第三章 免疫球蛋白.ppt

1、第三章 免疫球蛋白 Immunoglobulin, Ig,姓名:韩俊峰 职称:讲师 TELE-mail:han- 基础部全军免疫学研究所,Antigen,What is antigen? Two important properties of antigen? Antigenic determinant (epitope),主要内容,Ig的基本概念（重点） Ig的基本结构 (重点) Ig的生物学功能 （重点） Ig的异质性（难点） 人工制备抗体（难点）,抗体的发现,死亡,存活,大剂量白喉毒素,小剂量白喉毒素,存活,大剂量白喉毒素,免疫血清,1901年首届诺贝尔医学奖得

2、主,Behring,抗体是一种高分子量-球蛋白,Immune sera,Normal sera,免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig），即抗体（antibody, Ab) 是B细胞识别抗原后增殖分化为桨细胞所产生的一种球蛋白质，能与相应抗原特异性结合，是体液免疫的重要效应分子。,Immunoglobulin, also known as Antibody, is a kind of globulin which is produced by plasma cells as a result of the stimulation by antigen and has the abili

3、ty to bind with the antigen.,一、免疫球蛋白（抗体）的基本概念,分泌型Ig (secreted Ig, sIg) 和膜型Ig (membrane Ig, mIg),B细胞介导的体液免疫应答过程示意图,重点内容,是嵌入细胞膜类脂分子中的膜表面免疫球蛋白(mIg)，乃B细胞的特征性表面标志，也是B细胞特异性识别不同抗原表位的分子基础。,B细胞识别受体 （B Cell Receptor, BCR）,BCR示意图,重点内容,分享了1972的诺贝尔奖,Porter,Edelman,二、Ig的基本结构,（一）Ig的基本结构,2条重链 （Heavy chain，简写为H） 2条轻

4、链 （ Light chain，简写为L ) 可变区+恒定区+铰链区 V + C + hinge region 结构域,重点内容,免疫球蛋白（IgG）的一级结构,1、重链（H）与轻链（L）,重链（heavy chain, H）： 由450550个氨基酸组成，5075 kDa；重链分为：、链； 据重链组成，将Ig分为五类：IgG, IgA, IgM, IgD, IgE 轻链（light chain，L）分型： 由210个氨基酸组成，25 kDa； 轻链分、型； 根据链个别氨基酸的差异，分为1-4亚型,重点内容,2、可变区、恒定区、铰链区,免疫球蛋白（IgG）的可变区、恒定区、铰链区,重点内容,（

5、1）可变区（variable region, V）,N端重链1/4，和轻链1/2 组成(VH/VL) 氨基酸的组成、序列变化大 各含3个高变区(HVR), 4个骨架区 (framework region),免疫球蛋白（IgG）的V功能区,重点内容,CDR1、CDR2、CDR3 氨基酸组成和顺序高度可变 共同组成抗原结合部位,互补决定区（CDR）/ 高变区(HVR),抗体的互补决定区与抗原表位结合的模型,重点内容,（1）可变区（variable region, V）,N端重链1/4，和轻链1/2 组成(VH/VL) 氨基酸的组成、序列变化大 各含3个高变区, 4个骨架区 功能： 特异性识别并结合

6、抗原,免疫球蛋白（IgG）的V功能区,重点内容,（2）恒定区（constant region, C）,C端重链3/4，和轻 链1/2 组成(CHCL) 氨基酸组成、序列稳定 某些抗体的C区具有补体 结合位点 具有多种重要生物学活性,免疫球蛋白（IgG）的C功能区,重点内容,（3） 铰链区,位于CH1与CH2之间 易伸展弯曲，利于Ig双臂同时结合不同表位 利于暴露补体结合位点 易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解,免疫球蛋白（ Ig G）的铰链区,重点内容,免疫球蛋白的柔韧性 Flexibility of immunoglobulins,免疫球蛋白（IgG）的柔韧性示意图,重点内容,同一类Ig根据铰链

7、区氨基酸组成和重链二硫键的数目和位置的差别分为不同的亚类。,IgG亚类分类示意图,3、Ig的结构域（domain）/功能区,每个结构域独立折叠，由两个-片层构成-桶状或-三明治结构。 每个结构域都执行一定的功能，又称为功能区。,免疫球蛋白三级结构,（二）Ig的其他成分：J链、分泌片,J链（joining chain）：富含半胱氨酸的多肽链，由浆细胞合成。将单体Ig连接为多聚体。 分泌片（Secretory piece, SP）： 由黏膜上皮细胞合成的糖肽链，是poly-Ig受体的膜外区，以非共价形式结合到IgA二聚体上，对分泌型IgA具有保护作用。,免疫球蛋白J链和分泌片结构,分泌型IgA的跨

