Chap9 免疫分子 微生物学教研室 王峥

§1、免疫球蛋白 （Ig, immunoglobulin）

概念 免疫球蛋白Ig：具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。 化学结构 抗体（antibody，Ab）——机体免疫系统受到抗原刺激后，B淋巴细胞被激活，增殖分化为浆细胞，由浆细胞所产生的一类能与相应抗原发生特异性结合、具有免疫功能的球蛋白。 功能性 含有抗体的血清称之为免疫血清。 1890年，德国学者培林和日本学者北里用白喉杆菌外毒素免疫马匹，制备抗毒素。这是在血清中发现的第一种抗体。 Ig ≠Ab，Ig >Ab

Ig 分类 根据位置分 根据结构分 分泌型（secreted Ig, sIg）：存在于体液中，具有抗体的各种功能。 膜型(membrane Ig, mIg)：B细胞膜上的抗原受体（BCR） 根据结构分 IgG, IgM, IgA, IgE, IgD

Gerald Edelman Rodney Porter 一、Ig的基本结构 Gerald Edelman Rodney Porter Nobel Prize in 1972 Contribution：Chemical structure of Ab

一、Ig 基本结构 N端 VH VL CH1 CL 木瓜蛋白酶作用处 CH2 胃蛋白酶作用处 CH3 *IgM, IgE还有CH4 C端

Ig单体结构 Heavy chain(H链)两条 Light chain 轻链（L链）两条 450—550个Aa组成。按重链抗原性的差异分5类，对应分为五种Ig: IgM(μ链)、IgG(γ链)、IgA(α链)、IgD(δ 链)、IgE(ε链)。 Light chain 轻链（L链）两条 约214个Aa, 分为κ、λ两型 可变区（variable region, V区）：H、L链靠近N端约110aa变化大，约占1/4、1/2。VH、VL 恒定区（constant region, C区）：CH1, CH2, CH3 铰链区：两条H链CH1和CH2之间的十几个aa， 富含Pro和-S-S-，富有弹性，易于伸展弯曲。

连接链和分泌片 连接链（Joining chain，J链）： 分泌片（secretory piece，SP）： 连接Ig单体，形成多聚体，如双体SIgA或五聚体IgM 分泌片（secretory piece，SP）： 介导SIgA主动运输到粘膜上皮外，保护SIgA抵抗黏膜环境中蛋白酶的降解。

二、Ig功能区及生物学活性 抗原结合部位 抗原结合部位 N端 补体结合部位 淋巴细胞受体结合部位 C端

Ig的功能区与对应功能 VH和VL是抗原结合部位 ，结合抗原 CL和CH1带有同种异型的遗传标志 IgG的CH2和IgM的CH3是补体结合部位，参与补体激活 IgG通过CH2通过胎盘 CH3是免疫细胞的Fc受体结合部位，介导调理吞噬作用和抗体依赖细胞介导的细胞毒作用(ADCC) IgE通过Ig的Fc段与肥大细胞结合，参与Ⅰ型超敏反应 铰链区富含Pro和-S-S-, 易弯曲伸展，利于抗原的结合，并利于补体结合位点的暴露（IgM 和IgE 无铰链区 ）

Ig的生物学活性 特异性结合抗原，起中和作用 激活补体，发挥溶菌溶细胞、联合调理作用。 通过与细胞的FcR结合发挥生物效应 1、抗体的调理作用（促进吞噬细胞吞噬细菌等颗粒性抗原的作用，增强其吞噬能力） 2、ADCC 3、介导I型超敏反应 4、选择性传递IgG

ADCC 抗体依赖的细胞介导的细胞毒（antibody-dependent cell-mediatedcytotoxicity ）作用。是指表达IgGFcR的NK细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等，通过与已结合在病毒感染细胞和肿瘤细胞等靶细胞表面的IgG抗体的Fc段结合，而杀伤这些靶细胞的作用。

Ig结构的多种画法

Ab生物学效应模拟

三、抗体分子的酶切片段 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和若干pFc段。 应用于精制抗毒素

四、不同类型Ig的特点 根据H链分五类

1、IgG 是血清Ig的主要成分，约占总量的75％。全身的IgG有40~50％分布于血清中，其余存在于组织中。 抗感染的主要抗体。 是唯一能通过胎盘的抗体，在新生儿抗感染过程中起重要作用。 临床使用的丙球主要为IgG，作为被动免疫，一般2－3周注射一次为宜

