細(xì)胞與分子免疫學(xué)_2研究生免疫球蛋白

1、1968和和1972年年WHO和國(guó)際免疫學(xué)會(huì)決定，將具有抗體活性和國(guó)際免疫學(xué)會(huì)決定，將具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白稱為免疫球蛋白。或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白稱為免疫球蛋白。 B淋巴細(xì)胞在有效的抗淋巴細(xì)胞在有效的抗原刺激下分化為漿細(xì)胞，產(chǎn)生具有與相應(yīng)抗原發(fā)生特原刺激下分化為漿細(xì)胞，產(chǎn)生具有與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性結(jié)合的免疫球蛋白，這類免疫球蛋白稱為抗體。異性結(jié)合的免疫球蛋白，這類免疫球蛋白稱為抗體。 Ig是化學(xué)結(jié)構(gòu)上的是化學(xué)結(jié)構(gòu)上的概念；概念； Ab是生物學(xué)功能上的概念；所有的是生物學(xué)功能上的概念；所有的Ab都屬于都屬于 Ig；并非所有的；并非所有的Ig 都具有都具有Ab 的活性。的活

2、性。由由4條肽鏈通過(guò)鏈間條肽鏈通過(guò)鏈間S-S雙硫鍵連接雙硫鍵連接而成，其中兩條分子量較大的鏈稱重鏈（而成，其中兩條分子量較大的鏈稱重鏈（Heavy chain，H鏈），兩條分子量較小鏈的稱輕鏈（鏈），兩條分子量較小鏈的稱輕鏈（Light chain，L鏈）。鏈）。 據(jù)氨基酸（據(jù)氨基酸（aa）組成及序列的差異（抗原）組成及序列的差異（抗原性）將性）將H鏈分為鏈分為5類，類， 、 、 、 、 鏈；鏈；其分別對(duì)應(yīng)于，其分別對(duì)應(yīng)于，IgA、IgD、IgE、IgG、IgM五類五類Ig。 第一節(jié)第一節(jié) 免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能 CH1VLCLVHCH2 CH3Hinge RegionC

3、arbohydrateDisulfide bondImmunoglobulin Structure據(jù)據(jù)aa組成及序列的差異將組成及序列的差異將L鏈分為鏈分為2型，型， 、 型，型， ： 為為2：1（人）。（人）。天然天然Ig單體中，兩條單體中，兩條重鏈?zhǔn)峭惖?，重鏈?zhǔn)峭惖?，兩條兩條輕鏈?zhǔn)峭偷?。輕鏈?zhǔn)峭偷?。在在Ig近近N端端L鏈的鏈的1/2和和H鏈的鏈的1/4（ 、 、 ）或）或1/5（ 、 ）范圍內(nèi)，因）范圍內(nèi)，因aa組成及序列變化較大，組成及序列變化較大，故稱故稱可變區(qū)（可變區(qū)（Variable region，V區(qū)）。區(qū)）。 在在Ig近近C端端L鏈的鏈的1/2和和H鏈的鏈的3/4（ 、

4、 、 ）或）或4/5（ 、 ）范圍內(nèi)，因）范圍內(nèi)，因aa組成及序列變化相對(duì)組成及序列變化相對(duì)穩(wěn)定故稱穩(wěn)定故稱恒定區(qū)（恒定區(qū)（Constant region，C區(qū)）。區(qū)）。 CH1VLCLVHCH2 CH3Hinge RegionCarbohydrateDisulfide bondImmunoglobulin Structure超變區(qū)超變區(qū)（HVR1、2 、 3）、互補(bǔ)性決定區(qū)、互補(bǔ)性決定區(qū)（CDR1、CDR2、CDR3），又稱，又稱Ig獨(dú)特型決定簇獨(dú)特型決定簇（Idiotype）;是各類、亞類、型、亞型是各類、亞類、型、亞型Ig遺傳標(biāo)記遺傳標(biāo)記 所在部位所在部位;補(bǔ)體補(bǔ)體C1q的結(jié)合位點(diǎn)；的結(jié)

