4免疫球蛋白

1、第四章 免疫球蛋白,概述 免疫球蛋白的结构 免疫球蛋白的功能 五类免疫球蛋白的特性与功能 人工制备抗体,概述,抗体（antibody，Ab）：是能与抗原发生高特异性和高亲和性结合的糖蛋白。主要存在于血清等体液中，也被称为“免疫球蛋白”。 B细胞识别抗原后活化、增殖、分化为浆细胞，由浆细胞合成和分泌,生物学功能上的概念,免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig） 具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。,Ab与Ig的联系 1. 所有的Ab都是Ig 2. Ig并非都是Ab,分泌型（secreted Ig，sIg） 膜型（membrane Ig，mIg）,化学结构上的概念,第一节 免疫球蛋白

2、的结构,免疫球蛋白的基本结构 免疫球蛋白的功能区 免疫球蛋白的水解片段 J链和分泌片,免疫球蛋白的基本结构,四肽链分子，即由两条相同的重链和两条相同的轻链通过链间二硫键连接而成的免疫球蛋白单体，呈“Y”形。,结构域,Ig分子的四条链都可折叠为数个球形结构域，二级结构是由几股多肽链折叠形成的两个反向平行的片层。这种折叠称为免疫球蛋白折叠。具有这类独特折叠结构的分子被统称为免疫球蛋白超家族。,重链和轻链,重链（heavy chain，H链）：5075KDa，约含450550个氨基酸残基；根据H链恒定区抗原性的差异可将其分为、 五类；与L链组成完整的Ig分子，分别称为IgM、IgG、IgA、IgD和

3、IgE。 亚类：IgG1-IgG4；IgA1,IgA2 铰链区氨基酸组成，重链二硫键数目，位置不同,重链和轻链,轻链（light chain，L链）：25KDa，约由214个氨基酸残基组成；分为和两型。 正常血清Ig ：2：1 亚型：1 4 链恒定区个别氨基酸的差异,可变区和恒定区,通过分析不同免疫球蛋白重链和轻链的氨基酸序列，发现重链和轻链靠近N端的约110氨基酸的序列变化很大，称为可变区（variable region，V区 ） 靠近C端的其余氨基酸序列相对稳定，称为恒定区（constant region，C区）,可变区,可变区（V区）位于Ig分子的N端， 约占轻链的l/2（VL）和重链（

4、VH） 的1/4或l/5；它决定了抗体与抗原 结合的特异性； 在VL和VH中某些局部区域的氨基酸组成与排列具有更高的变化程度，此为高变区（hypervariable region, HVR）； 高变区即是抗体与抗原（决定簇）特异性结合的位置，又称为互补决定区（complementarity-determining region, CDR）； 在V区中非HVR部位的氨基酸组成和排列相对比较保守，称为骨架区（framework region）。,恒定区,C区位于Ig分子的C端，约占轻链的l/2（CL）和重链的3/4或4/5（CH）； 在同一种属动物中，同一类别Ig重链和同一型轻链的C区氨基酸组成和

5、排列顺序比较恒定，故称恒定区。同一种属的个体，所产生针对不同抗原的同一类别Ig，其C区氨基酸组成和排列顺序比较恒定，其免疫原性相同,铰链区,并非独立的功能区，位于CH1和CH2之间，包括重链链间二硫键。该区富含脯氨酸（构成胶原纤维的重要成分），具柔韧性，不形成螺旋，易于伸展、转动。特点： 使可变区的抗原结合点尽量与两个抗原决定簇发生互补； 使Ig变构，暴露补体结合点； 对蛋白酶敏感，Ig被水解易在此区发生裂解。,J链和分泌片,J链（joining chain）：存在于二聚体分泌型IgA和五聚体IgM中。分子量约15KD；富含半胱氨酸。 作用：稳定多聚体。 分泌成分（secretory comp

