11 抗体及基因重排
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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
重点、难点
• • • • • 1、重点：Ab，Ig的概念，Ig的基本结 构，水解片段，五类Ig特性。 2、熟悉： Ig功能区及功能。 3、了解：基因重排。 4、难点：基因重排。
• 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。 • 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 4～6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。
2.分泌片
• 分泌片（secretory piece，SP）又称分泌成 分（secretory componnent，SC），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。
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 IGH IGK IGL V总/功能 95/51 90/50 60/31 D总/功能 23/23 0 0 J总/功能 9/6 5/5 4/4 11/9 D40L）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Igμ。
• 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 胞的重要表面标志. • B细胞若仅表达SmIgM，在接受抗原刺 激后易形成耐受性，若同时表达SmIgM 和SmIgD，则受抗原刺激后可被激活。 故SmIgD可作为B细胞分化发育成熟的 标志，活化的B细胞或记忆B细胞的 SmIgD逐渐消失。
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。
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 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。
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 与不同特异性抗原表位结合的抗体。
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%） 、半衰期最长（约23天）的Ig； • 机体在出生后3个月就开始产生IgG，3～5 岁达到成人水平。
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。
• 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Fcγ R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；
• 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450~550 个氨基酸残基组成， 分子量约为50~75kD。
重链 根据重链免疫原性的不同，可将重链分为 μ、γ、α、δ和ε五类（class）， 与轻链结合为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。 某些又可亚类。γ分为四个亚类（γ1-4） ，α分为2个亚类（α1-21-2）。
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κ、λ两型。
同一个体内可存在分别带有为κ和λ链 的Ig分子，同一天然Ig分子中不可能同时 有κ和λ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 （γ、α、δ）或 1/5（μ、ε）.
四、IgE
• IgE是血清中含量最少的Ig，仅0.3μ g/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（Fcε RI）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（Fcε RII，CD23），可介导依 赖于IgE的抗寄生虫细胞毒效应。
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。
二、基因重排
VDJ两端为重排信号序列（7核苷酸序列） 12—23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 IGH 51 23 6 IGK 50 0 5 IGL 31 0 4 J功能 C功能 V×D×J 9＝9180 1＝250 7＝124
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。
• 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.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）。
• 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 。
• 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。
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。
（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
重点、难点
• • • • • 1、重点：Ab，Ig的概念，Ig的基本结 构，水解片段，五类Ig特性。 2、熟悉： Ig功能区及功能。 3、了解：基因重排。 4、难点：基因重排。
• 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。 • 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 4～6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。
2.分泌片
• 分泌片（secretory piece，SP）又称分泌成 分（secretory componnent，SC），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。
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 IGH IGK IGL V总/功能 95/51 90/50 60/31 D总/功能 23/23 0 0 J总/功能 9/6 5/5 4/4 11/9 D40L）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Igμ。
• 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 胞的重要表面标志. • B细胞若仅表达SmIgM，在接受抗原刺 激后易形成耐受性，若同时表达SmIgM 和SmIgD，则受抗原刺激后可被激活。 故SmIgD可作为B细胞分化发育成熟的 标志，活化的B细胞或记忆B细胞的 SmIgD逐渐消失。
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。
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 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。
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 与不同特异性抗原表位结合的抗体。
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%） 、半衰期最长（约23天）的Ig； • 机体在出生后3个月就开始产生IgG，3～5 岁达到成人水平。
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。
• 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Fcγ R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；
• 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450~550 个氨基酸残基组成， 分子量约为50~75kD。
重链 根据重链免疫原性的不同，可将重链分为 μ、γ、α、δ和ε五类（class）， 与轻链结合为IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。 某些又可亚类。γ分为四个亚类（γ1-4） ，α分为2个亚类（α1-21-2）。
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κ、λ两型。
同一个体内可存在分别带有为κ和λ链 的Ig分子，同一天然Ig分子中不可能同时 有κ和λ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 （γ、α、δ）或 1/5（μ、ε）.
四、IgE
• IgE是血清中含量最少的Ig，仅0.3μ g/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（Fcε RI）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（Fcε RII，CD23），可介导依 赖于IgE的抗寄生虫细胞毒效应。
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。
二、基因重排
VDJ两端为重排信号序列（7核苷酸序列） 12—23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 IGH 51 23 6 IGK 50 0 5 IGL 31 0 4 J功能 C功能 V×D×J 9＝9180 1＝250 7＝124
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。
• 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.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）。
• 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 。
• 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。
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。