第4章免疫球蛋白

1、Immunoglubulin,Ig 1890 年年Von Behring 抗毒素抗毒素（抗體（抗體 Antibody，Ab ） 母細(xì)胞化母細(xì)胞化 分泌分泌白喉外毒素白喉外毒素 機(jī)體機(jī)體 B B淋巴細(xì)胞淋巴細(xì)胞 漿細(xì)胞漿細(xì)胞 抗毒素抗毒素 特異性結(jié)合特異性結(jié)合1938年年 Tiselius 電泳證明抗體活性在電泳證明抗體活性在球蛋白球蛋白部分部分40年代抗體丙種球蛋白年代抗體丙種球蛋白免疫球蛋白免疫球蛋白Immunoglobulins (Ig)1968年年WHO將具有將具有Ab活性及化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的活性及化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白統(tǒng)稱為免疫球蛋白。球蛋白統(tǒng)稱為免疫球蛋白。免疫球蛋白與抗體的概

2、念免疫球蛋白與抗體的概念抗體抗體Antibody (Ab)B細(xì)胞識(shí)別細(xì)胞識(shí)別Ag后增殖分化為漿細(xì)胞所產(chǎn)生的，具有與后增殖分化為漿細(xì)胞所產(chǎn)生的，具有與Ag特特異性結(jié)合活性的球蛋白，主要存在于血清等體液中。異性結(jié)合活性的球蛋白，主要存在于血清等體液中。Ag1Ab1Ag1-Ab1Ag2Ab2Ag2-Ab2The relationship between Ab & Ig: Ab=Ig, Ab是功能描述，是功能描述，Ig是化學(xué)結(jié)構(gòu)描述。是化學(xué)結(jié)構(gòu)描述。 骨髓瘤細(xì)胞分泌的免疫球蛋白在分子結(jié)構(gòu)上與骨髓瘤細(xì)胞分泌的免疫球蛋白在分子結(jié)構(gòu)上與抗體相同，但無抗體活性?？贵w相同，但無抗體活性。抗體抗體生物體最

3、奇妙的分子生物體最奇妙的分子無限的多樣性（無限的多樣性（diversity)功能與結(jié)構(gòu)的雙重性功能與結(jié)構(gòu)的雙重性 可變區(qū)可變區(qū)抗原結(jié)合抗原結(jié)合 ( 特異性特異性specificity ) 恒定區(qū)恒定區(qū)生物學(xué)效應(yīng)功能生物學(xué)效應(yīng)功能分泌型和膜型表達(dá)分泌型和膜型表達(dá)sIg（secreted Ig）：存在于體液（血清、血管外液體存在于體液（血清、血管外液體, , 外分泌液）外分泌液）, ,發(fā)發(fā)揮各種免疫功能揮各種免疫功能 mIg（membrane-bound Ig）：B細(xì)胞膜表面，構(gòu)成細(xì)胞膜表面，構(gòu)成B細(xì)胞表面的抗原受體細(xì)胞表面的抗原受體抗體的抗體的存在形式存在形式B CellExpressed on

4、 the surfaces of resting B lymphocytes, server as RECEPTORS that can detect and distinguish among the vast array of potential antigens present in the environment.第一節(jié)第一節(jié) 免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)Basic Structure of Ab Molecules Rodney Porter 1917-1985Nobel Prize in 1972Gerald Edelman 1929 -Nobel Prize in 1972E

5、delmanHHLLFabFabFabFcPorter1. 二硫鍵連接的四肽鏈二硫鍵連接的四肽鏈 重鏈重鏈（heavy chain,H） 2條條 輕鏈輕鏈（light chain,L） 2條條一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)二硫鍵二硫鍵糖基化糖基化HL1)重鏈（重鏈（Heavy chain:H鏈）鏈） 大約大約500 a.a, 糖基糖基(+) 類別類別（Class ）:H鏈：鏈： , , , , . (Ig) IgA, IgG, IgM IgD, IgE2)輕鏈（輕鏈（light chain:L鏈）鏈）大約大約214 a.a,糖基糖基(-) 型別（型別（ type）: , 可變區(qū)可變區(qū)Hinge re