2、IgM IgM是分子量最大的Ig。 mIgM是B细胞最主要的BCR成分，在细胞膜上为单体，在血清中为五聚体形式。 个体发育过程中最早合成和分泌的Ab。 免疫应答过程中最早出现的Ab。 人体天然血型抗体为IgM。 激活补体、凝集能力强。

3、IgA 血清型IgA是单体,主要存在于血清中。分泌型IgA(SIgA)以二聚体形式存在，主要存在于分泌液中。

4、IgE 正常人血清中含量最少的Ig。 具亲细胞性，通过CH2、CH3与肥大细胞、嗜碱性粒细胞结合，参与Ⅰ型变态反应 与抗寄生虫感染密切相关。

5、IgD IgD含量很低，为单体。 半衰期短。 IgD功能尚不清楚 B细胞膜上的IgD是B细胞成熟的主要标志，未成熟B细胞表达mIgM，成熟B细胞同时表达mIgM 和mIgD。 与防止免疫耐受的发生有一定关系。

五、人工制备抗体(补充) 多克隆抗体（Polyclonal Antibody, PcAb ——刺激多个B细胞克隆所产生的针对多种抗原决定簇的混合抗体 单克隆抗体（Monoclonal Antibody, McAb）——刺激一个B细胞克隆所产生的针对一种抗原决定簇的均一抗体

§2、补体系统 (Complement system，C)

Discoverer of Complement 1894 Bordet 发现绵羊抗霍乱血清能够溶解霍乱弧菌，加热56°C 30 min 阻止其活性；加入新鲜非免疫血清可恢复其活性。 Ehrlich 在同时独立发现了类似现象，将其命名为补体（Complement） 解释： 正常血清中有一种物质，补充了抗体作用的不足，称之为补体。有协助、补充、加强抗体的免疫作用 Jules Bodet (Belgium, 1870-1961)

一、补体概念及组成 1、概念：补体（complement, C）是存在于人或脊椎动物血清与组织液中的一组与免疫相关，不耐热并具有酶活性，能协助抗体发挥溶细胞效应的球蛋白。

2、补体系统组成 固有成分：C1~C9，B因子、P因子、D因子 调节蛋白：备解素P因子、C1抑制物、促衰变因子、I因子、H因子 补体受体(CR，complement receptor）：CR1～5，C3aR，C2aR，C4aR等

3、补体系统各成分命名 ①经典途径的固有成分： C1q、C1r、C1s、C2~C9 ②替代途径的补体成分：B因子、P因子、D因子 ③补体受体： CR1～5，C3aR，C2aR，C4aR ④补体活化后的裂解片断： C3a、C3b ⑤具酶活性的补体成分或复合物：C1、C3bBb ⑥已失活的补体成分: iC3b

二、补体的理化特性（特点） 血清中补体含量相对稳定，不因免疫（抗原刺激）而改变 补体成分为球蛋白 绝大多数固有成分以酶原或非活化形式存在 补体性质极不稳定 具有非特异性：可与任何Ag-Ab作用

三、补体系统激活 启动阶段 活化阶段 攻膜阶段 补体成分C1~C9等在受到激活物质（Ag-Ab复合物、 脂多糖等）作用后，按一定顺序发生连锁酶活性生物 学反应，依次从酶原转化为具有酶活性的复合物的活 化过程。 包括： 经典激活途径（C1结合免疫复合物而启动激活） 旁路激活途径（病原微生物提供接触表面使C3启动激活） MBL途径(甘露聚糖结合凝集素MBL结合至细菌表面起动激活) 启动阶段 活化阶段 攻膜阶段

（一）经典激活途径 参与成分： C1~C9 激活物质： IC（免疫复合物Ag-Ab） 激活过程： 启动阶段 活化阶段 攻膜阶段

C1q为六聚体,呈球形，每一亚单位头部是C1q与Ig结合部位，C1r和C1s与C1q相连。 1、经典激活途径—— 启动阶段 IgM IgG C1q为六聚体,呈球形，每一亚单位头部是C1q与Ig结合部位，C1r和C1s与C1q相连。 C1分子结构 启动：Ag-Ab复合物产生补体结合部位暴露 C1q结合Ig(>2) C1r活化 C1s活化 C1qr2s2 (C1)

活化的C1依次酶解C4、C2，形成具有酶活性的C3转化酶, 酶解C3并形成C5转化酶 2、活化阶段 活化的C1依次酶解C4、C2，形成具有酶活性的C3转化酶, 酶解C3并形成C5转化酶 类似于“多米诺骨牌效应”

