第二章-免疫球蛋白

第二章

免疫球蛋白杜軍中山大學(xué)藥學(xué)院微生物與生化制藥研究室2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍2抗體與免疫球蛋白的概念抗體（antibody，Ab）由B細(xì)胞接受刺激后增殖分化為漿細(xì)胞產(chǎn)生的一類糖蛋白，主要存在血液和組織液中，是免疫應(yīng)答的效應(yīng)分子?？贵w分布于體液（及粘膜的外分泌液）中，還可存在于B細(xì)胞膜上。1964年世界衛(wèi)生組織將具有抗體活性及化學(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）。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍3第一節(jié)免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)

2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍42024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍5一、基本結(jié)構(gòu)（一）輕鏈和重鏈四肽鏈結(jié)構(gòu)所有Ig的基本單位都是四條肽鏈的對稱結(jié)構(gòu)。兩條重鏈（H）和兩條輕鏈（L）。每條重鏈和輕鏈分為氨基端和羧基端。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍61、輕鏈（lightchain，

L鏈）由210個氨基酸殘基組成，通常不含碳水化合物，分子量為25KD，有兩個由鏈內(nèi)二硫鍵組成的環(huán)肽，L鏈可分為：Kappa（κ）與lambda（λ）2個亞型。2、重鏈（heavychain，H鏈）由450-550個氨基酸殘基組成，分子量50-75KD，含糖數(shù)量不同，4-5個鏈內(nèi)二硫鍵，可分為5類，μ、γ、α、δ、ε鏈，不同的H鏈與L鏈（κ或λ）組成完整的Ig分子。分別稱為：IgM，IgG，IgA，IgD和IgE。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍7人類Ig根據(jù)其重鏈穩(wěn)定區(qū)的分子結(jié)構(gòu)和抗原特異性的不同，分為五類：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE，其重鏈分別為：g、a、m、d、e輕鏈可分為兩型：k、l型2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍8（二）可變區(qū)和恒定區(qū)1．可變區(qū)（Variableregion，V區(qū)）L鏈N端1/2處（VL）108-111個氨基酸殘基H鏈N端1/5-1/4處（VH）118個氨基酸殘基，V區(qū)有一個肽環(huán)65-75個氨基酸殘基。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍9VLCLVHCH1CH2CH3可變區(qū)可分為高變區(qū)（hypervariableregion,HVR）和骨架區(qū)（frameworkregion,FR）

VL的HVR在24-34，50-56，89-97氨基酸位置。VH的HVR在31-35，50-56，95-102氨基酸位置。分別稱為VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3。高變區(qū)為抗體與抗原的結(jié)合位置，又稱為互補(bǔ)決定區(qū)（complementarity-determiningregion,CDR

），VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3又分別稱為CDR1，CDR2，CDR32024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍102024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍1124-3450-5689-9731-35

50-56

95-102VL的HVRHL的HVRCDR1CDR2CDR3其中CDR3具有更高的高變程度，H鏈在與抗原結(jié)合中起重要的作用。FR2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍122．恒定區(qū)（constantregion，C區(qū)）L鏈C端1/2處，105個氨基酸，H鏈C端3/4-4/5處，331-431個氨基酸。在同一種屬動物中是比較恒定的,是制備第二抗體進(jìn)行標(biāo)記的重要基礎(chǔ)。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍13（三）鉸鏈區(qū)位于CH1與CH2之間，含有豐富的脯氨酸，因此易伸展彎曲，而且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍14免疫球蛋白的鉸鏈區(qū)及其功能2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍15Hinge2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍16（四）結(jié)構(gòu)域（功能區(qū)）鏈內(nèi)二硫鍵折疊成球形區(qū)稱為功能區(qū)（domain）約由110個氨基酸組成。氨基酸的順序具有高度的同源性。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍17VLCLVHCH1CH2CH3L鏈功能區(qū)：

