《免疫球蛋白》PPT课件.ppt

1、第三章 免疫球蛋白,教学目的和要求： 1掌握 抗体和免疫球蛋白的概念、结构、类型和功能。各类免疫球蛋白的特性和功能。 2熟悉 免疫球蛋白的类别转换机制；单克隆抗体的制备和应用。 3了解 免疫球蛋白的基因结构和基因重排；基因工程抗体。,第一节：概念 1. 抗体（antibody, Ab）功能性概念 是机体接受抗原刺激后，B细胞活化、增值、分化为浆细胞，由浆细胞产生的一类能与相应抗原特异性结合的球蛋白。主要存在血清中，也存在于如呼吸道粘膜液、小肠粘膜液、唾液以及乳汁等其它体液中。 2. 免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig） 存在于人和动物血液（血清）、组织液及其它外分泌液中的一类具有

2、抗体活性或化学结构与抗体分子相似的球蛋白。,存在形式 BCR（B细胞受体) 膜型（membrane immunoglobulin, mIg）：存在于B细胞膜上 抗体 分泌型（secreted immunoglobulin, sIg）：存在血清和组织液中,第二节：免疫球蛋白的分子结构,一、免疫球蛋白的基本结构,由两条相同的重链和两条相同的轻链通 过二硫键连接而成的四肽链分子 。 “Y”型， 重链 （5种: 、） 轻链 （2种: 、） 可变区 （V区） 超变区（HVR，3个， 又称CDR 互补决定区） 骨架区: FR（4个） 恒定区 （C区） 铰链区,（一）重链与轻链 1、重链（heavy cha

3、in,H链） 重链大小约为轻链的2倍，含 450550个氨基酸残基，分子量 约为55或75kD。 根据H链抗原性的差异可将 其分为5类：链、链、链、 链和链，不同H链与L链（ 或链）组成完整Ig的分子分别 称之为IgM、IgG、IgA、IgD和 IgE。、和链上含有4个 肽，和链含有5个环肽。,2、轻链（light chain, L链）：约210个氨基酸，分为和两种，据此Ig分为和两型； （二）、可变区和恒定区 可变区（variable region，V区）：位于Ig分 子的N端、轻链1/2和重链1/4或1/5处；其氨基酸 序列随Ig针对的抗原特异性变化而变化，是抗体 与抗原特异性结合的部位。

4、V区可进一步分为超 变区（或者互补决定区）和骨架区。,超变区（hypervariable region, HVR）：在VL和VH中，某些特定位置的氨基酸残基的排列顺序高度可变，此为HVR。轻、重链各有3个HVR。超变区乃抗体与抗原表位（AD）特异性（互补）结合的位置，又称为互补决定区（complementarity-determining region, CDR）。 骨架区（framework region, FR）：V区中非HVR部位的氨基酸组成和排列相对保守，此为FR。VH和VL各有4个FR。 恒定区（constant region,C区）：位于Ig 分子的C端、轻链1/2和重链3/4或4

5、/5处。其氨基酸的组成或排列顺序不随Ig针对的抗原特异性的改变而改变。是Ig介导多种生物学功能的部位。,（三）、铰链区 位于CH1和CH2之间可转动的区，含丰富的脯氨酸， 易伸展弯曲，有利于Ig V区与抗原互补结合；有利于暴 露补体结合位点；对蛋白酶敏感。IgM和IgE无铰链区。 （四）其它成分 J链（joining chain）：由浆细胞合成，能将单体Ig分子连接为多聚体（如IgM和sIgA）。 分泌片（secretory piece, sp）由黏膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形式结合在IgA二聚体上，使其成为sIgA。,二、免疫球蛋白的功能区,功能区（domain） ：是不连续，紧密折叠的

