病原生物學(xué)與免疫學(xué)課程免疫球蛋白與抗體教學(xué)課件

免疫球蛋白與抗體授課人：XXX病原生物學(xué)與免疫學(xué)教學(xué)課件目錄/CONTENTS01免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)02各類(lèi)免疫球蛋白的特性與功能03免疫球蛋白的生物學(xué)活性02人工制備的抗體類(lèi)型抗體（antibody，Ab）是B細(xì)胞識(shí)別抗原后活化、增殖分化為漿細(xì)胞，由漿細(xì)胞合成和分泌的能與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性結(jié)合的球蛋白?？贵w主要存在于血清中，也見(jiàn)于其他體液及分泌液中，因此將以抗體為主要分子的免疫效應(yīng)稱(chēng)為體液免疫。免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）泛指具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白，分為分泌型和膜型。前者主要存在于血清等體液中，發(fā)揮免疫功能；后者存在于B細(xì)胞膜上，即B細(xì)胞表面的抗原受體（BCR）。免疫球蛋白是化學(xué)的概念，而抗體是功能性的定義，抗體均為免疫球蛋白，但并非所有的免疫球蛋白都具有抗體的生物學(xué)活性。第一節(jié)免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu)免疫球蛋白的功能區(qū)免疫球蛋白的水解片段免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu)是由兩條相同的重鏈（heavychain，H鏈）和兩條相同的輕鏈（lightchain，L鏈）通過(guò)鏈間二硫鍵連接而成，構(gòu)成一個(gè)呈“Y”形的單體分子。一、免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu)根據(jù)免疫球蛋白重鏈恒定區(qū)氨基酸組成上的差異將重鏈分為μ、δ、γ、α和ε五種類(lèi)型，并據(jù)此將免疫球蛋白分為IgM、IgD、IgG、IgA和IgE五類(lèi)。輕鏈可分為κ型和λ型。正常人免疫球蛋白中κ鏈∶λ鏈約為2∶1。一、免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu).免疫球蛋白分子的多肽鏈兩端分別稱(chēng)為氨基端（N端）和羧基端（C端）。在重鏈靠N端的1/4或1/5區(qū)域及輕鏈靠N端的1/2區(qū)域，氨基酸的組成和排列變化很大，隨抗原不同而變化，稱(chēng)為可變區(qū)（variableregion，V區(qū)），其他區(qū)域稱(chēng)為恒定區(qū)（constantregion，C區(qū)）。一、免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu)V區(qū)某些區(qū)域的氨基酸組成和排列順序顯示更大的變化，稱(chēng)此區(qū)域?yàn)槌儏^(qū)（hypervariableregion，HVR），此區(qū)是抗體和抗原表位互補(bǔ)結(jié)合的區(qū)域，故又稱(chēng)互補(bǔ)決定區(qū)（complementarydeterminingregion，CDR）。V區(qū)其他部分相對(duì)比較保守，稱(chēng)為骨架區(qū)，對(duì)維持CDR的空間構(gòu)型起著很重要的作用。一、免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu).免疫球蛋白分子的H鏈和L鏈可通過(guò)折疊并由鏈內(nèi)二硫鍵連接，形成若干個(gè)球形功能區(qū)，或稱(chēng)為結(jié)構(gòu)域。每個(gè)結(jié)構(gòu)域約由110個(gè)氨基酸組成，各具有一定的功能，稱(chēng)為免疫球蛋白功能區(qū)。