第章免疫球蛋白與抗體

1、第二章 免疫(miny)球蛋白與抗體共七十七頁第二章 免疫(miny)球蛋白與抗體 第一節(jié) 抗體與免疫球蛋白的概念 第二節(jié) 免疫球蛋白的分子結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 免疫球蛋白的種類與抗原決定簇 第四節(jié) 各類免疫球蛋白的主要(zhyo)特性與功能 第五節(jié) 免疫球蛋白的基因結(jié)構(gòu)與抗體多樣性 第六節(jié) 抗體的人工制備共七十七頁一、抗體 1890年人們用白喉桿菌外毒素免疫動物，在其血清中發(fā)現(xiàn)一種能中和這種外毒素的組分稱為抗毒素，這種含有抗體的血清稱之為免疫血清,將血清中這種具有特異性反應(yīng)的組分稱為抗體（antibody，Ab）。目前抗體的概念：動物機體(jt)受到抗原物質(zhì)刺激后，由B淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化為漿細(xì)胞而產(chǎn)生的，

2、能與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性反應(yīng)的免疫球蛋白。主要存在于血液（血清）、淋巴液、組織液及其他外分泌液中。第一節(jié) 抗體(kngt)與免疫球蛋白的概念共七十七頁二、免疫球蛋白 1968年世界衛(wèi)生組織決定(judng)，將具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白統(tǒng)稱為免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig) 在血清中現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有IgG、IgM、IgA、IgE和IgD五類免疫球蛋白分子，它們的結(jié)構(gòu)與功能是各不相同的。 共七十七頁動物免疫前后血清(xuqng)中各類球蛋白含量共七十七頁三、抗體與免疫球蛋白 經(jīng)對不同免疫血清的電泳分析，超速離心分析和分子量測定等方法，發(fā)現(xiàn)大部分抗體活性存在于球蛋白內(nèi)，但有小

3、部分抗體活性可存在于球蛋白內(nèi)。 抗體的化學(xué)(huxu)本質(zhì)是免疫球蛋白，但免疫球蛋白并不都具有抗體的活性，抗體具有很強的針對性和多樣性，而單純的免疫球蛋白則無。 抗體不由均質(zhì)性球蛋白組成，而是由異質(zhì)性球蛋白組成。共七十七頁共七十七頁第二節(jié) 免疫(miny)球蛋白的分子結(jié)構(gòu)一、免疫球蛋白的單體分子結(jié)構(gòu) 所有種類免疫球蛋白的單體分子結(jié)構(gòu)都是相似的，即由兩條相同的較大的重鏈和兩條相同的較小的輕鏈4條肽鏈通過(tnggu)輕鏈與重鏈之間的二硫鍵連接起來構(gòu)成的“Y”字形的分子結(jié)構(gòu)。共七十七頁（一）輕鏈和重鏈 1輕鏈（L鏈） 由214個氨基酸殘基組成，分子量為24kDa，有兩個由鏈內(nèi)二硫鍵組成的環(huán)肽，在羧

4、基端靠二硫鍵分別與兩條重鏈連接。各類免疫球蛋白的輕鏈都相同，均可分為：與2個亞型。2重鏈（H鏈）由450-550個氨基酸殘基組成，分子量55-75kDa，有4-5個鏈內(nèi)二硫鍵，兩重鏈之間由一對(y du)或兩對以上的二硫鍵互相連接。 可分為5類：、鏈，決定了免疫球蛋白5種類型IgG、IgM、IgA、IgE、IgD。 不同免疫球蛋白的差別就由重鏈所決定。共七十七頁共七十七頁（二）可變區(qū)和恒定區(qū) H鏈 可變區(qū)（VH）： N端開始的最初110個氨基酸 恒定區(qū)（CH）： VH區(qū)后一直(yzh)到C端的氨基酸 L鏈 可變區(qū)（VL）： N端開始的109個氨基酸 恒定區(qū)（CL）： VL區(qū)后一直到C端的氨基酸

