第4章 抗体与免疫球蛋白课件

★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★人工制备抗体第4章抗体与免疫球蛋白

(antibody,Ab&immunoglobulin,Ig)1第4章抗体与免疫球蛋白

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●

1908年德国学者 Ehrlic提出抗体生成侧链学说和模板学说

2第4章抗体与免疫球蛋白抗体是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）3第4章抗体与免疫球蛋白◆1968和1972的两次国际会议上将具抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统一命名为免疫球蛋白(Immunoglobulin,Ig)；

目前认为抗体与免疫球蛋白完全相同。◆抗体存在于血清等体液中.◆免疫球蛋白的分布:

分泌型存在于体液中,具抗体功能;

膜型作为抗原受体存在于B细胞膜上,即BCR.4第4章抗体与免疫球蛋白一.

免疫球蛋白的基本结构（一）重链与轻链

(heavychain&lightchain)

免疫球蛋白基本结构亦称

基本四肽单位或Ig单体，由两条重链与两条轻链组成.

第1节免疫球蛋白的结构5第4章抗体与免疫球蛋白

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.

γ、α、μ、δ、ε，

IgG、IgA、IgM、IgD、IgE6第4章抗体与免疫球蛋白(二)Ig的功能区－可变区（V区）与恒定区（C区）

◆

结合抗原部位

：

VH与VL的三个高变区共同组成与抗原决定基互补的表面,即互补决定区(CDR),CDR决定抗体的特异性.

◆

独特型（idiotype)抗原所在部位.

1.

可变区VH和VL恒定区C区可变区

V区7第4章抗体与免疫球蛋白互补决定区CDR8第4章抗体与免疫球蛋白◆CH区具结合补体和细胞的功能：

*IgG的CH2和IgM的CH3具有补体C1q结合位点.*IgG的CH3可与单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、B细胞和NK细胞表面的IgGFc受体结合.*IgE的CH2和CH3可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgEFc受体（FcεR）结合.

◆

CH区结构稳定具有同种型(isotype)同种异型（allotype）的遗传标志；2.

恒定区CH和CL：可有CH1、CH2、CH3；有些具CH4.9第4章抗体与免疫球蛋白(三)铰链区：

位于CH1与CH2之间,易伸展弯曲.10第4章抗体与免疫球蛋白（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.11第4章抗体与免疫球蛋白

（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12第4章抗体与免疫球蛋白

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

13第4章抗体与免疫球蛋白第2节抗体的异质性(非均一性）(一)类（class）:IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。（二）亚类(subclass):IgG1~4,IgA1~2,IgM1~2

（三）型（type）:l和k

型（四）亚型（subtype）

（一）免疫球蛋白的分类14第4章抗体与免疫球蛋白

（二）外源因素所致的抗体异质性(heterogeneity)

－抗体的多样性15第4章抗体与免疫球蛋白（一）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（二）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（三）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。（三）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.

16第4章抗体与免疫球蛋白抗体的抗原性——血清型17第4章抗体与免疫球蛋白18第4章抗体与免疫球蛋白第3节免疫球蛋白的生物学特性*游离Ig的V区：结合细菌、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19第4章抗体与免疫球蛋白溶菌酶抗原轻链重链R.J.PoliakfromScience1986233:747-5320第4章抗体与免疫球蛋白（1）激活补体：IgG1～3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Ⅰ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: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（staphylococcusproteinA，SPA）结合，2.Ig分子C区的功能21第4章抗体与免疫球蛋白22第4章抗体与免疫球蛋白NK细胞介导的ADCC(antibodydependentcell-mediatedcytotoxicity)23第4章抗体与免疫球蛋白概念:

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(ImmunoglobulinSuperfamily，IGSF)24第4章抗体与免疫球蛋白25第4章抗体与免疫球蛋白◆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型超敏反应

(二)各类免疫球蛋白的特性

IgG26第4章抗体与免疫球蛋白

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(Bcellreceptor，BCR)的主要成分.27第4章抗体与免疫球蛋白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.28第4章抗体与免疫球蛋白◆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mIg

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.29第4章抗体与免疫球蛋白

IgE

血清浓度极低，约为3×10-5mg/ml.

