第2章 免疫球蛋白與抗體

第二章

免疫球蛋白與抗體第二章免疫球蛋白與抗體

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

一、抗體1890年人們用白喉?xiàng)U菌外毒素免疫動(dòng)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(dòng)物機(jī)體受到抗原物質(zhì)刺激后，由B淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化為漿細(xì)胞而產(chǎn)生的，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)抗體與免疫球蛋白的概念二、免疫球蛋白

1968年世界衛(wèi)生組織決定，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。

動(dòng)物免疫前后血清中各類球蛋白含量三、抗體與免疫球蛋白

經(jīng)對(duì)不同免疫血清的電泳分析，超速離心分析和分子量測(cè)定等方法，發(fā)現(xiàn)大部分抗體活性存在于γ球蛋白內(nèi)，但有小部分抗體活性可存在于β球蛋白內(nèi)。

抗體的化學(xué)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(qiáng)的針對(duì)性和多樣性，而單純的免疫球蛋白則無?？贵w不由均質(zhì)性球蛋白組成，而是由異質(zhì)性球蛋白組成。第二節(jié)免疫球蛋白的分子結(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)。（一）輕鏈和重鏈

1．輕鏈（L鏈）由214個(gè)氨基酸殘基組成，分子量為24kDa，有兩個(gè)由鏈內(nèi)二硫鍵組成的環(huán)肽，在羧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：κ與λ2個(gè)亞型。

2．重鏈（H鏈）由450-550個(gè)氨基酸殘基組成，分子量55-75kDa，有4-5個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵，兩重鏈之間由一對(duì)或兩對(duì)以上的二硫鍵互相連接?？煞譃?類：γ、μ、α、ε、δ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。（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(gè)氨基酸恒定區(qū)（CH）：VH區(qū)后一直到C端的氨基酸L鏈可變區(qū)（VL）：N端開始的109個(gè)氨基酸恒定區(qū)（CL）：VL區(qū)后一直到C端的氨基酸在VH中有4個(gè)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(gè)高變區(qū)。（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(gè)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(gè)氨基酸組成，其順序具有高度的同源性。

L鏈功能區(qū)VLCLVHH鏈功能區(qū)CH1、CH2和CH3（IgG、IgA、IgD）CH4（IgM、IgE）功能區(qū)作用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(bǔ)體結(jié)合點(diǎn)。CH3：是同免疫活性細(xì)胞的Fc受體的結(jié)合部位。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),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(shí)，該區(qū)可轉(zhuǎn)動(dòng)，以便一方面使可變區(qū)的兩個(gè)抗原結(jié)合點(diǎn)盡量與抗原結(jié)合；另一方面可使抗體分子變構(gòu)，使補(bǔ)體結(jié)合位點(diǎn)暴露出來。（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(shí)SC可防止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(duì)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(gè)單體。

3、五聚體IgM是由J鏈和二硫鍵連接的五個(gè)單體。（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，得到大小相近的3個(gè)片段；其中有兩個(gè)相同的抗原結(jié)合片斷Fab和一個(gè)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(gè)大小不同的片段，大片段是由二硫鍵連接的抗體分子的兩個(gè)臂，具有雙價(jià)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、免疫球蛋白的水片段與生物學(xué)活性

四免疫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(jī)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(shí)別受體和信號(hào)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）。

免疫球蛋白超家族五、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IgV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(bǔ)結(jié)合的構(gòu)象?？贵w與抗原之間的總結(jié)合力稱為親和力（avidity）。（二）抗體與補(bǔ)體的結(jié)合

抗體在一定條件下可與存在于血清中的補(bǔ)體分子相結(jié)合，并使之活化，產(chǎn)生多種生物學(xué)效應(yīng)。（三）

通過與細(xì)胞Fc受體結(jié)合發(fā)揮生物效應(yīng)