L鏈分為可變區(qū)（VL）和恒定區(qū)（CL）兩個(gè)區(qū)。二、免疫球蛋白的功能區(qū)IgG、IgA和IgD的H鏈各有VH、CH1、CH2和CH3四個(gè)功能區(qū)；IgM和IgE的H鏈各有VH、CH1、CH2、CH3和CH4五個(gè)功能區(qū)。二、免疫球蛋白的功能區(qū)各功能區(qū)具有相應(yīng)的生物學(xué)功能：①VH和VL是與抗原結(jié)合的部位。②CH1和CL帶有同種異型的遺傳標(biāo)記。③CH2是補(bǔ)體結(jié)合點(diǎn)，參與補(bǔ)體激活；母體的IgG可借助CH2區(qū)通過(guò)胎盤(pán)主動(dòng)傳遞到胎兒體內(nèi)。④CH3具有與細(xì)胞表面的Fc受體結(jié)合的功能。⑤CH4可與肥大細(xì)胞結(jié)合，參與Ⅰ型超敏反應(yīng)。二、免疫球蛋白的功能區(qū)鉸鏈區(qū)位于CH1和CH2之間，由十幾個(gè)氨基酸殘基組成，富含脯氨酸，具有彈性，易于伸展、彎曲，也易被酶解。當(dāng)免疫球蛋白與抗原結(jié)合時(shí)，此區(qū)便發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使抗體分子上的兩個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)更好地與抗原決定簇結(jié)合；另外，抗體與抗原結(jié)合使免疫球蛋白變構(gòu)，暴露補(bǔ)體結(jié)合位點(diǎn)，為補(bǔ)體活化創(chuàng)造了條件。二、免疫球蛋白的功能區(qū).免疫球蛋白可被多種蛋白酶水解，產(chǎn)生不同的片段，常用的酶有木瓜蛋白酶和胃蛋白酶。三、免疫球蛋白的水解片段木瓜蛋白酶能夠在鉸鏈區(qū)二硫鍵的近N端切斷H鏈，將Ig分子裂解為三個(gè)片段。其中，兩個(gè)片段完全相同，具有單價(jià)結(jié)合抗原的能力，被稱(chēng)為抗原結(jié)合片段（fragmentofantigenbinding，F(xiàn)ab），它含有一條完整的L鏈和H鏈N端的1/2部分，能與一個(gè)抗原表位發(fā)生特異性結(jié)合，為單價(jià)。另外一個(gè)片段不能結(jié)合抗原，是抗體分子與效應(yīng)分子及細(xì)胞相互作用的部位，由于在低溫下可結(jié)晶，故名可結(jié)晶片段（crystallizablefragment，F(xiàn)c）。三、免疫球蛋白的水解片段胃蛋白酶在鉸鏈區(qū)二硫鍵近C端切斷H鏈，得到一個(gè)具有雙價(jià)抗體活性的F（ab＇）2段和若干無(wú)生物學(xué)活性的pFc＇小片段（見(jiàn)圖29-2）。F（ab＇）2段是由二硫鍵相連接的兩個(gè)Fab段，pFc＇小片段不具有免疫學(xué)活性。三、免疫球蛋白的水解片段第二節(jié)各類(lèi)免疫球蛋白的特性與功能IgGIgMIgAIgDIgEIgG主要由脾臟和淋巴結(jié)中的漿細(xì)胞合成和分泌，是血清中的主要抗體成分，占血清免疫球蛋白總量的75%～80%。IgG多以單體形式存在，人體IgG有IgG1、IgG2、IgG3和IgG4四個(gè)亞型。IgG半衰期約23天，是所有Ig中半衰期最長(zhǎng)的。嬰兒出生后3個(gè)月開(kāi)始合成IgG，5歲左右達(dá)到成人水平。一、IgGIgG是抗感染的主要抗體，大多數(shù)抗菌、抗病毒抗體和抗毒素都為IgG類(lèi)。IgG是五類(lèi)免疫球蛋白中唯一能夠通過(guò)胎盤(pán)的抗體，在新生兒被動(dòng)免疫中起著重要的作用。某些自身抗體，如系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）患者的抗核抗體、抗甲狀腺球蛋白抗體也屬于IgG。IgG還參與Ⅱ、Ⅲ型超敏反應(yīng)。一、IgG.兩個(gè)或兩個(gè)以上的IgG分子同時(shí)結(jié)合于微生物表面時(shí)能夠活化補(bǔ)體，裂解靶細(xì)胞。