免疫分子 免疫球蛋白 (Immunoglobulin, Ig)

免疫球蛋白的基本概念 一、抗体的发现与研究 二、免疫球蛋白与抗体

抗体的发现 Emil von Behring 1854 - 1917, Nobel Prize in 1901 for demonstrating that circulating antitoxins against diphtheria and tetanus toxins conferred immunity. http://www.nobelprize.org 1890年，培林 (von Behring)和北里(Kitasato)，用白喉脱毒外毒素免疫动物,在血清中获得能中和白喉外毒素的物质--抗毒素。随后人们又发现了凝集素、沉淀素等能与细菌或细胞特异性反应的物质，统称为抗体；而将能引起抗体产生的物质称为抗原，从而确立了抗原和抗体的概念。

抗体是球蛋白的发现 上世纪40年代初Tiselius和Kabat就证实了抗体活性是存在于丙种球蛋白内 。 肺炎链球菌多糖 他们用肺炎球菌多糖免疫家兔，可获得高效价免疫血清。然后加入相应抗原吸收以除去抗体，将去除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，从而证明了抗体活性是存在于丙种球蛋白内。

不同类免疫球蛋白免疫血清电泳图

抗体与免疫球蛋白的概念 抗体（Ab）：一种存在于体液中的糖蛋白, 由B细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞分泌，能与相应抗原特异结合，介导体液免疫的重要免疫效应分子。 免疫球蛋白（Ig）： 具有抗体活性或相似化学结构的球蛋白。 分为： 分泌型——血液、组织液——Ab 膜型——B细胞表面抗原受体——BCR

Antibody Production BCR=Ig Ag Ab B cells Th2

免疫球蛋白的基本结构 一、免疫球蛋白的基本结构 二、免疫球蛋白的水解片段 三、免疫球蛋白的生物学活性 四、各类免疫球蛋白特点 五、人工抗体

免疫球蛋白的基本结构 1、H链与L链 2、V区与C区 3、结构域 4、Ig多聚体及辅助结构

重链与轻链 heavy chain, H链 light chain, L链 N端 L链 (214Aa) 25 kD H链 二硫键 一级结构指蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序。肽键是蛋白质中氨基酸之间的主要连接方式，即由一个氨基酸的α-氨基和另一个氨基酸的α-之间脱去一分子水相互连接。肽键具有部分双键的性质，所以整个肽单位是一个刚性的平面结构。在多肽链的含有游离氨基的一端称为肽链的氨基端或N端，而另一端含有一个游离羧基的一端称为肽链的羧基端或C端。 蛋白质的二级结构是指多肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构。最基本的二级结构类型有α-螺旋结构和β-折叠结构，此外还有β-转角和自由回转。右手α-螺旋结构是在纤维蛋白和球蛋白中发现的最常见的二级结构,每圈螺旋含有3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm,螺旋中的每个肽键均参与氢键的形成以维持螺旋的稳定。β-折叠结构也是一种常见的二级结构，在此结构中，多肽链以较伸展的曲折形式存在，肽链(或肽段)的排列可以有平行和反平行两种方式。氨基酸之间的轴心距为0.35nm,相邻肽链之间借助氢键彼此连成片层结构。 结构域是介于二级结构和三级结构之间的一种结构层次，是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密球状结构区域。 超二级结构是指蛋白质分子 中的多肽链在三维折叠中形成有规则的三级结构聚集体。 蛋白质的三级结构是整个多肽链的三维构象，它是在二级结构的基础上，多肽链进一步折叠卷曲形成复杂的球状分子结构。具有三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，这类蛋白质的多肽链在三维空间中沿多个方向进行盘绕折叠，形成十分紧密的近似球形的结构，分子内部的空间只能容纳少数水分子，几乎所有的极性R基都分布在分子外表面，形成亲水的分子外壳，而非极性的基团则被埋在分子内部，不与水接触。蛋白质分子中侧链R基团的相互作用对稳定球状蛋白质的三级结构起着重要作用。 蛋白质的四级结构指数条具有独立的三级结构的多肽链通过非共价键相互连接而成的聚合体结构。在具有四级结构的蛋白质中，每一条具有三级结构的皑链称为亚基或亚单位，缺少一个亚基或亚基单独存在都不具有活性。四级结构涉及亚基在整个分子中的空间排布以及亚基之间的相互关系。 维持蛋白质空间结构的作用力主要是氢键、离子键、疏水作用力和范德华力等非共价键，又称次级键。此外，在某些蛋白质中还有二硫键，二硫键在维持蛋白质构象方面也起着重要作用。 蛋白质的空间结构取决于它的一级结构，多肽离岸主链上的氨基酸排列顺序包含了形成复杂的三维结构(即正确的空间结构)所需要的全部信息。 C端 H链折叠成4~5个结构域，L链折叠成为2个结构域 （domain）。 每个结构域由100~110个氨基酸残基组成的球形结构