6、onent，SC）或分泌片（secretory piece，SP）：分泌型IgA上的一个辅助成分，分子量约 75KD，由粘膜上皮细胞合成，并在IgA二聚体形成后通过二硫键连接到免疫球蛋白分子上，分泌至粘膜表面。 作用：稳定分泌型IgA的结构，使之避免蛋白酶的消化水解作用。,免疫球蛋白的水解片段,木瓜蛋白酶水解片段 胃蛋白酶水解片段,免疫球蛋白的异质性,不同抗原表位刺激机体所产生的不同类型的免疫球蛋白分子，其识别抗原的特异性不同，其重链类别和轻链型别也有差异。 不同抗原表位诱导的同一类型的免疫球蛋白，其识别抗原的特异性不同。,免疫球蛋白的类型,类（class）：在同一种属的所有个体内，Ig重链C

7、区所含抗原表位不同，据此可将重链分子分为五种，Ig分为五类。 亚类（subclass）:同一类免疫球蛋白其重链的抗原性及二硫键数目和位置不同，据此可将Ig分为亚类。IgG1-IgG4,IgA1,IgA2 型（type）：同一种属所有个体内，根据Ig轻链C区所含抗原表位的不同分为两种，免疫球蛋白分为两型。 亚型（subtype）：同一型免疫球蛋白中，根据轻链C区N端氨基酸排列的差异分为亚型。,免疫球蛋白的类型,类 根据同一种属所有个体Ig重链C区抗原性的差异，分五类：IgG、IgM、IgA、IgD、IgE 亚类 根据同一类Ig重链抗原性及二硫键数目和位置不同，分为亚类：IgG1IgG4，IgA1

8、和IgA2,型 根据同一种属所有个体Ig轻链C区抗原性的差异，分为和两型。 亚型 根据同一型Ig轻链C区N端AA排列的差异，又分为不同亚型。,内源性因素免疫球蛋白的血清型,同种型：同一种属所有个体Ig共有的特异性抗原表位,为种属型标志 C区 同种异型：同一种属不同个体Ig的不同特异性抗原表位,为个体型标志 C区和V区 独特型：每个Ig特有的抗特异性原表位,又称为独特位（每一Fab段5-6个）,Ig分子上有三类不同的抗原表位，分别为:,同种型（isotype） 种属型标志，Ig C区 同种异型（allotype） 个体标志，Ig C区 独特型 （idiotype）每个Ig分子所特有 独特位（Id

9、) HVR/CDR/Id,抗体与抗原的相互作用,高变区和抗原表位 表面互补方式 多种作用力参与 亲和常数 抗体的多价性,免疫球蛋白的功能区,构成: Ig分子每一肽链内部由大约110个氨基酸形成一个 亚单位，氨基酸的序列具有相似性或同源性，其内 由链内二硫键构成肽环，称为功能区。 功能： （1）VL和VH是与抗原结合的部位； （2）CH和CL具有某些同种异型（allotype）的遗传标记； （3）IgG的CH2 和IgM的CH3具有补体结合位点启动补体 经典激活途径； （4）IgG可通过胎盘； （5）IgG的CH3和IgE的CH 4可与多种细胞膜表面的FcR结 合，介导不同生物学效应。,第二节

10、免疫球蛋白的功能,识别并特异性结合抗原 激活补体 结合细胞表面的Fc受体 穿过胎盘和黏膜,一、识别并特异性结合抗原 V区,中和毒素 中和病毒 抑制细菌粘附 到宿主细胞,二、激活补体 C区,经典途径 旁路途径,三、结合细胞表面的Fc受体 C区,调理作用 抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 介导I型超敏反应,四、穿过胎盘和黏膜 C区,在人类IgG是唯一可通过胎盘从母体进入胚胎的抗体。 胎盘母体一侧的滋养层细胞表达一种特异性IgG输送蛋白，称为FcRn。 IgG可选择性地与FcRn结合，从而转移到滋养层细胞内，并主动进入胎儿血循环中。 是一种重要的自然被动免疫机制，对于新生儿抗感染有重要作用。,第三节

11、五类免疫球蛋白的特性与功能,IgG IgM IgA IgD IgE,IgG,血清中含量最高(75%80%) 半衰期2023天，再次免疫应答的主要抗体 出生后3个月开始合成，之前靠母体IgG通过胎盘给胎儿 抗感染的主要抗体，自身抗体, 、型超敏反应的抗体 激活补体、调理作用、ADCC,IgM,五聚体存在于血清中，分子量最大 单体表达于B细胞表面，构成BCR 天然的血型抗体为IgM 个体发育中最早合成和分泌的Ig 初次免疫应答时最早产生的Ig 很强的激活补体能力和调理作用,IgA,血清型IgA为单体，存在于血清中 分泌型IgA为双体，存在于外分泌液中 参与粘膜局部免疫，初乳中sIgA对婴儿发挥自然

