免疫球蛋白與抗體教學(xué)課件

1、第二章 免疫球蛋白與抗體第一節(jié) 免疫球蛋白與抗體的概念(重點)第二節(jié) 免疫球蛋白的分子結(jié)構(gòu)(重點)第三節(jié) 免疫球蛋白的種類與抗原決定簇(重點)第四節(jié) 免疫球蛋白的生物學(xué)功能(重點)第五節(jié) 各類免疫球蛋白的主要特性與功能第六節(jié) 抗體的人工制備第1頁，共62頁。一、抗體的發(fā)現(xiàn)和研究歷史： 1889年：綠膿桿菌 感染 動物血清 凝集反應(yīng)（凝集素） 1890年(Behring): 白喉類毒素 免疫 動物血清綠膿桿菌白喉毒素中和毒素(抗毒素)第一節(jié) 免疫球蛋白與抗體的概念第2頁，共62頁。并發(fā)現(xiàn)在血清蛋白中主要是 -球蛋白（丙種球蛋白）具有抗體活性?？贵w(antibody，Ab)凝集素抗毒素溶菌素沉淀素

2、1930年發(fā)現(xiàn)：第3頁，共62頁。血清蛋白電泳圖譜顯示：白蛋白球蛋白abgabgabg未免疫動物血清免疫動物血清免疫動物血清+抗原處理吸收后第4頁，共62頁。二、抗體的概念(重點) 抗體（antibody,Ab)：動物機體受到抗原物質(zhì)刺激后，由B淋巴細胞轉(zhuǎn)化為漿細胞而產(chǎn)生的，能與相應(yīng)抗原發(fā)生特異性反應(yīng)的免疫球蛋白。 將抗體介導(dǎo)的免疫稱為體液免疫,將含有抗體的血清稱為抗血清或免疫血清。第5頁，共62頁。三、免疫球蛋白的概念(重點) 1964年世界衛(wèi)生組織召開會議，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)稱為免疫球蛋白（immunoglobulin，簡稱Ig ）。 免疫球蛋白除分布于體液中之外

3、，還可存在于B細胞膜上。第6頁，共62頁。 免疫球蛋白可分為兩種類型：分泌性Ig ：存在于血清、體液以及分泌液中，具有抗體的各種功能。膜型Ig ：位于B淋巴細胞的表面，即膜表面免疫球蛋白（mIg），是B淋巴細胞的抗原識別受體（BCR）。第7頁，共62頁?？贵w的化學(xué)本質(zhì)是免疫球蛋白，但并非所有免疫球蛋白都具有抗體的活性。IgAbAb=Ig Ig AbIg與Ab的關(guān)系抗體= 生物學(xué)功能上的概念 Ig = 化學(xué)結(jié)構(gòu)上的概念第8頁，共62頁。四、抗體的分類（一）根據(jù)所對應(yīng)的抗原分：第9頁，共62頁。（二）根據(jù)有無抗原刺激分：第10頁，共62頁。（三）根據(jù)與抗原反應(yīng)的性質(zhì)分：第11頁，共62頁。（四）根

4、據(jù)根據(jù)抗原性分： 主要根據(jù)重鏈的不同第12頁，共62頁。第二節(jié) 免疫球蛋白的分子結(jié)構(gòu)一、免疫球蛋白的單體分子結(jié)構(gòu) 由兩條相同的較大的重鏈和兩條相同的較小的輕鏈4條肽鏈通過輕鏈與重鏈之間的二硫鍵連接起來構(gòu)成的“Y”字形的分子結(jié)構(gòu)。第13頁，共62頁。第14頁，共62頁。（一）重鏈和輕鏈1重鏈（heavy chain，H鏈） 由450-550個氨基酸殘基組成，分子量55-75KD，有4-5個鏈內(nèi)二硫鍵組成的環(huán)肽，兩重鏈之間由一對或兩對以上的二硫鍵互相連接。根據(jù)Ig重鏈抗原性的差異，Ig可分為5類： IgG、IgM、IgA、IgE和IgD，相應(yīng)H鏈為、鏈，不同免疫球蛋白的差別就由重鏈所決定。第15頁