5、 在VH中有4個區(qū)域的氨基酸變異最大，稱為高變區(qū)（HVR），其余的氨基酸變化較小，稱為骨架區(qū)；在VL中也有3個高變區(qū)。共七十七頁共七十七頁（三）功能區(qū) 功能區(qū)：免疫球蛋白的多肽鏈分子可折疊形成幾個由鏈內(nèi)二硫鍵連接成的環(huán)狀球形結(jié)構(gòu)，此即其功能區(qū)。每一功能區(qū)約有110個氨基酸組成，其順序具有(jyu)高度的同源性。 L鏈功能區(qū) VL CL VH H鏈功能區(qū) CH1、CH2和CH3 （ IgG、IgA、 IgD） CH4 （IgM、IgE ）共七十七頁共七十七頁共七十七頁 功能區(qū)作用(zuyng) VH和VL ：是抗原結(jié)合的部位。 CH1和CL：為同種異型的遺傳標(biāo)記。 CH2： 為抗體分子的補體結(jié)合

6、點。 CH3 ：是同免疫活性細(xì)胞的Fc受體的結(jié)合部位。共七十七頁共七十七頁共七十七頁二、免疫球蛋白的特殊分子結(jié)構(gòu)（一）、絞鏈區(qū) 在兩條重鏈之間二硫鍵連接處附近的重鏈恒定區(qū)，即CH1尾部和CH2頭部的小段肽鏈；與抗體分子的構(gòu)型變化有關(guān)(yugun),稱為絞鏈區(qū)。 功能 該區(qū)具有柔韌性，當(dāng)抗體與抗原結(jié)合時，該區(qū)可轉(zhuǎn)動，以便 一方面使可變區(qū)的兩個抗原結(jié)合點盡量與抗原結(jié)合； 另一方面可使抗體分子變構(gòu)，使補體結(jié)合位點暴露出來。共七十七頁共七十七頁（二）、J鏈和分泌成分 1、J鏈 即連接鏈，在IgM和分泌型IgA單體之間起連接作用。 2、分泌成份（SC） 分泌型IgA特有的一種結(jié)構(gòu)，具有促進(jìn)上皮細(xì)胞積極地

7、從組織中吸收分泌型IgA，將其釋放于胃腸道和呼吸道內(nèi)的作用，同時SC可防止(fngzh)IgA在消化道內(nèi)被蛋白酶所降解，使IgA充分發(fā)揮免疫作用。 （三）、單體、雙體和五聚體 1、單體 由一對L鏈和H鏈組成的基本結(jié)構(gòu)。 2、雙體 分泌型IgA由J鏈連接的兩個單體。 3、五聚體 IgM是由J鏈和二硫鍵連接的五個單體。共七十七頁共七十七頁（一）、木瓜蛋白酶酶切 木瓜蛋白酶可將H鏈鉸鏈區(qū)二硫鍵的近N端切斷，得到大小(dxio)相近的3個片段；其中有兩個相同的抗原結(jié)合片斷Fab和一個Fc片段。（二）、胃蛋白酶酶切 胃蛋白酶可將H鏈從鉸鏈區(qū)二硫鍵的近C端切斷，獲得兩個大小不同的片段，大片段是由二硫鍵連接

8、的抗體分子的兩個臂，具有雙價抗體活性的F(ab)2片段，與抗原結(jié)合可發(fā)生凝集和沉淀反應(yīng)。小片段類似于Fc，稱為pFc片斷，失去生物學(xué)活性。 三、免疫(miny)球蛋白的水片段與生物學(xué)活性共七十七頁共七十七頁 四 免疫(miny)球蛋白分子的超家族 應(yīng)用DNA序列分析和X晶體衍射分析等研究證明，許多細(xì)胞膜表面和機體的某些蛋白分子，其多肽鏈折疊方式與Ig折疊相似，在DNA水平上和氨基酸序列上與IgV區(qū)或C區(qū)有較高的同源性，它們可能從同一原始祖先基因經(jīng)復(fù)制突變衍生而來。編碼這些多肽鏈的基因被稱為(chn wi)免疫球蛋白基因超家族，其表達(dá)產(chǎn)物稱為免疫球蛋白超家族（IGSF)。 由于細(xì)胞表面標(biāo)記、單克

