抗体,抗体的多样性及其产生机制 gaobo

ADCC
Target cell
表达Fc受体的组织细胞(NK、Mf、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。
免疫球蛋白的功能 介导 ADCC
抗体的抗病毒效应
NK
靶细胞
调理吞噬作用
C1qr2s2 经典途径激活补体
各类免疫球蛋白的特点和功能
•IgG
•IgM
•IgA
•IgE
•IgD
NH3+
VH CH1 CL
Hinge region
VL
Fab
CH2 CH3 CH4
COO–
Fc
三个功能区(Domain)
可变区(Variable region, VH/VL, Fv)： 结合抗原 VH和VL： 高变区 HVR － 抗原结合部位 －互补决定区CDR 骨架区 FR1－4
(1971, Kabat)
+ +
+++ +++
+++ –
结合Fc受体
+++
–
+++
+
a) 血清中含量第三
特性
IgM
b) 出现最早的Ig
c) 分布局限，主要在血管内 d) 通过经典途径激活补体 e)分子量最大 f)凝集细菌 e) 结合细胞 –
巨噬细胞,单核细胞-调理 NK细胞,巨噬细胞-介导ADCC J 链
功能：
•抗感染的先锋抗体
IgG
特性：
• • • • • • • • 出生后3个月开始合成，3～5岁接近成人 含量最多 占血清总Ig的 75% 产生比较晚，是再次应答的主要抗体 半衰期最长(t ½ =23天) 分布最广，血管外的主要抗体 唯一能通过胎盘的Ig 激活补体 – IgG1～3（经典），IgG4（替代） 结合细胞 –巨噬细胞，单核细胞——调理作用 NK细胞，巨噬细胞——介导ADCC 结合SPA—协同凝集实验
抗体
功能
免疫球蛋白
结构
概念
概念
B细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白 与相应抗原特异性结合 主要存在于血清中 又称免疫球蛋白 (Immunoglobulin)
分泌型 sIg、膜型 mIg
免疫球蛋白的结构
一、基本结构
VH
CH1 VL CL
Hinge region NH3+
Fab
1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2 重链：五类(isotype: a、g、m、d、e) 轻链：两型(k、l)
基本概念
B细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白。 主要存在于血清中。 与相应抗原特异性结合。 Ag1
Ab1
Ag1-Ab1
Ag2-Ab2
Ag2 Ag2
抗体一词的由来（19世纪末）
Emil von Behring (1845-1917)
抗毒素（1888） 凝集素（1896,Gruber and Durham） 沉淀素（1897, kraus） 抗体(antibody)
亚类(Subclass): 重链抗原性/二硫键数目位置 型(Type): 轻链C区抗原性 k、l
IgG1-4
亚型(Subtype): 轻链C区aa差异排列
l1～4
血清型
免疫球蛋白既可结合抗原，又可作为抗原，激发机体的
免疫应答，因而也是一类抗原物质。由于免疫球蛋白的遗
传基础不同，不同的免疫球蛋白的抗原性也有差异。利用 血清学方法测定和分析免疫球蛋白抗原性予以分类，称为 免疫球蛋白的血清型。
发现抗毒素，开创免 疫血清疗法
提出体液免疫理论和 抗体生成的侧链学说 提出抗体生成的克隆 选择学说
1972
G.M.Edelman
R.R.Porter
美国
英国
阐明抗体的本质
阐明抗体的化学结构
20世纪有关抗体研究获得诺贝 尔医学生理学奖的免疫学家
年代 1984 学者姓名 N. Jerne G. Kohler 国家 丹麦 德国 获奖成就
功能：
•抗感染的主要抗体 抗菌 抗病毒 抗外毒素
IgG
调理 介导 ADCC 固定补体 中和病毒和毒素
•介导 II,III型超敏反应 •介导自身免疫
IgG四个亚类的特点
IgG1
血清含量(占IgG的百分比）
血清半衰期(天)
IgG2
20
23
IgG3
6
7
IgG4
4
23
70
23
通过胎盘 固定补体
+++ +
IgM
抗菌作用最强 (500—1000×IgG) 抗病毒 抗外毒素 •介导 II,III型超敏反应 • 介导自身免疫 •天然血型抗体
调理作用 (最强 ) 激活补体 中和病毒和外毒素 凝集微生物 介导 ADCC
Burnet, 1960， Clonal selection
Gerald Edelman and Rodney Porter, 1972, structure of antibody
Jerne, 1984, Idiotype network
Georeges Kohler and Cesar Milstein, 1984, monoclonal antibody
VH CH1 CL
Hinge region
VL
Fab
C
Fc
3、独特型(idiotype,Id)： 每个免疫球蛋白分子所特有的抗原 特异性标志。由超变区特殊的氨基酸序列及其构型决定。
VH CH1 CL
Hinge region
VL
Fab
CH2
CH3
Fc
CH4
免疫球蛋白的功能
NH3+
1）与相应抗原特异性结合：Fv 2）激活补体： 3）结合FcR：促吞噬(opsonization) 介导过敏 介导细胞毒(ADCC) 免疫调理 4）穿过胎盘和粘膜 5）调节免疫功能
高波
2014-10-09 gaobo@fudan.edu.cn
INSTITUTE FOR IMMUNOBIOLOGY DEPARTMENT OF IMMUNOLOGY
20世纪有关抗体研究获得诺贝 尔医学生理学奖的免疫学家
年代 1901 1908 1960 学者姓名 E.A.Behring P.Ehrlich F.M.Burnet 国家 德国 德国 澳大利亚 获奖成就
VH CH1 CL CH2 CH3
VL
Fab
Fc
CH4
COO–
免疫球蛋白的功能
a.
