抗体,抗体的多样性及其产生机制gaobo.

INSTITUTEFORIMMUNOBIOLOGYDEPARTMENTOFIMMUNOLOGY高波[e-mail]20世纪有关抗体研究获得诺贝尔医学生理学奖的免疫学家年代学者姓名国家获奖成就1901E.A.Behring德国发现抗毒素，开创免疫血清疗法1908P.Ehrlich德国提出体液免疫理论和抗体生成的侧链学说1960F.M.Burnet澳大利亚提出抗体生成的克隆选择学说1972G.M.Edelman美国阐明抗体的本质R.R.Porter英国阐明抗体的化学结构20世纪有关抗体研究获得诺贝尔医学生理学奖的免疫学家年代学者姓名国家获奖成就1984N.Jerne丹麦提出天然抗体选择学说和免疫网络学说G.Kohler德国建立杂交瘤技术制备单克隆抗体C.Milstein阿根廷单克隆抗体技术及免疫球蛋白基因表达的遗传调控1987Tonegawa日本阐明抗体多样性的遗传基础EmilvonBehring,1901,antitoxinsGeoregesKohlerandCesarMilstein,1984,monoclonalantibodySusumuTonegama,1987,structureofIggeneGeraldEdelmanandRodneyPorter,1972,structureofantibodyPaulEhrlich,1908,productionofantibodyNobelPrizewinnersBurnet,1960，ClonalselectionJerne,1984,Idiotypenetwork抗体——生物体最奇妙的分子无限的多样性（diversity)功能与结构的双重性可变区——抗原结合(特异性specificity)恒定区——生物学效应功能分泌型和膜型表达B细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白。基本概念Ag1Ab1Ag1-Ab1Ag2Ag2Ag2-Ab2与相应抗原特异性结合。主要存在于血清中。EmilvonBehring(1845-1917)抗毒素（1888）凝集素（1896,GruberandDurham）沉淀素（1897,kraus）抗体(antibody)是介导体液免疫的重要效应分子，是B细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的糖蛋白。抗体一词的由来（19世纪末）1937年Tiselius和Kabat用电泳方法证实抗体的活性存在于泳动最慢的血清组分，称为球蛋白抗体与球蛋白关系抗体≠球蛋白1968和1972年WHO和国际免疫学会分别决定将具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白.抗体与免疫球蛋白关系抗体免疫球蛋白功能概念结构概念B细胞接受抗原刺激后增殖分化成浆细胞产生的糖蛋白与相应抗原特异性结合主要存在于血清中又称免疫球蛋白(Immunoglobulin)分泌型sIg、膜型mIg1）四肽链通过链间二硫键组成H2L2重链：五类(isotype:a、、m、d、e)轻链：两型(k、l)一、基本结构VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHingeregionFcCOO–NH3+免疫球蛋白的结构RodneyPorter1917-1985NobelPrizein1972GeraldEdelman1929--NobelPrizein1972FabFabFcPorter主要致力于将抗体中负责与外来抗原结合的部分从抗体中分开，他发现可利用酵素--木瓜蛋白(papain)，将抗体分成三部分。HHLLEdelman将抗体分子假定与其它各种蛋白质一样，由一些polypeptide链所构成，而他认为polypeptide链间最可能以二硫键结合在一起，故他试图将这些键结打断来观察其中的各条polypeptide链，结果他发现这些氨基酸链单独存在时都不具有任何抗体的功用。重链（Heavychain:H链）①大约500a.a,糖基(+)②类别（Class）:H链：a,,m,d,e.(Ig)IgA,IgG,IgMIgD,IgE轻链（lightchain:L链）①大约214a.a,糖基(-)②型别（type）:k,l重链和轻链（Heavy&lightchains）VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHingeregionFcCOO–NH3+可变区(Variableregion,VH/VL,Fv)：结合抗原VH和VL：高变区HVR－抗原结合部位－互补决定区CDR骨架区FR1－4(1971,Kabat)恒定区(Constantregion,CH/CL)绞链区(Hingeregion)Thebasicstructureofimmunoglobulins三个功能区(Domain)010203040506070809010011012013014015016017018019020021022050403020100CDR1CDR2CDR3抗体分子的多样性Igl链的氨基酸序列酸残基的变异率相应位置上氨基对来自不同B细胞克隆的Ig轻链氨基酸序列进行比较，发现V区的变化主要集中在3个分别由6－10个氨基酸残基组成的狭小区域内。这3个区又被称作高可变区或互补决定区（CDR），参与抗原结合部位的组成。010203040506070809010011012013014015016017018019020021022050403020100CDR1CDR2CDR3抗体分子的多样性酸残基的变异率相应位置上氨基DiversityandSpecificity抗原B细胞表位抗体CDR表位Ag铰链区（Hingeregion）VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHingeregionFcCOO–NH3+特点：1)极富弹性2)富含脯氨酸功能:1)有利于Ab与Ag的结合2)有利于Ab与补体的结合IgG分子结合抗原前后的构象变化Fc段C1q结合位点被屏障结合抗原之前CH1CH2暴露的C1q结合位点结合抗原之后结构域1）Ig分子中由链内二硫键构成的致密立体球体(V/C/H)。2）b-sheet、b-barrel、immunoglobulinfold。