6、区域，由重链和轻链经链内二硫键连接而成的球状结构。每一功能区约由110个氨基酸组成，在功能区中氨基酸序列有高度同源性。,（一）、L链功能区分为L链可变区（VL）和L链恒定区（CL）两功能区。 （二） 、H链功能区 IgG、IgA和IgD的H链各有一个可变区（VH）和三个恒定区（CH1、CH2和CH3）共四个功能区。 IgM和IgE的H链各有一个可变区（VH）和四个恒定区（CH1、CH2、CH3和CH4）共五个功能区。 如要表示某一类免疫蛋白H链恒定区，可在C（表示恒定区）后加上相应重链名称（希腊字母）和恒定区的位置（阿拉伯数字），例如IgG重链CH1、CH2和CH3可分别用C1、C2和C3来表

7、示。,（三）、主要功能 1. VL和VH是抗原结合的部位（FV区）。 2. CL和CH上具有同种异型的遗传标记。 3. IgG的CH2和IgM的CH3具有补体固有成分C1q的结合点，参与激活补体系统。 4. IgG 的CH3/ IgGE的CH4具有结合包括单核细胞、巨噬细胞、粒细胞、B细胞、NK细胞等细胞的Fc段受体的功能。 5. IgG的CH2+CH3 具有介导IgG通过胎盘的特性。,三、免疫球蛋白的水解片段,1. 木瓜蛋白酶（Papain）（将重链于近氨基端切断） （1）裂解部位：IgG铰链区H链链间二硫键近N端侧切断。 （2）裂解片段：两个Fab段,每个Fab段由一条完整的L链和一条约为

8、1/2的H链组成，Fab段分子量为45kD。Fab中约1/2H链部分称为Fd段，约含225个氨基酸残基，包括VH、CH1和部分铰链区。 生物学活性： 一个完整的Fab段可与抗原结合，表现为单价，但不能形成凝集或沉淀反应。 决定抗体分子特异性。,一个Fc段（可结晶段，fragment crystallizable）,由连接H链二硫键和近羧基端两条约1/2的H链所组成，分子量约50kD。Ig在异种间免疫所具有的抗原性主要存在于Fc段。 生物学活性：该片段无结合抗原活性，但与抗体分子的生物学活性有密切关系： 选择性地通过胎盘； 与补体结合活化补体； 决定Ig分子的亲细胞性(即与带Fc受体细胞的结合)

9、； Ig通过粘膜进入外分泌液等都是Fc片段的功能。 Fc段是免疫球蛋白分子中的重链稳定区，因此它是决定各类免疫球蛋白抗原特异性的部位。,2. 胃蛋白酶（Pepsin）（将重链于近羧基端切断） （1）裂解部位：铰链区H链链间二硫键近C端切断。 （2）裂解片段： 1）F（ab）2：包括一对完整的L链和由链间二硫键相连一对略大于Fab中Fd的H链，称为Fd，约含235个氨基酸残基，包括VH、VH1和铰链区。 F（ab）2生物学活性： 具有双价抗体活性，与抗原结合可发生凝集和沉淀反应。 双价的F（ab）2与抗原结合的亲合力要大于单价的Fab。 由于应用F（ab）2时保持了结合相应抗原的生物学活性，又减

10、少或避免了Fc段抗原性可能引起的副作用，因而在生物制品中有较大的实际应用价值。,2. 胃蛋白酶（Pepsin）（将重链于近羧基端切断） 不具备固定补体以及与细胞膜表面Fc受体结合的功能。 F（ab）2经还原等处理后，H链间的二硫可发生断裂而形成两个相同的Fab片段。 2）Fc可继续被胃蛋白酶水解成更小的片段，失去其生物学活性。,第三节 免疫球蛋白的血清型,根据Ig不同抗原决定簇存在的不同部位以及在 异种、同种异体或自体中产生免疫反应的差别，可 把Ig的抗原性分为同种型、同种异型和独特型三种。 一、同种型（isotype） 同一种属每个个体都具有的免疫球蛋白的抗原特异性，其抗原决定簇主要存在于I

