醫(yī)學(xué)免疫學(xué)教學(xué)課件：抗體

1、抗 體人血清蛋白電泳分離圖22022/7/10 抗體的概念抗體 (antibody, Ab) 是機體免疫系統(tǒng)在抗原刺激下誘導(dǎo)B細(xì)胞活化，使之增殖分化為漿細(xì)胞后產(chǎn)生的一類能與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合，而產(chǎn)生免疫效應(yīng)的球蛋白。主要分布于血清和體液中，是介導(dǎo)體液免疫的重要效應(yīng)分子。將具有抗體活性或化學(xué)結(jié)構(gòu)與抗體相似的球蛋白統(tǒng)一命名為免疫球蛋白 (immunoglobulin, Ig)。32022/7/10分泌型與膜型免疫球蛋白分泌型 Ig (secreted Ig, sIg)存在于血清和體液中的抗體；能與相應(yīng)抗原特異性結(jié)合，在其他固有免疫細(xì)胞和免疫分子協(xié)助下產(chǎn)生免疫效應(yīng)。膜型 Ig (membrane I

2、g, mIg)表達(dá)于B細(xì)胞膜表面的Ig單體，胞外區(qū)結(jié)構(gòu)與血清中的Ig基本相同；mIgM/mIgD具有特異性識別結(jié)合相應(yīng)抗原表位的功能，構(gòu)成B細(xì)胞膜上的抗原受體 (BCR)。42022/7/10 sIgG vs mIgG52022/7/10 提綱抗體的結(jié)構(gòu)抗體的免疫原性抗體的功能各類抗體的特性與功能Ig 的基因結(jié)構(gòu)及其重排與表達(dá) 人工制備抗體 Ig 超家族62022/7/10I. 抗體的結(jié)構(gòu)抗體的基本結(jié)構(gòu)重鏈和輕鏈、可變區(qū)和恒定區(qū)、超變區(qū)/互補決定區(qū)、骨架區(qū)、鉸鏈區(qū)、功能區(qū)/結(jié)構(gòu)域抗體的輔助成分 J鏈和分泌片抗體分子的水解片段木瓜蛋白酶水解片段 和 胃蛋白酶水解片段72022/7/101. 抗體

3、的基本結(jié)構(gòu)重鏈和輕鏈可變區(qū)和恒定區(qū)超變區(qū)/互補決定區(qū)骨架區(qū)鉸鏈區(qū)功能區(qū)/結(jié)構(gòu)域82022/7/10二硫鍵連接組成的一個對稱的Y形四肽鏈分子 重鏈 和 輕鏈重鏈 (heavy chain, H鏈)根據(jù)結(jié)構(gòu)組成不同，分為5種：、鏈分別對應(yīng)5類抗體：IgG、IgM、IgA、IgD、IgE輕鏈 (light chain, L鏈)根據(jù)結(jié)構(gòu)組成不同分為：鏈 和 鏈分別對應(yīng)：型Ig 和 型Ig正常人血清免疫球蛋白 : 2:192022/7/10功能區(qū)/結(jié)構(gòu)域 (Ig domain)102022/7/10超變區(qū)/互補決定區(qū)(HVR/CDR)112022/7/10 抗原結(jié)合部位VH的3個HVR/CDR+VL的3

4、個HVR/CDRIg的抗原結(jié)合部位(antigen-binding site)一個抗體分子至少有2個抗原結(jié)合部位 鉸鏈區(qū) (hinge region)2022/7/1013 Ig各功能區(qū)/結(jié)構(gòu)域的作用可變區(qū) VH和VL (HVR/CDR) 特異性結(jié)合抗原；恒定區(qū) CH和CL 具有Ig同種異型遺傳標(biāo)志；IgG的CH2和IgM的CH3 具有補體C1q結(jié)合位點，啟動補體活化的經(jīng)典途徑；IgG的CH2 介導(dǎo)IgG通過胎盤；IgG的CH3 結(jié)合吞噬細(xì)胞和NK細(xì)胞表面的IgG Fc受體，介導(dǎo)調(diào)理作用和ADCC； IgE的CH2和CH3 結(jié)合肥大細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞表面的IgE Fc受體，介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)和抵