9、隆抗體以及基因工程研究的進(jìn)展，近年來發(fā)現(xiàn)屬于IGSF的成員已達(dá)近百種，主要包括T細(xì)胞、B細(xì)胞抗原識別受體和信號傳導(dǎo)分子，MHC及相關(guān)分子，Ig受體，某些細(xì)胞因子受體，神經(jīng)系統(tǒng)功能相關(guān)分子，以及部分白細(xì)胞分化抗原（CD）。共七十七頁免疫(miny)球蛋白超家族共七十七頁五、 抗體的生物學(xué)活性（一）抗體與抗原的特異性結(jié)合 抗體與抗原結(jié)合的特異性是由Ig V區(qū)的氨基酸組成及空間構(gòu)型所決定。重鏈及輕鏈的CDR共同構(gòu)成供抗原表位互補結(jié)合的構(gòu)象?？贵w與抗原之間的總結(jié)(zngji)合力稱為親和力（avidity）。共七十七頁（二）抗體與補體的結(jié)合 抗體在一定條件下可與存在于血清中的補體分子(fnz)相結(jié)合，

10、并使之活化，產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)。共七十七頁（三） 通過與細(xì)胞Fc受體結(jié)合發(fā)揮生物效應(yīng)(xioyng) 體內(nèi)多種細(xì)胞具有Ig 的Fc受體。不同類的Ig其Fc段可與不同細(xì)胞的相應(yīng)FcR結(jié)合，產(chǎn)生不同的生物效應(yīng)1、抗體的調(diào)理作用：抗體可增強吞噬細(xì)胞的吞噬作用。在體外的實驗中，如將免疫血清加入中性粒細(xì)胞的懸液中，可增強對相應(yīng)細(xì)菌的吞噬作用，稱這種現(xiàn)象為抗體的調(diào)理作用。2、發(fā)揮抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用（ADCC）3、介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)4、人Ig的Fc段與SPA結(jié)合共七十七頁B共七十七頁共七十七頁B共七十七頁（四）選擇性傳遞 人類IgG能借助Fc段選擇性地與胎盤微血管內(nèi)皮細(xì)胞可逆性結(jié)合，主動穿過胎盤

11、進(jìn)入胎兒血循環(huán)。此外，S IgA可經(jīng)粘膜上皮細(xì)胞進(jìn)入消化道及呼吸道發(fā)揮局部(jb)免疫作用。GO共七十七頁共七十七頁第三節(jié) 免疫(miny)球蛋白的種類與抗原決定簇一、免疫球蛋白的種類 免疫球蛋白可區(qū)分為類、亞類、型、亞型等。（一）類(class) 免疫球蛋白類的區(qū)分是依據(jù)其重鏈C區(qū)的理化特性及抗原性的差異，在同種系所有個體內(nèi)的免疫球蛋白可分為(fn wi)IgG、IgM、IgA、IgE、IgD五類，重鏈分別稱為,鏈。共七十七頁（二）亞類（subclass） 同一種類免疫球蛋白，又可根據(jù)其重鏈恒定區(qū)的微細(xì)結(jié)構(gòu)(jigu)、二硫鍵的位置與數(shù)目及抗原特性的不同，進(jìn)一步分為亞類。如人的IgG有IgG

12、1、IgG2、IgG3和IgG4四個亞類。共七十七頁（三）型（type） 根據(jù)輕鏈恒定區(qū)的抗原性不同，各類免疫球蛋白的輕鏈分為和兩個型任何種類的免疫球蛋白均有兩型輕鏈分子。（四）亞型（subtype） 根據(jù)型輕鏈N端恒定區(qū)上氨基酸排列順序的差異(chy)，免疫球蛋白又可分為若干亞型，型輕鏈無亞型。（五）亞群（subgroup） 根據(jù)免疫球蛋白V區(qū)的一級結(jié)構(gòu)特點，可將免疫球蛋白分為35個亞群。共七十七頁二、免疫球蛋白的抗原決定簇（血清型） 免疫球蛋白是蛋白質(zhì)，因此其本身可作為免疫原誘導(dǎo)產(chǎn)生(chnshng)抗體，一種動物的免疫球蛋白對另一種屬動物而言是良好的抗原。 （一）同種型決定簇 （二）同種

