链：（joiningchain）由浆细胞合成，功能是将单体Ig分子连接为多聚体。如2个IgA单体形成二聚体；5个IgM单体是形成五聚体。第13页,共42页，2024年2月25日，星期天7、Ig的其他成分（2）分泌片：（secretorypiece,SP）由黏膜上皮细胞合成和分泌，功能是保护分泌型IgA或的IgM铰链区免受蛋白酶的降解。第14页,共42页，2024年2月25日，星期天

五类Ig的特点第15页,共42页，2024年2月25日，星期天Ig的生物学活性1、特异性结合抗原2、激活补体3、与细胞Fc受体结合发挥生物效应（1）免疫调理作用（2）ADCC（3）介导I型超敏反应（4）人IgG的Fc段与SPA结合4、选择性传递第16页,共42页，2024年2月25日，星期天第17页,共42页，2024年2月25日，星期天Ab的生物学活性第18页,共42页，2024年2月25日，星期天

第二节免疫球蛋白编码基因和抗体的多样性

概述

人类B淋巴细胞存在三个编码Ig的基因库，即重链H基因库及轻链、基因库，它们分别位于第14、2及22号染色体上。

第19页,共42页，2024年2月25日，星期天一、胚系B细胞中Ig轻链基因的结构

由3个基因所编码：V基因、J基因编码可变区；C基因编码恒定区，即V----J----C。第20页,共42页，2024年2月25日，星期天（一）链基因结构1、Vκ：Vκ基因节段有90个，呈簇状串联排列（Vκ1—Vκn，n=90），其中含30个假基因（指无功能性表达或只表达无功能产物的缺陷基因，但它可通过突变、置换及重排形成新的功能性基因，为可变区的多样性提供后备基因）。Vκ编码V区110aa中的1~96aa；

第21页,共42页，2024年2月25日，星期天2、L序列：每个Vκ前都有一个L序列（Leader），编码产物为前导肽，对轻链蛋白合成至关重要；3、Jκ：位于Vκ下游，也呈串联排列，含5个基因节段，编码V区110aa中的97—110aa；4、Cκ：只含单个外显子，编码C区蛋白。

第22页,共42页，2024年2月25日，星期天（二）链基因结构1、Vλ：Vλ基因节段有60个，呈簇状串联排列（Vλ1—Vλn，n=60），其中含30个假基因；2、L序列：每个Vλ前都有一个L序列（Leader），编码产物为前导肽，对轻链蛋白合成至关重要；第23页,共42页，2024年2月25日，星期天3、Jλ1—Cλ1，Jλ2—Cλ2~~~Jλ7—Cλ7：Cλ1~~~Cλ7代表各个亚型λ链的基因节段，其中含4个功能基因节段和3个假基因。第24页,共42页，2024年2月25日，星期天二、胚系B细胞中Ig重链基因的结构

由四个基因所编码：V基因、D基因、J基因编码可变区；C基因编码恒定区，即V--D--J--C。第25页,共42页，2024年2月25日，星期天（一）重链V区基因1、VH：VH基因节段有95个，成簇状串联排列（VH1—VHn，n=95），其中含45个假基因。每个VH前都有一个L序列（Leader），其作用是在合成重链时将重链固定在粗面内质网膜上。Ln—VHn编码疏水前导肽和CDR1及CDR2；C

DH(1-23)第26页,共42页，2024年2月25日，星期天2、DH，JH：DH有23个节段，成簇状串联排列；JH有9个节段，其中6个功能基因和3个伪基因。DH—JH编码CDR3，JH编码可变区的骨架部分（Frameworkregion）。C

DH(1-23)第27页,共42页，2024年2月25日，星期天（二）重链C区基因1、CH：CH基因节段在染色体上的排列顺序与其编码的Ig在体内成熟的顺序相似，分别是Cμ—C—Cγ3—Cγ1—Cα1—Cγ2—Cγ4—Cε—Cα2。除C以外，其他CH基因节段都有一个转换区（Switchregion，S区），其作用是控制Ig类型转换；C

