4-免疫原和免疫球蛋白

1、免疫原和免疫球蛋白Immunogen and Immunoglobulins免疫原免疫原的基本特性影響免疫原特性的因素其他重要的免疫細(xì)胞激活劑免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)及裝配免疫球蛋白的異質(zhì)性及功能免疫球蛋白的人工制備免疫原免疫原的概念免疫原（immunogen）指能夠啟動(dòng)、激發(fā)和誘導(dǎo)免疫應(yīng)答（包括固有免疫和適應(yīng)性免疫）的物質(zhì)，由固有分子模式（innate molecular pattern, IMP）和抗原（antigen, Ag）組成?？乖侵附?jīng)由T、B細(xì)胞表面的抗原受體（TCR、BCR）識(shí)別，能激活T、B細(xì)胞產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答，并與應(yīng)答產(chǎn)物（特異性抗體和淋巴細(xì)胞）起反應(yīng)的物質(zhì)。免疫原的分類 固有免

2、疫識(shí)別由PAMP和DAMP等構(gòu)成的固有分子模式（IMP）；適應(yīng)性免疫識(shí)別的免疫原是抗原。免疫原(immunogen)固有分子模式(innate molecular pattern, IMP)抗原(antigen, Ag)啟動(dòng)和誘導(dǎo)固有免疫應(yīng)答啟動(dòng)和誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫應(yīng)答 免疫原命名 免疫原功能免疫原：固有分子模式與抗原 固有分子模式涵蓋PAMP、DAMP及其它已發(fā)現(xiàn)或有待確認(rèn)的各種模式成份。病原相關(guān)分子模式 損傷相關(guān)分子模式激活NK細(xì)胞的固有分子模式IMP的分類脂蛋白肽聚糖磷脂 磷壁酸 表面蛋白 脂磷壁酸 脂多糖 (LPS) 表面蛋白 G+菌 G-菌細(xì)胞膜外膜 G+和G-細(xì)菌胞壁中的多種PAMP

3、肽聚糖（peptidoglycan, PGN），磷壁酸（teichoic acid, TA）, 脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）, 脂磷壁酸（lipoteichoic acid, LTA）受損組織和壞死細(xì)胞等釋放的多種DAMP及其受體硫酸乙酰肝素透明質(zhì)酸鈉RNADNA尿酸結(jié)晶 HMGB1 ATP HSP IL-1 TLR4 CD44 TLR4TLR3 TLR9 NLRP3 TLR2/4 P2Y11/ TLR4 IL-1R TLR4, SRB, CRP RAGE P2X7R 受損組織 壞死細(xì)胞 S100A8 飽和 S100A9 脂肪酸OxLDL OxCE活化細(xì)胞及其它 N

4、LRP3：帶PYD結(jié)構(gòu)域的NOD樣受體蛋白3； HMGB1：高速泳動(dòng)族框蛋白1；RAGE：高度糖基化終末產(chǎn)物受體； P2Y11/P2X7R：嘌呤源受體； HSP：熱休克蛋白；OXLDL: 氧化低密度脂蛋白；OxCE: 氧化膽固醇酯；CRP: C反應(yīng)蛋白；S100A8/A9：S100家族蛋白;SRB : B型清道夫受體，即CD36。 PAMP 核酸: CpG, dsRNA 脂類: lipid A 蛋白: PGN DAMP 核酸：ATP 脂類：OxLDL 蛋白：HSP, HMGB1 TLR NLR RLR CRP RAGE 血凝素 免疫原 IMP PRR 激活基因病原體受損細(xì)胞及胞外基質(zhì) TNF

5、IL-6 IL-1 IL-18 IFN-固有分子模式 PAMP 和 DAMP 經(jīng)由 PRR 介導(dǎo)炎癥效應(yīng)激活NK細(xì)胞活化性受體的固有分子模式（本圖為第三章圖3-10的一部分，可參閱原圖）MICA/B,ULBP3,HAB7-H6,HAIgG FcHLA-EHLA-A, HLA-C NKG2D DAP10 NKp44 DAP12NKp30CD3-FcRNKp46CD3-FcRCD16CD3-FcRCD94/NKG2C/EDAP12KIR2DS4DAP12MICA/B： MHC I類鏈相關(guān)分子A和B；ULBP：U16結(jié)合蛋白； HA：血細(xì)胞凝集素；KIR：殺傷細(xì)胞免疫球蛋白樣受體ITAMYxxM抗原