8、细胞转运,分泌片,（三）蛋白酶水解片段,1. 木瓜蛋白酶水解片段（图）,Fab,Fc,Papain,木瓜蛋白酶水解片段,（三）蛋白酶水解片段,1.木瓜蛋白酶水解片段,2Fab(抗原结合片段, Fragment of Ag binding)： 由完整的轻链和重链的VH和CH1功能区组成 单价与抗原结合,Fc (Fragment crystallizable,可结晶片段) ： 由除CH1的所有CH功能区组成 与Fc受体结合的功能片段 无抗原结合活性,pepsin,F(ab)2,pFc,2. 胃蛋白酶水解片段,F(ab)2: 双价抗原结合片段 与抗原结合可发生凝集反应和沉淀反应,pFc： 多肽碎片

9、无生物学活性,主要内容,Ig的基本概念（重点） Ig的基本结构 (重点) Ig的生物学功能 （重点） Ig的异质性（难点） 人工制备抗体（难点）,Ig可变区特异识别并结合抗原示意图,（一）免疫球蛋白主要生物学作用,三、Ig的生物学功能,结构互补 多种非共价键作用力 需要合适的温度、pH、离子强度 结合可逆,重点内容,1、Ig V区的功能,中和作用 Neutralization,Ig的中和作用,重点内容,（1）激活补体,2、 Ig C区的功能,详见第四章补体系统,动画演示,调理作用（ Opsonization ） 抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用 （Ab dependent cell-mediat

10、ed cytotoxicity, ADCC） 介导I型超敏反应,（2）结合Fc受体 (细胞亲嗜性),重点内容,a. 调理作用 Opsonization,动画演示,b. 抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用 Ab dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC,抗体依赖性细胞介导的细胞毒过程,重点内容,c. 介导型超敏反应(IgE ),型超敏反应的发生过程,重点内容,Ig的生物学功能,V区的功能,C区的功能,中和作用,与抗原结合,激活补体,结合受体,调理作用,ADCC作用,超敏反应,重点内容,（二）各类Ig的特性与功能,1、IgG 血清中免疫球蛋白的主要成分，半衰

11、期最长。 作用：（1）具有活化补体的能力； （2）参与调理作用、ADCC作用； （3）是唯一能通过胎盘的抗体； （4）再次体液免疫应答产生的主要抗体， 抗感染的主要抗体（“主力军”)； （5）可以跟葡萄球菌蛋白A结合；,重点内容,2、IgA 分类：（1）血清型：以单体形式存在。 （2）分泌型：分泌型IgA，为二聚体，由J 链和分泌片连接，合成和主 要的作用部位在黏膜。 作用：（1）黏膜局部抗感染作用（“边防军”）； （2）通过初乳的抗体。,分泌型IgA结构示意图,重点内容,3、IgM,分类：（1）膜结合型：以单体形式存在，BCR的主 要成分，只表达在未成熟的B细胞表面。 （2）分泌型：以五聚体

12、形式存在。 作用：（1）在个体发育中最早合成(胎儿晚期已能 合成)； （2）在机体免疫应答中出现最早，机体抗 感染的“先头部队”； （3）较强的激活补体能力； （4）血清中天然存在的血型抗体。,重点内容,4、IgD 分类：（1）膜结合型：构成BCR，是B细胞分化成 熟的标志。 （2）分泌型：血清中含量很低，功能尚不 清楚。,B细胞发育过程中IgD的表达,重点内容,5、IgE类型：以单体形式存在，是正常人血清中含量最少 的Ig。特征：含糖量高达12%。作用：（1）可介导I型超敏反应亲细胞抗 体，与肥大细胞、嗜碱性粒细胞的 FcR结合，使其脱颗粒并释放生物活 性物质； （2）可能与机体抗寄生虫免疫

