抗体及基因重排

1、抗体及基因重排 （Antibody,Ab）,遵义医学院 孙万邦,抗体（antibody，Ab）是B淋巴细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞，由浆细胞合成、分泌能与相应抗原特异性结合的免疫球蛋白 （immunoglobulin，Ig）。 抗体主要存在于血清中，也存在于各种体液中。,11.1 Ab（Ig）的基本结构及多样性,Ig分子的基本结构是由两条相同的重链和两条相同的轻链通过二硫键连接而成的四肽链结构,称为Ig的单体。,一、重链和轻链 1.重链（heavy chain ，H链） Ig 的重链由450550 个氨基酸残基组成， 分子量约为5075kD。,重链 根据重链免疫原性的不同，可将重链分为、

2、和五类（class）， 与轻链结合为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。 某些又可亚类。分为四个亚类（1-4），分为2个亚类（1-21-2）。,2轻链（light chain，L链） Ig的轻链约含214个氨基酸，约为重链的1/2，分子量约25kD。,轻链 轻链免疫原性的不同，分为、两型。 同一个体内可存在分别带有为和链的Ig分子，同一天然Ig分子中不可能同时有和链，两条轻链的型别必然相同。,二、可变区和恒定区,1.可变区 Ig近氨基端轻链的1/2和重链的1/4 （、）或1/5（、）.,可变区 氨基酸排列顺序在不同抗体分子间变化较大称为可变区（variable region，V区）。,2.

3、恒定区,Ig分子近C端，轻链的1/2和重链的3/4（或4/5）区域中氨基酸的数量、种类、排列顺序及含糖量均较为恒定，称为恒定区（constant region，C区）。,重链和轻链的恒定区分别称为CH和CL。 Ig的C区与抗体的生物学功能相关。,二、铰链区,铰链区 在CH1和CH2之间，即重链的链间二硫键连接处附近，有一个可转动的铰链区（hinge region）。,含较多的脯氨酸残基，富于柔性，可赋予较大的自由活动度。该区由于是一段较伸展的肽链，对蛋白酶敏感，易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶水解。,三、水解片段,在一定条件下，可通过蛋白酶将Ig消化成不同的片段，从而研究Ig的结构和功能，最常用的蛋白

4、酶是木瓜蛋白酶和胃蛋白酶。,Figure 3-3,木瓜蛋白酶（papain）的水解部位位于Ig铰链区重链间二硫键近N端处，水解后可得到2个相同的抗原结合片段（fragment of antigen binding，Fab）和1个可结晶的片段（fragment crystallizable，Fc）。 Fab段具有抗体活性的部分，可单价与抗原结合； Fc段不能与抗原结合，保留了Ig重链的免疫原性及其相应功能区的生物学活性。,Figure 3-3 part 1 of 2,胃蛋白酶水解片段,用胃蛋白酶（pepsin）可使Ig在重链间二硫键近C端处断开，获得1个仍由二硫键连接的F（ab）2片段和若干小分

5、子多肽碎片pFc。F（ab）2是由两个Fab及铰链区组成，可同时结合两个抗原表位。pFc无生物活性。 白喉或破伤风抗毒素经胃蛋白酶消化后精制的制剂，由于去除了重链的Fc段可减少超敏反应的发生。,Figure 3-3 part 2 of 2,四、 Ig的其他结构,1、J链 连接链（joining chain，J链）是由浆细胞合成的一条富含半胱氨酸的多肽链，可将单体Ig连接为多聚体并使之稳定。如连接分泌型IgA（secretory IgA，SIgA）成双体，连接IgM成为五聚体。,2.分泌片,分泌片（secretory piece，SP）又称分泌成分（secretory componnent，SC

6、），是由粘膜上皮细胞合成含糖的肽链，以非共价形式与IgA二聚体结合，使其成为分泌型IgA（SIgA）。其功能是保护SIgA免受外分泌液中蛋白水解酶的水解作用，并能介导SIgA转运，是其分泌至粘膜表面，发挥粘膜免疫作用。,五、高变区（抗体分子立体结构）,重链和轻链V区（VH和VL）中各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序变化最为明显，称为高变区或超变区（hypervariable region，HVR）。,六、功能区的功能,1.VH、VL：是Ig分子特异性识别和结合抗原的部位。 由于超变区的氨基酸组成和排列随所结合的抗原特异性不同而不同，故其氨基酸的种类和排列顺序千变万化，可形成很多能与不同特异性抗

7、原表位结合的抗体。,2.CL和CH1：某些同种异型的遗传标记存在于该区。,3.IgG的CH2和IgM的CH3：有补体C1q的结合位点(CR1)，与补体经典途径的激活有关。 IgG的CH2可通过胎盘。,补体结合点,4.CH3或CH4：可与多种细胞表面的相应的Fc受体结合，产生不同的免疫效应。 溶细胞、细菌，调理作用，ADCC作用，中和毒素，致超敏反应,11.2 五类Ig的特性和功能 一、IgG,IgG的功能和结构在五类Ig中研究得最为充分。人类Ig共有4个亚类，即IgG1、IgG2、IgG3和IgG4。 IgG主要由脾脏和淋巴结中浆细胞合成，是血清中含量最多（约占血清Ig总量的75%）、半衰期最