6、的分類根據(jù)誘生抗體時(shí)是否需要Th細(xì)胞參與分類T細(xì)胞依賴性抗原（T dependent antigen, TD-Ag）T細(xì)胞非依賴性抗原（T independent antigen, TI-Ag）根據(jù)抗原與機(jī)體的親緣關(guān)系分類異嗜性抗原（heterophilic antigen）異種抗原（xenogenic antigen）同種異型抗原（allogenic antigen）自身抗原（autoantigen） 獨(dú)特型抗原（idiotypic antigen）根據(jù)抗原進(jìn)入抗原提呈細(xì)胞的方式分類內(nèi)源性抗原 (endogenous antigen) 外源性抗原 (exogenous antigen) 其他

7、分類抗原表位 免疫細(xì)胞僅識(shí)別抗原大分子上的一個(gè)特定的部分，稱為表位(epitope)或抗原決定簇(antigenic determinant)?？乖砦桓拍羁乖砦环诸惏肟乖?載體共同抗原表位與交叉反應(yīng)免疫原的基本特性 Ab、BCR和TCR對(duì)抗原表位的識(shí)別A. TCR對(duì)抗原T細(xì)胞表位的識(shí)別。TCR識(shí)別的表位是經(jīng)過(guò)APC降解的序列表位。T細(xì)胞表位通常位于蛋白抗原內(nèi)部，蛋白抗原經(jīng)APC細(xì)胞攝取和降解后，抗原表位肽與自身MHC分子結(jié)合，并被提呈于APC表面，T細(xì)胞的TCR識(shí)別T細(xì)胞表位肽的同時(shí)，必須同時(shí)識(shí)別MHC分子。 B. Ab（BCR）對(duì)抗原B細(xì)胞表位的識(shí)別。BCR或者抗體識(shí)別的表位有兩種類型：

8、序列表位和構(gòu)象表位。BCR和抗體直接識(shí)別天然狀態(tài)的B細(xì)胞表位。Ab (BCR) 1Ab (BCR) 2構(gòu)象表位序列表位天然抗原T 表位APCMHC T 細(xì)胞APC TCR MHC T表位天然抗原BATCR僅識(shí)別APC加工后經(jīng)由MHC分子提呈的抗原肽，后者包含T細(xì)胞表位 T細(xì)胞表位與B細(xì)胞表位的特性 T細(xì)胞表位 B細(xì)胞表位識(shí)別表位受體 TCR BCR MHC分子的參與 必需 無(wú)需表位性質(zhì) 蛋白質(zhì) 多肽、多糖、脂多糖類和有機(jī)化合物表位大小 8-10個(gè)氨基酸殘基5-15個(gè)氨基酸殘基或單糖、核苷酸 12-18個(gè)氨基酸殘基表位類型 線性表位 線性表位或構(gòu)象表位表位位置 抗原分子任意部位 抗原分子表面A

9、hapten-carrier conjugate contains multiple copies of the hapten-a small nonimmunogenic organic compound such as dinitrophenol (DNP)-chemically linked to a large protein carrier such as bovine serum albumin (BSA). Immunization with DNP alone elicits no anti-DNP antibodies, but immunization with DNPBS

10、A elicits three types of antibodies. Of these, anti-DNP antibody is predominant, indicating that in this case the hapten is the immunodominant epitope in a hapten-carrier conjugate, as it often is in such conjugates. 不同抗原之間存在的相同或相似抗原表位稱為共同抗原表位(common epitope)。一種抗原誘生的抗體對(duì)另一種具有相同或相似決定基的抗原的反應(yīng)，稱為交叉反應(yīng)（cro

11、ss reaction）。 影響免疫原特性的因素一、決定免疫原免疫原性的因素決定IMP免疫原性的因素（核酸類IMP的免疫原性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與核酸長(zhǎng)度與化學(xué)修飾相關(guān)）2. 決定Ag免疫原性的因素抗原分子的理化性質(zhì)機(jī)體的生物學(xué)特征抗原進(jìn)入機(jī)體的方式和途徑等二、決定免疫原反應(yīng)原性的因素異物性化學(xué)性質(zhì)分子質(zhì)量大小結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性分子構(gòu)象易接近性物理狀態(tài)易接近性抗原分子的理化性質(zhì)Reactivity of antisera with various haptens結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性宿主的遺傳因素(應(yīng)答格局差異)年齡、性別與健康狀態(tài) 機(jī)體的生物學(xué)特性抗原進(jìn)入機(jī)體的方式和途徑等 MHCII類分子 抗原肽 TCR鏈APCT

