免疫学第三章 抗体

第三章抗体(antibody)掌握免疫球蛋白、抗体的概念、结构、分类和功能。熟悉免疫球蛋白的抗原性，各类免疫球蛋白的生物学活性和抗体的制备。3.1抗体的发现及其特征3.1.1抗体的发现第一种抗体的发现:1890年德国学者Behring和日本学者北里：白喉杆菌（G＋）外毒素动物血清中发现中和外毒素的组分——抗毒素。含有抗体的血清——免疫血清(抗血清)免疫抗原和抗体的概念的建立：又发现了杀菌素、溶菌素、凝集素、沉淀素等因子；将血清中这种具有特异性反应的组分称为抗体（antibody，Ab）；能刺激机体产生抗体的物质称为抗原（antigen，Ag）。3．1．2抗体的理化性质1.抗体是球蛋白20世纪40年代，Tiselius和Kabat用肺炎球菌多糖免疫家兔，获得免疫血清。加入相应抗原吸收除去抗体，将除去抗体的血清进行电泳图谱分析，发现丙种球蛋白（γ-G）组分明显减少。——证明抗体活性存在于丙种球蛋白内。抗体由异质性球蛋白组成对不同免疫血清的电泳分析，超速离心分析和分子量测定，发现大部分抗体活性存在于γ球蛋白内；小部分抗体活性可存在于β球蛋白内，分别被命名为7Sβ球蛋白分子（β2A，16万）、19Sβ2巨球蛋白分子（β2M，90万）。2.免疫球蛋白血清中现已发现有五类免疫球蛋白分子60年代初提出将具有抗体活性的球蛋白称为免疫球蛋白分子（Ig）。γ球蛋白——IgG，β2M——IgM，而β2A——IgA。又相继发现IgE和IgD。抗体与免疫球蛋白的区别：抗体着重于生物学活性，即能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球蛋白，如抗布鲁氏菌抗体、抗抗体、抗核抗体。免疫球蛋白着重于化学特征，指具有抗体活性或化学结构上与抗体结构相似的球蛋白抗体是免疫球蛋白，但免疫球蛋白不一定都是抗体（多发性骨髓瘤患者体内所产生的免疫球蛋白并不都有抗体活性）。抗体主要存在血液中和其他体液（组织液）和外分泌液中——分泌型Ig（sIg）；免疫球蛋白也可作为抗原受体，存在于B细胞膜上——膜型Ig（mIg）3．2免疫球蛋白的分子结构与功能3．2．1免疫球蛋白的基本结构酶解免疫球蛋白对血清IgG研究：R.Porter木瓜蛋白酶2Fab片断、1Fc片断。A.Nisonoff胃蛋白酶1F(ab’)2片断（具有双价活性）、Fc’小片断。G.Edelman2-巯基乙醇2H链、2L链Ig分子基本结构：由左右对称的四个肽链组成（二条轻链和二条重链）轻链与重链之间由二硫键连接成Ig单体，分为N端，C端。（一）轻链和重链1．轻链（lightchain，L链）结构：214AA，不含碳水化合物，24KD，有两个由链内二硫键组成的环肽；分型：根据恒定区抗原性（构型差异）分：κ与λ2型，一种抗体分子只有一种L链，λ还可分亚型（小鼠3，人4）2．重链（heavychain，H链）结构：450-550AA，55-75KD，含糖数量不同，4-5个链内二硫键；分类：根据恒定区抗原性，分5类：μ、γ、α、δ、ε链，还可分亚类。不同的H链与L链（κ或λ）组成完整5类Ig：IgM，IgG，IgA，IgD和IgE。（二）可变区和恒定区1．可变区（Variableregion，V区）AA差异大。L链N端1/2处（VL）108-111AA，H链N端1/5-1/4处（VH）118AA。V区各有一个肽环，包括65-75AA。V区可分为骨架区（FR）：AA组成和排列顺序不易变化的区域高变区（HVR）：AA组成和排列顺序更易变化的区域VL的HVR在24-34，50-56，89-97氨基酸位置。VH的HVR在31-35，50-56，95-102氨基酸位置。分别称为VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3。三个HVR共同组成Ig的抗原结合部位——互补性决定区（CDR），VL和VH的HVR1，HVR2，HVR3分别称为CDR1，CDR2，CDR3，CDR3具有更高的高变程度。抗体的独特性决定簇也在该区。