第四章免疫球蛋白
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第四章 免疫球蛋白
(Immunoglobulin,Ig)
内
容
一、抗体与免疫球蛋白 二、免疫球蛋白的分子结构 三、各类免疫球蛋白的特点与功能 四、抗体的生物学活性 五、免疫球蛋白的血清型
抗体——生物体最奇妙的分子
●无限的多样性（diversity)
●功能与结构的双重性
可变区——抗原特异性结合
(三)IgA
分为血清型和分泌型两种。 血清型IgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生，为 单体。有抗菌、抗病毒、抗毒素的作用。 分泌型IgA（sIgA）是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道 等处的固有层中浆细胞产生，为双体、三体或多体。
四肽链对称结构 ，链间二硫键连接 两条相同的重链（heavy chain,H）和两条相同的轻 链（light chain,L） 氨基端和羧基端。
1.重链与轻链
1.重链（heavy chain，H链）
400～500个氨基酸残基，分子量约50～70kD。 根据Ig重链抗原性的差异，Ig可分为五类 即 IgG、IgM、IgA、IgD、IgE， 相应H链为γ、 μ、 α、 δ及 ε链。
Arne Wilhelm Kaurin Tiselius 1948 The Nobel Prize in Chemistry
Elvin A. Kabat 1914–2000
与抗体有关的诺贝尔奖获得者
1901 1908 von Bering Ehrlich & Metchnikoff 血清治疗 抗体生成、吞噬
2、结合Fc受体
Ig的Fc段经与不同细胞表面的Fc受体(FcR)结合，可 表现出不同功能 （1） 调理作用（opsonization） 是指抗体、补体等调 理素（opsonin）促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用。 抗体的调理作用是指IgG或IgA抗体的Fc段与中性粒细胞、 巨噬细胞、嗜酸性粒细胞等的相应 Fc受体结合，从而增 强吞噬细胞的吞噬作用
抗感染的主要抗体
（二）IgM
为五聚体，是分子量最大 的Ig，称巨球蛋白。 IgM激活补体、结合抗原、 免疫调理作用比IgG强
IgM的特点
IgM是个体发育中最早产生的抗体，胚胎晚期已能合成，新 生儿脐带血中若IgM水平升高，提示胎儿曾有宫内感染 IgM是抗原刺激后出现最早的抗体，半衰期短（5-6d），故 检测IgM水平可用于传染病的早期诊断。 主要存在于血流内，不易透过血管。有强大的杀菌、激活补 体、免疫调理作用(比IgG强500~1000倍)。故对早期防止菌 血症、败血症有重要作用。 也可参与II、III型超敏反应
Fc具有免疫原性和抗原性。因它容易形成结晶，故称为可结晶片段
（Fc）。
胃蛋白酶(pepsin)裂解IgG：铰链区二硫 键近C端
得到一个具有双价活性的F（ab’）2段和若干个 小分子多肽碎片（pFc’）
F（abˊ）2：
具有双价抗体活性的片段，能与抗原决定基发生
特异性结合。
pFc′ ：
BCR，比sIg多一个跨膜区和一个胞浆区。
关于抗体，下列哪项是错误的
A.抗体是指具有免疫功能的球蛋白
B.抗体主要存在于血液、体液、粘膜表面及其分
泌液中 C.抗体是能和相应抗原特异性结合的球蛋白 D.抗体都是免疫球蛋白 E.抗体都是体内产生的
二、免疫球蛋白的分子结构
（一）免疫球蛋白的基本结构
Fab能够与抗原结合，称为抗原结合片段（Fab），由一条完 整的L链和H链的VH和CH1结构域组成。 一个Fab片段为单价，可与抗原结合但不发生凝结反应或 沉淀反应。
Fc相当于IgG的CH2和CH3（CH4)结构域。
不能与抗原结合，但保留H链免疫原性和相应功能区其他
生物学活性，如活化补体及与细胞Fc受体结合能力。
骨架区（framework
region，FR）