5、御寄生蟲感染。142022/7/102. 抗體的輔助成分152022/7/10分泌片sIgA經(jīng)上皮細(xì)胞分泌到粘膜表面162022/7/103. 抗體分子(IgG)的水解片段17木瓜蛋白酶(papain)水解IgG2Fab (fragment, antigen binding)完整的輕鏈 (VL+CL) 和 部分重鏈 (VH+CH1) 組成；只能與一個相應(yīng)抗原表位結(jié)合；不能形成大分子免疫復(fù)合物。Fc (fragment, crystallizable)兩條重鏈的CH2和CH3結(jié)構(gòu)域；無抗原結(jié)合活性；是 Ig與補體或效應(yīng)細(xì)胞 (Fc受體) 結(jié)合并相互作用的部位；Ig的同種型抗原表位主要存在于此。1

6、8胃蛋白酶(pepsin)水解IgGF(ab)22個Fab及鉸鏈區(qū)組成；可同時結(jié)合2個抗原表位；可形成大分子免疫復(fù)合物。pFc無生物學(xué)活性。白喉/破傷風(fēng)抗毒素等動物血清制品，經(jīng)胃蛋白酶水解后獲得的F(ab)2保留了結(jié)合相應(yīng)抗原的生物學(xué)活性，同時去除了Fc段可減少超敏反應(yīng)的發(fā)生。1920抗原-抗體反應(yīng)的 等價區(qū)(肉眼可見免疫復(fù)合物沉淀)抗原過剩區(qū) 存在游離抗原(肉眼不可見沉淀)抗體過剩區(qū) 存在游離抗體(肉眼不可見沉淀)大分子免疫復(fù)合物II. 抗體的免疫原性抗體既可與相應(yīng)的抗原發(fā)生特異性結(jié)合，其本身又可激發(fā)機體產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答。其結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)是在抗體分子中包含有多種不同的抗原表位，呈現(xiàn)出不同的

7、免疫原性?？贵w分子上有三類不同的抗原表位，分別為：同種型同種異型獨特型212022/7/101. 抗體的同種型抗原表位同一種屬所有個體抗體分子共有的抗原特異性標(biāo)志，存在于抗體的C區(qū)，為種屬型標(biāo)志。不同種屬來源的抗體分子對異種動物具有免疫原性，可刺激機體產(chǎn)生針對該異種抗體的免疫應(yīng)答。臨床表現(xiàn)舉例：大量注射異種動物抗體 (破傷風(fēng)抗毒素) 后可能引發(fā)“血清病”，主要臨床癥狀為發(fā)熱、皮疹、淋巴結(jié)腫大、關(guān)節(jié)腫痛和一過性蛋白尿等。222022/7/10 抗體的類型根據(jù)重鏈C區(qū)肽鏈氨基酸組成不同分類5類 (class)：IgG、IgM、IgA、IgD、IgE亞類 (subclass)：IgG1IgG4；Ig

8、A1、IgA2IgM、IgD、IgE 尚未發(fā)現(xiàn)存在亞類根據(jù)輕鏈C區(qū)肽鏈氨基酸組成不同分型2型 (type)：型 和 型亞型 (subtype)：1、 2、3、4232022/7/102. 抗體的同種異型抗原表位同一種屬不同個體間抗體分子所具有的不同抗原特異性標(biāo)志，存在于抗體的C區(qū)，由一個或數(shù)個氨基酸殘基出現(xiàn)差異所致，為個體型標(biāo)志。同一種屬但不同個體來源的抗體分子也具有免疫原性，也可刺激機體產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答。目前僅在IgG、IgA重鏈C區(qū)和型輕鏈C區(qū)中發(fā)現(xiàn)有同種異型抗原標(biāo)志，體現(xiàn)了重鏈和輕鏈C區(qū)編碼基因的遺傳多樣性。242022/7/103. 抗體的獨特型抗原表位每個抗體分子所獨有的抗原特異性