高变区FR1FR2FR3FR4HVR1HVR2HVR3VariabilityIndex257550100氨基酸残基1501005002．恒定区（constantregion，C区）L链C端1/2处，105AA，H链C端3/4-4/5处，331-431AA。在同一种属动物中是比较恒定的。恒定区参与免疫应答的启动与效应。（三）功能区（domain）链内二硫键折叠成球形区。约由110AA重复组成。AA顺序具有高度的同源性（各类Ig相应功能区中，1/3AA序列相同）。1．L链功能区：2个，（VL，CL各一个）2．H链功能区：IgG，IgA，IgD，4个（V区1，C区3）；IgM，IgE，5个（V区1，C区4）3.功能区的结构功能区均具有相似的二级和三级结构：二级结构：两个反向平行的β片层和环状结构组成，每一β片层由3～5股多肽链折叠形成，多肽链由环状区连接。三级结构：两个反向平行的β片层通过疏水作用及二硫键的作用形成一个免疫球蛋白的结构域（β桶状）。四级结构：（Ig折叠）4条肽链（H2＋L2）通过非共价键连接4．功能区的作用：（1）VL和VH是抗原结合部位（VL和VH3个高变区共同组成）。（2）CH1~3和CL具有同种异型的遗传标记。（3）IgG的CH2、IgM的CH3有补体C1q的结合点，活化补体活化的经典途径。（4）IgG的CH3结合单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、B细胞、NK细胞的Fc段受体（FcγR），IgE的CH2和CH3区与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgEFc受体（FcεR）结合。5．铰链区（hingeregion）:CH1和CH2之间的非独立功能区。富含脯氨酸，易伸展弯曲，易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶水解（分别在近N端、近C端切断）。（1）当VL，VH与抗原结合时，发生扭曲，使抗体分子上两个抗原结合点与不同距离的两个抗原决定簇发生互补。（2）引起CH2和CH3构型变化，显示出活化补体、结合组织细胞等活性。IgM和IgE的H链无铰链区，依靠CH2/CH2发挥铰链区的作用。（四）J链和分泌成分1．J链（joiningchain）：由浆细胞合成的多肽链，存在于IgA（二聚体），IgM（5聚体）中，以二硫键共价结合到Ig重链上，在Ig组成和体内转运中具有作用。2．分泌成分（secretorycomponent，SC）：IgA上的一个辅助成分（多肽链），粘膜上皮细胞产生，对抵抗外分泌液中的蛋白水解酶的降解、介导IgA的转运起重要作用。3.2.2免疫球蛋白的分子功能（一）特异性结合抗原Ig最显著的生物学特点。结合特性由V区（HVR）的空间构型决定：L链和H链超变区组成抗原结合点，与抗原表位互补，借助静电力，氢键以及范德华力等相结合，结合可逆，受pH、温度和电解质浓度的影响。（二）活化补体1．IgM，IgG1，IgG2和IgG3可通过经典途径活化补体。2．凝聚的IgA，IgG4，IgE的Fc段等可以通过替代途径活化补体。（三）结合Fc受体不同细胞表面有不同Ig的Fc受体（FcγR，FcεR，FcαR），Ig与抗原结合后，由于构型改变，促使Fc同相应的细胞结合。IgE抗体Fc段含较多的半胱氨酸和甲硫氨酸，使其可在游离情况下与细胞受体结合，称为亲细胞抗体（cytophilicantibody）。1．介导I型变态反应（肥大细胞、嗜碱性粒细胞FcεR）IgE诱导的细胞脱颗粒，释放组胺，合成由细胞质来源的介质（白三烯，前列腺素，血小板活化因子）引起的I型变态反应。2．调理吞噬作用（opsonization）指抗体，补体等调理素（opsonin），促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原。IgG、IgA、IgE抗体的Fc段与中性粒细胞、巨噬细胞FcR结合——直接调理作用（不通过补体）。IgM通过C3b——间接调理作用。3．