13、有关。,重点内容,主要内容,Ig的基本概念（重点） Ig的基本结构 (重点) Ig的生物学功能 （重点） Ig的异质性（难点） 人工制备抗体（难点）,四、Ig的异质性（heterogeneity）,指抗体在结构和功能上的差异的总和。 表现： 外源因素所致抗体异质性：抗体的多样性； 内源因素所致抗体异质性：免疫球蛋白的血清型,难点内容,（一）抗体多样性,抗原多样性引起抗体异质性示意图,难点内容,（二）免疫球蛋白的血清型,Ig本身也可以作为抗原，其表位可分为三类: 同种型（isotype） 同种异型（allotype） 独特型（idiotope）,免疫球蛋白的血清型示意图,难点内容,1. 同种型(

14、isotype)：种属特异性标志,同一物种内所有个体同一类Ig具有的共同表位，存在于C区。,小鼠 IgG1,朱丽叶 IgG1,罗蜜欧 IgG1,难点内容,2. 同种异型（allotype)：个体特异性标志,同一物种内不同个体间同一类Ig上具有不同表位，主要存在于Ig C区。,朱丽叶 IgG1,罗蜜欧 IgG1,难点内容,3. 独特型（idiotype)：每个Ig特有的标志,同一个体内每个Ig其分子的超变区各自具备独特的表位，存在于V区。独特型抗原决定簇可刺激机体产生抗独特型抗体（即抗抗体），参与免疫调节。,朱丽叶 抗A抗原的IgG1,朱丽叶 抗B抗原的 IgG1,难点内容,主要内容,Ig的基本

15、概念（重点） Ig的基本结构 (重点) Ig的生物学功能 （重点） Ig的异质性（难点） 人工制备抗体（难点）,五、抗体的人工制备,（一）多克隆抗体（polyclonal Ab，pAb） 用抗原免疫动物获得的免疫血清中，含有针对该抗原 多个抗原决定基的多种抗体。,（二）单克隆抗体（monoclonal Ab, mAb） 由单一B细胞克隆产生的只针对抗原中某一特定表位（抗原决定基）的高度均一性抗体。特点：性质纯、效价高、特异性强，基本无交叉反应。,难点内容,单克隆抗体与多克隆抗体制备的区别,难点内容,Georeges Kohler 1946-,Cesar Milstein,1984年诺贝尔生理和

16、医学奖获得者,单克隆抗体制备示意图,难点内容,（三）基因工程抗体(Genetic engineering antibody),概念： 根据研究者的意图，采用基因工程方法，在基因水 平，对免疫球蛋白基因进行切割、拼接或修饰后导入 受体细胞进行表达，产生新型抗体。主要包括 人源化 抗体如嵌合抗体、改形抗体等，单链抗体、双价抗体 和双特异性抗体。,(1) 嵌合抗体(chimeric antibody)：从杂交瘤细胞分离出功能性可变区基因，与人Ig恒定区基因连接，插入适当表达载体，转染宿主细胞，表达人-鼠嵌合抗体。 特点：减少了鼠源性抗体的免疫原性，同时保留了亲本抗体特异性结合抗原的能力。,1 、人源

17、化抗体,人-鼠嵌合抗体,知识拓展,（2）改形抗体(reshaped antibody)：将小鼠的CDR序列移植到人抗体可变区框架中，产生的抗体称为CDR移植抗体。,人-鼠改形抗体,知识拓展,（3）完全人源化抗体： 将小鼠 Ig 基因敲除，转染人 Ig 基因，在小鼠体内产生人 Ab，再经杂交瘤技术，产生大量完全人源化抗体。,知识拓展,用基因工程方法，将抗体一条重链和一条轻链可变区通过一个连接肽连接而成的重组蛋白。它是具有完全抗原结合位点的最小抗体片断。 特点：能保持与抗原结合的性能，分子量小，穿透性强，体内循环半衰期短，免疫原性低。 应用：单链抗体与重组毒素、细胞因子或药物等融合表达，用于肿瘤的

18、导向治疗; 肿瘤定位诊断等,2、 单链抗体(single chain antibody),知识拓展,是一类具有双功能的抗体杂交分于，两价抗体中的 Fab段具有不同特异性，能与不同的表位结合。,3、双特异性抗体 (bispecific antibody),双特性抗体杀伤肿瘤细胞示意图,知识拓展,Summary,Concept about immunoglobulin (Ig) Structure of Ig Function about Ig: Neutralization; Activation of complement; Opsonization; ADCC; Type I hypersensitivity,问题1：病毒感染是