《醫(yī)學免疫學教學課件》03 PPT課件2

醫(yī)學免疫學第四章免疫球蛋白Lecture3Antibody11.Concepts2.Structureofimmunoglobulins3.Immunogenicityofimmunoglobulins(Isotypes,Allotypes,&Idiotypes)4.Thefunctionofantibodies5.Antibodyclasses6.ArtificialAntibodyOutlineofthelecture2EmilvonBehring(1845-1917)antibody-In1890byvonBehringandKitasatodescribedanactivityinserumoftoxin-immunizedanimalsthatneutralizedtoxin.Transferofimmuneserumcouldprotectna?veanimalsfromdiphtheriaortetanus.History3抗體

(antibody,Ab)：是B細胞接受抗原刺激后增殖分化為漿細胞所產生的糖蛋白。主要存在于血清等體液中，能與相應抗原特異性結合顯示免疫功能。是介導體液免疫的重要效應分子。免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）：具有抗體活性或化學結構與抗體類似的球蛋白。

---分泌型（secretedIg,sIg）:Ab---膜型（membraneIg,mIg）:BCR4Day02468RestingBcellAntibodyformingcell,AFC(plasmacell)YYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYY51.Concepts2.StructureofAntibody3.ImmunogenicityofAntibody(Isotypes,Allotypes,&Idiotypes)4.Thefunctionofantibodies5.Antibodyclasses6.ArtificialAntibodyOutlineofthelecture6StructureofantibodyBasicstructureHeavychainandLightchain（重鏈和輕鏈）VariableregionandConstantregion（可變區(qū)和恒定區(qū)）OtherstructuresHingeregion（鉸鏈）Joiningchain（J鏈）

Secretorycomponent(SC，分泌片)Domains（功能區(qū)）FragmentationofIgbyproteolyticcleavage71.BasicstructureHeavychainandLightchainVariableregionandConstantregionOtherstructuresHingeregion（鉸鏈）Joiningchain（J鏈）

Secretorycomponent(SC，分泌片)8ThebasicstructureFour-polypeptidesstructureTwoidenticalheavychainandtwoidenticallightchain(2H+2L)Lightchaincombinewithheavychainthroughinterchaindisulfidebonds;andtwoheavychainscombinewitheachotheralsothroughinterchaindisulfidebonds.9重鏈（heavychain，H）約440-550個氨基酸，根據重鏈恒定區(qū)結構和免疫原性的差異而分為五類：γ、α、μ、δ、ε，相應Ig：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE輕鏈（lightchain，L）約220個氨基酸，根據輕鏈恒定區(qū)免疫原性不同，分為和兩型。一個天然Ig分子兩條輕鏈的型別是相同的。在不同種屬的動物與鏈的比例不同：人：2：1，小鼠：20：11)

Heavychain(H)&Lightchain(L)10Ig根據重鏈恒定區(qū)結構的差異分為五類11Accordingthedegreeofvariabilityinaminoacidsequence.VregionaretheN-terminalquarteroftheH-chainandtheN-terminalhalfoftheL-chain.CregionaretheC-terminalthree-quartersoftheH-chainandtheC-terminalhalfoftheL-chain.2)Variableregion(Vregion)andconstantregion(Cregion)12Vregions(VL+VH)arethesitewhereantigensbindspecificallytoantibodies.Fab(antigenbindingfragment)aretheN-terminalhalfoftheH-chainandalloftheL-chain.Fc(crystallizedfragment)aretheC-terminalhalfoftheH-chainfragmentthatcrystallized).FabFc13Hypervariableregions(高變區(qū)，HV)：SequencevariabilityinVregionsisconcentratedinseveralregions,calledHypervariableregions。Theyarealsocalledcomplementary-determiningregions(互補決定區(qū)，CDRs)

。Itiscomlementarytothestructureofepitope.Frameworkregions(骨架區(qū)，FR):theremainregionsinVregions.Hypervariableregions(HV,CDR)andframeworkregions(FR)14DomainsofIg15Hingeregion（鉸鏈區(qū)）Joiningchainandsecretorycomponent(SC)（J鏈和分泌片）

3)