13、異型決定簇 （三）獨特型決定簇 共七十七頁（一）同種型決定簇 指在同一種屬動物所有個體共同具有的免疫球蛋白抗原決定簇，即是說在同一種動物不同個體之間同時存在不同類型的免疫球蛋白，不表現(xiàn)(bioxin)出抗原性，只是在異種動物之間才表現(xiàn)(bioxin)出抗原性。共七十七頁（二）同種異型決定簇 指免疫球蛋白在同一種(y zhn)動物不同個體之間呈現(xiàn)出的抗原性。共七十七頁（三）獨特型決定簇 抗體分子的特異性是由免疫球蛋白的VH和VL所決定的，針對不同抗原分子的抗體之間的差別表現(xiàn)在免疫球蛋白分子的可變區(qū)，這種差別決定了抗體分子在機體(jt)內(nèi)就具有抗原性。 由抗體分子的可變區(qū)呈現(xiàn)出的抗原性就稱為免疫球

14、蛋白（抗體）的獨特型，或稱個體基因型，可變區(qū)內(nèi)的抗原決定簇稱為獨特型決定簇，其中單個的抗原決定簇又稱為獨特位。 獨特型在異種、同種異體乃至同一個體內(nèi)均可刺激產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，這種抗體稱為抗獨特型抗體。 共七十七頁共七十七頁 獨特型網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié) 網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的提出：在同一動物體內(nèi)一組抗體分子上的獨特型決定簇可被一組淋巴細(xì)胞表面抗原受體分子所識別，并產(chǎn)生相應(yīng)的抗獨特型抗體分子；該抗獨特型抗體分子亦可被另一組淋巴細(xì)胞表面抗原受體所識別。這樣在體內(nèi)就形成了淋巴細(xì)胞與抗體分子所組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)絡(luò)學(xué)說認(rèn)為：這種抗體的產(chǎn)生在免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)中起著重要作用，使受抗原刺激增殖的克隆受到抑制，而不至于無休止地進(jìn)行增殖，籍

15、以維持(wich)免疫應(yīng)答的穩(wěn)定平衡。共七十七頁機體對某一特定抗原應(yīng)答不只表現(xiàn)為抗原反應(yīng)細(xì)胞的應(yīng)答，而是通過獨特型聯(lián)結(jié)起來(q li)的一個龐大的免疫網(wǎng)絡(luò)整體反應(yīng)，它們通過連續(xù)不斷的識別過程，產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用，以維持機體免疫應(yīng)答的相對穩(wěn)定狀態(tài)。共七十七頁復(fù)習(xí)思考題1、抗體(kngt)與免疫球蛋白的的概念？2、免疫球蛋白單體的分子結(jié)構(gòu)。3、免疫球蛋白的各功能區(qū)片斷及其功能特性。4、免疫球蛋白的同種型決定簇、同種異型決定簇、獨特型決定簇。共七十七頁共七十七頁共七十七頁共七十七頁共七十七頁第四節(jié) 各類免疫(miny)球蛋白的主要特性與功能共七十七頁一、IgG IgG是血液和胞外液中的主要抗體成分，

16、人和動物中含量最高的免疫球蛋白，占血清總Ig的7580%，半壽期2030天； IgG主要由脾臟和淋巴結(jié)中的漿細(xì)胞產(chǎn)生，大部分存在于血液中（4550%），其余存在于組織液和淋巴液中； IgG是惟一可通過人和兔胎盤的抗體，在新生兒抗感染中起重要作用； IgG是動物自然感染和人工主動免疫后，機體所產(chǎn)生的主要抗體，是動物機體抗感染免疫的主力，大多數(shù)抗菌、抗病毒抗體和抗菌素都為IgG類，因而也是血清學(xué)診斷和疫苗(ymio)免疫后監(jiān)測的主要抗體； IgG還參與抗腫瘤免疫，同時也是引起型、型變態(tài)反應(yīng)及自身免疫病的抗體。共七十七頁二、 IgM 動物機體初次免疫后產(chǎn)生最早的免疫球蛋白，但含量僅占血清Ig的10%