12、被动免疫,IgD,生物学作用不清楚 膜结合型IgD（mIgD）是B细胞分化发育成熟的标志,IgE,血清中含量最低(0.002%) 亲细胞抗体，与嗜碱性粒细胞、肥大细胞表面IgE的Fc受体(FcRI)结合，介导I型超敏反应的发生 与抗寄生虫免疫有关,人工制备抗体,多克隆抗体 单克隆抗体 基因工程抗体,多克隆抗体（pAb）,天然抗原分子中常含有多种不同抗原表位，刺激机体多个B细胞克隆，产生针对多种不同抗原表位的多种不同抗体的混合物。 特点： 作用全面，来源广泛，制备简单； 特异性不高，易发生交叉反应。,单克隆抗体,单克隆抗体（monoclonal antibody，mAb） 借助（小鼠）B细胞杂交

13、瘤技术，由单个细胞增殖而成的细胞克隆所产生的、高度均一的（属于同一类、亚类、型别）、单一特异性（仅针对特定抗原表位）的抗体。,Georeges Kohler 1946-,Cesar Milstein 1927- Nobel Prize in 1984,基因工程抗体,又称重组抗体：借助DNA重组技术和蛋白质工程技术，在基因水平对Ig分子进行切割拼接和修饰，重新组装成新型抗体分子。,抗体片段及其衍生的各种形式,抗体片段的基本形式 ：Fab ，单链抗体 抗体衍生的其他形式 ：双特异抗体 ，双功能抗体,抗体片段的基本形式,Fab ：将杂交瘤单抗的轻链和重链的VH+CHI基因克隆入同一载体进行表达，在细

14、菌中表达的Fab和酶解获得的Fab片段具有同样的亲和力，但其大小只有完整Ig分子的1 3左右 单域抗体的Fv(VH和VL)就有抗原结合能力，细菌中表达的VH和VL能结合在一起成Fv，但不够稳定。在VH和VL间用一条短肽使之相联就是单链抗体(single domain antibody),抗体衍生的其他形式,双特异抗体 (bispecific antibody，BsAb) ： 具有两种抗原特异性的抗体片段。两个特异性不同的抗体或抗体片段联在一起的双分子，一端针对肿瘤或病原体抗原，另一端针对效应细胞的表面抗原 双功能抗体 (bifunctional antibody) ：有特异识别和效应分子功能的

15、分子。将Ig的结构域通过基因工程技术和其他蛋白相联 ，常用免疫毒素相联，以进行直接的导向杀伤,嵌合抗体和重构抗体,嵌合抗体 (chimeric antiboy)：主要特点是完整抗体分子中轻重链的V区是鼠源的，而C区是人源的 重构抗体(reshaped antibody) ：也称CDR植入抗体(CDR grafting antibody)，是将鼠源的3个CDR取代人抗体中相应的3个CDR部位，几乎是百分之百人源化，所以也称为人化抗体,噬菌体抗体库,20世纪90年代开始建立一种避开体内免疫系统，在体外建立一个相应于体内B细胞库的抗体库，具有各种各样的特异性抗体，从中用抗原筛选所需的抗体 将克隆的人AbV区基因与一种噬菌体DNA上的基因III或基因VIII精确连接，转染细菌后在其膜表面表达Fab段-噬菌体外壳蛋白的融合蛋白。,该技术的成功主要基于两点： 一是构建大容量的组合文库(combinatorial library)，建立一个体外的抗体库 二是建立一个高效的筛选系统-噬菌体抗体库 建库时一般采用淋巴细胞固有的V基因，另一种策略是使用人工合成的方法，应用寡核苷酸随机合成等方法变化部分或全部CDR区的序列，构成巨大的抗体库,人Ig基因组小鼠的构建和应用,用人Ig基因组取代小