第三章免疫球蛋白和抗体

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一、基本概念
1. 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。 免疫球蛋白是从化学结构上讲的 抗体都是Ig,而Ig不一定都是抗体
2. 抗体 (antibody, Ab)
——指B细胞在识别抗原后经过增殖、分化成浆细 胞所合成、分泌的,能与相应抗原发生特异性结合 的球蛋白。 这个概念主要是从生物学功能上讲
多克隆抗体----是由含多种抗原表位的抗原物质, 刺激、活化多个B细胞克隆所产生的针对多种抗原 表位的不同抗体的混合。
▽来源广泛,但不易大量制备。 ▽特异性不高,常出现交叉反应。
(二) 单克隆抗体(monoclonal antibody, mAb)
1. 概念
单克隆抗体——由一个B细胞克隆产生的识别单一 抗原表位的同源抗体。
分区
L链:VL、CL H链:VH、CH1、CH2、CH3、CH4 (IgM、IgE)
二级结构---β 片层
Ig是由几股多肽链折叠而成的两个反向平行的β 片层,两个 β 片层由一个链内二硫键垂直连接,形成“三明治”状的 “β 桶状结构”。这种折叠方式称为免疫球蛋白折叠,具有 这类独特折叠结构的分子不仅有Ig,其他许多膜型和分泌型 分子也含有该类结构,因此这类分子被统称为免疫球蛋白超 家族(immunoglobulin superfamily,IgSF)。
调理作用(opsonization)
含义:指IgG抗体(IgG1和IgG3)的Fc段与中性粒细胞、 巨噬细胞上的IgG Fc受体(FcR)结合,从而增强吞噬 细胞的吞噬功能的作用,称为Fc调理。
Fc调理----抗原 + IgG Fc + 吞噬细胞表面IgG Fc受 体-----促吞噬
ADCC作用
③ B细胞抗原识别受体(BCR)部分为 IgM(mIgM)。
人类天然ABO血型抗体为IgM 类风湿因子为IgM
④ 免疫学诊断(宫内和早期)
IgA
(1) 分子组成与分布
① 血清型IgA:为单体分子
② 分泌型IgA
(2) 分泌型IgA的免疫效应作用 ① 黏膜局部抗感染作用 ② 自然被动免疫作用,即婴儿从母乳中获得sIgA
V区:识别并特异性结合 抗原
▽中和作用(病毒、毒素) ▽阻断病原入侵 ▽B细胞表面的IgM和IgD等(称为 BCR)能特异性地识别抗原 ▽体外的抗原-抗体结合反应
2. C区的功能
(1)激活补体
(2)结合细胞Fc受体
▽介导调理作用
▽介导ADCC作用
C1qr2s2
▽介导I型超敏反应 (3)穿越胎盘(IgG) (4)穿过黏膜(sIgA)
抗体球蛋白主要分布在区,但抗体 ≠ 球蛋白
二、免疫球蛋白的结构(抗体的结构)
(一) 基本结构(单体分子)
1. 分子组成与构型 单体Ig由两对相同的多肽链 借链间二硫键相连而成,形似 英文大写“Y”
Ig=2×(重链+轻链)
2. 重链(heavy chain, H链)
由450-550个氨基酸残基组成,分 子量约50-75kD。 重链的免疫原性因其恒定区的氨基 酸组成和排列顺序不同而异。
ADCC----靶细胞 + IgG Fc + 效应细胞表面IgG Fc受体 -----促杀伤靶细胞
ADCC
antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity
抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用 Effector cell
Ab
FcR
Target cell
表达Fc受体的组织细胞(NK、M、中性粒细胞),通 过识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的的靶细胞。
抗体C区介导的的抗病毒效应
介导 ADCC
NK
靶细胞
调理吞噬作用
C1qr2s2
经典途径激活补体
四、五类免疫球蛋白的特性与作用
IgG
IgA IgE
IgM
IgD
IgG
(1) 一般特性
① 单体Ig分子(IgG1、IgG2、IgG3、IgG4 ) ② 血清中含量最多 ③ 半衰期最长
④ 是再次体液免疫应答产生的主要抗体
免疫球蛋白的基因结构及重排