5、合位點(diǎn)； IgG 借助借助 CH2通過(guò)胎盤，發(fā)揮被動(dòng)免疫作用；通過(guò)胎盤，發(fā)揮被動(dòng)免疫作用； IgG的的CH3與中性粒、巨噬細(xì)胞表面表達(dá)的與中性粒、巨噬細(xì)胞表面表達(dá)的 Fc R結(jié)合，完成免疫調(diào)理作用；結(jié)合，完成免疫調(diào)理作用；與與NK細(xì)胞細(xì)胞 表面表達(dá)的表面表達(dá)的Fc RIII結(jié)合，完成結(jié)合，完成ADCC作用；作用； IgE的的CH4與肥大和嗜堿性粒細(xì)胞表與肥大和嗜堿性粒細(xì)胞表 面表達(dá)的面表達(dá)的Fc R結(jié)合，完成結(jié)合，完成I型超敏反型超敏反 應(yīng)；應(yīng)；T Y CH1VLCLVHCH2 CH3Hinge RegionCarbohydrateDisulfide bondImmunoglobulin St

6、ructure Fab（Fragment of antigen-binding） Ag binding Valence = 1 Specificity determined by VH and VLPapainFcFab Fc（Crystalizable fragment） Effector functions F(ab)2 Ag binding Valence =2 pFc No effector functionsPepsinpFc PeptidesF(ab)2由漿細(xì)胞合成，功能是將由漿細(xì)胞合成，功能是將 單體單體Ig分子連接為多聚體。如分子連接為多聚體。如2個(gè)個(gè)IgA單體形單體形 成二聚

7、體；成二聚體；5個(gè)個(gè)IgM單體是形成五聚體。單體是形成五聚體。由黏膜上皮細(xì)胞由黏膜上皮細(xì)胞 合成和分泌，功能是保護(hù)分泌型合成和分泌，功能是保護(hù)分泌型IgA或或 的的 IgM鉸鏈區(qū)免受蛋白酶的降解。鉸鏈區(qū)免受蛋白酶的降解。（1）免疫調(diào)理作用）免疫調(diào)理作用（2）ADCC（3）介導(dǎo)）介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)型超敏反應(yīng)（4）人）人IgG的的Fc段與段與SPA結(jié)合結(jié)合Ab的生物學(xué)活性的生物學(xué)活性 第二節(jié)第二節(jié) 免疫球蛋白編碼基因和抗體的多樣性免疫球蛋白編碼基因和抗體的多樣性 人類人類B淋巴細(xì)胞存在三個(gè)編碼淋巴細(xì)胞存在三個(gè)編碼Ig的基因庫(kù)，的基因庫(kù)，即重鏈即重鏈H基因庫(kù)及基因庫(kù)及輕鏈輕鏈 、 基因庫(kù)，它們分別基因

8、庫(kù)，它們分別位于第位于第14、2及及22號(hào)染色體上。號(hào)染色體上。 由由3個(gè)基因所編碼：個(gè)基因所編碼：V基因、基因、J基因編碼可變基因編碼可變區(qū)；區(qū)；C基因編碼恒定區(qū)，即基因編碼恒定區(qū)，即V-J-C。V基因節(jié)段有基因節(jié)段有90個(gè)，呈簇狀串聯(lián)排列個(gè)，呈簇狀串聯(lián)排列（V1Vn，n=90），其中含），其中含30個(gè)假基因（指無(wú)功能個(gè)假基因（指無(wú)功能性表達(dá)或只表達(dá)無(wú)功能產(chǎn)物的缺陷基因，但它可通過(guò)突性表達(dá)或只表達(dá)無(wú)功能產(chǎn)物的缺陷基因，但它可通過(guò)突變、置換及重排形成新的功能性基因，為可變區(qū)的多樣變、置換及重排形成新的功能性基因，為可變區(qū)的多樣性提供后備基因）。性提供后備基因）。V編碼編碼V區(qū)區(qū)110aa中的中

