17免疫球蛋白与抗体

第二章免疫球蛋白与抗体•第一节免疫球蛋白与抗体的概念(重点)•第二节免疫球蛋白的分子结构(重点)•第三节免疫球蛋白的种类与抗原决定簇(重点)•第四节免疫球蛋白的生物学功能(重点)•第五节各类免疫球蛋白的主要特性与功能•第六节抗体的人工制备•一、抗体的发现和研究历史：1889年：绿脓杆菌感染动物血清凝集反应（凝集素）1890年(Behring):白喉类毒素免疫动物血清绿脓杆菌白喉毒素中和毒素(抗毒素)第一节免疫球蛋白与抗体的概念并发现在血清蛋白中主要是γ-球蛋白（丙种球蛋白）具有抗体活性。抗体(antibody，Ab)凝集素抗毒素溶菌素沉淀素•1930年发现：血清蛋白电泳图谱显示：白蛋白球蛋白abgabgabg未免疫动物血清免疫动物血清免疫动物血清+抗原处理吸收后•二、抗体的概念(重点)•抗体（antibody,Ab)：动物机体受到抗原物质刺激后，由B淋巴细胞转化为浆细胞而产生的，能与相应抗原发生特异性反应的免疫球蛋白。•将抗体介导的免疫称为体液免疫,将含有抗体的血清称为抗血清或免疫血清。•三、免疫球蛋白的概念(重点)•1964年世界卫生组织召开会议，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（immunoglobulin，简称Ig）。•免疫球蛋白除分布于体液中之外，还可存在于B细胞膜上。免疫球蛋白可分为两种类型：分泌性Ig：存在于血清、体液以及分泌液中，具有抗体的各种功能。膜型Ig：位于B淋巴细胞的表面，即膜表面免疫球蛋白（mIg），是B淋巴细胞的抗原识别受体（BCR）。•抗体的化学本质是免疫球蛋白，但并非所有免疫球蛋白都具有抗体的活性。IgAbAb=IgIg≠AbIg与Ab的关系抗体=生物学功能上的概念Ig=化学结构上的概念•四、抗体的分类•（一）根据所对应的抗原分：•（二）根据有无抗原刺激分：•（三）根据与抗原反应的性质分：•（四）根据根据抗原性分：•主要根据重链的不同第二节免疫球蛋白的分子结构一、免疫球蛋白的单体分子结构由两条相同的较大的重链和两条相同的较小的轻链4条肽链通过轻链与重链之间的二硫键连接起来构成的“Y”字形的分子结构。•（一）重链和轻链•1．重链（heavychain，H链）•由450-550个氨基酸残基组成，分子量55-75KD，有4-5个链内二硫键组成的环肽，两重链之间由一对或两对以上的二硫键互相连接。•根据Ig重链抗原性的差异，Ig可分为5类：IgG、IgM、IgA、IgE和IgD，相应H链为γ、μ、α、ε、δ链，不同免疫球蛋白的差别就由重链所决定。•2．轻链（lightchain，L链）•由214个氨基酸残基组成，分子量为24KD，有两个由链内二硫键组成的环肽，在羧基端靠二硫键分别与两条重链连接。•各类免疫球蛋白的轻链都相同，均可分为：Kappa（κ）与lambda（λ）2个型。（二）可变区和恒定区1、H链：N端开始的最初110个氨基酸为可变区（VH），之后一直到C端的氨基酸称为恒定区（CH）。在VH中有3个区域的氨基酸变异最大，称为高（超）变区（HVR），其余的氨基酸变化较小，称为骨架区。2、L链：N端开始的109个氨基酸为可变区(VL），其余的为恒定区（CL），在VL中也有3个高变区。•（三）功能区•1、基本含义免疫球蛋白的多肽链分子可折叠形成几个由链内二硫键连接成的环状球形结构，此即其Ig的功能区（或结构域），每一功能区约有110个氨基酸组成，其顺序具有高度的同源性。•2、L链功能区有两个，即VL和CL，分别位于可变区和恒定区。•3、H链功能区IgG、IgA、IgD有4个（V区1个，VH，C区3个，CH1、CH2和CH3）；IgM、IgE有5个（增加一个CH4）。•4、功能区作用•（1）VH和VL:特异性识别和结合抗原，由VH和VL内的高变区构成抗体分子的抗原结合点。•（2）CH1和CL:同种异型的遗传标记。•（3）IgG的CH2和IgM的CH3是抗体分子的补体结合点，与补体的活化有关。•（4）CH3/CH4:细胞结合位点，是同免疫活性细胞（如巨噬细细胞、B细胞、NK细胞）的FC受体的结合部位。