12、hSAgII 類分子 TCR 鏈APCTh 超抗原激活T細(xì)胞機(jī)制示意圖傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)抗原在MHC抗原溝槽內(nèi)被提交，與T細(xì)胞的TCR的抗原結(jié)合槽結(jié)合，從而激活特異性T細(xì)胞克?。ㄉ蠄D）；超抗原通過(guò)與TCR的V鏈外側(cè)結(jié)合，交聯(lián)TCR與MHC II類分子，從而活化眾多的T細(xì)胞克隆，而不論TCR的抗原特異性如何（下圖）。其他重要的免疫細(xì)胞激活劑一、超抗原 某些抗原物質(zhì)，只需要極低濃度（110 ng/ml）即可非特異性激活220之多的T細(xì)胞克隆，產(chǎn)生極強(qiáng)的免疫應(yīng)答，這類抗原稱之為超抗原（superantigen, SAg）。二、佐劑 預(yù)先或與抗原同時(shí)注入體內(nèi)可增強(qiáng)機(jī)體對(duì)抗原的免疫應(yīng)答或改變免疫應(yīng)答類型的非特

13、異性免疫增強(qiáng)性物質(zhì)，稱為佐劑（adjuvant）。佐劑作用的主要機(jī)制：改變抗原物理性狀，幫助抗原緩釋，延長(zhǎng)抗原在體內(nèi)潴 留時(shí)間，如脂質(zhì)體和礦物油等；刺激單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)，增強(qiáng)其對(duì)抗原的加工和提呈；刺激淋巴細(xì)胞增殖分化，增強(qiáng)和放大免疫應(yīng)答。TLR的天然配體和激動(dòng)劑參見(jiàn)表4-4Postulated mode of action of some commonly used adjuvants人小鼠T細(xì)胞B細(xì)胞T細(xì)胞B細(xì)胞ConA（刀豆蛋白A）+PHA（植物血凝素）+PWM（商陸絲裂原）+LPS（脂多糖）+SPA (葡萄球菌蛋白A)+作用于人和小鼠T、B淋巴細(xì)胞的絲裂原三、絲裂原 絲裂原（mitog

14、en）亦稱有絲分裂原，因可致細(xì)胞發(fā)生有絲分裂而得名。T、B淋巴細(xì)胞表面表達(dá)多種絲裂原受體，可對(duì)相應(yīng)絲裂原刺激產(chǎn)生強(qiáng)烈增殖反應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于體外免疫細(xì)胞活性的確證。一、免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)二、免疫球蛋白的裝配及分泌免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)及裝配 免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig）即抗體（antibody, Ab），是B細(xì)胞被B細(xì)胞抗原表位特異性刺激后增殖分化為漿細(xì)胞所產(chǎn)生的效應(yīng)免疫分子，介導(dǎo)體液免疫。免疫球蛋白可分為分泌型 (secreted Ig, SIg) 和膜型(membrane Ig, mIg)，前者主要存在于血液及組織液中，發(fā)揮抗感染功能；后者是B細(xì)胞表面的抗原受體（BCR, mI

15、gM）。 一、免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)1.基本結(jié)構(gòu)（重鏈、輕鏈及其結(jié)構(gòu)域 可變區(qū)、恒定區(qū)和絞鏈區(qū)）2.其它成分3.Ig的水解片段重鏈、輕鏈及其結(jié)構(gòu)域 Schematic diagram of complementary-determining region of antibody binding to antigenic epitope Structure of a complex between a peptide derived from HIV protease and an Fab fragment from an anti-protease antibody (left) and compa

16、rison of the Fab structure before and after peptide binding (right). In the right panel, the red line shows the structure of the Fab fragment before it binds the peptide and the blue line shows its structure when bound. There are significant conformational changes in the CDRs of the Fab on binding t

17、he antigen. These are especially pronounced in the light chain CDR1 (L1) the heavy chain CDR3 (H3). CH2 CH3 CDR1 CDR2 CDR3 CDR1 CDR2 CDR3 鉸鏈區(qū) VL SS-SS-FR1 FR2 FR3 FR4 可變區(qū)（V區(qū)）恒定區(qū)（C區(qū)）Variable region; Constant region高變區(qū)：Hypervariable region(HVR); 互補(bǔ)決定區(qū)：Complement determining region(CDR)絞鏈區(qū)J鏈分泌片其它成分木瓜蛋白