免疫球蛋白的功能
b.
免疫球蛋白的功能
Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity (抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用)
Effector cell
Ab
FcgR
Target cell
是介导体液免疫的重要效 应分子，是 B 细胞接受抗 原刺激后增殖分化为浆细 胞所产生的糖蛋白。
抗体与g球蛋白关系
1937年 Tiselius 和Kabat 用电泳 方法证实抗体的 活性存在于泳动 最慢的血清组分， 称为g球蛋白 抗体≠g球蛋白
抗体与免疫球蛋白关系
1968和1972年WHO和国际免疫学 会分别决定将具有抗体活性或化 学结构与抗体相似的球蛋白统称 为免疫球蛋白.
分泌片（Secretory Piece，SP)
IgA dimer
(1) 化学本质： 多肽链(70kD)
SP
(2)来源：上皮细胞
（3）作用： a.帮助IgA穿越黏膜 b.保护s IgA抵抗蛋白酶的水解作用
J chain
Secretory IgA(sIgA) SP
pIgR
Plasma cells
IgA dimer Epithelial Cell
CH2
CH3 CH4
COO–
Fc
Gerald Edelman 1929 -Nobel Prize in 1972
Rodney Porter 1917-1985 Nobel Prize in 1972
H
H
L
L
Fab
Fab
Fc
Edelman 将抗体分子假定与其它 各种蛋白质一样，由一些 polypeptide 链 所 构 成 ， 而 他 认 为 polypeptide 链 间 最 可 能 以 二 硫键结合在一起，故他试图将这 些键结打断来观察其中的各条 polypeptide 链 ， 结 果 他 发 现 这 些氨基酸链单独存在时都不具有 任何抗体的功用。
恒定区(Constant region, CH/CL)
绞链区(Hinge region)
The basic structure of immunoglobulins
抗体分子的多样性
相 应 位 置 上 氨 基 酸 残 基 的 变 异 率
50
CDR3
40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
Fc段
ห้องสมุดไป่ตู้
C1q 结 合位点 被屏障
暴露的 C1q结 合位点
结构域
1）Ig分子中由链内二硫键构成的致密立体球体 (V/C/H)。 2）b-sheet、b-barrel、immunoglobulin fold。
3）CDRs(Hypervariable regions)、FRs(Framework regions)。
提出天然抗体选择学说和免疫 网络学说
建立杂交瘤技术制备单克隆抗 体 单克隆抗体技术及免疫球蛋白 基因表达的遗传调控 阐明抗体多样性的遗传基础
C. Milstein 阿根廷 1987 Tonegawa 日本
Emil von Behring, 1901, antitoxins
Paul Ehrlich , 1908, production of antibody
1、同种型(isotype)：同一种属所有个体免疫球蛋白分子共同 的抗原特异性标志。 由C区决定 。
VH CH1 CL
Hinge region
VL
Fab
CH2
CH3
Fc
CH4
2、同种异型（allotype)： 同一种属不同个体间免疫球蛋白分 子所具有的不同的抗原特异性标志。 由g链、a链、e链、k链C 区决定。
免疫球蛋白的结构功能区
“Ig-like Domain (Ig样结构域)”
二、免疫球蛋白的其他成分
连接链（joining chain，J链）
(1)化学本质：浆细胞分泌的多肽链
IgA dimer
IgM J CHAIN Secretory piece
Joining chain
(2)存在：IgM（五聚体）, sIgA（双体）
酸相 残应 基位 的置 变上 异氨 率基
50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40
CDR1
抗 体 分 子 的 多 样 性
CDR3 CDR2
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180 190 200
210 220
B细胞表位
表位 抗体 CDR
Ag
抗 原
三、免疫球蛋白的水解片段
木瓜蛋白酶 胃蛋白酶
pFc
木瓜蛋白酶作 用于IgG分子重 链间二硫键的N 端侧，将其裂解 为Fab段和Fc段。 胃蛋白酶则切在 该二硫键之C端 侧，产生F(ab’)2 和pFc段。
Fc
免疫球蛋白的异质性
免疫球蛋白的类型
类(Class): 重链C区抗原性 IgG、IgA、IgM、IgD、IgE
Porter 主 要 致 力 于 将 抗 体 中负责与外来抗原结合的部 分从抗体中分开，他发现可 利 用 酵 素 -- 木 瓜 蛋 白 (papain) ， 将 抗 体 分 成 三 部 分。
重链和轻链（Heavy & light chains）
重链（Heavy chain:H链） ① 大约500 a.a, 糖基(+) ② 类别（Class ）: H链：a, g , m , d, e. (Ig) IgA, IgG, IgM IgD, IgE 轻链（light chain:L链） ①大约214 a.a,糖基(-) ② 型别（ type）: k ,l
CDR1 CDR2
Igl 链 的 氨 基 酸 序 列 对来自不同B细胞克隆的Ig轻链氨基酸序列进行比较，发 现V区的变化主要集中在3个分别由6－10个氨基酸残基组成 的狭小区域内。这 3 个区又被称作高可变区或互补决定区 （CDR），参与抗原结合部位的组成。
Diversity and Specificity
铰链区（Hinge region）
NH3+
VH
CH1 CL
Hinge region
VL
Fab
特点：
1)极富弹性 2)富含脯氨酸
CH2
功能:
CH3
Fc
1) 有利于 Ab 与Ag的结合 2)有利于 Ab 与补体的结合
CH4
COO–
IgG分子结合抗原前后的构象变化
结合抗原之前 结合抗原之后
CH1
CH2
Susumu Tonegama,1987, structure of Ig gene
Nobel Prize winners
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——抗原结合 ( 特异性specificity )
恒定区——生物学效应功能
分泌型和膜型表达