Otherstructures16IgG,IgDandIgAcontainanextendedpeptidesequencebetweenCH1andCH2domains.Thisregion,calledhingeregion.Berichinprolinesandisflexible,givingIgG,IgDandIgAsegmentalflexibility.IgM,IgElackhingeregion,buttheyhaveCH2inthisregionandhaveextraCH4.(1)

Hingeregion(exceptforIgE,IgM)17Flexibilityofimmunoglobulins18Joiningchainaidtocombinemonomersinto polymers.FivemoleculesofIgMusually polymerizeintoalargerpentamer. Secretory

IgAisadimmer.Secretorycomponent(SC)canpreventthe secretoryIgAdimmersfromdegradationof otherproteases.SecretoryIgAalways distributeonlumenalsurface.(2)

Joiningchainandsecretorycomponent(SC)19SecretoryIgAisadimmer20IgMpolymerizeintoapentamer212.

ThedomainsofIgBothH-andL-chainshaveintrachaindisulfidebridgesevery90aminoacidresidues,whichcreatepolypeptideloops,domains,,of110aminoacids.免疫球蛋白的功能區(qū)22---HchainVariableregion

isonedomain,referredtoasVH;constantregionhasthreeorfourdomains,referredtoasCH1,CH2,CH3,CH4.(IgG,IgA,IgDhasthreedomains-CH1,CH2,CH3inCregion;whileIgM,IgEhasfourdomains-CH1,CH2,CH3,CH4inCregion).

---L-chainVariableregionisonedomain,referredtoasVL;constantregionalsohasonlyonedomain,referredtoasCL.23DomainsofIgG,IgA,IgD1)Hchain:>Vregion:VH;>Cregion:CH1,CH2,CH3.(IgE,IgMhasanotherCH4)2)Lchain:>Vregion:VL;>Cregion:CL;243.ImmunoglobulinfragmentsPapain（木瓜蛋白酶）digestion:

>Fabfragmentantigenbinding>Fcfragment.crystallizablePepsin（胃蛋白酶）digestion:

>

F(ab’)2(composedoftwoFab-likefragments);>TheFcfragmentisdegradedintomanysmallfragment.251.Concepts2.Structureofimmunoglobulins3.Immunogenicityofimmunoglobulins(Isotypes,Allotypes,&Idiotypes)4.Thefunctionofantibodies5.Antibodyclasses6.ArtificialAntibodyOutlineofthelecture26抗體的異質性抗體的異質性指抗體的結構和功能上的不均一性或差異性。多種機制導致抗體的異質性：抗原的多樣性：不同抗原含有不同的抗原表位，刺激產生特異性不同的抗體（V區(qū)不同）?？乖砦坏亩鄻有裕和豢乖卸喾N不同的抗原表位，刺激產生多種特異性不同的抗體（V區(qū)不同）?？贵w類型的多樣性：針對同一抗原表位產生的抗體特異性相同（V區(qū)相同），但類、型可能不同（C區(qū)不同）。27Ig的類型類（class）：根據CH免疫原性的不同分為五大類

γμαδεIgGIgMIgAIgDIgE

亞類（subclass）：同一類免疫球蛋白根據重鏈的免疫原性和二硫鍵數目，位置的不同，可分為：IgG1-G4；IgA1-A2；IgM1-M2。型（type）：根據CL免疫原性的不同分為兩個型：κ型和λ型亞型（subtype）：同一型免疫球蛋白可根據CL的N端氨基酸排列的差異，又可分為亞型28Ig具有的抗原表位同種型（isotype）指同一種屬所有個體的Ig分子共有的抗原特異性標志，位于IgC區(qū)。同種異型（allotype）指同一種屬不同個體間Ig分子所具有的不同的抗原特異性標志，位于IgC區(qū)。獨特型（idiotype）指同一個體不同B細胞克隆產生的Ig分子所特有的抗原特異性標志，獨特型由若干個抗原決定基組成，又稱為獨特位，主要存在于IgV區(qū)。29isotype:antigenicfeaturesofaclassofimmunoglobulin。

allotype:varyamongindividualswithinaspecies

idiotype:uniqueV-regionaminoacidsequencesofthehomogeneousimmunoglobulinmoleculesproducedbyasingleB-cellclone.301.Concepts2.Structureofimmunoglobulins3.Immunogenicityofimmunoglobulins(Isotypes,Allotypes,&Idiotypes)4.ThefunctionofIg5.Antibodyclasses6.ArtificialAntibodyOutlineofthelecture31ThefunctionofIgV區(qū)的功能中和作用（neutralization）：特異性結合抗原。