可变区与恒定区 variable region，V区 VH CH1 VL CL 根据轻链C区不同，将Ig分两型：κ、λ型. VL CL 根据重链C区氨基酸组成及顺序不同，将重链分为种：γ、α、μ、δ、ε。 根据重链组成不同，将Ig分为五类：IgG、IgA、IgM、IgD、IgE. constant region，C区

类（class）、亚类（subclass） 2、轻链C区的差异 型（type）、亚型（subtype） 免疫球蛋白的类与型 1、重链C区的差异 类（class）、亚类（subclass） 2、轻链C区的差异 型（type）、亚型（subtype）

人类免疫球蛋白的类与型 重 链 轻 链 类 亚类 型 亚型 IgM（μ链） — κ — IgD（δ链） — λ OZ（+） OZ（—） IgG（γ 链） IgG1 IgG2 Kern（+） Kern （—） IgG3 IgG4 IgA（α 链） IgA1 IgA2 IgE（ε 链） —

免疫球蛋白的类别转换 同一B淋巴细胞克隆接受抗原刺激后分化为浆细胞产生的Ab，其V区结构不变，而C区可不同。即其识别抗原的特异性相同，而Ig的类或亚类可发生改变。 如 初次应答时先产生IgM，当IgM达高峰时开始出现IgG，二者抗原识别特性相同，只是类别不同。

免疫球蛋白的高变区 高变区(HVR) 可变区 在VH和VL中各有3个区域的氨基酸组成和排列顺序高度可变，称为高变区（HVR）；又称互补决定区（CDR），分为CDR1、CDR2和CDR3。 CDR以外的其他区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化，称为骨架区（FR) 恒定区

轻链高变区 0 20 40 60 80 100 120 重链高变区 变异度 50 40 30 20 10 变异度 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 30-35 50-63 95-102 24-34 50-60 89-97

轻链高变区 0 20 40 60 80 100 120 高变区 N C VL功能区

超变区(HVR) Epitope 互补决定区与抗原决定簇的互补

CDR2(H) CDR3(L) CDR1(L) 抗原决定簇 CDR2(L) CDR1(H) CDR3(H) 互补决定区与抗原决定簇的互补

免疫球蛋白的功能区 IgG VH VL CH 1 CL同种异型 铰链区 CH 2 CH 3 遗传标志 铰链区 CH 2 补体结合部位 通过胎盘 IgG CH 3 IgE的CH2和CH3可与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgE Fc受体（FcεR）结合，参与介导Ⅰ型超敏反应 IgM和IgE增加了CH4，共有5个结构域

免疫球蛋白的功能区—铰链区 位于CH1和CH2之间，30Aa，富含脯氨酸 IgM和IgE缺乏铰链区

IgG IgD IgA IgM IgE 五类免疫球蛋白的功能区

1、J链：含有137个Aa，由浆细胞合成，20kD， 免疫球蛋白多聚体和辅助结构 Ig存在形式：单体、二聚体和五聚体 辅助结构 1、J链：含有137个Aa，由浆细胞合成，20kD， 富含半胱氨酸。通过二硫键与μ链或α链羧基端的 半胱氨酸连接。 2、分泌片（secretory piece, SP)： 粘膜上皮细胞分泌。 作用：保护IgA铰链区，介导二聚体转运至粘膜表面。

J链 IgM 五聚体

J链 分泌片 sIgA 二聚体

免疫球蛋白的水解片段 1、Fab 与 F(ab’)2 2、Fc与pFc

免疫球蛋白的水解片段 木瓜蛋白酶 胃蛋白酶 F（ab’）2 pFc' fragment of antigen binding，Fab 结合抗原表位 木瓜蛋白酶 fragment crystallizable Fc 固定补体 结合细胞 胃蛋白酶 F（ab’）2 pFc' 免疫球蛋白的水解片段