5、，共62頁。2輕鏈（light chain，L鏈） 由214個氨基酸殘基組成，分子量為24KD，有兩個由鏈內(nèi)二硫鍵組成的環(huán)肽，在羧基端靠二硫鍵分別與兩條重鏈連接。 各類免疫球蛋白的輕鏈都相同，均可分為：Kappa（）與lambda（）2個型。第16頁，共62頁。 （二）可變區(qū)和恒定區(qū) 1、H鏈：N端開始的最初110個氨基酸為可變區(qū)（VH），之后一直到C端的氨基酸稱為恒定區(qū)（CH）。在VH中有3個區(qū)域的氨基酸變異最大，稱為高（超）變區(qū)（HVR），其余的氨基酸變化較小，稱為骨架區(qū)。 2、L鏈：N端開始的109個氨基酸為可變區(qū)(VL），其余的為恒定區(qū)（CL）， 在VL中也有3個高變區(qū)。第17頁，共6

6、2頁。第18頁，共62頁。（三）功能區(qū)1、基本含義 免疫球蛋白的多肽鏈分子可折疊形成幾個由鏈內(nèi)二硫鍵連接成的環(huán)狀球形結(jié)構(gòu)，此即其Ig的功能區(qū)（或結(jié)構(gòu)域），每一功能區(qū)約有110個氨基酸組成，其順序具有高度的同源性。2、L鏈功能區(qū) 有兩個，即VL和CL，分別位于可變區(qū)和恒定區(qū)。3、H鏈功能區(qū) IgG、IgA、IgD有4個（V區(qū)1個，VH，C區(qū)3個，CH1、CH2和CH3）；IgM、IgE有5個（增加一個CH4）。第19頁，共62頁。第20頁，共62頁。4、功能區(qū)作用 （1）VH和VL:特異性識別和結(jié)合抗原，由VH和VL內(nèi)的高變區(qū)構(gòu)成抗體分子的抗原結(jié)合點。 （2）CH1和CL :同種異型的遺傳標(biāo)記。

7、 （3）IgG的CH2和IgM的CH3 是抗體分子的補體結(jié)合點，與補體的活化有關(guān)。 （4）CH3/ CH4:細胞結(jié)合位點，是同免疫活性細胞（如巨噬細細胞、B細胞、NK細胞）的FC受體的結(jié)合部位。第21頁，共62頁。二、免疫球蛋白的特殊分子結(jié)構(gòu) （一）絞鏈區(qū)1、含義 在兩條重鏈之間二硫鍵連接處附近的重鏈恒定區(qū)，即CH1尾部和CH2頭部的小段肽鏈；與抗體分子的構(gòu)型變化有關(guān),稱為絞鏈區(qū)。2、功能 含有豐富的脯氨酸，因此易伸展彎曲，當(dāng)抗體與抗原結(jié)合時，該區(qū)可轉(zhuǎn)動，一方面使可變區(qū)的兩個抗原結(jié)合點盡量與抗原結(jié)合，另一方面可使抗體分子變構(gòu)，使補體結(jié)合位點暴露出來。且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。第22頁，

8、共62頁。第23頁，共62頁。（二）J鏈和分泌成分1、J鏈 即連接鏈?zhǔn)且粭l多肽鏈，富含半胱氨酸;由漿細胞合成;以二硫鍵的形式共價結(jié)合到Ig的重鏈上;在IgM和分泌型IgA單體之間起連接作用。第24頁，共62頁。2、分泌成份（SC)（1）是二聚體IgA上的一個輔助成分； （2）由上皮細胞合成，化學(xué)本質(zhì)為糖蛋白（3）以共價形式結(jié)合到IgA分子，并一起被分泌到粘膜表面，又稱分泌片（secretory piece, SP）；（4）可抵抗外分泌液中的蛋白水解酶對二聚體IgA的降解。 第25頁，共62頁。第26頁，共62頁。（三）單體、雙體和五聚體1、單體 由一對L鏈和H鏈組成的基本結(jié)構(gòu)。2、雙體 分泌型