攻膜复合物 (membrane attack complex, MAC) 3、攻膜阶段 攻膜复合物 (membrane attack complex, MAC) C5b～8复合物,与12～15个C9分子联结成C5b~9（MAC), 电镜下C9多聚体为中空的多聚体C9(poly-C9)，插入靶细胞的脂质双层膜,形成内径为10nm小孔，造成免疫溶血、免疫溶菌等

补体激活 C3 C5 旁路激活途径 滚雪球似的链式反应 Ag-Ab MAC Ba 膜攻击复合物 LPS、真菌多糖等 C1 C1 C2 C2a C4b2b C4b2b3b (C3转化酶) (C5 转化酶) C4a C3a C3 C5 C5b C3b C6C7C8C9 C3a C5a C3a MAC 膜攻击复合物 B Ba C3 C3b C3bBb C3bBb3b 稳定 Factor D Factor P LPS、真菌多糖等 旁路激活途径

(alternative pathway) LPS、肽聚糖、真菌多糖、葡聚糖、凝聚的IgA和IgG4等 不同激活途径比较 激活途径 经典激活途径 (classical pathway) 旁路激活途径 (alternative pathway) 主要激活剂 Ag-Ab LPS、肽聚糖、真菌多糖、葡聚糖、凝聚的IgA和IgG4等 参与成分 C1~C9，Ca2+，Mg2+ C3，C5~C9， B，D，P，Mg2+ 启动成分 C1启动 C3启动 C3转化酶 C4b2b C3bBb(P) C5转化酶 C4b2b3b C3bnBb(P) 生物学作用 在特异性体液免疫的效应阶段起作用 参与非特异性免疫，在感染早期起作用

四、补体的生物学作用 补体介导的溶菌、溶细胞作用 补体活性片段介导的生物学效应 1、调理作用：C3b、C4b、iC3b等，与相应受体结合 抗体仅能使细胞膜发生改变，而不发生破坏，只有加入补体，细菌才被破坏、溶解（如沙门氏菌）——补体依赖的细胞毒作用（CDC） 补体活性片段介导的生物学效应 1、调理作用：C3b、C4b、iC3b等，与相应受体结合 2、介导炎症反应：C3a、C4a、C5a具有过敏毒素和趋化因子特性 3、清除免疫复合物 4、免疫调节作用

§3、细胞因子 细胞因子（cytokines, CKs）是由多种细胞活化后分泌的具有多种功能的高活性小分子多肽或蛋白质 如：白细胞介素/白介素（IL） 干扰素（IFN） 集落刺激因子（CSF） 肿瘤坏死因子（TNF） 生长因子（GF） 趋化性细胞因子（chemokine）

§4、膜型免疫分子

前言 免疫应答过程有赖于免疫系统中细胞间的相互作用，包括细胞间直接接触或通过分泌细胞因子及其他活性分子介导的作用 免疫细胞相互作用的物质基础是膜型免疫分子，即细胞表面标志，参与抗原识别、信号转导、细胞活化等多种效应。 重要的几类： 组织相容性抗原 白细胞分化抗原 粘附分子

一、主要组织相容性抗原 （major histocompatibility antigen， MHC Ag） 反应强而迅速：主要组织相容性抗原 反应弱而缓慢：次要组织相容性抗原

MHC的发现 1939年， George发现小鼠的与抗肿瘤及移植排斥反应 相关的抗原（H-2）。1948年，C.Snell证明了H-2基因 复合体，并陆续发现了其他动物的MHC。 1958年，法国Dausset发现人的与移植排斥反应相关的 抗原——HLA（ human leukocyte antigen，人类白细 胞抗原）。 1960~1970年间，Benacerraf发现MHC基因控制机体的 免疫细胞的相互作用。 Benacerraf、Dausset和Snell分享了1980年度的诺贝尔 生理学奖。

（一）MHC复合体 编码▪▪▪抗原的基因群 ——▪▪▪复合体 注意： 人类的MHC复合体：HLA复合体 小鼠的 MHC复合体：H2复合体 人类HLA复合体的表达产物是白细胞分化抗原（HLA抗原） 注意： 提到抗原或分子指的是“编码产物” 提到复合体指的是基因 编码MHC抗原的基因群具有高度多态性,人类HLA复合体是迄今为止发现的人类最为复杂的基因系统。

