細(xì)胞與分子免疫學(xué)研究生免疫球蛋白

關(guān)于細(xì)胞與分子免疫學(xué)研究生免疫球蛋白

概述1、免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)：1968和1972年WHO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。

2、抗體(antibody,Ab)：

B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)生特異性結(jié)合的免疫球蛋白，這類免疫球蛋白稱為抗體。

3、Ig與Ab的區(qū)別和聯(lián)系：

Ig是化學(xué)結(jié)構(gòu)上的概念；Ab是生物學(xué)功能上的概念；所有的Ab都屬于Ig；并非所有的Ig都具有Ab的活性。第2頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天

免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu)

1、Ig的組成：由4條肽鏈通過(guò)鏈間S-S雙硫鍵連接而成，其中兩條分子量較大的鏈稱重鏈（Heavychain，H鏈），兩條分子量較小鏈的稱輕鏈（Lightchain，L鏈）。

2、H鏈：據(jù)氨基酸（aa）組成及序列的差異（抗原性）將H鏈分為5類，

、、、、鏈；其分別對(duì)應(yīng)于，IgA、IgD、IgE、IgG、IgM五類Ig。

第一節(jié)免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能

第3頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天

CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulinStructure第4頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、L鏈：據(jù)aa組成及序列的差異將L鏈分為2型，、型，：為2：1（人）。天然Ig單體中，兩條重鏈?zhǔn)峭惖模瑑蓷l輕鏈?zhǔn)峭偷摹?、Ig的分區(qū)：

（1）可變區(qū)：在Ig近N端L鏈的1/2和H鏈的1/4（、、）或1/5（、）范圍內(nèi)，因aa組成及序列變化較大，故稱可變區(qū)（Variableregion，V區(qū)）。

（2）恒定區(qū)：在Ig近C端L鏈的1/2和H鏈的3/4（、、）或4/5（、）范圍內(nèi)，因aa組成及序列變化相對(duì)穩(wěn)定故稱恒定區(qū)（Constantregion，C區(qū)）。

第5頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天

CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulinStructure第6頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天5、Ig的結(jié)構(gòu)域又稱功能區(qū)(Domain)：（1）VH、VL：超變區(qū)（HVR1、2、

3）、互補(bǔ)性決定區(qū)（CDR1、CDR2、CDR3），又稱Ig獨(dú)特型決定簇（Idiotype）;第7頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）CH1、CL：是各類、亞類、型、亞型Ig遺傳標(biāo)記所在部位;（3）IgG的CH2：補(bǔ)體C1q的結(jié)合位點(diǎn)；IgG借助

CH2通過(guò)胎盤(pán)，發(fā)揮被動(dòng)免疫作用；（4）CH3：

IgG的CH3與中性粒、巨噬細(xì)胞表面表達(dá)的

FcR結(jié)合，完成免疫調(diào)理作用；與NK細(xì)胞表面表達(dá)的FcRIII結(jié)合，完成ADCC作用；（5）IgE的CH4：

IgE的CH4與肥大和嗜堿性粒細(xì)胞表面表達(dá)的FcR結(jié)合，完成I型超敏反應(yīng)；（6）絞鏈區(qū)（Hingeregion）：T

Y第8頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天

CH1VLCLVHCH2CH3HingeRegionCarbohydrateDisulfidebondImmunoglobulinStructure第9頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天Fab（Fragmentofantigen-binding）AgbindingValence=1SpecificitydeterminedbyVHandVLPapainFcFabFc（Crystalizablefragment）Effectorfunctions6、Ig的水解片段(木瓜蛋白酶)第10頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天F(ab’)2AgbindingValence=2pFc’NoeffectorfunctionsPepsinpFc’PeptidesF(ab’)26、Ig的水解片段(胃蛋白酶)第11頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天第12頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天7、Ig的其他成分（1）J鏈：（joiningchain）由漿細(xì)胞合成，功能是將單體Ig分子連接為多聚體。如2個(gè)IgA單體形成二聚體；5個(gè)IgM單體是形成五聚體。第13頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天7、Ig的其他成分（2）分泌片：（secretorypiece,SP）由黏膜上皮細(xì)胞合成和分泌，功能是保護(hù)分泌型IgA或的IgM鉸鏈區(qū)免受蛋白酶的降解。第14頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五類Ig的特點(diǎn)第15頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天Ig的生物學(xué)活性1、特異性結(jié)合抗原2、激活補(bǔ)體3、與細(xì)胞Fc受體結(jié)合發(fā)揮生物效應(yīng)（1）免疫調(diào)理作用（2）ADCC（3）介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)（4）人IgG的Fc段與SPA結(jié)合4、選擇性傳遞第16頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天第17頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天Ab的生物學(xué)活性第18頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第二節(jié)免疫球蛋白編碼基因和抗體的多樣性