6、gionCOONH3+VHCH1CH2CH3VLCLFabFc恒定區(qū)恒定區(qū)2.兩區(qū)兩區(qū) 可變區(qū)（可變區(qū)（variable region, V區(qū)）區(qū)） 恒定區(qū)恒定區(qū)（constant region, C區(qū)）區(qū)）H鏈鏈C端的端的3/4和和L鏈鏈C端端的的1/2區(qū)域內(nèi)，氨基酸的區(qū)域內(nèi)，氨基酸的種類、排列順序與構(gòu)型種類、排列順序與構(gòu)型相對恒定。相對恒定。H鏈鏈N端的端的1/4和和L鏈鏈N端端的的1/2區(qū)域內(nèi)，氨基酸的區(qū)域內(nèi)，氨基酸的種類、排列順序與構(gòu)型種類、排列順序與構(gòu)型的變化很大，故稱。的變化很大，故稱。V區(qū)區(qū)N-末端末端 1/2L+1/4H高變區(qū)（高變區(qū)（hypervarible region，H

7、VR)(complimentarity determining region,CDR):V區(qū)中部分區(qū)域的氨基酸組成、排列順序和區(qū)中部分區(qū)域的氨基酸組成、排列順序和構(gòu)型更易變化；構(gòu)型更易變化；骨架區(qū)（骨架區(qū)（Framework region，F(xiàn)R): V區(qū)中除去區(qū)中除去高變區(qū)部分的氨基酸變化相對較小。高變區(qū)部分的氨基酸變化相對較小。形成形成Ag結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)維持高變維持高變區(qū)的空間區(qū)的空間構(gòu)型。構(gòu)型。IgG分子由兩條分子由兩條H鏈鏈和兩條和兩條L鏈共價(jià)結(jié)合鏈共價(jià)結(jié)合而成；而成；輕鏈輕鏈包括包括VL和和CL兩兩個(gè)結(jié)構(gòu)域；個(gè)結(jié)構(gòu)域；重鏈重鏈含有含有1個(gè)個(gè)VH和和3個(gè)個(gè)CH 結(jié)構(gòu)域；結(jié)構(gòu)域；VH和和

8、VL共同組成抗共同組成抗原結(jié)合部位；原結(jié)合部位；Ig分子中線對稱，分子中線對稱，具有兩個(gè)相同的抗具有兩個(gè)相同的抗原結(jié)合部位。原結(jié)合部位?？箍乖瑽 B細(xì)胞表位細(xì)胞表位 抗體抗體 CDR表位AbAgNATURE OF ANTIGEN-ANTIBODY REACTIONSA. Lock and Key Concept - Thus, our concept of Ag-Ab reactions is one of a key (i.e. the Ag) which fits into a lock (i.e. the Ab).B. Non-covalent Bonds - These includ

9、e hydrogen bonds, electrostatic bonds, Van der Waals forces and hydrophobic bonds. C. Reversible - Since Ag-Ab reactions occur via non-covalent bonds, they are by their nature reversible.AbAg3.鉸鏈區(qū)（鉸鏈區(qū)（Hinge region）VHCH1CH2CH3VLCLFabHinge regionFcCOONH3+特點(diǎn)：特點(diǎn)：1)1)極富彈性極富彈性2)2)富含脯氨酸富含脯氨酸功能功能:1) 有利于有利于

10、Ab 與與Ag的結(jié)合的結(jié)合2)有利于有利于 Ab 與補(bǔ)體的結(jié)合與補(bǔ)體的結(jié)合IgG分子結(jié)合抗原前后的構(gòu)象變化分子結(jié)合抗原前后的構(gòu)象變化Fab段段Fc段段C1q 結(jié)結(jié)合位點(diǎn)合位點(diǎn)被屏障被屏障結(jié)合抗原之前結(jié)合抗原之前 CH1 CH2暴露的暴露的C1q結(jié)結(jié)合位點(diǎn)合位點(diǎn)結(jié)合抗原之后結(jié)合抗原之后IgM CH3區(qū)，區(qū)，IgG CH2區(qū)區(qū)4. 功能區(qū)功能區(qū)VH+VL 一個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)一個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)CH13和和CL同種異型的遺傳標(biāo)記同種異型的遺傳標(biāo)記(IgG)CH2C1q的結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合位點(diǎn)(IgG)CH3結(jié)合結(jié)合Fc R (MC,M ,B,NK)二、其它成分二、其它成分1)連接鏈（連接鏈（joining c

11、hain，J鏈）鏈）(1)化學(xué)本質(zhì)：漿細(xì)胞分泌的多肽鏈化學(xué)本質(zhì)：漿細(xì)胞分泌的多肽鏈J CHAIN (2)存在：存在：IgM（五聚體）（五聚體） sIgA（雙體）（雙體）IgM IgA dimerSecretorypieceJoining chain SCIgA dimer2)分泌片（分泌片（Secretory Piece，SC)(1) 化學(xué)本質(zhì)化學(xué)本質(zhì):多肽鏈多肽鏈(70kD) (2)來源：上皮細(xì)胞來源：上皮細(xì)胞 J chain (3)作用：作用：a.幫助幫助IgA穿越黏膜穿越黏膜b.保護(hù)保護(hù)sIgA抵抗蛋白酶的水解作用抵抗蛋白酶的水解作用 三、抗體分子的酶切片段三、抗體分子的酶切片段木瓜蛋白

