抗體及基因重排

1、抗體及基因重排 （Antibody,Ab）,遵義醫(yī)學(xué)院 孫萬邦,抗體（antibody，Ab）是B淋巴細(xì)胞接受抗原刺激后增殖分化為漿細(xì)胞，由漿細(xì)胞合成、分泌能與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合的免疫球蛋白 （immunoglobulin，Ig）。 抗體主要存在于血清中，也存在于各種體液中。,11.1 Ab（Ig）的基本結(jié)構(gòu)及多樣性,Ig分子的基本結(jié)構(gòu)是由兩條相同的重鏈和兩條相同的輕鏈通過二硫鍵連接而成的四肽鏈結(jié)構(gòu),稱為Ig的單體。,一、重鏈和輕鏈 1.重鏈（heavy chain ，H鏈） Ig 的重鏈由450550 個氨基酸殘基組成， 分子量約為5075kD。,重鏈 根據(jù)重鏈免疫原性的不同，可將重鏈分為、

2、和五類（class）， 與輕鏈結(jié)合為IgM、IgG、IgA、IgD和IgE。 某些又可亞類。分為四個亞類（1-4），分為2個亞類（1-21-2）。,2輕鏈（light chain，L鏈） Ig的輕鏈約含214個氨基酸，約為重鏈的1/2，分子量約25kD。,輕鏈 輕鏈免疫原性的不同，分為、兩型。 同一個體內(nèi)可存在分別帶有為和鏈的Ig分子，同一天然Ig分子中不可能同時有和鏈，兩條輕鏈的型別必然相同。,二、可變區(qū)和恒定區(qū),1.可變區(qū) Ig近氨基端輕鏈的1/2和重鏈的1/4 （、）或1/5（、）.,可變區(qū) 氨基酸排列順序在不同抗體分子間變化較大稱為可變區(qū)（variable region，V區(qū)）。,2.

3、恒定區(qū),Ig分子近C端，輕鏈的1/2和重鏈的3/4（或4/5）區(qū)域中氨基酸的數(shù)量、種類、排列順序及含糖量均較為恒定，稱為恒定區(qū)（constant region，C區(qū)）。,重鏈和輕鏈的恒定區(qū)分別稱為CH和CL。 Ig的C區(qū)與抗體的生物學(xué)功能相關(guān)。,二、鉸鏈區(qū),鉸鏈區(qū) 在CH1和CH2之間，即重鏈的鏈間二硫鍵連接處附近，有一個可轉(zhuǎn)動的鉸鏈區(qū)（hinge region）。,含較多的脯氨酸殘基，富于柔性，可賦予較大的自由活動度。該區(qū)由于是一段較伸展的肽鏈，對蛋白酶敏感，易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶水解。,三、水解片段,在一定條件下，可通過蛋白酶將Ig消化成不同的片段，從而研究Ig的結(jié)構(gòu)和功能，最常用的蛋白

4、酶是木瓜蛋白酶和胃蛋白酶。,Figure 3-3,木瓜蛋白酶（papain）的水解部位位于Ig鉸鏈區(qū)重鏈間二硫鍵近N端處，水解后可得到2個相同的抗原結(jié)合片段（fragment of antigen binding，F(xiàn)ab）和1個可結(jié)晶的片段（fragment crystallizable，F(xiàn)c）。 Fab段具有抗體活性的部分，可單價與抗原結(jié)合； Fc段不能與抗原結(jié)合，保留了Ig重鏈的免疫原性及其相應(yīng)功能區(qū)的生物學(xué)活性。,Figure 3-3 part 1 of 2,胃蛋白酶水解片段,用胃蛋白酶（pepsin）可使Ig在重鏈間二硫鍵近C端處斷開，獲得1個仍由二硫鍵連接的F（ab）2片段和若干小分