11、g的C区。同种型主要包括Ig的类、亚类，型和亚型。,（一）类和亚类 1、类： 决定Ig不同类的抗原性差异存在于H链的恒定区（CH）。根据CH抗原性的差异（即氨基酸组成、排列、构型、二硫键等不同）H链可分为、和五类，不同H链与L链组成完整Ig的分子别为IgM、IgA、IgD和IgE。在基因水平上，不同类的H链恒定区是由不同的恒定区基因片段所编码。不同类Ig在理化性质及生物学功能上可有较大差异。,（一）类和亚类 2、亚类： 同一类Ig中由于铰链区氨基酸组成和二硫键数目的差异，可分为不同的亚类，亚类间抗原性的差异要小于不同类之间的差异。 目前已发现人的重链有1和2两个亚类，分别与L链组成IgA1和I

12、gA2。重链有4个亚类，但命名为IgG1、IgG2a、IgG2b和IgG3。IgM有IgM1和IgM2 ；IgD未发现亚类。其他动物的IgG也有不同的亚类，Ig不同亚类也是由不同的恒定区基因片段编码。,（二）型和亚型(根据轻链C区抗原特异性不同分型) 1、型 (kappa)型 (lambda)型 和轻链之比约为2：1； 小鼠，97%轻链为型，型只占3%左右。 人类血清中各位Ig所含和轻链的比例为1：2。,（二）型和亚型 (2)亚型(链)：根据轻链恒定区（C2）个别氨基酸的差异又可分1、2、3和4四个亚型。 OZ(+) (或1) ：第190位(亮氨酸) OZ(-) (或2) ：第190位(精氨酸

13、) Kern(+)(或3) ：第154位(甘氨酸) Kern(-)(或4) ：第154位(丝氨酸),（二）同种异型（allotype） 指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同的抗原表位，能够刺激同种异体免疫系统产生应答。主要反映在分子的CH和CL上的一个或数个氨基酸的差异 (genetic markers 遗传标志)。 Gm因子：Gm1-30 Am因子：A2m1，A2m2 Km因子：Km1，Km2，Km3 （三）独特型（idiotype） 在同一个体内，不同B细胞克隆所产生的免疫球蛋白分子V区以及T、B细胞表面抗原受体V区所具有的抗原特异性不同。由免疫球蛋白的超变区特有的氨基酸序列和构型决定

14、。,第四节 免疫球蛋白的生物学活性 一、V区的功能 V区的功能是特异性结合抗原表位。 * 抗体特异性结合抗原 中和毒素、阻断病毒感染。 * BCR特异性结合抗原 B细胞识别抗原。,二、C区的功能 C区的功能是介导抗体的各种生物学效应 1激活补体 * IgM、IgG1-3与抗原结合成复合物，激活经典途径。 * 凝聚的IgA或IgG4可激活补体旁路途径。 2与细胞表面FcR结合 （1）调理作用（opsonization）：促进吞噬细胞吞噬被抗体结 合的细菌等颗粒性抗原。Ig Fc段与吞噬细胞表面FcR结合，促进 吞噬。,二、C区的功能 （2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（Ab- dependen

15、t cell-mediated cytotoxicity,ADCC）：IgG 与靶细胞表面抗原特异性结合，效应细胞（NK细胞、巨 噬细胞、中性粒细胞）表面FcR与靶细胞表面IgG的Fc 段结合，杀伤靶细胞。 （3）介导I型超敏反应：IgE Fc段与肥大细胞、嗜酸粒 细胞表面FcR结合，促进靶细胞合成、释放生物活性 物质，导致I型超敏反应。 3穿过胎盘和粘膜 * IgG可通过胎盘；sIgA可穿过呼吸道和消化道粘膜， 均与其Fc段相关。,三、抗体的Fc受体 (一) IgG的FcR分、型，均属免疫球蛋 白超家族成员 FcR：单核细胞、 巨噬细胞、中性粒细胞， IgG(IgG1和IgG3)的高亲合力受

