第四章免疫球蛋白

第四章免疫球蛋白

抗体（antibody，Ab）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，主要存在于血清等体液中，通过与相应抗原特异性地结合，发挥体液免疫功能。早在十九世纪后期，von Behring和Kitasato就发现白喉或破伤风毒素免疫动物后可产生具有中和毒素作用的物质，称之为抗毒素（antitoxin），随后引入抗体一词来泛指抗毒素类物质。1937年Tiselius和Kabat用电泳方法将血清蛋白分为白蛋白以及α1、α2、β和球蛋白等组分，并发现抗体活性主要存在于区，故相当长一段时间内，抗体又被称为球蛋白（丙种球蛋白）（图4-1）。1968年和1972年世界卫生组织和国际免疫学会联合会的专门委员会先后决定，将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统一命名为免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）。免疫球蛋白可分为分泌型（secreted Ig，sIg）和膜型（membrane Ig, mIg）。前者主要存在于血液及组织液中，具有抗体的各种功能；后者构成B细胞膜上的抗原受体。

第一节免疫球蛋白的结构

一、免疫球蛋白的基本结构

X射线晶体衍射结构分析发现，免疫球蛋白由四肽链分子组成，各肽链间有数量不等的链间二硫键。在结构上Ig可分为三个大小大致相同的片段，其中两个大小完全一致的片段位于分子的上方，通过一易弯曲的区域与主干连接，形成一“Y”字型结构（图4－2），组成Ig单体，是免疫球蛋白分子的基本单位。

（一）重链和轻链

任何一类天然免疫球蛋白分子均含有四条多肽链，其中，分子量较大的称为重链(heavy chain，H)，而分子量较小的为轻链(light chain，L)。同一天然Ig分子中的两条H链和两条L链的氨基酸组成完全相同。

1．重链分子量约为50~75kD，由450~550个氨基酸残基组成。各类免疫球蛋白重链恒定区的氨基酸组成和排列顺序不尽相同，因而其抗原性也不同。据此，可将免疫球蛋白重链分为五类（class）或五个同种型（isotype），即μ链、δ链、链、α链和ε链，其相应的Ig分别为IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。不同类的重链具有不

同的特征，如链内二硫键的数目和位置、连接寡糖的数量、结构域的数目以及铰链区的长度等均不完全相同。即使是同一类Ig重链其铰链区氨基酸组成和二硫键的数目、位置也不同，据此又可将同一类Ig分为不同的亚类（subclass）。如人IgG可分为IgG1~IgG4；IgA 可分为IgA1和IgA2。IgM、IgD和IgE尚未发现有亚类。

2．轻链分子量约为25 kD，由214个氨基酸残基构成。轻链根据其恒定区的氨基酸组成和排列顺序不同有两型（type），分别为κ（kappa）型和λ（lambda）型。一个天然Ig分子上两条轻链的型别总是相同的，但同一个体内可存在分别带有κ或λ轻链的抗体分子。五类Ig中每类Ig都可以有κ链或λ链，两型轻链的功能无差异。不同种属生物体内两型轻链的比例不同，正常人血清免疫球蛋白κ:λ约为2:1，而在小鼠则为20:1。κ:λ比例的异常可能反映免疫系统的异常，例如人类免疫球蛋白λ链过多，提示可能有产生λ链的B细胞肿瘤。根据λ链恒定区个别氨基酸的差异，又可分为λ1、λ2、λ3和λ4 四个亚型（subtype）。

（二）可变区和恒定区

通过分析针对不同抗原特异性的相应免疫球蛋白重链和轻链的氨基酸序列，发现重链和轻链靠近N端的约110个氨基酸的序列变化很大，其他部分氨基酸序列则相对恒定。免疫球蛋白轻链和重链中靠近N端氨基酸序列变化较大的区域称为可变区（variable region，V），分别占重链和轻链的1/4和1/2；而靠近C端氨基酸序列相对稳定的区域，称为恒定区（constant region，C区），分别占重链和轻链的

3/4和1/2（图42）。

1．可变区重链和轻链的V区分别称为VH和VL。VH和VL各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序具有更高程度变易性，称为高变区（hypervariable region，HVR）或互补决定区（complementarity determining region，CDR），分别用HVR1(CDR1)、HVR2(CDR2)和HVR3(CDR3)表示，一般CDR3变化程度更高。VH的3个高变区分别位于29~31、49~58和95~102位氨基酸，VL的3个高变区分别位于28~35、49~56和91~98位氨基酸。VH和VL的3个CDR共同组成Ig的抗原结合部位（antigen-binding site），决定着抗体的特异性，负责识别及结合抗原，从而发挥免疫效应。V区中CDR之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区（framework region，FR）。VH或VL各有四个骨架区，分别用FR1、FR2、FR3和FR4表示（图43）。

2．恒定区重链和轻链的C区分别称为CH和CL。不同型（或）轻链其CL的长度基本一致，但不同类重链其 CH的长度不一，IgG、IgA和IgD重链C区有CH1、CH2和CH3三个结构域，IgM和IgE

重链C区有CH1、CH2、CH3和CH4四个结构域。同一种属的个体，所产生针对不同抗原的同一类别Ig，尽管其V区各异，但其C区氨基酸组成和排列顺序比较恒定，其免疫原性相同。例如：针对不同抗原的人IgG抗体，它们的V区不同，所以只能与相应的抗原发生特异性结合，但C区是相同的，均含重链，因此抗人IgG抗体（第二抗体）均能与之结合。再如，针对同一抗原表位的人IgG和IgM抗体，它们的V区是相同的，所以均能与该抗原特异性结合，但重链C区是不同的，分别为和链。

（三）铰链区

铰链区（hinge region）位于CH1与CH2之间，含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲，能改变两个结合抗原的Y形臂之间的距离，有利于两臂同时结合两个不同的抗原表位。铰链区易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解，产生不同的水解片段（见水解片段部分）。五类Ig或亚类的铰链区不尽相同，例如IgG1、IgG2、IgG4和IgA的铰链区较短，而IgG3和IgD的铰链区较长。IgM和IgE无铰链区。

（四）结构域

Ig分子的两条重链和两条轻链都可通过链内二硫键折叠为数个球形结构域（domain），每个结构域一般具有其相应的功能。轻链有VL和CL两个结构域；IgG、IgA和IgD重链有VH、CH1、CH2和CH3四个结构域；IgM和IgE重链有VH、CH1、CH2、CH3和CH4五个结构域。这些结构域的功能虽不同，但其结构相似。每个结构域约由110个氨基酸组成，其氨基酸的序列具有相似性或同源性，二级结构为几