为亲细胞抗体，与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力FcεRI结合，引起I型超敏反应30第4章抗体与免疫球蛋白第4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第4章抗体与免疫球蛋白

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Polyclonalantibody32第4章抗体与免疫球蛋白体内作用: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。

多克隆抗体的特点33第4章抗体与免疫球蛋白

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Monoclonalantibody(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。

34第4章抗体与免疫球蛋白

单克隆抗体制备示意图

35第4章抗体与免疫球蛋白36第4章抗体与免疫球蛋白1984年诺贝尔获奖者：德国学者Kohler与英国学者Milstei获奖工作：杂交瘤技术制备单克隆抗体37第4章抗体与免疫球蛋白

存在的问题与解决的思路

◆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

第4章抗体与免疫球蛋白

◆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；◆抗体应用范围的拓展。(二)解决问题的思路

第4章抗体与免疫球蛋白以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（chimericantibody）、改型抗体（reshapedantibody）、双特异性抗体（bispecificantibody）、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

Geneticengineeringantibody40第4章抗体与免疫球蛋白

基因工程抗体的种类及其特性种类基本结构相对分子量（kDa）鼠源性成分人-鼠嵌合抗体鼠源V区或Fab15025-30%

人源C区或Fc

改型抗体以鼠源CDRs15015%

替换人源CDRs双特异性抗体异源性H2/L2150－

小分子抗体

Fab完整L和部分H 50 15％

Fv VH和VL 25 15％ 单链抗体VH－连接肽－VL 26 15％ 单域抗体VH 12.5 7.5％最小识别单位单一CDR

2

1.5％

41第4章抗体与免疫球蛋白全鼠源性抗体

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第4章抗体与免疫球蛋白Intracellularantibody(Introbody)第4章抗体与免疫球蛋白第4章抗体与免疫球蛋白第4章抗体与免疫球蛋白1.诊断：用已知抗原查未知抗体，或反之；2.治疗：抗毒素、抗病毒、抗炎、抗肿瘤等；3.预防：应急预防；4.科研、科技开发(提取,纯化,鉴定,分析)

抗体的应用一、多克隆抗体46第4章抗体与免疫球蛋白20世纪有关抗体的10项诺贝尔奖年份

19081913191919301960

19721977

19841987

成就血清疗法（医疗实践）抗体形成学说（理论）过敏反应（实验研究）补体结合现象和免疫（实验研究）ABO血型（医疗实践）免疫耐受的实验和理论（理论）Ig的结构（实验研究）放射免疫测定（方法学）单克隆抗体和免疫网络学说（方法学和理论）Ig基因结构（实验研究）47第4章抗体与免疫球蛋白(FDAFastTrack)ParadigmforBiomarkeridentificationStable;CheaptoproduceandpurifyAvailability;RelativelyHighsensitivity(detection)Ab-BasedMicroChipsandBioSensorsProf.PHudson48第4章抗体与免疫球蛋白(FDAFastTrack)ParadigmforBiomarkeridentificationStable;CheaptoproduceandpurifyAvailability;RelativelyHighsensitivity(detection)Ab-BasedMicroChipsandBioSensorsWhyareantibodieshot?30%ofClinicalDiagnostics30%ofBiopharmaceuticals第4章抗体与免疫球蛋白

●

Ig的结构

◆

Ig分子是由两条H链和两条L链通过二硫键连接而成;

VH和VL是抗原结合部位；CH区可结合补体，结合不同细胞表面的Fc受体.

◆

水解片断Fab可结合抗原，Fc段可结合细胞.●Ig可分为分泌型和膜型.分泌型具有抗体的各种功能，膜型是B细胞的抗原受体,即BCR.

●

抗体的功能:

结合抗