9、的196aa； 每個(gè)每個(gè)V前都有一個(gè)前都有一個(gè)L序列（序列（Leader），編），編碼產(chǎn)物為前導(dǎo)肽，對(duì)輕鏈蛋白合成至關(guān)重要；碼產(chǎn)物為前導(dǎo)肽，對(duì)輕鏈蛋白合成至關(guān)重要；位于位于VV下游，也呈串聯(lián)排列，含下游，也呈串聯(lián)排列，含5 5個(gè)基因節(jié)個(gè)基因節(jié)段，編碼段，編碼V V區(qū)區(qū)110aa110aa中的中的9797110aa110aa；只含單個(gè)外顯子，編碼只含單個(gè)外顯子，編碼C C區(qū)蛋白。區(qū)蛋白。 V基因節(jié)段有基因節(jié)段有60個(gè)，呈簇狀串聯(lián)排列（個(gè)，呈簇狀串聯(lián)排列（V 1Vn，n=60），其中含），其中含30個(gè)假基因個(gè)假基因 ；每個(gè)每個(gè)V前都有一個(gè)前都有一個(gè)L序列（序列（Leader），編），編碼產(chǎn)物為前導(dǎo)

10、肽，對(duì)輕鏈蛋白合成至關(guān)重要；碼產(chǎn)物為前導(dǎo)肽，對(duì)輕鏈蛋白合成至關(guān)重要；C1C7代表各個(gè)亞型代表各個(gè)亞型鏈的基因節(jié)段，其中含鏈的基因節(jié)段，其中含4個(gè)個(gè)功能基因節(jié)段和功能基因節(jié)段和3個(gè)假基因。個(gè)假基因。 由四個(gè)基因所編碼：由四個(gè)基因所編碼：V基因、基因、D基因、基因、J基因基因編碼可變區(qū)；編碼可變區(qū)；C基因編碼恒定區(qū)，即基因編碼恒定區(qū)，即V-D-J-C。 VH基因節(jié)段有基因節(jié)段有95個(gè)，成簇狀串聯(lián)排列個(gè)，成簇狀串聯(lián)排列（VH1VHn，n=95），其中含），其中含45個(gè)假基因。每個(gè)個(gè)假基因。每個(gè)VH前都有一個(gè)前都有一個(gè)L序列（序列（Leader），其作用是在合成重鏈時(shí)），其作用是在合成重鏈時(shí)將重鏈固定

11、在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。將重鏈固定在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。LnVHn編碼疏水前導(dǎo)編碼疏水前導(dǎo)肽和肽和CDR1及及CDR2；C DH(1-23)DH有有23個(gè)節(jié)段，成簇狀串聯(lián)排列；個(gè)節(jié)段，成簇狀串聯(lián)排列；JH有有9個(gè)節(jié)段，其中個(gè)節(jié)段，其中6個(gè)功能基因和個(gè)功能基因和3個(gè)偽基因。個(gè)偽基因。DHJH編編碼碼CDR3，JH編碼可變區(qū)的骨架部分（編碼可變區(qū)的骨架部分（Framework region）。）。 C DH(1-23)CH基因節(jié)段在染色體上的排列順序與其編基因節(jié)段在染色體上的排列順序與其編碼的碼的Ig在體內(nèi)成熟的順序相似，分別是在體內(nèi)成熟的順序相似，分別是CC C3C1C1C2C4CC2。除。除C 以外，以