18、酶水解片段 木瓜蛋白酶（papain）水解IgG得到三個(gè)片段：兩個(gè)相同的部分即抗原結(jié)合片段（fragment antigen binding , Fab）一個(gè)結(jié)晶片段（fragment crystalizable, Fc）。胃蛋白酶水解片段 胃蛋白酶（pepsin）水解IgG產(chǎn)生一個(gè)具有雙價(jià)抗體活性的F(ab)2段和若干小分子多肽片段（pFc）。Ig的水解片段 Synthesis, assembly, and secretion of the immunoglobulin molecule. The heavy and light chains are synthesized on separ

19、ate polyribosome (polysomes). The assembly of the chains to form the disulfide-linked immunoglobulin molecule occurs as the chains pass through the cisternae of the rough endoplasmic reticulum (RER) into the Golgi apparatus and then into secretory vesicles. The main figure depicts assembly of a secr

20、eted antibody. The inset depicts a membrane-bound antibody, which contains the carboxyl-terminal transmembrane segment. This form becomes anchored in the membrane of secretory vesicles and then is inserted into the cell membrane when the vesicles fuse with the membrane.二、免疫球蛋白的裝配及分泌 Expression of me

21、mbrane forms of and heavy chains by alternative RNA processing. (a) Structure of rearranged heavy-chain gene showing C and C exons and poly-A sites. (b) Structure of m transcript and m mRNA resulting from polyadenylation at site 2 and splicing. (c) Structure of m transcript and m mRNA resulting from

22、 polyadenylation at site 4 and splicing. Both processing pathways can proceed in any given B cell.上圖IgA二聚體J 鏈粘膜表皮細(xì)胞分泌IgA的漿細(xì)胞粘膜腔分泌片IgA二聚體pIgR固有層 IgA二聚體的胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)固有層漿細(xì)胞產(chǎn)生IgA和J鏈，二者聚合成二聚體而分泌至漿細(xì)胞胞外的粘膜表皮細(xì)胞固有層，該處與表皮細(xì)胞分泌的多聚Ig受體（pIgR）即分泌片相結(jié)合，在pIgR的引導(dǎo)下，通過(guò)表皮細(xì)胞的內(nèi)吞和轉(zhuǎn)運(yùn)，使IgA二聚體得以穿越上皮細(xì)胞而分泌至粘膜腔，稱為胞吞轉(zhuǎn)運(yùn)（transcytosis）。在粘膜腔中

23、IgA二聚體與分泌片介離，行使效應(yīng)功能。免疫球蛋白的異質(zhì)性及功能一、免疫球蛋白的類型（類及亞類、型和亞型）二、免疫球蛋白的血清型三、免疫球蛋白的功能和特性四、各類免疫球蛋白的生物學(xué)特性免疫球蛋白的類型 在同種屬的所有個(gè)體內(nèi)，根據(jù)免疫球蛋白重鏈C區(qū)的氨基酸組成和抗原特異性不同，將免疫球蛋白的重鏈分為5種：、，與此對(duì)應(yīng)的Ig分為IgG、IgA、IgM、IgD、IgE 5類（class）。在同一類Ig中，根據(jù)其重鏈抗原性和二硫鍵的數(shù)目和位置的不同，又可分為亞類（subclass）。IgG有IgG1IgG4四個(gè)亞類；IgA有IgA1和IgA2兩個(gè)亞類；IgM有IgM1和IgM2兩個(gè)亞類；IgD和IgE

24、尚未發(fā)現(xiàn)亞類。Chain composition of the five immunoglobulin classes in humans正常人血清免疫球蛋白:約2:1，而小鼠為20:1。亞型: 鏈190AA為亮氨酸時(shí)稱OZ(+);為精氨酸時(shí)稱OZ(+) 在同種屬的所有個(gè)體內(nèi)，根據(jù)Ig輕鏈C區(qū)的氨基酸組成和抗原特異性的不同，可將Ig的輕鏈分為2型（type）：和，與此對(duì)應(yīng)的Ig也分為和兩型。在同一型Ig中，根據(jù)其輕鏈C區(qū)N端氨基酸排列的差異，可分為亞型（subtype）。M1, M2 免疫球蛋白分子上有三種不同的抗原決定簇，即同種型、同種異型和獨(dú)特型抗原決定簇。 同種型（isotype）是指同