DH(1-23)第28页,共42页，2024年2月25日，星期天2、控制膜结合或分泌型Ig的基因：每个CH基因节段后分别排列着S和M两基因，S即分泌型，M即膜结合型，如Cμ—Sμ—Mμ、C—S—M。C

DH(1-23)第29页,共42页，2024年2月25日，星期天三、B细胞分化过程中的基因重排

1、基因重排定义：在B细胞分化和发育过程中，一部分基因节段互相接近、重新排列，形成功能性的免疫球蛋白基因单位，此过程称基因重排（GeneRearrangement）。功能性的免疫球蛋白基因单位进行转录，经转录后的加工，再表达为免疫球蛋白。

第30页,共42页，2024年2月25日，星期天2、可变区的基因重排：（1）重链可变区的基因重排：选择一个DH与一个JH节段连接（DH—JH），再选择一个VH与DH—JH相连，一旦VH—DH—JH重排成功且得到功能性表达，其产物就会抑制另一条染色体上等位基因重排，此现象称为等位基因排除。其产物同时启动轻链可变区的基因重排；

C

DH(1-23)第31页,共42页，2024年2月25日，星期天（2）轻链可变区的基因重排：κ链基因优于λ链基因重排。选择一个Vκ与一个Jκ节段连接Vκ—Jκ，其产物就会发生等位基因排除，同时也会抑制λ链基因重排，称为同型排除。当两条染色体上的κ链基因重排都失败时，才会启动λ链基因重排。两条染色体上的VH基因都是无产物重排，或κ基因和λ基因都是无产物重排，细胞凋亡（Apoptosis）。

第32页,共42页，2024年2月25日，星期天（3）可变区的基因重排12~23规律和重组酶的作用：可变区的基因重排受基因节段侧面的重组信号序列（RSS）控制，遵循12~23规律且与DNA损伤修复系统有关。

第33页,共42页，2024年2月25日，星期天（4）重链类型转换：每个CH（Cσ除外）前都含一个S区（短的串联重复序列），S区与重链类型转换有关。在B细胞分化过程中，V-D-J的重排及其与C的连接是不依赖抗原刺激，重排的V-D-J与Cμ和Cσ连接，经转录加工，此时在B细胞表面表达mIgM和/或mIgD。成熟的B细胞在抗原刺激下，B细胞在分泌IgM和/或IgD的同时，V-D-J从与Cμ基因连接转换到与Cγ或Cα或Cε的连接，完成了类型转换。C

DH(1-23)第34页,共42页，2024年2月25日，星期天2、Ig的多样性：（1）组合性连接：重链的V-D-J连接（95个V基因、23个D基因，9个J基因）；轻链的V-J-C（90个Vκ基因、5个Jκ基因、一个Cκ基因；60个Vλ基因、7个Jλ基因和Cλ基因）；（2）接合多样性：发生在D-J、V-D-J、V-J连接时，1>密码子错位；2>框架（ORF）移位；3>N-序列插入；（3）体细胞突变：体细胞突变也可以产生Ig的多样性。

第35页,共42页，2024年2月25日，星期天3、重排过程第36页,共42页，2024年2月25日，星期天

第三节基因工程抗体（GeneticEngineeringAntibody）

概述

单克隆抗体(McAb)在临床疾病诊断和治疗中已发挥了很大的作用，但以下几点限制了抗体的导向治疗：（1）鼠源性McAb在人体内易诱导免疫应答；（2）人的McAb制备甚为困难。第37页,共42页，2024年2月25日，星期天一、嵌合抗体（ChimericAntibody）

原理：保留鼠Ig可变区部分，将其恒定区用人Ig取代。方法：PCR克隆鼠可变区基因和人恒定区基因，将两基因连接，并插入原核或真核表达载体中，并导入大肠杆菌或转染真核细胞，就可表达出嵌合抗体分子。优点：亲和力保持良好。缺点：含鼠Ig可变区的异源性，仍易诱导人免疫应答。

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原理：仅保留鼠Ig可变区CDR部分，将Ig其它区域都用人Ig取代。方法：CDR序列的获得通常采用PCR技术。优点：大大降低了鼠抗体的免疫原性。缺点：亲和力不佳。二、CDR移植抗体（CDRGraftingAntibod