概述

人類B淋巴細(xì)胞存在三個(gè)編碼Ig的基因庫(kù)，即重鏈H基因庫(kù)及輕鏈、基因庫(kù)，它們分別位于第14、2及22號(hào)染色體上。

第19頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、胚系B細(xì)胞中Ig輕鏈基因的結(jié)構(gòu)

由3個(gè)基因所編碼：V基因、J基因編碼可變區(qū)；C基因編碼恒定區(qū)，即V----J----C。第20頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）鏈基因結(jié)構(gòu)1、Vκ：Vκ基因節(jié)段有90個(gè)，呈簇狀串聯(lián)排列（Vκ1—Vκn，n=90），其中含30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）。Vκ編碼V區(qū)110aa中的1~96aa；

第21頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、L序列：每個(gè)Vκ前都有一個(gè)L序列（Leader），編碼產(chǎn)物為前導(dǎo)肽，對(duì)輕鏈蛋白合成至關(guān)重要；3、Jκ：位于Vκ下游，也呈串聯(lián)排列，含5個(gè)基因節(jié)段，編碼V區(qū)110aa中的97—110aa；4、Cκ：只含單個(gè)外顯子，編碼C區(qū)蛋白。

第22頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）鏈基因結(jié)構(gòu)1、Vλ：Vλ基因節(jié)段有60個(gè)，呈簇狀串聯(lián)排列（Vλ1—Vλn，n=60），其中含30個(gè)假基因；2、L序列：每個(gè)Vλ前都有一個(gè)L序列（Leader），編碼產(chǎn)物為前導(dǎo)肽，對(duì)輕鏈蛋白合成至關(guān)重要；第23頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、Jλ1—Cλ1，Jλ2—Cλ2~~~Jλ7—Cλ7：Cλ1~~~Cλ7代表各個(gè)亞型λ鏈的基因節(jié)段，其中含4個(gè)功能基因節(jié)段和3個(gè)假基因。第24頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、胚系B細(xì)胞中Ig重鏈基因的結(jié)構(gòu)

由四個(gè)基因所編碼：V基因、D基因、J基因編碼可變區(qū)；C基因編碼恒定區(qū)，即V--D--J--C。第25頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天（一）重鏈V區(qū)基因1、VH：VH基因節(jié)段有95個(gè)，成簇狀串聯(lián)排列（VH1—VHn，n=95），其中含45個(gè)假基因。每個(gè)VH前都有一個(gè)L序列（Leader），其作用是在合成重鏈時(shí)將重鏈固定在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。Ln—VHn編碼疏水前導(dǎo)肽和CDR1及CDR2；C

DH(1-23)第26頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、DH，JH：DH有23個(gè)節(jié)段，成簇狀串聯(lián)排列；JH有9個(gè)節(jié)段，其中6個(gè)功能基因和3個(gè)偽基因。DH—JH編碼CDR3，JH編碼可變區(qū)的骨架部分（Frameworkregion）。C

DH(1-23)第27頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）重鏈C區(qū)基因1、CH：CH基因節(jié)段在染色體上的排列順序與其編碼的Ig在體內(nèi)成熟的順序相似，分別是Cμ—C—Cγ3—Cγ1—Cα1—Cγ2—Cγ4—Cε—Cα2。除C以外，其他CH基因節(jié)段都有一個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)（Switchregion，S區(qū)），其作用是控制Ig類型轉(zhuǎn)換；C