Ig分子V区高变区之外的部位，其氨基酸组
成及排列相对保守。 作用：主要是稳定CDR的空间构型，以利 IgCDR与抗原表位精细的特异性结合。
恒定区（C区）
重链和轻链的C区分别称为CH和CL，为近C端的1/2 L链
及3/4（或4/5）H链。 不同类Ig的重链CH长度不一，同一种属动物中，同一类 别Ig分子C区氨基酸的组成和排列顺序比较恒定。
A．CH区 B．VL区 C．VH区 D．CL和CH区 E．VH和VL区
2.关于Ig的骨架区，不对的是：（ ） A．骨架区不与抗原直接结合 B．骨架区对维持CDR区空间结构起重要作用 C．骨架区位于恒定区 D．骨架区位于可变区 E．骨架区结构较稳定
（二）免疫球蛋白的水解片段
木瓜蛋白酶(papain)水解IgG：铰链区二硫键近N端 得到两个相同的Fab（fragment of antigen binding,Fab)段 和一个Fc(fragment crystallizable)段。
故又称互补性决定区（complementarity determing region，CDR） 不同的抗体其CDR序列不相同，并因此决定抗体的特异 性。
高变区（ HVR）
轻链： 24-34、50-56、89-97 重链： 31-35、50-65、95102
框架区（FR）
抗体的互补决定区与抗原表位结合示意图
免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）
指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白 抗体和免疫球蛋白的关系: 抗体都是免疫球蛋白，并非所有免疫球蛋白都具有抗体 活性。 Ab是生物学功能上概念，Ig是化学结构上概念 分泌型Ig(sIg)和膜型Ig(mIg) 前者Secreted Ig主要存在于体液中，具有抗体的各种 功能；后者membrane Ig是B细胞膜上的抗原受体（BCR)。
3. 铰链区
位于CH1～CH2之间。富 含脯氨酸，对蛋白酶敏 感，易伸展弯曲。 作用：
1.弯曲利于V区与不同距
离的抗原表位结合。 2.使Ig分子发生“T” “Y”的构型改变，暴露补 体结合位点。
“T”
“Y”
J链 （连接链）
酸，由浆细胞合成。 功能：连接Ig单体形成多聚体。 如IgM---五聚体 sIgA---二聚体 IgG、IgD和IgE常为单体，无J链。
三、五类免疫球蛋白的特性与功能 （一）IgG
IgG多为单体，是唯一能通过胎盘的抗体 据重链（链）免疫原性，IgG分4个亚型
IgG的特点
IgG1、IgG2和IgG3能通过经典途径激活补体 血清含量最高(75%～85）。 半衰期较长（16～24d） 主要的抗感染抗体(具有抗菌、抗病毒、中和毒素 和免疫调理作用) 参与II、III型超敏反应
J链是一条多肽链，富含半胱氨
J链和分泌片
J链和分泌片
分泌片
是IgA上的一个辅助成分， 由黏膜上皮细胞合成和分泌，
以非共价形式结合到二聚体上。
功
能： a. 帮助IgA穿越黏膜， 并一起被分泌到黏膜表 面。 b.保护sIgA抵抗蛋白酶 的水解作用
1．免疫球蛋白分子中与抗原决定簇发生特异性结合的部位 是：（ ）
（2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用
dependent cell-mediated cytotoxicity， ADCC)
(antibody-
是指表达FcR的NK细胞（介导ADCC的主要细胞）、巨噬 细胞和中性粒细胞通过识别IgG的Fc段直接杀伤被 IgG包被的靶细胞。 抗体与靶细胞上的抗原结合是特异性的，而表达 FcR的细胞其杀伤作用是非特异性的。
二、Ig C区的功能
1、激活补体
IgM 、IgG(IgG1、IgG2和IgG3)与相应抗原结 合后，可因构型改变而使其CH2/CH3功能区内的补体 结合点暴露，从而通过经典途径激活补体。激活能力： IgM>> IgG3 >IgG1 > IgG2 聚合的IgA1和IgG4可通过旁路途径激活补体系 统。
2.