12、酶木瓜蛋白酶作用作用于于IgG分子重鏈分子重鏈間二硫鍵的間二硫鍵的N端端側(cè)，將其裂解為側(cè)，將其裂解為Fab段和段和Fc段。段。胃蛋白酶胃蛋白酶則切在則切在該二硫鍵之該二硫鍵之C端端側(cè)，產(chǎn)生側(cè)，產(chǎn)生F(ab)2和和pFc段。段。第二節(jié)第二節(jié) 抗體的異質(zhì)性抗體的異質(zhì)性 不同抗原表位刺激所不同抗原表位刺激所 產(chǎn)生的抗體分子，其識(shí)別抗原的產(chǎn)生的抗體分子，其識(shí)別抗原的特異性不同，其重鏈類別和輕鏈類別也有差異；特異性不同，其重鏈類別和輕鏈類別也有差異； 不同抗原表位誘導(dǎo)的同一類型抗體，其識(shí)別抗原的特不同抗原表位誘導(dǎo)的同一類型抗體，其識(shí)別抗原的特異性不同；異性不同； 同一抗原表位誘生的不同類型的抗體，其識(shí)別

13、抗原的同一抗原表位誘生的不同類型的抗體，其識(shí)別抗原的特異性相同，但重鏈和輕鏈的類型不同。特異性相同，但重鏈和輕鏈的類型不同?？贵w在結(jié)構(gòu)和功能上差異的總和抗體在結(jié)構(gòu)和功能上差異的總和一、免疫球蛋白的分類一、免疫球蛋白的分類 類類（class ）:重鏈重鏈C區(qū)抗原性的不同區(qū)抗原性的不同 H鏈：鏈： , , , , . (Ig) IgA, IgG, IgM ，IgD, IgE 亞類（亞類（subclass）：同一類）：同一類Ig中，重鏈抗原特異性及二中，重鏈抗原特異性及二硫鍵數(shù)目和位置不同硫鍵數(shù)目和位置不同 IgG（14），）， IgA（12），）， IgM（12） 型（型（ type） ：輕鏈：輕

14、鏈C區(qū)抗原性的不同區(qū)抗原性的不同 , 亞型亞型(subtype)：輕鏈：輕鏈C區(qū)氨基端氨基酸排列的差異區(qū)氨基端氨基酸排列的差異 二、外源因素所致抗體異質(zhì)性二、外源因素所致抗體異質(zhì)性抗體的多樣性抗體的多樣性 外源性抗原：蛋白質(zhì)、多糖、脂類等外源性抗原：蛋白質(zhì)、多糖、脂類等三、內(nèi)源因素所致抗體異質(zhì)性三、內(nèi)源因素所致抗體異質(zhì)性Ig的血清型的血清型免疫球蛋白既可以結(jié)合抗原，又可作為抗原，激發(fā)免疫球蛋白既可以結(jié)合抗原，又可作為抗原，激發(fā)機(jī)體的免疫應(yīng)答，因而也是一類抗原物質(zhì)。由于免機(jī)體的免疫應(yīng)答，因而也是一類抗原物質(zhì)。由于免疫球蛋白的遺傳基礎(chǔ)不同，不同的免疫球蛋白的抗疫球蛋白的遺傳基礎(chǔ)不同，不同的免疫球蛋

15、白的抗原性也有差異。利用血清學(xué)方法測定和分析免疫球原性也有差異。利用血清學(xué)方法測定和分析免疫球蛋白抗原性予以分類，稱為蛋白抗原性予以分類，稱為免疫球蛋白的血清型免疫球蛋白的血清型。1、同種型、同種型(isotype)：同種間所有正常個(gè)體都同種間所有正常個(gè)體都具有的具有的Ig抗原特異性?？乖禺愋浴HCH1CH2CH3CH4VLCLFabHinge regionFcC區(qū)決定區(qū)決定同種型抗原表位表同種型抗原表位表現(xiàn)在全部現(xiàn)在全部Ig的類、的類、亞類、型、亞型分亞類、型、亞型分子上子上 。2、同種異型（、同種異型（allotype)：同種不同個(gè)體間同種不同個(gè)體間Ig結(jié)構(gòu)和抗原性的差異稱同種異型結(jié)構(gòu)