2個，（VL，CL各一個）H鏈功能區(qū)：IgG，IgA，IgD，4個（V區(qū)1個，C區(qū)3個）,IgM，IgE，5個（V區(qū)1個，C區(qū)4個）2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍183功能區(qū)的作用：VL和VH是抗原結(jié)合的部位（FV區(qū)）。CL和CH1上具有同種異型的遺傳標(biāo)記。CH2具有補(bǔ)體結(jié)合點(diǎn)。CH3具有結(jié)合單核細(xì)胞，巨噬細(xì)胞，粒細(xì)胞，B細(xì)胞，NK細(xì)胞，F(xiàn)c段受體的功能。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍19（1）VL和VH是抗原結(jié)合的部位（FV區(qū)）。（2）CL和CH上具有同種異型的遺傳標(biāo)記。（3）CH2具有補(bǔ)體結(jié)合點(diǎn)。（4）CH3具有結(jié)合Fc段受體的功能。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍20二、J鏈和分泌片J鏈

J鏈?zhǔn)且粭l多肽鏈，富含半胱氨酸，由漿細(xì)胞合成。IgM，IgA分泌片由黏膜上皮細(xì)胞合成和分泌，以非共價形式結(jié)合到二聚體上，并一起被分泌到黏膜表面。對分泌型IgA具有保護(hù)作用2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍212024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍22三、免疫球蛋白的水解片段木瓜蛋白酶水解IgG得到兩個相同的Fab段和一個Fc段。胃蛋白酶裂解IgG

得到一個具有雙價活性的F（ab’）2段和若干個小分子多肽碎片（pFc’）2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍232024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍24第二節(jié)免疫球蛋白的異質(zhì)性免疫球蛋白是一群高度不均一性的復(fù)雜的大分子蛋白，除具有各種抗體的生物功能外，其本身還具有不同的抗原特異性。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍25一、同種型同種型（isotype）是指同一種屬所有正常個體的Ig分子共有的抗原表位。為非遺傳型標(biāo)志。即同種型抗原存在種屬差異，在異種體內(nèi)可誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的抗體。同種型的抗原性主要存在于Ig的C區(qū)內(nèi)，包括CH和CLH鏈的類、亞類抗原L鏈的型和亞型抗原2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍261．Ig的類和亞類（classesandsubclasses）（1）類：決定Ig不同類的抗原性差異存在于重鏈的恒定區(qū)（CH）。根據(jù)CH抗原性的差異，即氨基酸組成、排列、空間構(gòu)型、二硫鍵數(shù)目等的不同，將H鏈分為μ、γ、α、δ和ε鏈五類，與L鏈組成完整的Ig分子，分別為IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍27（2）亞類：同一類Ig中，根據(jù)重鏈區(qū)氨基酸組成（抗原性）和二硫鍵數(shù)目的差異。在同一類Ig中，H鏈結(jié)構(gòu)并非完全相同，其氨基酸的組成和序列的差異也必然反映出其抗原性的不同，據(jù)此可用血清學(xué)方法再進(jìn)一步分成亞類。人類IgG有4個亞類：IgG1、IgG2、IgG3和IgG4；IgM有2個亞類：IgM1和IgM2；IgA也有2個亞類：IgA1和IgA2。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍282、Ig的型和亞型（typesandsubtypes）（1）型各類Ig根據(jù)輕鏈恒定區(qū)（CL）抗原性差異（氨基酸的組成、排列和空間構(gòu)型的不同）分為κ和λ兩型。（2）亞型按λ輕鏈恒定區(qū)（C2）個別氨基酸的差異又可分為λ1，2，3，4，四個亞型。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍29二、同種異型同種異型（allotype）是指同一種屬不同個體間的Ig分子所具有的不同抗原表位，為個體型標(biāo)志。在同種異體間免疫可誘導(dǎo)免疫反應(yīng)。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍30三、獨(dú)特型獨(dú)特型（idiotype）指每個Ig分子所特有的抗原特異性表位。存在于抗體V區(qū)上。獨(dú)特型的抗原決定基稱為獨(dú)特位（idiotope），可在異種、同種異體以及自身體內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，稱為抗獨(dú)特型抗體（antiidiotypicantibody）。獨(dú)特型和抗獨(dú)特型抗體可形成復(fù)雜的免疫網(wǎng)絡(luò)，在機(jī)體免疫調(diào)節(jié)中占有重要地位。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍312024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍32抗原抗體抗獨(dú)特型抗體抗體Idiotype抗原表位2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍33第三節(jié)