轻链
轻链为重链的1/2，约由214个氨基酸组成。
根据轻链的不同，分为κ、λ两型。
正常人血清Ig的κ:λ=2 :1
2.可变区与恒定区
根据肽链氨基酸排列顺序的不同分为：
可变区（ veriable region,V区）： 氨基酸组成、排列顺序变化较大 恒定区（ constant region，C区）： 氨基酸数量、种类、排列顺序及含糖量都比较稳定
小分子肽，不再具有任何生物学活性
免疫球蛋白水解片段
与抗原结合部位
与效应分子或细胞 相互作用部位
因去掉Fc段， 减少超敏反应、 双价、生物制 品
意义：阐明Ig分子生物学作用 构建基因工程抗体。
（三）免疫球蛋白的功能区
Ig的H链、L链每隔110个氨基酸即由链内二硫键 连接形成一个能行使特定功能的球性单位，称 为Ig的结构域或功能区（domain）。
（3）介导Ⅰ型超敏反应
IgE的Fc段可与肥大细胞和嗜碱性粒 细胞表面的高亲和力IgE Fc受体结合， 促使这些细胞合成和释放组胺等生物 活性物质，引起Ⅰ型超敏反应 。
3、穿过胎盘和粘膜
灵长目动物、人类以及家兔的IgG是唯一可通 过胎盘从母体转移给胎儿的抗体。 与IgG Fc片段结构有关，切除Fc段后所剩余 的Fab并不能通过胎盘。 IgG通过胎盘的作用是一种重要的天然被动免 疫，对新生儿抗感染有重要作用。
（一）调理作用 （二）ADCC （三）介导Ⅰ型超敏反应
四、穿过胎盘和粘膜
一、识别并特异性结合抗原 (V区）
（一）体内 生理效应 •抗感染 中和外毒素、阻断病毒、细菌粘附、 清除病原微生物。 •IgG(2价)、SIgA ( 4价) 、IgM(5价) •启动体液免疫应答 B细胞膜表面的IgM和IgD 能识别抗原而提供B细胞活化信号。 病理损伤 超敏反应，自身免疫病 （二）体外 可产生凝集、沉淀现象用于检测等 抗原抗体反应（血清学反应）
可变区（variable region，V区）
近N端的1/2 L链和1/4（或1/5）H链，氨基酸 的组成及序列变化较大，而得名。 ⑴ 高变区（hypervariable region，HVR）
V区内变化最为剧烈的特定部位。L链3个，H链3个。 因其在空间结构上可与抗原决定簇形成精密的互补，
1972
1977 1984 1987
Edelman & Poter
Yalow Koler,Milstein & Jerne Tonegawa
抗体分子结构
放射免疫测定 单克隆抗体 Ig基因结构
一、基本概念：
抗体（antibody,Ab)
B细胞在抗原刺激下增殖分化为浆细胞，产生能
与抗原发生特异性结合的免疫球蛋白，称为抗 体。 主要存在于血清等体液中，通过与抗原特异性 地结合介导体液免疫。
各功能区的作用
VH和VL:识别和结合抗原 CH1和CL:同种异型(allotype) 的遗传标志 CH2:补体结合位点，参与 补体活化； CH3/CH4:与多种细胞表面 的FcR结合，介导调理吞噬、
细胞毒作用以及超敏反应
三 、免疫球蛋白的功能
一、识别并特异性结合抗原 二、激活补体 三、结合细胞表面的Fc受体
E.A. Von Behring (Germany)
1890年Von Behring和Kitasato用白喉 抗毒素治疗白喉病人，之后，又研制成功 将白喉及破伤风外毒素减毒成类毒素，进 行预防接种
1901 The Nobel Prize in Physiology or Medicine
20世纪30年代 Tiselius和Kabat用电泳鉴定血清蛋白，发 现抗体活性主要存在于-球蛋白。
恒定区——生物学效应功能
●分泌型和膜型表达
19世纪80年代后期 抗体的发现：白喉杆菌经其外分泌的 白喉外毒素致病，免疫动物血清中发现“中和毒素物质”-抗 毒素
"for his work on serum therapy, especially its application against diphtheria, by which he has opened a new road in the domain of medical science and thereby placed in the hands of the physician a victorious weapon against illness and deaths"