• 一、免疫球蛋白胚系基因及其定位 人B细胞内有三组编码IG的基因连锁群, 即重链基因连锁群(H基因库),K链基 因连锁群(K基因库)和基因连锁群 二、人类Ig胚系基因结构及其重排和表达 1.Ig重链胚系基因结构及其重排 2.Ig轻链胚系基因结构及其重排
• 三免疫球蛋白的类别转换 • 免疫球蛋白类别转换是指一个B细胞克隆 在分化过程中V-D-J功能性基因片段保持 不变,而发生C基因重排的过程。通过类 别转换一个B细胞克隆可产生两种不同类 别的Ig,但其抗原结合特异性完全相同。
据其免疫原性不同分为、两个 型。 ▽1个Ig分子的两条轻链的型别是 相同的。 ▽同一类Ig分子中既有型、又有 型 。
(二) Ig肽链的分区
N端
1. 可变区(V区)
Variable region
2. 恒定区(C区)
Constant region
C端
可变区(V区)
N-末端 1/2L+1/4(1/5)H
⑤是唯一能通过胎盘的抗体
⑥激活补体
IgM
(1) 分子组成
①五聚体 ②分子量最大
③有CH4,无铰链区 (2) 合成时间:是最早合成的Ig ①个体发育中——最早产生 ②初次免疫应答中——最早产生 (3) IgM占血清免疫球蛋白总量5~10%,在体内维持 的时间较短,消失快
IgM
(4) 免疫效应作用
① 激活补体 ② 发挥早期抗感染作用
4. 单克隆体抗在医学中的应用
⊕诊断各类病原体
⊕肿瘤特异性抗原和肿瘤相关抗原的检测
⊕检测淋巴细胞的表面标志
⊕“生物导弹”
(三)基因工程抗体 (genetic engineer antibody)
在DNA水平对Ig基因进行切割、拼接或修饰, 导入受体细胞表达的抗体。
制备基因工程抗体----将部分或全部人源抗体的编码 基因,克隆到真核或原核表达系统中,体外表达人-鼠 嵌合或人源化抗体;或转基因至剔除自身抗体编码基 因的小鼠体内,通过抗原免疫,取能表达人抗体的B细 胞来制备杂交瘤细胞,即可获得人源单抗。
2. 制备单抗的总原理
将有抗原特异性、但寿命较短的浆细胞与无抗原特 异性但长寿,并且可无限分裂的骨髓瘤细胞融合, 形成能产生抗体的杂交瘤细胞,经过筛选便得到能 产生只识别一种抗原表位的抗体的杂交瘤细胞。
3. 单克隆抗体的特点 ⊕高度特异性 ⊕高度均一性 (类、亚类、型都相同) ⊕纯度高、高效价 ⊕高产量(可连续生产)
有CH4 、无铰链区 对肥大细胞、嗜碱性粒细胞有亲嗜性
(3) 意义
① 与I型变态反应有关 ② 参与抗寄生虫感染
五、人工制备抗体
⊕多克隆抗体(polyclonal antibody, PAb)
⊕单克隆抗体(monoclonal antibody, mAb)
(一)多克隆抗体(polyclonal antibody, pAb)
Hinge region
⊕有利于Ab 与Ag的结合; ⊕对蛋白酶敏感。 ⊕IgM和IgE无铰链区。
IgG分子由两条H链 和两条L链共价结合 而成。 轻链包括VL 和CL 两 个结构域,重链含 有1个VH和3个CH 结 构域。 VH 和VL 共同组成抗 原 结 合 部 位 。 Ig 分 子中线对称,具有 两个相同的抗原结 合部位。
(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC) 中文:抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用。 含义:指具有杀伤活性的细胞(如NK细胞、单核巨噬 细胞及中性粒细胞等)通过其表面表达的Fc受体(FcR) 结合包被于靶细胞(如细菌或肿瘤细胞)上的抗体的 IgG的Fc段,直接杀伤靶细胞。
C端
4. 结构域
指Ig的 H、 L链中 大约 由110个氨基酸 构成的 多肽段,因具有某种生 物学功能,以前又称为 功能区。 是一种由链内二硫键连 接的球形结构(domain)。 是Ig发挥各种功能的基 本单位。
3. 铰链区
⊕位于重链的CH1与CH2 之间,包括H链间的二硫 键; ⊕富含脯氨酸, 极富弹性;
(2) Fc
crystallizable fragment
① 中文: 可结晶片段。 ② 组成: 二条H链C端1/2 (CH2+CH3,包括铰链区)。 ③ 功能: Fc段无抗原结合活性,是Ig与效应分子(如 补体)或细胞(如巨噬细胞、肥大细胞等)相互作用的 部位。
2. IgG胃蛋白酶水解片段
胃蛋白酶
H链:, ,
,
,
.