BCR能特異性識別并結合抗原分子，介導體液免疫應答，產生抗體；抗體能特異性結合相應抗原分子，發(fā)揮中和作用，例如抗體能中和細菌，病毒，毒素等，從而發(fā)揮免疫效應。32peptidepeptideepitopebindingofHVandepitope33Bacterial‘Neutralization’ByAb34NeutralizationByAntiviralAntibodies35NeutralizationByAntitoxinAntibodies36C區(qū)的功能

激活補體

IgM和IgG與抗原形成免疫復合物后能激活補體經典途徑；凝聚的IgG4和IgA能激活補體旁路激活途徑與免疫細胞表面FcR結合

1）調理作用（opsonization)IgFc段與吞噬細胞表面FcR結合，促進吞噬細胞的吞噬作用；

2）抗體依賴細胞介導的細胞毒作用（Ab-dependentcell-mediatedcytotoxicity,ADCC)IgFc段與NK細胞等表面FcR結合，促進NK細胞的細胞毒作用；

3)介導I型超敏反應

IgEFc段與肥大細胞等表面FcεRⅠ結合，介導Ⅰ型超敏反應。

穿過胎盤和粘膜

IgG通過胎盤，提供被動免疫保護；

sIgA穿過粘膜，參與黏膜局部的抗感染免疫。37激活補體IgM（CH3）和IgG（CH2）功能區(qū)有補體C1q的結合位點。IgM/IgG與抗原形成免疫復合物（IC）后，能通過經典途徑激活補體。3839動畫演示調理吞噬作用40

抗體依賴細胞介導的細胞毒作用（antibodydependentcell-mediatedcytotoxicity，ADCC）:IgG類抗體與靶細胞表面抗原特異性結合，效應細胞（NK細胞、巨噬細胞、中性粒細胞）借助所表達的IgGFcR與靶細胞表面IgG的Fc段結合，從而殺傷靶細胞41動畫演示ADCC作用42IgEcaninducetheclassIhypersensitivity.肥大細胞表面表達高親和力的IgEFc受體（FcεRI）。IgE與變應原結合，導致FcεRI發(fā)生交聯就能激活肥大細胞，導致其脫顆粒，釋放生物活性介質，導致Ⅰ型超敏反應的發(fā)生。43---MastcellsandbasophilshavereceptorsforFcportionofIgE.BindingofantigenstoIgEalreadyboundtoFcreceptorsforIgEonmastcellsresultsindegranulationandinducingthetypeIhypersensitivity.IgEcaninducetheclassIhypersensitivity.粘膜免疫441.Concepts2.Structureofimmunoglobulins3.Immunogenicityofimmunoglobulins(Isotypes,Allotypes,&Idiotypes)4.Thefunctionofantibodies5.

Antibodyclasses6.ArtificialAntibodyOutlineofthelecture45immunoglobulinclassesThesearemonomerformsastheyappearwhenexpressedasaBcellantigenreceptor.Whensecreted,thestructurescanbequitedifferent.IgMisapentamerinserum,andIgAcanbeadimer.46IgG血清主要的抗體成分（75-80%）；半衰期長（20-23天）；出生后3個月開始合成，3-5歲接近成人水平；多數抗菌、抗病毒、抗毒素抗體均屬IgG類；再次免疫應答的主要抗體；是唯一能通過胎盤的Ig，發(fā)揮自然被動免疫功能；具有活化補體經典途徑的能力；具有調理作用、ADCC作用等；參與Ⅱ型、Ⅲ型超敏反應，某些自身免疫病的抗體也屬IgG。多能免疫球蛋白47初次應答與再次應答48IgM為五聚體，分子量最大，稱為巨球蛋白（macroglobulin）；血清中含量為5%-10%。半衰期短，約5天。個體發(fā)育中最先出現的Ig，胚胎晚期即能產生，臍帶血IgM增高提示胎內感染（如風疹病毒、巨細胞病毒感染等）；抗原初次刺激機體時，是體內最先產生的Ig；血清IgM升高說明有近期感染；有強大激活補體能力和調理作用，在機體早期免疫防御中具有重要作用；天然ABO血型抗體是IgM；未成熟B細胞表達mIgM。49IgA分為單體的血清型和二聚體的分泌型IgA；約占血清Ig總量的15％，半衰期約5～8天。分泌型IgA主要由黏膜相關淋巴組織產生，存在于唾液、淚液、乳汁及呼吸道、消化道、泌尿道的分泌液中和黏膜表面，是機體黏膜局部抗感染免疫的重要因素。新生兒出生4-6個月后才開始合成SIgA,初乳中的分泌型IgA可對嬰幼兒發(fā)揮自然被動免疫作用。50