(Immunoglobulin,Ig)
内
容
一、抗体与免疫球蛋白 二、免疫球蛋白的分子结构 三、各类免疫球蛋白的特点与功能 四、抗体的生物学活性 五、免疫球蛋白的血清型
抗体——生物体最奇妙的分子
●无限的多样性（diversity)
●功能与结构的双重性
可变区——抗原特异性结合
(三)IgA
分为血清型和分泌型两种。 血清型IgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生，为 单体。有抗菌、抗病毒、抗毒素的作用。 分泌型IgA（sIgA）是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道 等处的固有层中浆细胞产生，为双体、三体或多体。
四肽链对称结构 ，链间二硫键连接 两条相同的重链（heavy chain,H）和两条相同的轻 链（light chain,L） 氨基端和羧基端。
1.重链与轻链
1.重链（heavy chain，H链）
400～500个氨基酸残基，分子量约50～70kD。 根据Ig重链抗原性的差异，Ig可分为五类 即 IgG、IgM、IgA、IgD、IgE， 相应H链为γ、 μ、 α、 δ及 ε链。
Arne Wilhelm Kaurin Tiselius 1948 The Nobel Prize in Chemistry
Elvin A. Kabat 1914–2000
与抗体有关的诺贝尔奖获得者
1901 1908 von Bering Ehrlich & Metchnikoff 血清治疗 抗体生成、吞噬
2、结合Fc受体
Ig的Fc段经与不同细胞表面的Fc受体(FcR)结合，可 表现出不同功能 （1） 调理作用（opsonization） 是指抗体、补体等调 理素（opsonin）促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用。 抗体的调理作用是指IgG或IgA抗体的Fc段与中性粒细胞、 巨噬细胞、嗜酸性粒细胞等的相应 Fc受体结合，从而增 强吞噬细胞的吞噬作用
抗感染的主要抗体
（二）IgM
为五聚体，是分子量最大 的Ig，称巨球蛋白。 IgM激活补体、结合抗原、 免疫调理作用比IgG强
IgM的特点
IgM是个体发育中最早产生的抗体，胚胎晚期已能合成，新 生儿脐带血中若IgM水平升高，提示胎儿曾有宫内感染 IgM是抗原刺激后出现最早的抗体，半衰期短（5-6d），故 检测IgM水平可用于传染病的早期诊断。 主要存在于血流内，不易透过血管。有强大的杀菌、激活补 体、免疫调理作用(比IgG强500~1000倍)。故对早期防止菌 血症、败血症有重要作用。 也可参与II、III型超敏反应
Fc具有免疫原性和抗原性。因它容易形成结晶，故称为可结晶片段
（Fc）。
胃蛋白酶(pepsin)裂解IgG：铰链区二硫 键近C端
得到一个具有双价活性的F（ab’）2段和若干个 小分子多肽碎片（pFc’）
F（abˊ）2：
具有双价抗体活性的片段，能与抗原决定基发生
特异性结合。
pFc′ ：
BCR，比sIg多一个跨膜区和一个胞浆区。
关于抗体，下列哪项是错误的
A.抗体是指具有免疫功能的球蛋白
B.抗体主要存在于血液、体液、粘膜表面及其分
泌液中 C.抗体是能和相应抗原特异性结合的球蛋白 D.抗体都是免疫球蛋白 E.抗体都是体内产生的
二、免疫球蛋白的分子结构
（一）免疫球蛋白的基本结构
Fab能够与抗原结合，称为抗原结合片段（Fab），由一条完 整的L链和H链的VH和CH1结构域组成。 一个Fab片段为单价，可与抗原结合但不发生凝结反应或 沉淀反应。
Fc相当于IgG的CH2和CH3（CH4)结构域。
不能与抗原结合，但保留H链免疫原性和相应功能区其他
生物学活性，如活化补体及与细胞Fc受体结合能力。
骨架区（framework
region，FR）