IgG以其Fc段與吞噬細(xì)胞和NK細(xì)胞表面的相應(yīng)受體結(jié)合，發(fā)揮調(diào)理吞噬和ADCC作用。在免疫學(xué)檢驗(yàn)中，還能利用IgG的FC段與金黃色葡萄球菌表面A蛋白（SPA）結(jié)合，進(jìn)行協(xié)同凝集試驗(yàn)。一、IgG.IgM是分子量最大的免疫球蛋白，又稱(chēng)為巨球蛋白。IgM的產(chǎn)生部位主要在脾臟和淋巴結(jié)中，在血清中為五聚體形式，由于不易通過(guò)血管壁，故主要分布在血液中，占血清免疫球蛋白總量的10%。二、IgMIgM是個(gè)體發(fā)育過(guò)程中出現(xiàn)最早的Ig，在胚胎發(fā)育晚期，胎兒就開(kāi)始具有產(chǎn)生IgM的能力。IgM不能通過(guò)胎盤(pán)，若新生兒臍血中出現(xiàn)針對(duì)某種病原微生物的IgM，表明胚胎期有相應(yīng)的病原微生物感染，即宮內(nèi)感染。二、IgM.IgMIgM是免疫應(yīng)答過(guò)程中最早出現(xiàn)的抗體分子，在機(jī)體的早期免疫防御中占有重要的地位。又由于IgM的半衰期短，僅為5.1天，所以檢測(cè)個(gè)體IgM可用于感染的早期診斷。天然的血型抗體為IgM，所以輸入血型不合的血液將引起嚴(yán)重的血管內(nèi)溶血反應(yīng)。IgM也參與Ⅱ、Ⅲ型超敏反應(yīng)。二、IgMIgM是高效能抗體，理論上抗原結(jié)合價(jià)為10，但與大分子抗原結(jié)合時(shí)，由于空間位阻的原因，只表現(xiàn)為5價(jià)。其激活補(bǔ)體的能力和聚集能力很強(qiáng)，所以在促進(jìn)溶菌、殺菌及凝集能力方面比IgG大，但中和毒素和抗病毒的能力低于IgG。二、IgM.IgA分血清型和分泌型兩種。血清型IgA主要由腸系膜淋巴組織中的漿細(xì)胞產(chǎn)生，多為單體分子，占血清免疫球蛋白總量的10%～20%。分泌型IgA（SIgA）是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等處黏膜固有層中的漿細(xì)胞產(chǎn)生的，在漿細(xì)胞內(nèi)由J鏈連接成雙聚體后分泌出細(xì)胞，當(dāng)雙聚體的IgA通過(guò)黏膜上皮細(xì)胞向外分泌時(shí)，與上皮細(xì)胞合成的分泌片結(jié)合形成完整的SIgA，分布于黏膜表面。三、IgASIgA主要存在于唾液、淚液、初乳、胃腸液、尿液、汗液和支氣管分泌液中，不易被蛋白酶破壞，通過(guò)阻抑微生物和抗原物質(zhì)黏附、裂解細(xì)菌及免疫排除作用，在黏膜局部發(fā)揮重要的抗感染和抗過(guò)敏作用。若SIgA合成低下或障礙，易發(fā)生呼吸道、胃腸道、泌尿道感染及過(guò)敏反應(yīng)。三、IgA.IgAIgA不能通過(guò)胎盤(pán)，新生兒可從母親分泌的初乳中獲得SIgA，對(duì)防止呼吸道和消化道感染有重要的作用。嬰兒出生后4～6個(gè)月開(kāi)始合成IgA。三、IgAIgD在血清中含量很低，僅占免疫球蛋白總量的1%。IgD以單體形式存在，鉸鏈區(qū)較長(zhǎng)，對(duì)蛋白水解酶和高溫十分敏感，所以半衰期短，僅為2.8天。血清中IgD的功能尚不清楚。IgD是B細(xì)胞成熟的重要標(biāo)志。未成熟B細(xì)胞表達(dá)mIgM，成熟B細(xì)胞同時(shí)表達(dá)mIgM和mIgD，當(dāng)受抗原或其他物質(zhì)刺激活化后或分化成為記憶B細(xì)胞時(shí)，mIgM和mIgD逐漸消失。四、IgDIgE是正常人血清中含量最少的免疫球蛋白，僅占免疫球蛋白總量的0.002%。在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中合成較晚，以單體形式存在。IgE主要由鼻咽部、扁桃體、支氣管、胃腸道等黏膜固有層的漿細(xì)胞產(chǎn)生，這些部位是變應(yīng)原進(jìn)入機(jī)體的主要門(mén)戶(hù)，也是許多超敏反應(yīng)的好發(fā)場(chǎng)所。