16、体； FcR：分布广泛，以低亲和力结合免疫复合物和 多聚形式的IgG； FcR：IgG1、IgG3为低亲和力受体。巨噬细胞、 NK细胞、嗜酸性粒细胞和中性粒细胞，与单 体或免疫复合物形式的IgG结合，介导NK细 胞的ADCC效应及巨噬细胞的捕获或清除等。,(二) IgE的Fc受体 FcR： 结构：跨膜糖蛋白，属Ig超家族, IgE的高亲和力受体。 分布和功能：嗜碱性粒细胞和肥大细胞，介导型速 发型超敏反应。 FcR(CD23)： 结构：穿膜糖蛋白，低亲和力受体, 属C型凝集素家族 成员。 分布：成熟B细胞、活化巨噬细胞和树突状细胞等。,(三) IgA的Fc受体 FcR(CD89)为跨膜糖蛋白，

17、属Ig超家族成员。为中等亲和力受体，主要表达于单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等，介导吞噬、ADCC以及炎症介质的释放。 (四) IgM受体、IgD 前者主要表达于B细胞，二者共同表达于成熟B细胞。,四、免疫球蛋白超家族 （一）概念 许多细胞膜表面和机体的某些蛋白分子，其多肽链折叠方式与Ig折叠相似，在DNA水平上和氨基酸序列上与IgV区或IgC区有较高的同源性。编码这些多肽链的基因被称为免疫球蛋白基因超家族，基因表达产物称为免疫球蛋白超家族(Immunoglobulin superfamily, IGSF)。,（二）组成 1. T细胞、B细胞抗原识别受体和信号传导分子 2. MHC及相关分子

18、3. Ig受体 4. 某些细胞因子受体 5. 神经系统功能相关分子 6. 部分白细胞分化抗原（CD）,第五节 各类免疫球蛋白的特点 一、IgG 1.一般特性 (1)单体分子； (2)四个亚类； (3)血清中含量最高(75%Ig)； (4)半衰期最长(21-23天)； (5)出生后3个月开始合成，3-5岁达成人水平(8.0-17mg/ml)； (6) IgG 1、 IgG 2和IgG 4可通过Fc段与葡萄球菌A蛋白（SPA）结合。,2.生物学活性 (1)通过胎盘（新生儿抗感染）； (2)激活补体（裂解细胞）； (3)调理作用（促进吞噬）； (4)介导ADCC（细胞毒作用）。 3.实际意义 (1)

19、抗感染； (2)自身抗体 自身免疫病； (3)介导变态反应(、型)； (4)封闭抗体 肿瘤细胞逃逸； (5)亲合层析法 IgG纯化； (6)免疫学检测。,二、IgM 1.五聚体，分子量最大(900kd)，又称巨球蛋白； 2.人类发育过程中最早合成的Ig； 3.体液免疫应答最先产生的 Ig 感染早期免疫； 4.占血清Ig含量的510%； 5.半衰期5天血清中特异性IgM 水平增高提示 有近期感染；,6.激活补体； 7.IgM不能通过胎盘 脐带血或新生儿血清中IgM 水平升高表明胎儿有宫内感染； 8.B细胞膜IgM（mIgM） 体液免疫应答； 9.自身抗体 自身免疫病。,三、IgA 1.两种类型,

20、血清型：IgA1，单体； 分泌型：IgA2，二聚体, 粘膜局部浆细胞合成； 分泌片由粘膜上皮细胞合成；,三、IgA 2.半衰期6天； 3.占血清Ig含量的5-15%； 4.粘膜局部抗感染免疫，阻止病原微生物黏附； 5.聚合IgA激活补体替代途径。,四、IgD 1.单体分子 2.存在形式：分泌性 血清中，功能不清； 膜结合性 B细胞表面,3.意义 （1）是B细胞成熟的重要标志； （2）抗原受体，对B细胞活化、增殖和分化起调节 作用； 4.占血清Ig含量的1%； 5.半衰期3天。,五、IgE 1.单体分子； 2.血清中含量最低(占Ig的0.002%)； 3.种系进化中出现最晚； 4.呼吸道和胃肠道浆细胞产生； 5.介导型超敏反应； 6.过敏性疾病和某些寄生虫感染患者血清中特异 性IgE水平增高。,五大类免疫球蛋白特性比较（1）,五大类免疫球蛋白特性比较（2）,各类免疫球蛋白比较,第六节 单克隆抗体和基因工程抗体 一、多克隆抗体（polyclonal a