免疫球蛋白的生物學(xué)功能與特性

2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍34一、免疫球蛋白的主要功能免疫球蛋白是血清中最主要的特異性的免疫分子，Ig的重要生物學(xué)活性由Fab段和Fc段分別執(zhí)行Fab段能特異地結(jié)合抗原；Fc段可介導(dǎo)一系列生物效應(yīng)，包括激活補(bǔ)體、親細(xì)胞而導(dǎo)致吞噬、介導(dǎo)Ⅰ型超敏反應(yīng)、通過胎盤等。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍351.IgV區(qū)功能Ig最顯著的生物學(xué)特點(diǎn)就是能夠特異性地與抗原結(jié)合，這種特異性結(jié)合抗原特性是由其V區(qū)（HVR）的空間構(gòu)型決定的。Ig的抗原結(jié)合點(diǎn)由L鏈和H鏈超變區(qū)組成，與相應(yīng)抗原上的表位互補(bǔ)，借助靜電力，氫鍵以及范德華力等次級鍵相結(jié)合，這種結(jié)合是可逆的，并受到pH、溫度和電解質(zhì)濃度的影響。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍36IgV區(qū)與抗原結(jié)合后所顯示的效應(yīng)：中和毒素、阻斷病原體侵入通過C區(qū)發(fā)揮作用同一克隆的漿細(xì)胞產(chǎn)生的不同類別Ig具有相同的特異性。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍372.IgC區(qū)的功能（1）活化補(bǔ)體：IgM，IgG1，IgG2和IgG3可通過經(jīng)典途徑活化補(bǔ)體。凝聚的IgA1，IgG4，IgE等可以通過旁路途徑活化補(bǔ)體。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍38（2）細(xì)胞親嗜性（結(jié)合Fc受體）1）介導(dǎo)I型變態(tài)反應(yīng)IgE誘導(dǎo)的細(xì)胞脫顆粒，釋放組胺，合成由細(xì)胞質(zhì)來源的介質(zhì)引起I型變態(tài)反應(yīng)。2）調(diào)理吞噬作用調(diào)理作用（opsonization）是指抗體，補(bǔ)體等調(diào)理素（opsonin），促進(jìn)吞噬細(xì)胞吞噬細(xì)菌等顆粒性抗原。由于補(bǔ)體對熱不穩(wěn)定，稱熱不穩(wěn)定調(diào)理素（heat-labileopsonin），抗體又稱為熱穩(wěn)定調(diào)理素（heat-stableopsonin）。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍392024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍403）發(fā)揮抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)細(xì)胞毒作用（antibodydependentcell-mediatedcytotoxicity,ADCC）2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍412024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍42

通過胎盤：IgG是唯一可通過胎盤從母體轉(zhuǎn)移給胎兒的Ig。是一種重要的自然被動免疫，對于新生兒的抗感染有重要作用。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍432024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍44二、五類免疫球蛋白的特性與功能1.IgGIgG于出生后3個月開始合成IgG多為單體，半衰期最長的抗體分子約為23天，占血清免疫球蛋白總量的75%～80%（10mg/ml）有4個亞類（IgG1，IgG2，IgG3和IgG4）。是再免疫應(yīng)答的效應(yīng)分子，是最重要的抗感染性抗體。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍45具有多種功能：1、結(jié)合抗原（中和細(xì)菌毒素、阻止病毒進(jìn)入易感細(xì)胞病毒，抑制病毒的繁殖等）。2、激活補(bǔ)體3、調(diào)理吞噬4、通過胎盤（是唯一能夠通過胎盤的抗體）5、抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)細(xì)胞毒效（ADCC）2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍462.IgM為五聚體，是分子量最大的Ig，稱巨球蛋白。IgM激活補(bǔ)體能力比IgG強(qiáng)天然血型抗體是IgMIgM是個體發(fā)育過程最早能產(chǎn)生的抗體，胚胎晚期已能合成，新生兒臍帶血中若IgM水平升高，表示該兒曾有宮內(nèi)感染IgM有10個抗原結(jié)合點(diǎn)。沒有鉸鏈區(qū)，有4個CH結(jié)構(gòu)域（CH1、CH2、CH3、CH4）。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍47其特點(diǎn)是：是在個體發(fā)育過程和免疫應(yīng)答過程中最早出現(xiàn)的抗體初次免疫應(yīng)答的主要效應(yīng)分子。結(jié)合抗原（中和毒素）、激活補(bǔ)體、調(diào)理吞噬作用均比IgG更有效不能通過血管進(jìn)入組織。膜性IgM（serfaceIgM，sIgM）是單體結(jié)構(gòu)，它是B細(xì)胞抗原受體（BCR）2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍482024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍493.IgA分為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。分泌型IgA（SIgA）是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等處的固有層中漿細(xì)胞產(chǎn)生。主要存在于初乳、唾液、淚液，以及呼吸道消化道和泌尿生殖道黏膜表面的分泌液中。分泌型IgA的合成和主要作用部位在黏膜2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍502024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍514.IgE又稱親細(xì)胞抗體CH2和CH3功能區(qū)可與肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞上的高親和力Fcε受體結(jié)合，引起I型超敏反應(yīng)與抗寄生蟲感染有關(guān)。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍525.IgDIgD是B細(xì)胞的重要表面標(biāo)志B細(xì)胞的分化過程中首先出現(xiàn)SmIgM，后來出現(xiàn)SmIgD，他的出現(xiàn)標(biāo)志著B細(xì)胞成熟了。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍532024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍542024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍55