IgE通過(guò)CH2、CH3結(jié)構(gòu)域與肥大細(xì)胞及嗜堿性粒細(xì)胞表達(dá)的高親和力受體結(jié)合，引起Ⅰ型超敏反應(yīng)。IgE還與寄生蟲(chóng)感染免疫密切相關(guān)。五、IgE第三節(jié)免疫球蛋白的生物學(xué)活性特異性結(jié)合抗原激活補(bǔ)體結(jié)合Fc受體通過(guò)胎盤(pán)和黏膜免疫球蛋白的生物學(xué)活性取決于其不同功能區(qū)的特點(diǎn)。與抗原特異性結(jié)合主要由可變區(qū)完成，與抗原結(jié)合后激發(fā)的效應(yīng)功能及其他一些功能則由恒定區(qū)完成。概述識(shí)別和結(jié)合特異性抗原是抗體分子的主要功能，并由此發(fā)揮免疫效應(yīng)?？贵w分子可有單體、雙體和五聚體。一個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)只能與一個(gè)抗原決定簇結(jié)合。完整的IgG、IgD、IgE及血清型IgA分子為單體，有兩個(gè)抗原結(jié)合點(diǎn)；分泌型IgA為二聚體，有四個(gè)抗原結(jié)合點(diǎn)；IgM為五聚體，有十個(gè)抗原結(jié)合點(diǎn)。抗體與抗原結(jié)合后，Ig的Fc段發(fā)生變構(gòu)，發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)。一、特異性結(jié)合抗原.激活補(bǔ)體當(dāng)抗體（IgM、IgG1、IgG2和IgG3）與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合后，分子構(gòu)型發(fā)生變化，暴露出H鏈C區(qū)上的補(bǔ)體結(jié)合位點(diǎn)，從而啟動(dòng)經(jīng)典途徑激活補(bǔ)體系統(tǒng)。凝聚的IgA、IgG4和IgE可通過(guò)旁路途徑激活補(bǔ)體系統(tǒng)，IgD不能激活補(bǔ)體。二、激活補(bǔ)體①免疫調(diào)理作用：IgM、IgG的Fc段可與巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的Fc受體結(jié)合，這些抗體分子若已經(jīng)與細(xì)菌等顆粒性抗原結(jié)合，則可加強(qiáng)吞噬細(xì)胞的吞噬作用，此為免疫調(diào)理作用。②ADCC：IgM、IgG與靶細(xì)胞結(jié)合后，其Fc段可與NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等效應(yīng)細(xì)胞結(jié)合，發(fā)揮抗體依賴(lài)細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒效應(yīng)（antibody-dependentcell-mediatedcytotoxicity，ADCC）。Ig能通過(guò)Fc段與多種細(xì)胞（肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、NK細(xì)胞等）表面的Fc受體結(jié)合，產(chǎn)生不同的免疫效應(yīng)：三、結(jié)合Fc受體③介導(dǎo)Ⅰ型超敏反應(yīng)：由于IgEFc段的結(jié)構(gòu)特異性，和細(xì)胞結(jié)合的親和性更強(qiáng)，可在游離條件下與有相應(yīng)受體的肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、血小板等的Fc受體結(jié)合，故IgE又稱(chēng)為親細(xì)胞抗體。結(jié)合了IgE分子的肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞再與相應(yīng)抗原結(jié)合時(shí)，可引起Ⅰ型超敏反應(yīng)。