由脊髓灰質炎病毒引起，從消化道感染，粘附于腸道粘膜細胞并進入血液，使脊髓灰質前角的運動神經元受損，導致肌肉麻痹，特別是下肢癱瘓。脊髓灰質炎減毒活疫苗（糖丸）sIgA脊髓灰質炎（小兒麻痹）：51IgD血清中含量低（0.2%），血清型IgD生物學作用尚不清楚mIgD可作為B細胞分化成熟標記，成熟B細胞同時表達mIgM和mIgDmIgMmIgD成熟B細胞活化B細胞未成熟B細胞52IgE血清中含量最低的Ig，僅占Ig總量的0.002％。主要由呼吸道、胃腸道粘膜固有層的漿細胞產生。屬親細胞性抗體，可與肥大細胞、嗜堿粒細胞表面FcεRⅠ高親和力結合，從而介導I型超敏反應。抗寄生蟲和真菌感染CH453

IgE與肥大細胞和嗜堿性粒細胞上的FcεRI結合,一旦受體交聯將導致細胞活化，釋放活性介質，引起I型超敏反應541.Concepts2.Structureofimmunoglobulins3.Antibodyclasses4.Immunogenicityofimmunoglobulins(Isotypes,Allotypes,&Idiotypes)5.Thefunctionofantibodies6.ArtificialAntibodyOutlineofthelecture55第一代抗體polyclonalantibody，PcAb(多克隆抗體)第二代抗體Monoclonalantibody，McAb(單克隆抗體)第三代抗體GeneticallyengineeringAb,GeAbRecombinantantibody

，ReAb (基因工程抗體/重組抗體)ArtificialAntibody561.多克隆抗體

（polyclonalantibody）

用含多種抗原決定基的抗原物質免疫動物，刺激多個B細胞克隆所獲得的免疫血清（含多種抗體的混合物），此為多克隆抗體。來源廣泛，制備容易；特異性不高。蛋白質抗原分子1、2、3、4、5表示B細胞決定基針對多種抗原決定基的多種抗體的混合物57帶有多個B細胞表位抗原針對不同表位的B細胞克隆增殖多種抗體的混合物（多克隆抗體）刺激小鼠58單克隆抗體

monoclonalantibody,mAb借助小鼠B細胞雜交瘤（hybridoma）技術，所制備的單一特異性（僅針對特定抗原表位）、高度均一（屬同一類、亞類、型別）的抗體。純度高、特異性強、可大量生產，但技術要求高。59H：次黃嘌呤A：氨基蝶呤T：胸腺嘧啶聚乙二醇60單克隆和多克隆抗體的比較和用途特異性敏感性均一性McAbPcAb低差無高強有1、用于免疫學檢測，輔助臨床診斷2、McAb用于親和層析，分離微量可溶性抗原3、標記的McAb用于基礎研究，了解細胞分化等4、制備生物導彈用于腫瘤、移植等的臨床治療61基因工程抗體

(Geneticallyengineeringantibodies,GeAb)又稱重組抗體(recombinantantibodies)

借助DNA重組技術和蛋白質工程技術，按人們的意愿在基因水平上對Ig進行切割、拼接或修篩，重新組裝成為新型抗體分子。主要包括：人-鼠嵌合抗體；人源化抗體；改型抗體；小分子抗體等。62（一）人-鼠嵌合抗體（二）人源化抗體只有互補決定區(qū)（CDR）是鼠源的其余部位都是人源的V區(qū)是鼠源的C區(qū)是人源的用分子生