9、標(biāo)志，存在于抗體的V區(qū)，為細(xì)胞型標(biāo)志。獨特型表位又稱為獨特位 (idiotope)，在異種、同種異體甚至同一個體內(nèi)均可能刺激機體產(chǎn)生相應(yīng)抗體，即抗獨特型抗體 (anti-idiotypic antibody)。自身體內(nèi)產(chǎn)生的抗獨特型抗體可參與體液免疫應(yīng)答的調(diào)控。252022/7/10III. 抗體的功能激活補體結(jié)合Fc受體V區(qū)的作用C區(qū)的作用識別結(jié)合抗原 抗體的功能V區(qū)的作用識別結(jié)合抗原 中和毒素并阻斷病原體入侵C區(qū)的作用激活補體結(jié)合Fc受體 調(diào)理作用、ADCC、介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)穿過胎盤和黏膜272022/7/10 中和毒素282022/7/10 阻斷病原體入侵292022/7/10 阻斷感染

10、擴(kuò)散302022/7/10 激活補體系統(tǒng) Fc受體IgG、IgE、IgA抗體，可通過其Fc段與表面具有相應(yīng)Fc受體 (FcR) 的細(xì)胞結(jié)合，產(chǎn)生不同的生物學(xué)作用。IgG、IgE、IgA的Fc受體分別為：FcR、FcR、FcR322022/7/10 抗體介導(dǎo)的調(diào)理作用332022/7/10抗體依賴的細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity342022/7/10ADCC 介導(dǎo)I型超敏反應(yīng)35表面結(jié)合IgE的致敏肥大細(xì)胞被變應(yīng)原激發(fā)的肥大細(xì)胞多價變應(yīng)原使幾個IgE/FcRI “交聯(lián)”組胺, 脂類介質(zhì)細(xì)胞因子2022/7/10穿過胎

11、盤(IgG)和黏膜(sIgA)362022/7/10FcRn介導(dǎo)IgG穿過胎盤pIgR介導(dǎo)sIgA穿過黏膜 抗體的主要生物學(xué)功能IV. 各類抗體的特性與功能1. IgG血清含量最高 (7580%)，半衰期最長 (23天)，單體，4個亞類 (IgG1IgG4)，出生后3個月開始合成。激活補體 主要是經(jīng)典途徑；通過結(jié)合FcR，發(fā)揮調(diào)理作用、ADCC；唯一能穿過胎盤的抗體 新生兒抗感染免疫；結(jié)合抗原的親和力高，是機體抗感染的“主力軍”，也是再次體液免疫應(yīng)答時產(chǎn)生的主要抗體；參與II、III型超敏反應(yīng)，某些自身抗體屬于IgG；可利用其Fc段與葡萄球菌蛋白A (SPA) 的可逆性結(jié)合，純化IgG，用于免

12、疫診斷。392022/7/102. IgM占血清抗體總量510%，半衰期較短 (10天)，膜結(jié)合型為單體，血清型為五聚體 (分子量最大的抗體)，個體發(fā)育過程中最早合成和分泌的抗體 (胚胎晚期即可產(chǎn)生)。激活補體 經(jīng)典途徑，比IgG更高效；臍帶血IgM含量升高，提示胎兒宮內(nèi)感染；初次體液免疫應(yīng)答中最早出現(xiàn)的抗體，是機體抗感染的“先頭部隊” ；血清中檢出IgM，提示新近發(fā)生感染，有助于早期診斷；天然血型抗體、類風(fēng)濕因子屬于IgM；mIgM是BCR的主要成分。402022/7/10初次應(yīng)答再次應(yīng)答41體液免疫的初次應(yīng)答和再次應(yīng)答特點初次應(yīng)答再次應(yīng)答應(yīng)答速度慢（初始B細(xì)胞）快（記憶性B細(xì)胞）應(yīng)答強度