9、的IgA由J鏈連接的兩個單體。3、五聚體 IgM是由J鏈和二硫鍵連接的五個單體。 第27頁，共62頁。 （一）木瓜蛋白酶酶切結(jié)果 木瓜蛋白酶可將H鏈鉸鏈區(qū)二硫鍵的近N端切斷，得到大小相近的3個片段；其中有兩個相同的片段，稱抗原結(jié)合片段（Fab），另一個為FC片段，可形成蛋白結(jié)晶。三、免疫球蛋白的水解片段與生物學(xué)活性第28頁，共62頁。（二）胃蛋白酶酶切結(jié)果 胃蛋白酶可將H鏈從鉸鏈區(qū)二硫鍵的近C端切斷，得到一個具有雙價活性的F(ab)2片段和若干個小分子多肽碎片（pFc）。F(ab)2片段與抗原結(jié)合可發(fā)生凝集和沉淀反應(yīng)，pFc片段失去生物學(xué)活性。 第29頁，共62頁。第30頁，共62頁。一、免疫

10、球蛋白的種類 免疫球蛋白可區(qū)分為類、亞類、型、亞型等。（一）類 免疫球蛋白類的區(qū)分是依據(jù)其重鏈C區(qū)的理化特性及抗原性的差異，在同種系所有個體內(nèi)的免疫球蛋白可分為IgG、IgM、IgA、IgE、IgD五大類(class),重鏈分別稱為,鏈。（二）亞類 同一種類免疫球蛋白，又可根據(jù)其重鏈恒定區(qū)的微細結(jié)構(gòu)、二硫鍵的位置與數(shù)目及抗原特性的不同，進一步分為亞類（subclass）。如人的IgG有IgG1、IgG2、IgG3和IgG4四個亞類。第三節(jié) 免疫球蛋白的種類與抗原決定簇第31頁，共62頁。（三）型 根據(jù)輕鏈恒定區(qū)的抗原性不同，各類免疫球蛋白的輕鏈分為和兩個型（type），任何種類的免疫球蛋白均有

11、兩型輕鏈分子。（四）亞型 根據(jù)型輕鏈N端恒定區(qū)上氨基酸排列順序的差異，免疫球蛋白又可分為若干亞型（subtype），型輕鏈無亞型。（五）亞群 根據(jù)免疫球蛋白V區(qū)的一級結(jié)構(gòu)特點，可將免疫球蛋白分為35個亞群（subgroup）。第32頁，共62頁。二、免疫球蛋白的抗原決定簇（血清型）（一）同種型決定簇 指在同一種屬動物所有個體的Ig分子共同具有的抗原特異性標(biāo)志，為種屬型標(biāo)志。即是說在同一種動物不同個體之間同時存在不同類型的免疫球蛋白，不表現(xiàn)出抗原性，只是在異種動物之間才表現(xiàn)出抗原性。同種型抗原決定基存在于Ig C區(qū)，表現(xiàn)在全部Ig的類、亞類、型、亞型分子上。第33頁，共62頁。（二）同種異型決定

12、簇 指免疫球蛋白在同一種動物不同個體之間呈現(xiàn)出的抗原性，為個體型標(biāo)志。同種異型抗原決定基廣泛存在于Ig CH和CL區(qū)。第34頁，共62頁。（三）獨特型決定簇 由抗體分子的可變區(qū)呈現(xiàn)出的抗原性就稱為免疫球蛋白（抗體）的獨特型(重點)，或稱個體基因型，可變區(qū)內(nèi)的抗原決定簇稱為獨特型決定簇，是每個免疫球蛋白分子所特有的抗原特異性標(biāo)志。其中單個的抗原決定簇，又稱為獨特位。 獨特型在異種、同種異體乃至同一個體內(nèi)均可刺激產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，這種抗體稱為抗獨特型抗體。 第35頁，共62頁。第36頁，共62頁。第四節(jié) 免疫球蛋白的生物學(xué)功能一、免疫球蛋白V區(qū)的功能： 主要是識別和結(jié)合特異性抗原第37頁，共62頁。