17、左右； 主要由脾臟(pzng)和淋巴結(jié)中的漿細(xì)胞產(chǎn)生，一般不能通過血管壁，主要分布于血液中； IgM是5個單體組成的五聚體,又稱為巨球蛋白； IgM在體內(nèi)產(chǎn)最早，但持續(xù)時間短，不是抗感染免疫的主力，但對早期抗感染免疫和早期血清學(xué)診斷十分重要，并且IgM有多個抗原結(jié)合部位，其單個的殺菌、溶菌、溶血促進(jìn)吞噬及凝集作用，均IgG高的多； IgM具有抗腫瘤作用，也是型型變態(tài)反應(yīng)及自身免疫病的抗體。共七十七頁共七十七頁三、IgA IgA以單體和二聚體 兩種分子形式存在,單體 存在于血清中，稱為血 清型IgA,占血清Ig的 10-20%，二聚體為分泌型IgA,是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等部位粘膜固有層

18、中的漿細(xì)胞所產(chǎn)生.主要存在于呼吸道、消化道、生殖道的外分泌液及初乳、唾液、淚液等分泌物中。 分泌型IgA是參與粘膜局部(jb)免疫的主要抗體，在傳染病預(yù)防接種中，經(jīng)滴鼻、點眼、飲水及噴霧途徑免疫，均可產(chǎn)生分泌型IgA，從而建立相應(yīng)的粘膜免疫力，新生兒和幼畜禽易患呼吸道、胃腸道感染可能與IgA合成不足有關(guān)。共七十七頁B共七十七頁四、IgE IgE產(chǎn)生部位與分泌型IgA相似，在血清中容量甚微。 IgE的重鏈多一個功能區(qū)CH4，此區(qū)是細(xì)胞結(jié)合的部位，因而它是一種親細(xì)胞性抗體。 結(jié)合在肥大細(xì)胞和嗜堿性(jin xn)細(xì)胞上的IgE與抗原結(jié)合后，能引起這些細(xì)胞脫顆粒，釋放組織氨等活性介質(zhì)，從而引起I型過

19、敏反應(yīng)。 IgE在抗寄生蟲感染中具有重要作用。五、IgD IgD在血清中濃度極低，平均約0.03mg/ml，且極不穩(wěn)定，容易降解，半衰期僅3天； 主要作為成熟B細(xì)胞膜上的抗原特異性受體，是B細(xì)胞分化發(fā)育成熟的標(biāo)志，且與免疫記憶有關(guān)。 血清中IgD的確切功能目前還不很清楚。共七十七頁各類免疫(miny)球蛋白的生物學(xué)活性 免疫球蛋白IgGIgAIgMIgDIgE重鏈名稱重鏈功能區(qū)數(shù)目44545主要存在形式單體單體、雙體五聚體單體單體分子量(KD)146-170160，400970175188碳水化合物（%）410121812血清濃度(mg/dl)1150300210501500.3-40.002

20、血清總Ig (%)75105-1010.001外分泌液-+-經(jīng)典途徑活化補體+-+-代替途徑活化補體+?+半衰期（天）20-235.85.12.82.5合成部位脾、淋巴結(jié)漿細(xì)胞粘膜相關(guān)淋巴樣組織脾、淋巴結(jié)漿細(xì)胞扁桃體、脾漿細(xì)胞粘膜固有層漿細(xì)胞通過胎盤+-免疫作用抗菌、抗病毒、抗毒素、自身抗體粘膜局部免疫作用，抗菌、抗病毒，免疫排除功能早期防御作用，溶菌，溶血，SmIgM，天然血型抗體，類風(fēng)濕因子SmIgMSmIgD正應(yīng)答抗寄生蟲感染，I型超敏反應(yīng)共七十七頁第五節(jié) 免疫(miny)球蛋白的基因結(jié)構(gòu)與抗體多樣性 Ig主要由脾、淋巴結(jié)和其他淋巴組織內(nèi)的槳細(xì)胞所產(chǎn)生。重鏈和輕鏈分別合成，然后裝配。Ig