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(qiáng)吞噬細(xì)胞的吞噬作用。在體外的實(shí)驗(yàn)中，如將免疫血清加入中性粒細(xì)胞的懸液中，可增強(qiáng)對(duì)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BB（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(dòng)穿過胎盤進(jìn)入胎兒血循環(huán)。此外，SIgA可經(jīng)粘膜上皮細(xì)胞進(jìn)入消化道及呼吸道發(fā)揮局部免疫作用。GO第三節(jié)免疫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(gè)體內(nèi)的免疫球蛋白可分為IgG、IgM、IgA、IgE、IgD五類，重鏈分別稱為γ,μ,α,ε,δ鏈。（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)、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IgG1、IgG2、IgG3和IgG4四個(gè)亞類。（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κ和λ兩個(gè)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)λ型輕鏈N端恒定區(qū)上氨基酸排列順序的差異，免疫球蛋白又可分為若干亞型，κ型輕鏈無亞型。（五）亞群（subgroup）

根據(jù)免疫球蛋白V區(qū)的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可將免疫球蛋白分為3～5個(gè)亞群。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)生抗體，一種動(dòng)物的免疫球蛋白對(duì)另一種屬動(dòng)物而言是良好的抗原。（一）同種型決定簇

（二）同種異型決定簇（三）獨(dú)特型決定簇

（一）同種型決定簇

指在同一種屬動(dòng)物所有個(gè)體共同具有的免疫球蛋白抗原決定簇，即是說在同一種動(dòng)物不同個(gè)體之間同時(shí)存在不同類型的免疫球蛋白，不表現(xiàn)出抗原性，只是在異種動(dòng)物之間才表現(xiàn)出抗原性。（二）同種異型決定簇

指免疫球蛋白在同一種動(dòng)物不同個(gè)體之間呈現(xiàn)出的抗原性。（三）獨(dú)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(duì)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(jī)體內(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蛋白（抗體）的獨(dú)特型，或稱個(gè)體基因型，可變區(qū)內(nèi)的抗原決定簇稱為獨(dú)特型決定簇，其中單個(gè)的抗原決定簇又稱為獨(dú)特位。獨(dú)特型在異種、同種異體乃至同一個(gè)體內(nèi)均可刺激產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，這種抗體稱為抗獨(dú)特型抗體。

獨(dú)特型網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)

網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的提出：在同一動(dòng)物體內(nèi)一組抗體分子上的獨(dú)特型決定簇可被一組淋巴細(xì)胞表面抗原受體分子所識(shí)別，并產(chǎn)生相應(yīng)的抗獨(dú)特型抗體分子；該抗獨(dú)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(shí)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，籍以維持免疫應(yīng)答的穩(wěn)定平衡。機(jī)體對(duì)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(dú)特型聯(lián)結(jié)起來的一個(gè)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(shí)別過程，產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用，以維持機(jī)體免疫應(yīng)答的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。復(fù)習(xí)思考題1、抗體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(dú)特型決定簇。第四節(jié)各類免疫球蛋白的主要特性與功能

一、IgG

★IgG是血液和胞外液中的主要抗體成分，人和動(dòng)物中含量最高的免疫球蛋白，占血清總Ig的75～80%，半壽期20～30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（45～50%），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(dòng)物自然感染和人工主動(dòng)免疫后，機(jī)體所產(chǎn)生的主要抗體，是動(dòng)物機(jī)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)診斷和疫苗免疫后監(jiān)測(cè)的主要抗體；

★IgG還參與抗腫瘤免疫，同時(shí)也是引起Ⅱ型、Ⅲ型變態(tài)反應(yīng)及自身免疫病的抗體。二、IgM

★動(dòng)物機(jī)體初次免疫后產(chǎn)生最早的免疫球蛋白，但含量?jī)H占血清Ig的10%左右；

★主要由脾臟和淋巴結(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(gè)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(shí)間短，不是抗感染免疫的主力，但對(duì)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(gè)抗原結(jié)合部位，其單個(gè)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Ⅱ型Ⅲ型變態(tài)反應(yīng)及自身免疫病的抗體。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是參與粘膜局部免疫的主要抗體，在傳染病預(yù)防接種中，經(jīng)滴鼻、點(diǎn)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)。B四、IgE★

IgE產(chǎn)生部位與分泌型IgA相似，在