3）CDRs(Hypervariableregions)、FRs(Frameworkregions)。免疫球蛋白的结构功能区“Ig-likeDomain(Ig样结构域)”二、免疫球蛋白的其他成分(1)化学本质：浆细胞分泌的多肽链JCHAINIgAdimer(2)存在：IgM（五聚体）,sIgA（双体）IgM连接链（joiningchain，J链）SecretorypieceJoiningchainSPIgAdimer分泌片（SecretoryPiece，SP)(1)化学本质：多肽链(70kD)(2)来源：上皮细胞Jchain（3）作用：a.帮助IgA穿越黏膜b.保护sIgA抵抗蛋白酶的水解作用SecretoryIgA(sIgA)PlasmacellsIgAdimerpIgRSPEpithelialCell胃蛋白酶木瓜蛋白酶FcpFc三、免疫球蛋白的水解片段木瓜蛋白酶作用于IgG分子重链间二硫键的N端侧，将其裂解为Fab段和Fc段。胃蛋白酶则切在该二硫键之C端侧，产生F(ab’)2和pFc段。类(Class):重链C区抗原性IgG、IgA、IgM、IgD、IgE亚类(Subclass):重链抗原性/二硫键数目位置IgG1-4型(Type):轻链C区抗原性k、l亚型(Subtype):轻链C区aa差异排列l1～4免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的类型血清型免疫球蛋白既可结合抗原，又可作为抗原，激发机体的免疫应答，因而也是一类抗原物质。由于免疫球蛋白的遗传基础不同，不同的免疫球蛋白的抗原性也有差异。利用血清学方法测定和分析免疫球蛋白抗原性予以分类，称为免疫球蛋白的血清型。1、同种型(isotype)：同一种属所有个体免疫球蛋白分子共同的抗原特异性标志。由C区决定。VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHingeregionFc2、同种异型（allotype)：同一种属不同个体间免疫球蛋白分子所具有的不同的抗原特异性标志。由链、a链、e链、k链C区决定。VHCH1CVLCLFabHingeregionFc3、独特型(idiotype,Id)：每个免疫球蛋白分子所特有的抗原特异性标志。由超变区特殊的氨基酸序列及其构型决定。VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabHingeregionFc1）与相应抗原特异性结合：Fv2）激活补体：3）结合FcR：促吞噬(opsonization)介导过敏介导细胞毒(ADCC)免疫调理4）穿过胎盘和粘膜5）调节免疫功能VHCH1CH2CH3CH4VLCLFabFcCOO–NH3+免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能a.b.免疫球蛋白的功能FcRAntibody-DependentCell-mediatedCytotoxicity(抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用)TargetcellAbEffectorcellTargetcell表达Fc受体的组织细胞(NK、M、中性粒细胞）通过识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的的靶细胞。ADCC免疫球蛋白的功能抗体的抗病毒效应NK靶细胞介导ADCC经典途径激活补体C1qr2s2调理吞噬作用免疫球蛋白的功能•IgG•IgM•IgA•IgE•IgD各类免疫球蛋白的特点和功能•出生后3个月开始合成，3～5岁接近成人•含量最多占血清总Ig的75%•产生比较晚，是再次应答的主要抗体•半衰期最长(t½=23天)•分布最广，血管外的主要抗体•唯一能通过胎盘的Ig•激活补体–IgG1～3（经典），IgG4（替代）•结合细胞–巨噬细胞，单核细胞——调理作用NK细胞，巨噬细胞——介导ADCC结合SPA—协同凝集实验特性：IgGIgG功能：•抗感染的主要抗体•介导II,III型超敏反应•介导自身免疫调理介导ADCC固定补体中和病毒和毒素抗菌抗病毒抗外毒素IgG四个亚类的特点IgG1IgG2IgG3IgG4血清含量(占IgG的百分比）702064血清半衰期(天)2323723通过胎盘++++++++++固定补体+++++–结合Fc受体+++–++++特性a)血清中含量第三b)出现最早的Igc)分布局限，主要在血管内d)通过经典途径激活补体e)分子量最大f)凝集细菌e)结合细胞–巨噬细胞,单核细胞-调理NK细胞,巨噬细胞-介导ADCCIgMJ链IgM•抗感染的先锋抗体•介导II,III型超敏反应•介导自身免疫•天然血型抗体调理作用(最强)激活补体中和病毒和外毒素凝集微生物介导ADCC功能：抗菌作用最强(500—1000×IgG)抗病毒抗外毒素IgA特点:•血清中含量第二(血清型IgA，serumIgA)•主要以分泌型存在(外分泌液中）.(secretoryIgA,sIgA)•sIgA通过初乳被动转移给新生儿唾液,眼泪,乳汁,鼻黏膜,支气管分泌液,生殖道分泌物,前列腺液,小肠黏膜分泌液.SCJchainIgAdimersIgA功能：粘膜局部抗感染的主要抗体阻止病原体粘附于粘膜细胞中和病毒和外毒素伤寒沙门氏杆菌,奈瑟氏淋球菌脊髓灰质炎病毒，流感病毒抗菌作用抗病毒作用抗外毒素作用IgD分子的结构IgD分子*在膜表面的表达是B细胞成熟的主要标志；*膜型IgD作为BCR的组成部分，发挥信号传导作用StructureofIgEmoleculeIgE特性1)含量最少2)与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的FceR受体结合亲细胞性抗体:不与Ag结合，即可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的FcR牢固结合3)不能激活补体IgE①参与过敏反应(I型超敏反应)结合肥大细胞和嗜碱性粒细胞导致各种生物活性的介质的释放嗜酸性粒细胞有IgE的FcR，嗜酸性粒细胞通过此受体结合包被在蠕虫上的IgE的Fc段，最终杀死寄生虫②抗寄生虫感染作用人抗体分子的特性抗体类别IgGIgAIgMIgDIgE重链类别amde重链亚类1,2,3,4a1,a2轻链类别k和lk和lk和lk和lk