13、（一） 激活補體 IgG1-3和IgM與相應(yīng)抗原結(jié)合后，可因構(gòu)型改變而使其CH2/CH3功能區(qū)內(nèi)的補體結(jié)合點暴露，從而激活補體經(jīng)典途徑。IgG4、IgA和IgE的凝聚物可激活補體旁路途徑。二、免疫球蛋白C區(qū)的功能第38頁，共62頁。 1.調(diào)理作用(重點)IgG與細菌等顆粒性抗原結(jié)合后，可通過其Fc段與巨噬細胞和中性粒細胞表面相應(yīng)IgG Fc受體結(jié)合，促進吞噬細胞對細菌等顆粒抗原的吞噬，此即抗體的調(diào)理吞噬作用。（二）結(jié)合Fc受體 第39頁，共62頁。2.抗體依賴細胞介導(dǎo)的細胞毒作用（ADCC）(重點). IgG與腫瘤或病毒感染的靶細胞結(jié)合后，可通過其Fc段與NK細胞、巨噬細胞和中性粒細胞表面相應(yīng)

14、IgG Fc受體結(jié)合，增強NK細胞和觸發(fā)吞噬細胞對靶細胞的殺傷作用，此即ADCC效應(yīng)。第40頁，共62頁。3.介導(dǎo)I型超敏反應(yīng) IgE引起I型超敏反應(yīng)第41頁，共62頁。（三）穿過胎盤和粘膜 IgG、sIgA第42頁，共62頁。一、IgG 人和動物中含量最高的免疫球蛋白， 占血清總Ig的75%80%，半衰期約2023天； 主要由脾臟和淋巴結(jié)中的漿細胞產(chǎn) 生，大部分存在于血液中（45% 50%）， 其余存在于組織液和淋巴液中； IgG是惟一可通過人和兔胎盤的抗體，在新生動物抗感染中起重要作用。 IgG是動物自然感染和人工主動免疫后，機體所產(chǎn)生的主要抗體，是動物機體抗感染免疫的主力，大多數(shù)抗菌、抗

15、病毒抗體和抗菌素都為IgG類，因而也是血清學(xué)診斷和疫苗免疫后監(jiān)測的主要抗體； IgG還參與抗腫瘤免疫，同時也是引起型、型變態(tài)反應(yīng)及自身免疫病的抗體。 IgG通過經(jīng)典途徑活化補體，具有調(diào)理吞噬、介導(dǎo)ADCC、結(jié)合SPA和結(jié)合鏈球菌G蛋白的作用。第五節(jié) 各類免疫球蛋白的主要特性與功能第43頁，共62頁。 動物機體初次免疫后產(chǎn)生最 早的免疫球蛋白；但含量僅占血清 Ig的10%左右， 主要由脾臟和淋巴結(jié)中的漿 細胞產(chǎn)生，一般不能通過血管壁， 主要分布于血液中； IgM是5個單體組成的五聚體 （pentamer）,又稱為巨球蛋白（macroglobulin）。 IgM在體內(nèi)產(chǎn)最早，但持續(xù)時間短，不是抗感

16、染免疫的主力，但對早期抗感染免疫和早期血清學(xué)診斷十分重要，并且IgM有多個抗原結(jié)合部位，其單個的殺菌、溶菌、溶血、促進吞噬及凝集作用，均較IgG高； IgM同樣具有抗腫瘤作用，也是型型變態(tài)反應(yīng)及自身免疫病的抗體。 膜表面IgM是BCR的主要成分。只表達mIgM是未成熟B細胞的標(biāo)志，記憶B細胞表面的mIgM逐漸消失。 二、IgM第44頁，共62頁。第45頁，共62頁。 IgA以單體和二 聚體兩種分子形式存在, 單體存在于血清中，稱 為血清型IgA,占血清Ig 的10% 20%，二聚體為分泌型IgA,是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等部位粘膜固有層中的漿細胞所產(chǎn)生。主要存在于呼吸道、消化道、生殖道的

17、外分泌液及初乳、唾液、淚液等分泌物中。 分泌型IgA是參與粘膜局部免疫的主要抗體，在傳染病預(yù)防接種中，經(jīng)滴鼻、點眼、飲水及噴霧途徑免疫，均可產(chǎn)生分泌型IgA，從而建立相應(yīng)的粘膜免疫力。嬰幼兒和幼畜禽從母乳中可獲得sIgA 產(chǎn)生自然被動免疫，新生兒和幼畜禽易患呼吸道、胃腸道感染可能與IgA合成不足有關(guān)。三、IgA第46頁，共62頁。 IgE產(chǎn)生部位與分泌型IgA相似，是血清中含量最低的Ig。 IgE的重鏈多一個功能區(qū)CH4，此區(qū)是細胞結(jié)合的部位，因而它是一種親細胞性抗體。 結(jié)合在肥大細胞和嗜堿性細胞上的IgE與抗原結(jié)合后，能引起這些細胞脫顆粒，釋放組織氨等活性介質(zhì)，從而引起I型過敏反應(yīng)。 IgE