(Ig) IgA, IgG, IgM, IgD, IgE
Ig的类
Ig亚类
就同一类Ig,据其重链铰链区的 氨基酸组成和重链二硫键的数目 和位置的差异,又可分为不同的 亚类。
IgG可分为IgG1-IgG4; IgA可分为IgA1和IgA2。
3. 轻链 (L链)
每肽链大约由214个氨基酸残基组 成,分子量约25kD。
(IgE)CH2+CH3
结合FcR ——I 型超敏反应 (肥大细胞,嗜碱性粒细胞)
(三) 免疫球蛋白的其它成分
1. J链 (joining chain)
由浆细胞合成的一富含半胱氨酸的多肽链; 功能: 将单体Ig分子连接成为多聚体:SIgA二聚体和 IgM五聚体。
2.分泌片 (secretory piece, SP)
骨架区——维持高变区的空间 构型
HVR1(CDR1)、HVR2(CDR2) 和HVR3(CDR3)表示,一般 CDR3变化程度最高。
恒定区(C区)
该肽段的氨基酸种类和排列顺序在同一种 属动物的同一类Ig中都比较恒定
C-末端 1/2L+3/4(4/5)H
N端
恒定区(C区)
constant region
Βιβλιοθήκη Baidu
IgG
F(ab’)2 十 pFc’
F(ab’)2
由两个Fab片段加铰 链区组成,抗原结合 价=2。
由于F(ab’)2片段保留了结合相应抗原的生物学活性,又避 免了Fc段免疫原性可能引起的副作用,因而被广泛用作生 物制品。
三、免疫球蛋白(抗体)的功能
1. V区的功能
2. C区的功能
1. V区的功能
IgD
血清IgD的确切功能尚未清楚 膜结合型IgD (mIgD) 是BCR的重 要组成成分。 mIgD是B细胞分化成熟的标志 成熟的B细胞表面抗原受体为mIgM+ mIgD 未成熟的B细胞表面仅表达mIgM
活化B细胞或记忆B细胞表面的mIgD逐渐消失
IgE
(1) 合成与分布
(2) 特性
单体、含量最少的Ig
Ig功能区的生物学功能
VH+VL CH+CL
一个抗原结合位点 ——结合抗原 种属型标志 ——Ig的免疫原性 ——结合补体 ——介导IgG通过胎盘 ——调理作用 ADCC
(IgG)CH2 (IgM)CH3 C1q的结合位点 结合胎盘FcRn (IgG)CH2 (IgG)CH3 结合FcR
(MC,M,B,NK)
高变区(hypervariable regions, HVR)
因其氨基 酸的种类 和排列顺 序随抗体 特异性的 不同而千 变万化
VH和VL各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变, 称为高变区,或互补决定区(complementarity determining region, CDR),两条肽链的6个高变区共同构成一个与相应 抗原表位特异性结合部位,即形成一个与相应抗原表位互 补的表面,决定了抗体的特异性。
免疫球蛋白超家族
• 免疫球蛋白超家族是指一类结构和氨基 酸组成与免疫球蛋白可变区和恒定区结 构域相类似的同源蛋白分子。IgSF主要 以膜蛋白形式存在于细胞表面,介导免 疫细胞间的粘附、相互作用和信号转导。
▽介导IgA的转运。
▽具有保护SIgA的作用。
是SIgA分 子上的一 个辅助成 分。
(四) Ig的水解片段
1. IgG的木瓜蛋白酶水解片段
木瓜蛋白酶

IgG
2Fab
Fc
(1) Fab
fragment of antigen binding
① 中文:抗原结合片段 ② 组成:一条完整的L链和一条H链N端1/2 L + (VH+CH1) ③ 功能:结合抗原 即具有抗体活性,抗原结合价=1
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