13、/ 抗體含量低高持續(xù)時間短長抗體類別通常 IgM IgGIgG 為主，特定情況下為 IgA 或 IgE抗體親和力平均親和力低平均親和力高（親和力成熟）423. IgA占血清抗體總量1015%，半衰期短 (6天)，血清型為單體，分泌型為二聚體，出生后46個月開始合成。sIgA (人體產(chǎn)生抗體總量的2/3) 是外分泌液中的主要抗體類別，存在于胃腸道、呼吸道、泌尿生殖道的分泌液，以及唾液、淚液、乳汁中，在黏膜局部抗感染免疫中發(fā)揮重要作用。新生兒易患呼吸道、胃腸道感染，可能與sIgA合成不足有關(guān)，嬰兒可從母乳中獲得sIgA，是一種重要的自然被動免疫。432022/7/104. IgD血清含量很低，半衰

14、期很短 (3天)，血清型和膜結(jié)合型均為單體，個體發(fā)育的任何時間均可產(chǎn)生。血清型IgD的生物學(xué)功能尚不清楚； mIgD是構(gòu)成BCR的成分，是B細(xì)胞發(fā)育成熟的標(biāo)志：未成熟B細(xì)胞僅表達(dá)mIgM，成熟B細(xì)胞可同時表達(dá)mIgM和mIgD，又稱為初始B細(xì)胞；B細(xì)胞活化后，其表面mIgD逐漸消失。442022/7/10B細(xì)胞發(fā)育分化過程中Ig的表達(dá)5. IgE血清含量最低，半衰期很短 (2.5天)，單體。過敏或寄生蟲感染時，特異性IgE含量顯著升高。 親細(xì)胞抗體，可與肥大細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞表面的FcRI結(jié)合，使上述細(xì)胞致敏；當(dāng)機體再次接觸相同的過敏原后，可引起I型超敏反應(yīng)。與機體抗寄生蟲感染有關(guān)。46202

15、2/7/10各類抗體的主要功能Antibody IsotypeIsotype-Specific Effector FunctionsIgG1. Activation of the classical pathway of complement2. Opsonization of antigens for phagocytosis by macrophages and neutrophils3. Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity mediated by natural killer cells4. Neonatal immunity: t

16、ransfer of maternal antibody across the placenta and gutIgM1. Activation of the classical pathway of complement2. Antigen receptor of naive B lymphocytes*IgAMucosal immunity: secretion of IgA into the lumens of the gastrointestinal and respiratory tractsIgDAntigen receptor of naive B lymphocytes*IgE

17、Mast cell degranulation (immediate hypersensitivity reactions)V. Ig基因結(jié)構(gòu)及其重排與表達(dá)Ig胚系基因結(jié)構(gòu)和定位Ig基因重排與表達(dá)Ig的類別轉(zhuǎn)換/同種型轉(zhuǎn)換482022/7/101. 人Ig胚系基因結(jié)構(gòu)和定位2. Ig基因重排和表達(dá)Ig的胚系基因是以被分隔開的基因片段形式成簇存在的，只有通過基因重排形成V-D-J (重鏈) 或 V-J (輕鏈) 連接后，再與C基因片段連接，才能編碼完整的Ig多肽鏈，進(jìn)一步加工、組裝成有功能的Ig分子。在重組酶的作用下，在眾多的V (D) J基因片段中隨即選取1個V基因片段、1個D基因片段 (輕鏈無D基因片段) 和1個J基因片段重排在一起，形成V (D) J連接，再與C基因片段連接，最終表達(dá)為有功能的Ig分子。胚系基因重排基因初級RNA模板信使RNA新生多肽成熟多肽組裝成Ig分子3. Ig的類別轉(zhuǎn)換B細(xì)胞在Ig可變區(qū)基因重排完成后，其子代細(xì)胞均表達(dá)同一個可變區(qū)基因，但恒定區(qū)基因的表達(dá)在子代細(xì)胞受抗原刺激而增殖并分化的過程中