18、在抗寄生蟲感染中具有重要作用，研究表明，蠕蟲、血吸蟲和旋毛蟲等寄生蟲病以及某些真菌感染后，均可誘導(dǎo)機體產(chǎn)生大量的IgE抗體。五、IgD IgD在個體發(fā)育的任何時候產(chǎn)生，在血清中濃度極低，平均約0.03mg/ml，且極不穩(wěn)定，容易降解，半衰期僅3天； 主要作為成熟B細胞膜上的抗原特異性受體，是B細胞分化發(fā)育成熟的標(biāo)志，成熟B細胞活化后，或者變成記憶B細胞時，mIgD逐漸消失。 對防止免疫耐受有一定作用四、IgE第47頁，共62頁。各類免疫球蛋白的生物學(xué)活性 免疫球蛋白IgGIgAIgMIgDIgE重鏈名稱重鏈功能區(qū)數(shù)目44545主要存在形式單體單體、雙體五聚體單體單體分子量(KD)146-170

19、160，400970175188碳水化合物（%）410121812血清濃度(mg/dl)1150300210501500.3-40.002血清總Ig (%)75105-1010.001外分泌液-+-經(jīng)典途徑活化補體+-+-代替途徑活化補體+?+半衰期（天）20-235.85.12.82.5合成部位脾、淋巴結(jié)漿細胞粘膜相關(guān)淋巴樣組織脾、淋巴結(jié)漿細胞扁桃體、脾漿細胞粘膜固有層漿細胞通過胎盤+-免疫作用抗菌、抗病毒、抗毒素、自身抗體粘膜局部免疫作用，抗菌、抗病毒，免疫排除功能早期防御作用，溶菌，溶血，SmIgM，天然血型抗體，類風(fēng)濕因子確切功能目前不清楚抗寄生蟲感染，I型超敏反應(yīng)第48頁，共62頁。

20、 一、多克隆抗體（第一代抗體）（一）概念(重點). 采用傳統(tǒng)的免疫方法，將抗原物質(zhì)經(jīng)不同途徑注入動物體內(nèi)后，經(jīng)數(shù)次免疫后采取動物血液，分離出血清，由此獲得的抗血清即為多克隆抗體（polyclonal antibody, PcAb），該抗血清是一種多克隆的混合抗體，具有高度的異質(zhì)性，即針對同一抗原決定簇的抗體仍是由不同B細胞克隆產(chǎn)生的不同質(zhì)的抗體所組成。（二）基本制備過程 抗原制備動物免疫檢測血清抗體效價血清分離與保存。第六節(jié) 抗體的人工制備第49頁，共62頁。第50頁，共62頁。二、單克隆抗體（第二代抗體） (重點).（一）概念 由一個B細胞分化增殖的子代細胞（漿細胞）克隆、產(chǎn)生的針對單一抗原

21、決定簇的抗體，或者說是由一個識別一種抗原表位的B細胞克隆產(chǎn)生的同源抗體，稱為單克隆抗體（McAb）。第51頁，共62頁。（二）優(yōu)點1.有高度的單一性、均一性；2.純度高，制備時不需純化抗原就可得到純抗體；3.效價高；4.產(chǎn)量高，且可連續(xù)生產(chǎn)特異性強；5.特異性強，少或無血清交叉反應(yīng)。第52頁，共62頁。（三）制備單克隆抗體的基本原理 （1）DNA合成的2條途徑 主要途徑：可被氨基喋呤(A)所阻斷 旁路途徑：利用次黃嘌呤(H)和胸腺嘧啶核苷(T) 次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(HGPRT) 胸腺嘧啶核苷激酶(TK)。所需要的酶第53頁，共62頁。（2）所用的細胞第54頁，共62頁。第55頁，共62頁。（3）所用培養(yǎng)基第56頁，共62頁。（三）基本制備過程制備抗原 免疫動物 免