Ig能通過(guò)Fc段與多種細(xì)胞（肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、NK細(xì)胞等）表面的Fc受體結(jié)合，產(chǎn)生不同的免疫效應(yīng)：三、結(jié)合Fc受體①I(mǎi)gG是人類(lèi)唯一能夠從母體通過(guò)胎盤(pán)轉(zhuǎn)移到胎兒體內(nèi)的免疫球蛋白。IgG的Fc段和胎盤(pán)滋養(yǎng)層細(xì)胞膜表面的IgGFc受體能產(chǎn)生可逆性的結(jié)合，進(jìn)而被分泌進(jìn)入胎兒體液中，形成自然被動(dòng)免疫，在胎兒期抗感染免疫中發(fā)揮重要的作用。②IgA可通過(guò)消化道、呼吸道和乳腺等上皮細(xì)胞，形成分泌性IgA，分泌至黏膜表面發(fā)揮局部免疫作用。四、通過(guò)胎盤(pán)和黏膜第四節(jié)人工制備的抗體類(lèi)型多克隆抗體單克隆抗體基因工程抗體通過(guò)胎盤(pán)和黏膜天然抗原是由多種抗原分子組成的，每種抗原分子又含有許多抗原決定簇，每一種抗原決定簇可激活相應(yīng)的B細(xì)胞克隆，進(jìn)而分化、成熟并合成相應(yīng)的抗體。多克隆抗體（polyclonalantibody，PcAb）是利用純化的抗原免疫動(dòng)物后，誘導(dǎo)動(dòng)物多個(gè)B細(xì)胞克隆產(chǎn)生針對(duì)該抗原多種抗原決定簇的抗體混合物。一、多克隆抗體.恢復(fù)期患者或免疫接種人群的血清也可獲得多克隆抗體，這是人工制備抗體最早采用的方法。這種制備抗體方法的優(yōu)點(diǎn)是來(lái)源廣泛、制備容易，免疫作用全面。缺點(diǎn)是特異性差，易出現(xiàn)交叉反應(yīng)。一、多克隆抗體單克隆抗體單克隆抗體（monoclonalantibody，McAb）是由單一B細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞產(chǎn)生的只識(shí)別一種抗原決定簇的具有高度特異性的抗體。1975年，Kohler和Milstein采用細(xì)胞融合技術(shù)將小鼠脾細(xì)胞與小鼠骨髓瘤細(xì)胞融合，形成雜交瘤細(xì)胞。這種雜交瘤細(xì)胞既保存了骨髓瘤細(xì)胞無(wú)限繁殖的特性，又具有免疫B細(xì)胞合成和分泌特異性抗體的能力。二、單克隆抗體融合后的細(xì)胞經(jīng)特殊的選擇培養(yǎng)基培養(yǎng)，將融合成功的雜交瘤細(xì)胞選擇出來(lái)進(jìn)行單個(gè)培養(yǎng)，再經(jīng)特異性抗原檢測(cè)后尋找到針對(duì)某種抗原的雜交瘤細(xì)胞，可通過(guò)體外培養(yǎng)或接種于小鼠內(nèi)大量增殖，即克隆化，從培養(yǎng)上清液或腹腔積液中可獲得單克隆抗體。二、單克隆抗體①單克隆抗體被廣泛用作診斷檢測(cè)試劑，提高了常規(guī)免疫學(xué)檢測(cè)技術(shù)在疾病診斷和分析研究中的敏感性、特異性、準(zhǔn)確性和檢測(cè)速度。②可與抗癌藥物、毒素、放射性物質(zhì)偶聯(lián)，用于腫瘤患者的體內(nèi)定位診斷和治療。③可用于防治器官移植排斥反應(yīng)等。但是目前絕大多數(shù)單克隆抗體是鼠源性的，由于是異種抗原，重復(fù)使用鼠源性抗體將促使機(jī)體產(chǎn)生抗鼠Ig的抗體，不僅降低臨床療效，還可能引起嚴(yán)重的超敏反應(yīng)，因而限制了其臨床應(yīng)用。單克隆抗體具有純度高、特異性強(qiáng)、效價(jià)高、可以大量生產(chǎn)等許多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域：二、單克隆抗體基因工程抗體借助DNA重組和蛋白質(zhì)工程技術(shù)，在基因水平上對(duì)編碼免疫球蛋白分子的基因進(jìn)行切割、拼接或修飾，構(gòu)成的新型抗體稱(chēng)為基因工程抗體（ge