第四節(jié)免疫球蛋白基因及抗體的多樣性機(jī)體對外界環(huán)境中眾多抗原刺激可產(chǎn)生相應(yīng)的特異性抗體，有人推算抗體的多樣性在107以上，這種抗體多樣性主要是由遺傳控制的。1965年Dreyer和Bennet首先提出假說，認(rèn)為Ig的V區(qū)和C區(qū)是由分隔存在的基因所編碼，在淋巴細(xì)胞發(fā)育過程中這兩個基因發(fā)生易位而重排在一起。1976年日本學(xué)者利根川進(jìn)應(yīng)用DNA重組技術(shù)證實(shí)了這一假說。利根川進(jìn)由此獲得1987年醫(yī)學(xué)和生理學(xué)諾貝爾獎。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍57基本特征Ig分子是由三個不連鎖的Igκ、Igλ和IgH基因所編碼。Igκ、Igλ和IgH基因定位于不同的染色體上。編碼一條Ig多肽鏈的基因是由在胚系中多個分隔的DNA片段（基因片段）經(jīng)重排而形成的。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍58Ig輕鏈k基因Ig重鏈H基因Ig輕鏈l基因21422IgH基因、l基因、k基因分別位于不同染色體上2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍59一、免疫球蛋白胚系基因結(jié)構(gòu)胚系中眾多的V、D、J基因片段胚系（germline)中未重排的DNA有眾多的V基因片段以及一定數(shù)量的D、J基因片段。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍60H基因L基因V:VarietyJ:Join

D:Diversity2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍61D基因編碼CDR3V基因編碼CDR1,CDR22024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍62二、Ig基因的結(jié)構(gòu)和重排Ig分子重鏈?zhǔn)怯蒊gH基因所編碼的。VH基因1000個片段；JH基因9個片段；DH基因10-20個片段；2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍63（一）重鏈V區(qū)基因H鏈V區(qū)基因是由V，D，J三種基因片段經(jīng)重排組成，首先發(fā)生D與J基因片段的連接形成D-J，然后再與V片段連接，是通過七聚體-間隔序列-九聚體識別信號和重組酶(RAG-1/RAG-2)而完成的。2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍64重組信號序列（RSS）2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍65RAG-1/22024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍66(recombinationactivationgene-1/2)基因重排時的環(huán)出2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍67V(D)JRecombination2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍682024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍69（二）重鏈C區(qū)基因小鼠H鏈區(qū)基因片段從5′端到3′排列的順序是Cμ-Cδ-Cγ3-Cγ1-Cγ2b-Cγ2a-Cε-Cα；人H鏈C區(qū)基因的順序?yàn)镃μ-Cδ-Cγ3-Cγ1-Cε2（Pseudo基因）-Cα1-Cγ2-Cγ4-Cε-Cα2。

2024/3/2微生物與生化藥學(xué)研究室杜軍70三、Ig輕鏈基因的結(jié)構(gòu)和重排Ig輕鏈基因的重排在IgH鏈基因重排后，L鏈可變區(qū)基因片段隨之發(fā)生重排。在L鏈中，κ鏈基因先發(fā)生重排，如果κ基因重排無效，隨即發(fā)生λ基因的重排。L鏈的CDR1