12、外，其他其他CH基因節(jié)段都有一個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)（基因節(jié)段都有一個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)（Switch region，S區(qū)），其作用是控制區(qū)），其作用是控制Ig類型轉(zhuǎn)換；類型轉(zhuǎn)換；C DH(1-23)每個(gè)每個(gè)CH基因基因節(jié)段后分別排列著節(jié)段后分別排列著S和和M兩基因，兩基因，S即分泌型，即分泌型，M即膜即膜結(jié)合型，如結(jié)合型，如CSM、C S M 。 C DH(1-23) 在在B細(xì)胞分化和發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞分化和發(fā)育過(guò)程中，一部分基因節(jié)段互相接近、重新排列，形成功能一部分基因節(jié)段互相接近、重新排列，形成功能性的免疫球蛋白基因單位，此過(guò)程稱性的免疫球蛋白基因單位，此過(guò)程稱基因重排基因重排（Gene Rearrangement

13、）。功能性的免疫球蛋）。功能性的免疫球蛋白基因單位進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，經(jīng)轉(zhuǎn)錄后的加工，再表達(dá)白基因單位進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，經(jīng)轉(zhuǎn)錄后的加工，再表達(dá)為免疫球蛋白。為免疫球蛋白。 選擇一個(gè)選擇一個(gè)DH與一與一個(gè)個(gè)JH節(jié)段連接（節(jié)段連接（DHJH），再選擇一個(gè)），再選擇一個(gè)VH與與DHJH相連，一旦相連，一旦VHDHJH重排成功且得到功能性重排成功且得到功能性表達(dá)，其產(chǎn)物就會(huì)抑制另一條染色體上等位基因重排，表達(dá)，其產(chǎn)物就會(huì)抑制另一條染色體上等位基因重排，此現(xiàn)象稱為等位基因排除。其產(chǎn)物同時(shí)啟動(dòng)輕鏈可變此現(xiàn)象稱為等位基因排除。其產(chǎn)物同時(shí)啟動(dòng)輕鏈可變區(qū)的基因重排；區(qū)的基因重排； C DH(1-23)鏈基因優(yōu)于鏈基因優(yōu)于鏈鏈基因

14、重排。選擇一個(gè)基因重排。選擇一個(gè)V與一個(gè)與一個(gè)J節(jié)段連接節(jié)段連接VJ，其產(chǎn)物就會(huì)發(fā)生等位基因排除，同時(shí)也會(huì)抑制其產(chǎn)物就會(huì)發(fā)生等位基因排除，同時(shí)也會(huì)抑制鏈基鏈基因重排，稱為同型排除。當(dāng)兩條染色體上的因重排，稱為同型排除。當(dāng)兩條染色體上的鏈基因鏈基因重排都失敗時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)重排都失敗時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)鏈基因重排。兩條染色體鏈基因重排。兩條染色體上的上的VH基因都是無(wú)產(chǎn)物重排，或基因都是無(wú)產(chǎn)物重排，或基因和基因和基因都是基因都是無(wú)產(chǎn)物重排，細(xì)胞凋亡（無(wú)產(chǎn)物重排，細(xì)胞凋亡（Apoptosis）。）。 可變區(qū)的基因重排受基因節(jié)段側(cè)面的重組信號(hào)序可變區(qū)的基因重排受基因節(jié)段側(cè)面的重組信號(hào)序列（列（RSS）控制，遵循

15、）控制，遵循1223規(guī)律且與規(guī)律且與DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)有關(guān)。損傷修復(fù)系統(tǒng)有關(guān)。 每個(gè)每個(gè)CH（C除外）前都含一除外）前都含一個(gè)個(gè)S區(qū)（短的串聯(lián)重復(fù)序列），區(qū)（短的串聯(lián)重復(fù)序列），S區(qū)與重鏈類型轉(zhuǎn)換有關(guān)。區(qū)與重鏈類型轉(zhuǎn)換有關(guān)。在在B細(xì)胞分化過(guò)程中細(xì)胞分化過(guò)程中，V-D-J的重排及其與的重排及其與C的連接是不的連接是不依賴抗原刺激，重排的依賴抗原刺激，重排的V-D-J與與C和和C連接，經(jīng)轉(zhuǎn)錄加連接，經(jīng)轉(zhuǎn)錄加工，此時(shí)在工，此時(shí)在B細(xì)胞表面表達(dá)細(xì)胞表面表達(dá)mIgM和和/或或mIgD。成熟的成熟的B細(xì)胞在抗原刺激下細(xì)胞在抗原刺激下， B細(xì)胞在分泌細(xì)胞在分泌IgM和和/或或IgD的同時(shí)，的同時(shí)，V-D-J