•二、免疫球蛋白的特殊分子结构（一）绞链区•1、含义在两条重链之间二硫键连接处附近的重链恒定区，即CH1尾部和CH2头部的小段肽链；与抗体分子的构型变化有关,称为绞链区。•2、功能含有丰富的脯氨酸，因此易伸展弯曲，当抗体与抗原结合时，该区可转动，一方面使可变区的两个抗原结合点尽量与抗原结合，另一方面可使抗体分子变构，使补体结合位点暴露出来。且易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。•（二）J链和分泌成分•1、J链即连接链•是一条多肽链，富含半胱氨酸;•由浆细胞合成;•以二硫键的形式共价结合到Ig的重链上;•在IgM和分泌型IgA单体之间起连接作用。•2、分泌成份（SC)•（1）是二聚体IgA上的一个辅助成分；•（2）由上皮细胞合成，化学本质为糖蛋白•（3）以共价形式结合到IgA分子，并一起被分泌到粘膜表面，又称分泌片（secretorypiece,SP）；•（4）可抵抗外分泌液中的蛋白水解酶对二聚体IgA的降解。•（三）单体、双体和五聚体•1、单体由一对L链和H链组成的基本结构。•2、双体分泌型的IgA由J链连接的两个单体。•3、五聚体IgM是由J链和二硫键连接的五个单体。（一）木瓜蛋白酶酶切结果木瓜蛋白酶可将H链铰链区二硫键的近N端切断，得到大小相近的3个片段；其中有两个相同的片段，称抗原结合片段（Fab），另一个为FC片段，可形成蛋白结晶。三、免疫球蛋白的水解片段与生物学活性•（二）胃蛋白酶酶切结果•胃蛋白酶可将H链从铰链区二硫键的近C端切断，得到一个具有双价活性的F(ab′)2片段和若干个小分子多肽碎片（pFc′）。F(ab′)2片段与抗原结合可发生凝集和沉淀反应，pFc′片段失去生物学活性。一、免疫球蛋白的种类•免疫球蛋白可区分为类、亚类、型、亚型等。•（一）类•免疫球蛋白类的区分是依据其重链C区的理化特性及抗原性的差异，在同种系所有个体内的免疫球蛋白可分为IgG、IgM、IgA、IgE、IgD五大类(class),重链分别称为γ,μ,α,ε,δ链。•（二）亚类•同一种类免疫球蛋白，又可根据其重链恒定区的微细结构、二硫键的位置与数目及抗原特性的不同，进一步分为亚类（subclass）。如人的IgG有IgG1、IgG2、IgG3和IgG4四个亚类。第三节免疫球蛋白的种类与抗原决定簇•（三）型•根据轻链恒定区的抗原性不同，各类免疫球蛋白的轻链分为κ和λ两个型（type），任何种类的免疫球蛋白均有两型轻链分子。•（四）亚型•根据λ型轻链N端恒定区上氨基酸排列顺序的差异，免疫球蛋白又可分为若干亚型（subtype），κ型轻链无亚型。•（五）亚群•根据免疫球蛋白V区的一级结构特点，可将免疫球蛋白分为3～5个亚群（subgroup）。•二、免疫球蛋白的抗原决定簇（血清型）•（一）同种型决定簇指在同一种属动物所有个体的Ig分子共同具有的抗原特异性标志，为种属型标志。即是说在同一种动物不同个体之间同时存在不同类型的免疫球蛋白，不表现出抗原性，只是在异种动物之间才表现出抗原性。同种型抗原决定基存在于IgC区，表现在全部Ig的类、亚类、型、亚型分子上。•（二）同种异型决定簇指免疫球蛋白在同一种动物不同个体之间呈现出的抗原性，为个体型标志。同种异型抗原决定基广泛存在于IgCH和CL区。•（三）独特型决定簇•由抗体分子的可变区呈现出的抗原性就称为免疫球蛋白（抗体）的独特型(重点)，或称个体基因型，可变区内的抗原决定簇称为独特型决定簇，是每个免疫球蛋白分子所特有的抗原特异性标志。其中单个的抗原决定簇，又称为独特位。•独特型在异种、同种异体乃至同一个体内均可刺激产生相应的抗体，这种抗体称为抗独特型抗体。第四节免疫球蛋白的生物学功能•一、免疫球蛋白V区的功能：主要是识别和结合特异性抗原（一）激活补体•IgG1-3和IgM与相应抗原结合后，可因构型改变而使其CH2/CH3功能区内的补体结合点暴露，从而激活补体经典途径。•IgG4、IgA和IgE的凝聚物可激活补体旁路途径。二、免疫球蛋白C区的功能1.