16、和抗原性的差異稱同種異型 。 鏈、鏈、 鏈、鏈、 鏈、鏈、 鏈鏈C區(qū)決定區(qū)決定 與同種型的區(qū)別在于，與同種型的區(qū)別在于，同種異型的特異性只存同種異型的特異性只存在于同種的某些個(gè)體中，在于同種的某些個(gè)體中，而同種型的特異性則普而同種型的特異性則普遍存在同一物種的所有遍存在同一物種的所有個(gè)體。個(gè)體。VHCH1CVLCLFabHinge regionFc 同種異型表位在同種異型表位在C區(qū)，由同一基因位點(diǎn)上幾個(gè)區(qū)，由同一基因位點(diǎn)上幾個(gè)等位基因控制，反映在等位基因控制，反映在CH和和CL上只有上只有12個(gè)個(gè)氨基酸的差異。這此關(guān)鍵氨基酸構(gòu)成的同種異氨基酸的差異。這此關(guān)鍵氨基酸構(gòu)成的同種異型抗原稱為遺傳標(biāo)志

17、。型抗原稱為遺傳標(biāo)志。 3、獨(dú)特型、獨(dú)特型(idiotype,Id)：每個(gè)免疫球蛋白分每個(gè)免疫球蛋白分子所特有的抗原特異性標(biāo)志，其表位又稱為獨(dú)特子所特有的抗原特異性標(biāo)志，其表位又稱為獨(dú)特位（位（idotope）。）。 高變區(qū)特殊的氨基酸序列及其構(gòu)型決定高變區(qū)特殊的氨基酸序列及其構(gòu)型決定 VHCH1CH2CH3VLCLFabFcCOONH3+C區(qū)區(qū):1、激活補(bǔ)體、激活補(bǔ)體2、細(xì)胞親嗜性、細(xì)胞親嗜性（1） 調(diào)理作用調(diào)理作用（2）介導(dǎo)）介導(dǎo)ADCC（3）介導(dǎo)）介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)型超敏反應(yīng)3、通過胎盤、通過胎盤 V區(qū)區(qū):特異性結(jié)合抗原特異性結(jié)合抗原 中和作用（病毒、毒素）中和作用（病毒、毒素） 凝集細(xì)菌

18、凝集細(xì)菌 阻止黏附阻止黏附第三節(jié)第三節(jié) 免疫球蛋白的生物學(xué)活性免疫球蛋白的生物學(xué)活性 抗體的功能抗體的功能a.b.五類免疫球蛋白的特點(diǎn)和功能五類免疫球蛋白的特點(diǎn)和功能 J J 鏈鏈 JchainSCIgMIgGsIgA抗體分子類別及亞類的特性抗體分子類別及亞類的特性Humans express five different classes (or isotypyes) of Ig heavy chains, which differ considerably in their CH-region sequences and in their physical and biologic prop

19、erties. IgM IgG IgA IgE IgD N-terminal domain (V region)C-terminal domain ( C region)CH-regionClasses: 1, 2, 3 ,4: 1, 2, 3 ,4 IgG1, IgG2, IgG3, IgG4: 1, 2 : 1, 2 IgA 1, IgA 2SubclassesIgGIgMIgAIgEIgDIgG1IgG4IgG3IgG2 1 1， 2 2， 3 3 和和 4 4 等等IgG 鏈鏈分別參與分別參與組成組成IgG1、IgG2、IgG3和和IgG4等分等分子。子。IgG 出生后出生后3個(gè)月開始

20、合成，個(gè)月開始合成，35歲接近成人歲接近成人 含量最多，占血清總含量最多，占血清總Ig的的 80% 產(chǎn)生比較晚，是再次應(yīng)答的主要抗體產(chǎn)生比較晚，是再次應(yīng)答的主要抗體 半衰期最長半衰期最長(21-23天天) 分布最廣，血管外的主要抗體分布最廣，血管外的主要抗體 能通過胎盤（能通過胎盤（是唯一能夠通過胎盤的抗體）是唯一能夠通過胎盤的抗體）特性：特性：IgG功能：功能：抗感染的主要抗體抗感染的主要抗體 調(diào)理調(diào)理 介導(dǎo)介導(dǎo)ADCC 固定補(bǔ)體固定補(bǔ)體中和病毒和毒素中和病毒和毒素 抗菌抗菌 抗病毒抗病毒抗外毒素抗外毒素介導(dǎo)介導(dǎo) ADCC調(diào)理吞噬作用調(diào)理吞噬作用NK靶細(xì)胞靶細(xì)胞巨噬細(xì)胞，單核細(xì)胞巨噬細(xì)胞，單