21、的合成過程：轉(zhuǎn)錄(zhun l)mRNA剪切合成重鏈和輕鏈在粗面內(nèi)織網(wǎng)裝配四肽鏈轉(zhuǎn)運加糖基分泌胞外共七十七頁 B淋巴細(xì)胞內(nèi)存在3個編碼(bin m)Ig的基因庫，即 重鏈H基因庫; 輕鏈基因庫; 輕鏈基因庫。 Ig的H鏈基因由V,D,J,C組成， L鏈基因由V,J,C組成共七十七頁B共七十七頁編碼Ig基因(jyn)的多樣性體細(xì)胞突變V、D、J基因連接的多樣性抗體(kngt)多樣性及其機制1. Ig重鏈VDJ基因重排2. Ig輕鏈基因結(jié)構(gòu)與VJ重排3. 抗體多樣性機理共七十七頁B共七十七頁B共七十七頁 第六節(jié) 抗體的人工制備一、多克隆抗體（第一代抗體） 采用傳統(tǒng)的免疫方法，將抗原(kngyun)

22、物質(zhì)經(jīng)不同途徑注入動物體內(nèi)后，經(jīng)數(shù)次免疫后采取動物血液，分離出血清，由此獲得的抗血清即為多克隆抗體（polyclonal antibody, PcAb）。 該抗血清是一種多克隆的混合抗體，具有高度的異質(zhì)性，即針對統(tǒng)一抗原決定簇的抗體仍是由不同B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的不同質(zhì)的抗體所組成。共七十七頁制備(zhbi)過程抗原(kngyun)制備動物免疫檢測血清抗體效價多抗純化與標(biāo)記血清分離與保存共七十七頁二、單克隆抗體（第二代抗體） 由一個B細(xì)胞分化增殖的子代細(xì)胞（漿細(xì)胞）克隆、產(chǎn)生的針對(zhndu)單一抗原決定簇的抗體，或者說是由一個識別一種抗原表位的B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的同源抗體，稱為單克隆抗體（monco

23、lonal antibody, McAb）。 其抗體結(jié)構(gòu)高度均一，抗原結(jié)合部位和同種型都相同，而且具有純度高、特異性強、效價高、少或無血清交叉反應(yīng)等特點，已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)的各個領(lǐng)域。如血清學(xué)檢測診斷。 共七十七頁 基本制備原理 1975年Kohler和Milstein首創(chuàng)了小鼠B淋巴細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞和單克隆抗體技術(shù)。 1、小鼠骨髓瘤細(xì)胞在體內(nèi)、體外可無限增殖，但不能分泌抗體； 2、經(jīng)抗原免疫的小鼠脾細(xì)胞（含有大量B細(xì)胞）能產(chǎn)生抗體，但在體外不能無限增殖； 3、將免疫脾細(xì)胞與小鼠骨髓瘤細(xì)胞在融合劑50%聚乙二醇（PEG）作用下進(jìn)行融合； 4、融合后轉(zhuǎn)移到HAT選擇培養(yǎng)基未融合的脾細(xì)胞因不能在體外存活而死亡，未融合的骨髓瘤細(xì)胞合成DNA的主要途徑被氨基喋呤阻斷，又因缺乏次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)化酶（HGPRT），不能利用次黃嘌呤完成DNA的合成過程而死亡，而融合細(xì)胞由于(yuy)從脾細(xì)胞獲得HGPRT，故能在HAT培養(yǎng)基中存活和增殖。共七十七頁B共七十七頁5、融合后的雜交細(xì)胞系稱為雜交瘤（hybridoma）,這種雜交瘤細(xì)胞即具有骨髓瘤細(xì)胞能大量無限增殖的特性，又具有免疫B細(xì)胞合成和分泌抗體的能力；6、對融合后的雜交瘤細(xì)胞，應(yīng)盡早進(jìn)行克隆化，一方面是保證以后獲得的雜交瘤細(xì)胞是由一個細(xì)胞增殖而來的，即單個克隆，另一方面防止雜交瘤細(xì)胞因染色