人类HLA复合体 第六号 染色体短臂上 Class II Class III Class I Class III Class II DP DQ DR C4B C4A B1 C2 HSP TNF B C A E F MIC G H RING DP DM LMP2 LMP7 DQ DR B2 A2 B1 A1 A B TAP1 TAP2 B2 A2 B3 B1 A1 B* A

二倍体(diploid) × 单倍型遗传 共显性遗传 高度多态性 生物的每一个细胞均有两个同源染色体组成，分别来自父母双方。故子女的HLA单倍型也是一个来自父方，一个来自母方。这一遗传特点在器官移植供者的选择和法医的亲子鉴定中得到了应用。 单倍型遗传 共显性遗传 高度多态性 父 母 A1 A2 A2 A10 × B8 B35 B40 B16 a b c d 1 2 3 4 A1 B8 A10 B16 A1 B8 A10 B16 A2 B40 A2 B35 A2 B40 A2 B35 a d b d c b c a 在中国人群中，非血缘关系HLA配型的概率是1/400—1/10,000，在较为罕见的HLA型中，配型的概率只有几万甚至几十万分之一

（二）HLAⅠ类、Ⅱ类分子 1、结构 2 1 1 1 3 2 2 （内源性抗原） （外源性抗原） T细胞表面CD4分子结合部位 有助于I类分子的表达与稳定

2、HLA分子的分布 Ⅰ类分子：广泛分布于几乎所有有核细 胞表面（除红细胞外） Ⅱ类分子：主要分布于单核/巨噬细胞、 DC和成熟的B细胞等APC表面

两类MHC分子的主要区别 MHC I类分子 MHC II类分子 α1、α2结构域 α1、β1结构域 α3区——CD8 β2区——CD4 抗原肽结合槽 α1、α2结构域 α1、β1结构域 与T细胞共受体结合 α3区——CD8 β2区——CD4 分布 所有有核细胞表面 主要表达于淋巴样组织中的各种细胞表面，如单核/巨噬细胞(Mon/MΦ)、树突状细胞(DC)和B细胞等APC

3、MHC限制性 T细胞与抗原提呈细胞、靶细胞相互作用中，在识别抗原肽的同时，还需识别与抗原肽结合的HLA分子。这一现象称MHC限制性。（P277）

（三）MHC限制性（p50）

（三）HLA分子的功能和意义 生物学功能 在医学上的意义 抗原加工和提呈（外源性抗原——MHC II类分子，内源性抗原——MHC I类分子） MHC限制性约束免疫细胞间的相互作用（CTL与靶细胞、APC与Th、Th与B、T与T之间） 参与对免疫应答的遗传控制：个体差异 参与精细的免疫调节：通过细胞因子等对HLA分子表达水平进行调节，进而调节免疫应答 诱导免疫细胞的分化成熟及免疫耐受 在医学上的意义 诱导同种移植排斥反应 决定了不同物种、不同个体对疾病的易感性和 耐受性，并与肿瘤、自身免疫病等疾病的发生相关联  应用于法医学鉴定：亲子鉴定、身份鉴定

男/女比例4 HLA 基因与自身免疫病相关性举例 男/女比例0.1

HLA作为一种疾病发生的遗传标志可用于疾病的辅助诊断、预测、分类及预后判断。 SLE患者 脸部蝴蝶斑 HLA作为一种疾病发生的遗传标志可用于疾病的辅助诊断、预测、分类及预后判断。 强直性脊椎炎

二、CD分子 以单克隆抗体鉴定方法，将来自不同实验室的单克隆抗体所识别的同一白细胞分化抗原归为同一分化群，即用CD（cluster of differentiation）加阿拉伯数字表示。称为CD分子或CD抗原 CD1——CD363……

课后复习题 1、名词解释：单克隆抗体（McAb），多克隆抗体（PcAb），补体的激活，细胞因子， MHC限制性。 2、常见缩写： Ig，Ab，McAb，PcAb，MAC，ADCC，补体系统的各成分缩写及激活途径中的缩写 3、Ig的基本结构、功能区及生物学活性。 4、两种酶对抗体分子的酶切情况及应用。 5、Ig有几种？各自结构有何区别？有何特性？ 6、补体系统由哪些成分组成？ 7、补体有何特点？补体系统的活化分哪几个阶段？ 8、图示补体经典激活途径。 9、旁路激活途径与经典激活途径的主要区别在哪里？ 10、补体活化后有何生物学活性？

课后复习题 11、MHCⅠ类Ⅱ类分子的主要区别。 12、HLA复合体的位置。 13、HLA分子的主要结构。 14、HLA分子有何生物学功能和医学意义？