Ig分子V区高变区之外的部位，其氨基酸组
成及排列相对保守。 作用：主要是稳定CDR的空间构型，以利 IgCDR与抗原表位精细的特异性结合。
恒定区（C区）
重链和轻链的C区分别称为CH和CL，为近C端的1/2 L链
及3/4（或4/5）H链。 不同类Ig的重链CH长度不一，同一种属动物中，同一类 别Ig分子C区氨基酸的组成和排列顺序比较恒定。
A．CH区 B．VL区 C．VH区 D．CL和CH区 E．VH和VL区
2.关于Ig的骨架区，不对的是：（ ） A．骨架区不与抗原直接结合 B．骨架区对维持CDR区空间结构起重要作用 C．骨架区位于恒定区 D．骨架区位于可变区 E．骨架区结构较稳定
（二）免疫球蛋白的水解片段
木瓜蛋白酶(papain)水解IgG：铰链区二硫键近N端 得到两个相同的Fab（fragment of antigen binding,Fab)段 和一个Fc(fragment crystallizable)段。
故又称互补性决定区（complementarity determing region，CDR） 不同的抗体其CDR序列不相同，并因此决定抗体的特异 性。
高变区（ HVR）
轻链： 24-34、50-56、89-97 重链： 31-35、50-65、95102
框架区（FR）
抗体的互补决定区与抗原表位结合示意图
免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）
指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白 抗体和免疫球蛋白的关系: 抗体都是免疫球蛋白，并非所有免疫球蛋白都具有抗体 活性。 Ab是生物学功能上概念，Ig是化学结构上概念 分泌型Ig(sIg)和膜型Ig(mIg) 前者Secreted Ig主要存在于体液中，具有抗体的各种 功能；后者membrane Ig是B细胞膜上的抗原受体（BCR)。
3. 铰链区
位于CH1～CH2之间。富 含脯氨酸，对蛋白酶敏 感，易伸展弯曲。 作用：
1.弯曲利于V区与不同距
离的抗原表位结合。 2.使Ig分子发生“T” “Y”的构型改变，暴露补 体结合位点。
“T”
“Y”
J链 （连接链）
酸，由浆细胞合成。 功能：连接Ig单体形成多聚体。 如IgM---五聚体 sIgA---二聚体 IgG、IgD和IgE常为单体，无J链。
三、五类免疫球蛋白的特性与功能 （一）IgG
IgG多为单体，是唯一能通过胎盘的抗体 据重链（链）免疫原性，IgG分4个亚型
IgG的特点
IgG1、IgG2和IgG3能通过经典途径激活补体 血清含量最高(75%～85）。 半衰期较长（16～24d） 主要的抗感染抗体(具有抗菌、抗病毒、中和毒素 和免疫调理作用) 参与II、III型超敏反应
J链是一条多肽链，富含半胱氨
J链和分泌片
J链和分泌片
分泌片
是IgA上的一个辅助成分， 由黏膜上皮细胞合成和分泌，
以非共价形式结合到二聚体上。
功
能： a. 帮助IgA穿越黏膜， 并一起被分泌到黏膜表 面。 b.保护sIgA抵抗蛋白酶 的水解作用
1．免疫球蛋白分子中与抗原决定簇发生特异性结合的部位 是：（ ）
（2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用
dependent cell-mediated cytotoxicity， ADCC)
(antibody-
是指表达FcR的NK细胞（介导ADCC的主要细胞）、巨噬 细胞和中性粒细胞通过识别IgG的Fc段直接杀伤被 IgG包被的靶细胞。 抗体与靶细胞上的抗原结合是特异性的，而表达 FcR的细胞其杀伤作用是非特异性的。
二、Ig C区的功能
1、激活补体
IgM 、IgG(IgG1、IgG2和IgG3)与相应抗原结 合后，可因构型改变而使其CH2/CH3功能区内的补体 结合点暴露，从而通过经典途径激活补体。激活能力： IgM>> IgG3 >IgG1 > IgG2 聚合的IgA1和IgG4可通过旁路途径激活补体系 统。
2.