调理作用(重点)IgG与细菌等颗粒性抗原结合后，可通过其Fc段与巨噬细胞和中性粒细胞表面相应IgGFc受体结合，促进吞噬细胞对细菌等颗粒抗原的吞噬，此即抗体的调理吞噬作用。（二）结合Fc受体2.抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ADCC）(重点).IgG与肿瘤或病毒感染的靶细胞结合后，可通过其Fc段与NK细胞、巨噬细胞和中性粒细胞表面相应IgGFc受体结合，增强NK细胞和触发吞噬细胞对靶细胞的杀伤作用，此即ADCC效应。3.介导I型超敏反应IgE引起I型超敏反应•（三）穿过胎盘和粘膜IgG、sIgA•一、IgG•人和动物中含量最高的免疫球蛋白，占血清总Ig的75%～80%，半衰期约20～23天；•★主要由脾脏和淋巴结中的浆细胞产生，大部分存在于血液中（45%～50%），其余存在于组织液和淋巴液中；•★IgG是惟一可通过人和兔胎盘的抗体，在新生动物抗感染中起重要作用。•★IgG是动物自然感染和人工主动免疫后，机体所产生的主要抗体，是动物机体抗感染免疫的主力，大多数抗菌、抗病毒抗体和抗菌素都为IgG类，因而也是血清学诊断和疫苗免疫后监测的主要抗体；•★IgG还参与抗肿瘤免疫，同时也是引起Ⅱ型、Ⅲ型变态反应及自身免疫病的抗体。•★IgG通过经典途径活化补体，具有调理吞噬、介导ADCC、结合SPA和结合链球菌G蛋白的作用。第五节各类免疫球蛋白的主要特性与功能•动物机体初次免疫后产生最早的免疫球蛋白；但含量仅占血清Ig的10%左右，•★主要由脾脏和淋巴结中的浆细胞产生，一般不能通过血管壁，主要分布于血液中；•★IgM是5个单体组成的五聚体（pentamer）,又称为巨球蛋白（macroglobulin）。•★IgM在体内产最早，但持续时间短，不是抗感染免疫的主力，但对早期抗感染免疫和早期血清学诊断十分重要，并且IgM有多个抗原结合部位，其单个的杀菌、溶菌、溶血、促进吞噬及凝集作用，均较IgG高；•★IgM同样具有抗肿瘤作用，也是Ⅱ型Ⅲ型变态反应及自身免疫病的抗体。•★膜表面IgM是BCR的主要成分。只表达mIgM是未成熟B细胞的标志，记忆B细胞表面的mIgM逐渐消失。二、IgM•★IgA以单体和二聚体两种分子形式存在,单体存在于血清中，称为血清型IgA,占血清Ig的10%～20%，二聚体为分泌型IgA,是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等部位粘膜固有层中的浆细胞所产生。主要存在于呼吸道、消化道、生殖道的外分泌液及初乳、唾液、泪液等分泌物中。•★分泌型IgA是参与粘膜局部免疫的主要抗体，在传染病预防接种中，经滴鼻、点眼、饮水及喷雾途径免疫，均可产生分泌型IgA，从而建立相应的粘膜免疫力。婴幼儿和幼畜禽从母乳中可获得sIgA产生自然被动免疫，新生儿和幼畜禽易患呼吸道、胃肠道感染可能与IgA合成不足有关。三、IgA•★IgE产生部位与分泌型IgA相似，是血清中含量最低的Ig。•★IgE的重链多一个功能区CH4，此区是细胞结合的部位，因而它是一种亲细胞性抗体。•★结合在肥大细胞和嗜碱性细胞上的IgE与抗原结合后，能引起这些细胞脱颗粒，释放组织氨等活性介质，从而引起I型过敏反应。•★IgE在抗寄生虫感染中具有重要作用，研究表明，蠕虫、血吸虫和旋毛虫等寄生虫病以及某些真菌感染后，均可诱导机体产生大量的IgE抗体。•五、IgD•★IgD在个体发育的任何时候产生，在血清中浓度极低，平均约0.03mg/ml，且极不稳定，容易降解，半衰期仅3天；•★主要作为成熟B细胞膜上的抗原特异性受体，是B细胞分化发育成熟的标志，成熟B细胞活化后，或者变成记忆B细胞时，mIgD逐渐消失。•★对防止免疫耐受有一定作用•四、IgE各类免疫球蛋白的生物学活性免疫球蛋白IgGIgAIgMIgDIgE重链名称γαμδε重链功能区数目44545主要存在形式单体单体、双体五聚体单体单体分子量(KD)146-170160，400970175188碳水化合物（%）410121