DH(1-23)第28頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、控制膜結(jié)合或分泌型Ig的基因：每個(gè)CH基因節(jié)段后分別排列著S和M兩基因，S即分泌型，M即膜結(jié)合型，如Cμ—Sμ—Mμ、C—S—M。C

DH(1-23)第29頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、B細(xì)胞分化過(guò)程中的基因重排

1、基因重排定義：在B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，形成功能性的免疫球蛋白基因單位，此過(guò)程稱基因重排（GeneRearrangement）。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)為免疫球蛋白。

第30頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、可變區(qū)的基因重排：（1）重鏈可變區(qū)的基因重排：選擇一個(gè)DH與一個(gè)JH節(jié)段連接（DH—JH），再選擇一個(gè)VH與DH—JH相連，一旦VH—DH—JH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，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；

C

DH(1-23)第31頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）輕鏈可變區(qū)的基因重排：κ鏈基因優(yōu)于λ鏈基因重排。選擇一個(gè)Vκ與一個(gè)Jκ節(jié)段連接Vκ—Jκ，其產(chǎn)物就會(huì)發(fā)生等位基因排除，同時(shí)也會(huì)抑制λ鏈基因重排，稱為同型排除。當(dāng)兩條染色體上的κ鏈基因重排都失敗時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)λ鏈基因重排。兩條染色體上的VH基因都是無(wú)產(chǎn)物重排，或κ基因和λ基因都是無(wú)產(chǎn)物重排，細(xì)胞凋亡（Apoptosis）。

第32頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）可變區(qū)的基因重排12~23規(guī)律和重組酶的作用：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（RSS）控制，遵循12~23規(guī)律且與DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)有關(guān)。

第33頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天（4）重鏈類型轉(zhuǎn)換：每個(gè)CH（Cσ除外）前都含一個(gè)S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)。在B細(xì)胞分化過(guò)程中，V-D-J的重排及其與C的連接是不依賴抗原刺激，重排的V-D-J與Cμ和Cσ連接，經(jīng)轉(zhuǎn)錄加工，此時(shí)在B細(xì)胞表面表達(dá)mIgM和/或mIgD。成熟的B細(xì)胞在抗原刺激下，B細(xì)胞在分泌IgM和/或IgD的同時(shí)，V-D-J從與Cμ基因連接轉(zhuǎn)換到與Cγ或Cα或Cε的連接，完成了類型轉(zhuǎn)換。C

DH(1-23)第34頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、Ig的多樣性：（1）組合性連接：重鏈的V-D-J連接（95個(gè)V基因、23個(gè)D基因，9個(gè)J基因）；輕鏈的V-J-C（90個(gè)Vκ基因、5個(gè)Jκ基因、一個(gè)Cκ基因；60個(gè)Vλ基因、7個(gè)Jλ基因和Cλ基因）；（2）接合多樣性：發(fā)生在D-J、V-D-J、V-J連接時(shí)，1>密碼子錯(cuò)位；2>框架（ORF）移位；3>N-序列插入；（3）體細(xì)胞突變：體細(xì)胞突變也可以產(chǎn)生Ig的多樣性。

第35頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、重排過(guò)程第36頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天

第三節(jié)基因工程抗體（GeneticEngineeringAntibody）

概述

單克隆抗體(McAb)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)限制了抗體的導(dǎo)向治療：（1）鼠源性McAb在人體內(nèi)易誘導(dǎo)免疫應(yīng)答；（2）人的McAb制備甚為困難。第37頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、嵌合抗體（ChimericAntibody）

原理：保留鼠Ig可變區(qū)部分，將其恒定區(qū)用人Ig取代。方法：PCR克隆鼠可變區(qū)基因和人恒定區(qū)基因，將兩基因連接，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)出嵌合抗體分子。優(yōu)點(diǎn)：親和力保持良好。缺點(diǎn)：含鼠Ig可變區(qū)的異源性，仍易誘導(dǎo)人免疫應(yīng)答。

第38頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天

原理：僅保留鼠Ig可變區(qū)CDR部分，將Ig其它區(qū)域都用人Ig取代。方法：CDR序列的獲得通常采用PCR技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：大大降低了鼠抗體的免疫原性。缺點(diǎn)：親和力不佳。二、CDR移植抗體（CDRGraftingAntibod