16、從與從與C基因連接轉(zhuǎn)換到與基因連接轉(zhuǎn)換到與C或或C或或C的連接，完成了類型轉(zhuǎn)換。的連接，完成了類型轉(zhuǎn)換。C DH(1-23)重鏈的重鏈的V-D-J連接（連接（95個(gè)個(gè)V基因、基因、23個(gè)個(gè)D基因，基因，9個(gè)個(gè)J基因）；輕鏈的基因）；輕鏈的V-J-C（90個(gè)個(gè)V基基因、因、5個(gè)個(gè)J基因、一個(gè)基因、一個(gè)C基因；基因；60個(gè)個(gè)V基因、基因、7個(gè)個(gè)J基因和基因和C基因）；基因）；發(fā)生在發(fā)生在D-J、V-D-J、V-J連接連接時(shí)，時(shí)，1密碼子錯(cuò)位；密碼子錯(cuò)位；2框架（框架（ORF）移位；）移位；3N-序列序列插入；插入；體細(xì)胞突變也可以產(chǎn)生體細(xì)胞突變也可以產(chǎn)生Ig的多的多樣性。樣性。 3、重排過(guò)程 第三

17、節(jié)第三節(jié) 基因工程抗體基因工程抗體（Genetic Engineering Antibody） 單克隆抗體單克隆抗體(McAb)在臨床疾病診斷和治療在臨床疾病診斷和治療中已發(fā)揮了很大的作用，但以下幾點(diǎn)限制了抗體中已發(fā)揮了很大的作用，但以下幾點(diǎn)限制了抗體的導(dǎo)向治療：的導(dǎo)向治療：（1）鼠源性）鼠源性McAb在人體內(nèi)易誘導(dǎo)免疫應(yīng)答；在人體內(nèi)易誘導(dǎo)免疫應(yīng)答；（2）人的）人的McAb制備甚為困難。制備甚為困難。 原理：原理：保留鼠保留鼠IgIg可變區(qū)部分，將其恒定區(qū)用人可變區(qū)部分，將其恒定區(qū)用人IgIg取代。取代。方法：方法：PCR克隆克隆鼠鼠可變區(qū)基因和可變區(qū)基因和人人恒定區(qū)基因，恒定區(qū)基因，將兩將兩

18、 基因連接，并插入原核或真核表達(dá)載體中，并基因連接，并插入原核或真核表達(dá)載體中，并 導(dǎo)入大腸桿菌或轉(zhuǎn)染真核細(xì)胞，就可表達(dá)出嵌導(dǎo)入大腸桿菌或轉(zhuǎn)染真核細(xì)胞，就可表達(dá)出嵌 合抗體分子。合抗體分子。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：親和力保持良好。親和力保持良好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：含鼠含鼠IgIg可變區(qū)的異源性，仍可變區(qū)的異源性，仍易誘導(dǎo)人免疫應(yīng)答易誘導(dǎo)人免疫應(yīng)答。 原理：原理：僅保留鼠僅保留鼠IgIg可變區(qū)可變區(qū)CDR部分，將部分，將IgIg其它區(qū)域都其它區(qū)域都 用人用人IgIg取代。取代。方法：方法：CDR序列的獲得通常采用序列的獲得通常采用PCR技術(shù)。技術(shù)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：大大降低了鼠抗體的免疫原性。大大降低了鼠抗體的免疫原性。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：親和力不佳。親和力不佳。又稱重構(gòu)抗體或改形抗體（又稱重構(gòu)抗體或改形抗體（Reshaped Antibody） 原理：原理：將鼠將鼠Ig Fv中