轻链
轻链为重链的1/2，约由214个氨基酸组成。
根据轻链的不同，分为κ、λ两型。
正常人血清Ig的κ:λ=2 :1
2.可变区与恒定区
根据肽链氨基酸排列顺序的不同分为：
可变区（ veriable region,V区）： 氨基酸组成、排列顺序变化较大 恒定区（ constant region，C区）： 氨基酸数量、种类、排列顺序及含糖量都比较稳定
小分子肽，不再具有任何生物学活性
免疫球蛋白水解片段
与抗原结合部位
与效应分子或细胞 相互作用部位
因去掉Fc段， 减少超敏反应、 双价、生物制 品
意义：阐明Ig分子生物学作用 构建基因工程抗体。
（三）免疫球蛋白的功能区
Ig的H链、L链每隔110个氨基酸即由链内二硫键 连接形成一个能行使特定功能的球性单位，称 为Ig的结构域或功能区（domain）。
（3）介导Ⅰ型超敏反应
IgE的Fc段可与肥大细胞和嗜碱性粒 细胞表面的高亲和力IgE Fc受体结合， 促使这些细胞合成和释放组胺等生物 活性物质，引起Ⅰ型超敏反应 。
3、穿过胎盘和粘膜
灵长目动物、人类以及家兔的IgG是唯一可通 过胎盘从母体转移给胎儿的抗体。 与IgG Fc片段结构有关，切除Fc段后所剩余 的Fab并不能通过胎盘。 IgG通过胎盘的作用是一种重要的天然被动免 疫，对新生儿抗感染有重要作用。
（一）调理作用 （二）ADCC （三）介导Ⅰ型超敏反应
四、穿过胎盘和粘膜
一、识别并特异性结合抗原 (V区）
（一）体内 生理效应 •抗感染 中和外毒素、阻断病毒、细菌粘附、 清除病原微生物。 •IgG(2价)、SIgA ( 4价) 、IgM(5价) •启动体液免疫应答 B细胞膜表面的IgM和IgD 能识别抗原而提供B细胞活化信号。 病理损伤 超敏反应，自身免疫病 （二）体外 可产生凝集、沉淀现象用于检测等 抗原抗体反应（血清学反应）
可变区（variable region，V区）
近N端的1/2 L链和1/4（或1/5）H链，氨基酸 的组成及序列变化较大，而得名。 ⑴ 高变区（hypervariable region，HVR）
V区内变化最为剧烈的特定部位。L链3个，H链3个。 因其在空间结构上可与抗原决定簇形成精密的互补，
1972
1977 1984 1987
Edelman & Poter
Yalow Koler,Milstein & Jerne Tonegawa
抗体分子结构
放射免疫测定 单克隆抗体 Ig基因结构
一、基本概念：
抗体（antibody,Ab)
B细胞在抗原刺激下增殖分化为浆细胞，产生能
与抗原发生特异性结合的免疫球蛋白，称为抗 体。 主要存在于血清等体液中，通过与抗原特异性 地结合介导体液免疫。
各功能区的作用
VH和VL:识别和结合抗原 CH1和CL:同种异型(allotype) 的遗传标志 CH2:补体结合位点，参与 补体活化； CH3/CH4:与多种细胞表面 的FcR结合，介导调理吞噬、
细胞毒作用以及超敏反应
三 、免疫球蛋白的功能
一、识别并特异性结合抗原 二、激活补体 三、结合细胞表面的Fc受体
E.A. Von Behring (Germany)
1890年Von Behring和Kitasato用白喉 抗毒素治疗白喉病人，之后，又研制成功 将白喉及破伤风外毒素减毒成类毒素，进 行预防接种
1901 The Nobel Prize in Physiology or Medicine
20世纪30年代 Tiselius和Kabat用电泳鉴定血清蛋白，发 现抗体活性主要存在于-球蛋白。
恒定区——生物学效应功能
●分泌型和膜型表达
19世纪80年代后期 抗体的发现：白喉杆菌经其外分泌的 白喉外毒素致病，免疫动物血清中发现“中和毒素物质”-抗 毒素
"for his work on serum therapy, especially its application against diphtheria, by which he has opened a new road in the domain of medical science and thereby placed in the hands of the physician a victorious weapon against illness and deaths"