8、长（约23天）的Ig； 机体在出生后3个月就开始产生IgG，35岁达到成人水平。,IgG抗病毒和细菌感染，中和毒素的重要抗体，多数抗菌、抗病毒和抗毒素的抗体均为IgG类。 IgG的Fc段可与多种细胞表面的FcR结合，发挥调理作用及ADCC效应。IgG的某些亚类有亲细胞性，与I型超敏反应发生有关；还可与葡萄球菌A蛋白（staphlococcus protein A，SPA）结合。某些自身抗体，也多属IgG类。,IgG是五类Ig中唯一可主动穿过胎盘的Ig，对防止新生儿感染有重要作用。,二、IgM,IgM为五聚体，在五类Ig中分子量最大，又称为巨球蛋白， 含量约血清Ig总量的10%。 胚胎晚期开始合

9、成或是在抗原刺激诱导的体液免疫应答中最早产生的Ig。,IgM也是初次免疫应答中的主要Ig，由于其不能通过胎盘，因此脐血中IgM异常增高提示胎儿有宫内感染；,病人血清特异性IgM水平增高，表明有近期感染，因此检测该指标有助感染性疾病的早期诊断。,由于IgM具有较多的补体结合位点，因此具有较IgG更强大的激活补体经典途径的能力，是抗感染、特别是抗早期感染的主要抗体，当人体缺乏IgM可能发生致死性败血症。 类风湿因子、冷凝集素、天然血型抗体均为IgM类。,三、IgA,IgA有血清型和分泌型两型。血清型IgA主要为单体，有IgA1和IgA2两个亚型，凝聚的IgA可通过旁路途径激活补体，有一定的免疫作用

10、。 分泌型IgA（secretory IgA，SIgA）由J链连接的二聚体和分泌片组成。IgA在出生后46个月才开始产生，粘膜固有层的浆细胞合成和分泌二聚体IgA，在与粘膜上皮细胞合成的分泌片结合后，穿过粘膜上皮细胞，转运至局部腔道。,SIgA广泛存在于唾液、泪液和与外界相通的呼吸道、消化道和泌尿生殖道的外分泌液中，以初乳中含量最高，新生儿可从初乳中获得SIgA。,SIgA具有局部抗感染作用，阻止病原体粘附到细胞表面，或通过中和毒素的毒性作用而在粘膜局部发挥重要的抗感染作用，是防御粘膜表面微生物入侵的第一道防线。老年性支气管炎以及幼儿易患呼吸道或消化道感染，均可能与SIgA合成降低有关。,四、

11、IgE,IgE是血清中含量最少的Ig，仅0.3g/ml左右，主要由呼吸道和消化道粘膜固有层的浆细胞产生，分布于这些部位的粘膜组织、外分泌液中。与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的I型IgE Fc受体（FcRI）结合，与I型超敏反应的发生有关。 IgE在抗寄生虫感染免疫中有重要功能，在单核巨噬细胞和嗜酸性粒细胞表面有II型IgE Fc受体（FcRII，CD23），可介导依赖于IgE的抗寄生虫细胞毒效应。,五、IgD,IgD在循环中的量很低（在成人血清中为0.3mg/ml）； 易被蛋白酶水解，在血清中半衰期很短，约为3天。 目前对IgD的生物学功能尚不明确，可能与超敏反应或自身免疫病有关系。,11.3

12、抗体分子的 Fc受体,11.4 Ig分子超家族,IgSF类似IgV或C去折叠机构， 氨基酸与Ig一定同源性的分子。,11.5 Ig基因及其重排,一、基因结构,Ig基因群：V,D,J,C IGH: IGHV, IGHD, IGHJ, IGHC IGK/IGL:IGKV/IGLV,IGKJ/IGLJ,IGKC/IGLC,人Ig基因片段,基因 V总/功能 D总/功能 J总/功能 C总/功能 IGH 95/51 23/23 9/6 11/9 IGK 90/50 0 5/5 1/1 IGL 60/31 0 4/4 7/7,二、基因重排 VDJ两端为重排信号序列（7核苷酸序列） 1223原则：带12-bp-RSS只与23bp-RSS结合,基因片段两端RSS互相靠拢， 它们间DNA环被剪除，D，J连接,三、多样性产生机制,表11-4 基因 V功能 D功能 J功能 C功能 VDJ IGH 51 23 6 99180 IGK 50 0 5 1250 IGL 31 0 4 7124,四、类别转换 在T细胞（CD40L）和IL4诱导下，B细胞IGH二次重排,五、膜型Ig Ig重链C区基因3端2个外显子（M1、M2）， 带M1/M2指导膜mIgM，剪除M1/M2 指导Ig。,幼稚B细胞的分化过程中，首先表达SmIgM，尔后表达SmIgD；SmIgD是B细胞的