5、子多肽碎片pFc。F（ab）2是由兩個Fab及鉸鏈區(qū)組成，可同時結(jié)合兩個抗原表位。pFc無生物活性。 白喉或破傷風(fēng)抗毒素經(jīng)胃蛋白酶消化后精制的制劑，由于去除了重鏈的Fc段可減少超敏反應(yīng)的發(fā)生。,Figure 3-3 part 2 of 2,四、 Ig的其他結(jié)構(gòu),1、J鏈 連接鏈（joining chain，J鏈）是由漿細(xì)胞合成的一條富含半胱氨酸的多肽鏈，可將單體Ig連接為多聚體并使之穩(wěn)定。如連接分泌型IgA（secretory IgA，SIgA）成雙體，連接IgM成為五聚體。,2.分泌片,分泌片（secretory piece，SP）又稱分泌成分（secretory componnent，SC

6、），是由粘膜上皮細(xì)胞合成含糖的肽鏈，以非共價形式與IgA二聚體結(jié)合，使其成為分泌型IgA（SIgA）。其功能是保護(hù)SIgA免受外分泌液中蛋白水解酶的水解作用，并能介導(dǎo)SIgA轉(zhuǎn)運，是其分泌至粘膜表面，發(fā)揮粘膜免疫作用。,五、高變區(qū)（抗體分子立體結(jié)構(gòu)）,重鏈和輕鏈V區(qū)（VH和VL）中各有3個區(qū)域的氨基酸組成和排列順序變化最為明顯，稱為高變區(qū)或超變區(qū)（hypervariable region，HVR）。,六、功能區(qū)的功能,1.VH、VL：是Ig分子特異性識別和結(jié)合抗原的部位。 由于超變區(qū)的氨基酸組成和排列隨所結(jié)合的抗原特異性不同而不同，故其氨基酸的種類和排列順序千變?nèi)f化，可形成很多能與不同特異性抗

7、原表位結(jié)合的抗體。,2.CL和CH1：某些同種異型的遺傳標(biāo)記存在于該區(qū)。,3.IgG的CH2和IgM的CH3：有補(bǔ)體C1q的結(jié)合位點(CR1)，與補(bǔ)體經(jīng)典途徑的激活有關(guān)。 IgG的CH2可通過胎盤。,補(bǔ)體結(jié)合點,4.CH3或CH4：可與多種細(xì)胞表面的相應(yīng)的Fc受體結(jié)合，產(chǎn)生不同的免疫效應(yīng)。 溶細(xì)胞、細(xì)菌，調(diào)理作用，ADCC作用，中和毒素，致超敏反應(yīng),11.2 五類Ig的特性和功能 一、IgG,IgG的功能和結(jié)構(gòu)在五類Ig中研究得最為充分。人類Ig共有4個亞類，即IgG1、IgG2、IgG3和IgG4。 IgG主要由脾臟和淋巴結(jié)中漿細(xì)胞合成，是血清中含量最多（約占血清Ig總量的75%）、半衰期最

8、長（約23天）的Ig； 機(jī)體在出生后3個月就開始產(chǎn)生IgG，35歲達(dá)到成人水平。,IgG抗病毒和細(xì)菌感染，中和毒素的重要抗體，多數(shù)抗菌、抗病毒和抗毒素的抗體均為IgG類。 IgG的Fc段可與多種細(xì)胞表面的FcR結(jié)合，發(fā)揮調(diào)理作用及ADCC效應(yīng)。IgG的某些亞類有親細(xì)胞性，與I型超敏反應(yīng)發(fā)生有關(guān)；還可與葡萄球菌A蛋白（staphlococcus protein A，SPA）結(jié)合。某些自身抗體，也多屬IgG類。,IgG是五類Ig中唯一可主動穿過胎盤的Ig，對防止新生兒感染有重要作用。,二、IgM,IgM為五聚體，在五類Ig中分子量最大，又稱為巨球蛋白， 含量約血清Ig總量的10%。 胚胎晚期開始合

9、成或是在抗原刺激誘導(dǎo)的體液免疫應(yīng)答中最早產(chǎn)生的Ig。,IgM也是初次免疫應(yīng)答中的主要Ig，由于其不能通過胎盤，因此臍血中IgM異常增高提示胎兒有宮內(nèi)感染；,病人血清特異性IgM水平增高，表明有近期感染，因此檢測該指標(biāo)有助感染性疾病的早期診斷。,由于IgM具有較多的補(bǔ)體結(jié)合位點，因此具有較IgG更強(qiáng)大的激活補(bǔ)體經(jīng)典途徑的能力，是抗感染、特別是抗早期感染的主要抗體，當(dāng)人體缺乏IgM可能發(fā)生致死性敗血癥。 類風(fēng)濕因子、冷凝集素、天然血型抗體均為IgM類。,三、IgA,IgA有血清型和分泌型兩型。血清型IgA主要為單體，有IgA1和IgA2兩個亞型，凝聚的IgA可通過旁路途徑激活補(bǔ)體，有一定的免疫作用