25、一種屬所有個(gè)體的Ig分子共有的抗原特異性標(biāo)志。 同種異型（allotype）指同一種屬不同個(gè)體間的Ig分子所具有的不同抗原特異性標(biāo)志，為遺傳性標(biāo)志。 獨(dú)特型（idiotype）指同一個(gè)體不同B細(xì)胞克隆產(chǎn)生的Ig分子所特有的抗原特異性標(biāo)志，其表位又稱為獨(dú)特位 (Idiotope)，主要存在于V區(qū)，為遺傳性標(biāo)志。免疫球蛋白的血清型 同種型差異 同種異型差異 獨(dú)特型差異抗體的血清型示意圖Ig有3種血清型：同種型，指同一種屬所有個(gè)體Ig分子共有的抗原特異性標(biāo)志，其表位存在于Ig C區(qū)；同種異型，指同一種屬不同個(gè)體間Ig分子所具有的不同抗原特異性標(biāo)志，其表位主要存在于Ig C區(qū)，少部分存在于V區(qū)；獨(dú)特型

26、，指每個(gè)Ig分子所特有的抗原特異性標(biāo)志，其表位存在于V區(qū)的CDR區(qū)域。免疫球蛋白的功能和特性識(shí)別和結(jié)合抗原激活補(bǔ)體調(diào)理作用抗體依賴細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用介導(dǎo)超敏反應(yīng)免疫調(diào)節(jié)作用抗體的四項(xiàng)主要功能免疫球蛋白（抗體）具有多種生物學(xué)功能，首先，其可變區(qū)特異性結(jié)合與病原體或毒素表面與介導(dǎo)感染或者毒力相關(guān)的表位結(jié)合，使病原體或毒素失去感染和毒力，稱為中和作用。其次，抗體與相應(yīng)抗原表位結(jié)合，可激活補(bǔ)體經(jīng)典激活途徑，從而形成攻膜復(fù)合物溶裂解病原體。第三，抗體與相應(yīng)病原體結(jié)合后，其恒定區(qū)Fc段通過(guò)結(jié)合 Fc受體（FcR）與具有FcR表達(dá)該受體的吞噬細(xì)胞結(jié)合，此為調(diào)理作用，增強(qiáng)吞噬細(xì)胞對(duì)病原體的吞噬殺傷作用。如調(diào)

27、理的免疫細(xì)胞是NK細(xì)胞，則可增強(qiáng)NK細(xì)胞的ADCC作用。毒素受體毒素抗體細(xì)胞 中和作用 調(diào)理作用 激活補(bǔ)體殺傷作用 參與ADCCFcRAb吞噬細(xì)胞吞噬溶酶體激活補(bǔ)體系統(tǒng) 抗體攻膜復(fù)合物表面抗原IgG表面抗原 FcRIII殺傷靶細(xì)胞 NK 各類免疫球蛋白的生物學(xué)特性參見(jiàn)表4-7免疫球蛋白的人工制備一、多克隆抗體二、單克隆抗體三、基因工程抗體四、嵌合抗體和改型抗體五、抗體片段及其衍生形式 The conventional polyclonal antiserum produced in response to a complex antigen contains a mixture of mono

28、clonal antibodies, each specific for one of the four epitopes shown on the antigen (inset). In contrast, a monoclonal antibody, which is derived from a single plasma cell, is specific for one epitope on a complex antigen. The outline of the basic method for obtaining a monoclonal antibody is illustr

29、ated here.多克隆抗體上為 A 抗原（含3 個(gè)不同表位）免疫小鼠后的脾細(xì)胞，產(chǎn)生針對(duì)不同表位的抗體；下為不產(chǎn)生抗體和 HGPRT酶的骨髓瘤細(xì)胞。兩種細(xì)胞混合后，以PEG進(jìn)行融合。 在加有HAT的培養(yǎng)基中，融合細(xì)胞生長(zhǎng)，其余未融合的細(xì)胞死亡。稀釋至每孔單個(gè)細(xì)胞后，檢測(cè)上清中抗體的特異性，選擇能分泌抗表位1 抗體的雜交瘤。通過(guò)腹腔注射，對(duì)選擇出的雜交瘤細(xì)胞作克隆擴(kuò)增，獲取針對(duì)表位1的單抗。單克隆抗體制備流程單克隆抗體 To make antibodies with fully human protein sequences is to use transgenic strains of m

30、ice in which mouse antibody gene expression is suppressed and effectively replaced with human antibody gene expression. In these transgenic mice, the mouse genes for creating antibodies have been inactivated and replaced by human antibody genes. the HuMAb-Mouse transgenic strains contain key gene se

31、quences from unrearranged human antibody genes that code for both the heavy and light chains of human antibodies. Because genes determine what proteins are made, the transgenic mice make human antibody proteins.基因工程抗體 Chimeric and hybrid monoclonal antibodies engineered by recombinant DNA technology. (a)