21、核細(xì)胞巨噬細(xì)胞，巨噬細(xì)胞，NKNK細(xì)胞細(xì)胞 CH2CH2：結(jié)合補(bǔ)體；介導(dǎo)抗體通過胎盤：結(jié)合補(bǔ)體；介導(dǎo)抗體通過胎盤IgMsIgM J J chainchainStructure of IgM molecule Secreted IgMmIgM Ig Igb b Ig Igb bMembrane-bound IgMB細(xì)胞抗原受體：細(xì)胞抗原受體：BCR性質(zhì)性質(zhì) 血清中含量第三血清中含量第三 出現(xiàn)最早的出現(xiàn)最早的Ig 分布局限，主要在血管內(nèi)分布局限，主要在血管內(nèi) 分子量最大分子量最大(900 kd)又稱巨球蛋白，有又稱巨球蛋白，有10個(gè)抗原個(gè)抗原結(jié)合點(diǎn)。結(jié)合點(diǎn)。 是天然血型抗體是天然血型抗體 是在個(gè)體

22、發(fā)育過程和免疫應(yīng)答過程中出現(xiàn)最早的是在個(gè)體發(fā)育過程和免疫應(yīng)答過程中出現(xiàn)最早的抗體，臍帶血或新生兒血清中抗體，臍帶血或新生兒血清中IgM水平升高表明水平升高表明胎兒有宮內(nèi)感染胎兒有宮內(nèi)感染 IgM 抗感染的先鋒抗體抗感染的先鋒抗體 調(diào)理作用調(diào)理作用 ( (最強(qiáng)最強(qiáng)) ) 激活補(bǔ)體激活補(bǔ)體中和病毒和外毒素中和病毒和外毒素 凝集微生物凝集微生物 介導(dǎo)介導(dǎo)ADCCADCC功能：功能： 抗菌作用抗菌作用最強(qiáng)最強(qiáng) (5001000IgG) 抗病毒抗病毒 抗外毒素抗外毒素 J 鏈鏈分泌鏈分泌鏈IgA dimerIgA分子分子分泌型分泌型IgA（sIgA）是體液中的主要免疫是體液中的主要免疫球蛋白，參與黏膜免

23、球蛋白，參與黏膜免疫的主要疫的主要Ig。 IgA 分分 子子Plasma cellsIgA dimerIgA特點(diǎn)特點(diǎn): :血清中含量第二血清中含量第二 (血清型血清型 IgA，serum IgA)主要以分泌型存在主要以分泌型存在( 外分泌液中）外分泌液中）.(secretory IgA,sIgA) sIgA通過初乳被動(dòng)轉(zhuǎn)移給新生兒通過初乳被動(dòng)轉(zhuǎn)移給新生兒 唾液唾液, , 眼淚眼淚, , 乳汁乳汁, , 鼻黏膜鼻黏膜, , 支氣管分泌液支氣管分泌液, , 生殖生殖 道分泌物道分泌物, , 前列腺液前列腺液, , 小腸黏膜分泌液小腸黏膜分泌液. . SCJ chainIgA dimersIgA功能

24、：功能：粘膜局部抗感染的主要抗體粘膜局部抗感染的主要抗體 阻止病原體粘附于粘阻止病原體粘附于粘 膜細(xì)胞膜細(xì)胞中和病毒和外毒素中和病毒和外毒素 傷寒沙門氏桿菌傷寒沙門氏桿菌, ,奈瑟氏淋球菌奈瑟氏淋球菌 流感病毒流感病毒 抗菌作用抗菌作用 抗病毒作用抗病毒作用 抗外毒素作用抗外毒素作用 IgD 血清血清IgD含量極低。膜性含量極低。膜性 IgD存在于成熟存在于成熟B細(xì)胞細(xì)胞表面，因此，它是成熟表面，因此，它是成熟B細(xì)胞的主要標(biāo)志。它也細(xì)胞的主要標(biāo)志。它也是是B細(xì)胞抗原受體（細(xì)胞抗原受體（BCR） IgE 血清中含量最低的抗體。血清中含量最低的抗體。 能與肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞表面的能與肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞表面的IgE- Fc受受體結(jié)合，介導(dǎo)體結(jié)合，介導(dǎo)型超敏反應(yīng)。型超敏反應(yīng)。 與抗寄生蟲感染有關(guān)。與抗寄生蟲感染有關(guān)。