10、。 分泌型IgA（secretory IgA，SIgA）由J鏈連接的二聚體和分泌片組成。IgA在出生后46個月才開始產(chǎn)生，粘膜固有層的漿細(xì)胞合成和分泌二聚體IgA，在與粘膜上皮細(xì)胞合成的分泌片結(jié)合后，穿過粘膜上皮細(xì)胞，轉(zhuǎn)運至局部腔道。,SIgA廣泛存在于唾液、淚液和與外界相通的呼吸道、消化道和泌尿生殖道的外分泌液中，以初乳中含量最高，新生兒可從初乳中獲得SIgA。,SIgA具有局部抗感染作用，阻止病原體粘附到細(xì)胞表面，或通過中和毒素的毒性作用而在粘膜局部發(fā)揮重要的抗感染作用，是防御粘膜表面微生物入侵的第一道防線。老年性支氣管炎以及幼兒易患呼吸道或消化道感染，均可能與SIgA合成降低有關(guān)。,四、

11、IgE,IgE是血清中含量最少的Ig，僅0.3g/ml左右，主要由呼吸道和消化道粘膜固有層的漿細(xì)胞產(chǎn)生，分布于這些部位的粘膜組織、外分泌液中。與肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞表面的I型IgE Fc受體（FcRI）結(jié)合，與I型超敏反應(yīng)的發(fā)生有關(guān)。 IgE在抗寄生蟲感染免疫中有重要功能，在單核巨噬細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞表面有II型IgE Fc受體（FcRII，CD23），可介導(dǎo)依賴于IgE的抗寄生蟲細(xì)胞毒效應(yīng)。,五、IgD,IgD在循環(huán)中的量很低（在成人血清中為0.3mg/ml）； 易被蛋白酶水解，在血清中半衰期很短，約為3天。 目前對IgD的生物學(xué)功能尚不明確，可能與超敏反應(yīng)或自身免疫病有關(guān)系。,11.3

12、抗體分子的 Fc受體,11.4 Ig分子超家族,IgSF類似IgV或C去折疊機(jī)構(gòu)， 氨基酸與Ig一定同源性的分子。,11.5 Ig基因及其重排,一、基因結(jié)構(gòu),Ig基因群：V,D,J,C IGH: IGHV, IGHD, IGHJ, IGHC IGK/IGL:IGKV/IGLV,IGKJ/IGLJ,IGKC/IGLC,人Ig基因片段,基因 V總/功能 D總/功能 J總/功能 C總/功能 IGH 95/51 23/23 9/6 11/9 IGK 90/50 0 5/5 1/1 IGL 60/31 0 4/4 7/7,二、基因重排 VDJ兩端為重排信號序列（7核苷酸序列） 1223原則：帶12-bp-RSS只與23bp-RSS結(jié)合,基因片段兩端RSS互相靠攏， 它們間DNA環(huán)被剪除，D，J連接,三、多樣性產(chǎn)生機(jī)制,表11-4 基因 V功能 D功能 J功能 C功能 VDJ IGH 51 23 6 99180 IGK 50 0 5 1250 IGL 31 0 4 7124,四、類別轉(zhuǎn)換 在T細(xì)胞（CD40L）和IL4誘導(dǎo)下，B細(xì)胞IGH二次重排,五、膜型Ig Ig重鏈C區(qū)基因3端2個外顯子（M1、M2）， 帶M1/M2指導(dǎo)膜mIgM，剪除M1/M2 指導(dǎo)Ig。,幼稚B細(xì)胞的分化過程中，首先表達(dá)SmIgM，爾后表達(dá)SmIgD；SmIgD是B細(xì)胞的