发挥抗体依赖的细胞介导细胞毒作用（antibodydependentcell-mediatedcytotoxicity,ADCC）：表达Fc受体的细胞（NK细胞、巨噬细胞）通过识别抗体的Fc段直接杀伤被抗体包被的靶细胞。（IgG、IgA、IgE）（四）通过胎盘和粘膜IgG是唯一可通过胎盘从母体转移给胎儿的Ig。通过自然被动免疫，对新生儿的抗感染有重要作用。分泌型IgA可通过呼吸道和消化道的粘膜，是粘膜局部免疫的最主要因素。（五）参与免疫调节抗体对体液免疫有正、负调节作用，抗独特性抗体参与独特性网络调节。3.2.3免疫球蛋白分子的抗原性（异质性）抗体是结构复杂的糖蛋白，具有抗原性。抗体的异质性即免疫球蛋白的不均一性免疫球蛋白的类别：类、亚类、型、亚型免疫球蛋白的抗原性：同种型、同种异型、独特型（根据抗原存在的部位及其诱导产生的免疫应答反应的差异）（一）同种型（isotype）指同一种属内所有个体共有的Ig抗原特异性的标记，在异种体内可诱导产生相应的抗体。抗原性主要位于CH和CL上，包括Ig的类、亚类、型和亚型。种属标志，不能作为遗传标志。1．免疫球蛋白的类和亚类（Classesandsubclasses）（1）类（5类）（μ、γ、α、δ、ε链）存在于H链的恒定区（CH）。（2）亚类：同一类Ig中，存在于H链的恒定区AA组成的较小差异、铰链区氨基酸组成和二硫键数目的差异。人类IgG有IgG1、IgG2、IgG3、IgG4；IgA有IgA1、IgA2；IgM有IgM1、IgM2。2．免疫球蛋白的型和亚型（typesandsubtypes）（1）型：决定Ig型的抗原性差异存在于L链的恒定区（CL）（κ或λ型）。（2）亚型：按λ轻链恒定区个别氨基酸的差异又可分为λ1，2，3，4，四个亚型。（二）同种异型（allotype）指同一种属不同个体间的Ig分子抗原性的不同，由H链和L链的C区决定，在同种异体间免疫可诱导免疫反应。可以作为遗传标记。1．γ链上的同种异型（IgG的CH区、25种）。2．α2链上的同种异型（IgA的CH区，2种）。3.Κ型轻链上的同种异型（CL区，3种）。（三）独特型（idiotype）每一种特异性Ig和TCR、BCRV区上的抗原特异性。独特型的抗原决定簇称为独特位（idiotope），可在异种、同种异体以及自身体内诱导产生相应的抗体，称为抗独特型抗体（antiidiotypicantibody）。独特型和抗独特型抗体可形成复杂的免疫网络，在免疫调节中占重要地位。VL和VH高变区AA序列和构型不同所致，独特型的抗原决定簇的数目可达107种。3.2.4免疫球蛋白分子的超家族许多细胞膜表面和某些蛋白分子，多肽链折叠方式与Ig折叠相似，在DNA水平上和AA序列上与IgV区或C区有较高的同源性。可能从同一祖先基因经复制突变衍生而来。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(Immunogloblinsuper-family,IGSF)。种类众多：近百种：TCR、BCR和信号传导分子；MHC及相关分子；Ig受体；某些细胞因子受体；部分白细胞分化抗原（CD）。免疫球蛋白折叠（Igfold）：IGSF均含有1～7个Ig样功能区；每个Ig样功能区：100（70～110）个AA二级结构是由3～5股反平行β折叠各自形成两个反平行β片层的平面，有一个二硫键，垂直连接两个β片层；构成球形结构。IGSF的功能是以识别为基础，故称为识别球蛋白超家族。IGSF很可能起源于原始的具有粘附功能的基因，通过复制和突变衍生形成了识别抗原、细胞因子受体、IgFc段受体、细胞间粘附分子以及病毒受体等不同的功能区。3.3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)146-170160400970175188碳水化合物（%）410121812血清浓度(mg/dl)1150±300（血清中最高）210±501500.3-40.002血清总Ig(%)75105-1010.001免疫球蛋白IgGIgAIgMIgDIgE外分泌液-++++--经典途径活化补体++-+++--代替途径活化补体+（IgG4）+?++半衰期(