免疫球蛋白的生物学活性 一、BCR的生物学作用 可与抗原表位特异性结合，获得B细胞活化的抗原刺激信号。是B细胞活化信号（第一信号）的结构基础。 二、抗体的生物学作用

抗体的生物学作用 1．非受体介导生物学效应 2．Fc受体介导生物学效应

补体 Fab 结合抗原 非受体介导 Fc 受体介导 FcR

非受体介导的生物学效应 中和作用（ Fab段） 激活补体（Fc段）

抗体的中和作用Ig的Fab段特异性识别和结合抗原后，通过空间位阻的方式导致抗原所具有的某些生物学活性消失的生物效应 病原体/毒素 靶细胞 抗体的中和作用Ig的Fab段特异性识别和结合抗原后，通过空间位阻的方式导致抗原所具有的某些生物学活性消失的生物效应

IgG结合并激活补体 IgM结合并激活补体 激活补体系统

Fc受体介导的生物学效应 调理作用 介导细胞毒作用（ADCC） 诱导过敏反应作用 跨越细胞膜作用 免疫调节作用

抗体的免疫调理作用 Fc受体介导的生物学效应 调理作用：指抗体与细菌等颗粒性抗原结合后，可通过其Fc段与吞噬细胞表面相应FcR结合，从而促进吞噬细胞对抗原的吞噬能力增加的生物学效应。 抗原 抗体 Fc受体 吞噬细胞

（antibody dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC） Fc受体介导的生物学效应 抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用机制 （antibody dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC） NK细胞 ADCC：表达FcR的杀伤细胞可通过与Ig的Fc段相互作用，定向杀伤结合有抗体的靶细胞。 Fc受体 抗体 抗原

IgE 介导的肥大细胞激活（介导I型超敏反应） Fc受体介导的生物学效应 IgE 介导的肥大细胞激活（介导I型超敏反应） IgE FcR I 变应原 肥大细胞 过敏介质

跨细胞输送作用 Fc受体介导的生物学效应 Ig多聚体+黏膜上皮细胞的pIgR ----由固有层转运至黏膜表面，参与黏膜免疫 IgG+胎儿FcR--由胎盘母面转运至胎儿血 母乳中的IgG+婴儿消化道上皮转运至婴儿体液内

多聚Ig受体pIgR IgA二聚体 sIgA的形成（一）

分泌片 分泌型IgA IgA的跨越细胞膜过程（二）

Fc受体介导的生物学效应 免疫调节作用 游离Ab还可以通过其Fc段，结合至T、B细胞表面的各类Fc受体，反馈性调节T、B细胞的活化。

五类免疫球蛋白的特性 IgG 含量最多，占血清Ig 总量的75% 再次免疫应答的主要抗体，抗感染的主要抗体 具有激活补体、调理吞噬、ADCC 可穿透毛细血管壁，分布于全身体液中 唯一可通过胎盘的抗体

IgM 五聚体，分子量最大 高效能，高于IgG500-1000倍 个体发育中最早出现 感染早期出现—早期诊断 膜型IgM（mIgM）表达于B细胞表面，是B细胞抗原受体（BCR），以单体形式存在。

IgA 血清型 存在形式：单体 功能：抗菌、抗毒素、抗病毒 分泌型 存在形式：二聚体 分布：胃肠道和支气管分泌液、初乳、唾液、泪液 功能：粘膜局部免疫的抗体

IgD IgE 血清含量低，确切功能不清楚 mIgD表达于B细胞表面，是B cell成熟的标志。 含量最少，无中和作用 分布：粘膜组织、外分泌液、血液 特性：对肥大细胞和嗜碱性粒细胞有亲和性； 介导I型超敏反应； 抗击寄生虫感染

不同类型免疫球蛋白的比较 IgM IgD IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 IgA IgE 血清含量 （mg/dl） 150 4 900 300 100 50 210 0.003 血管外分布 +/— — +++ +++ +++ +++ ++ ++ 中和作用 + — ++ ++ ++ ++ ++ — 调理作用 — — +++ — ++ + + — 补体激活 ++++ — ++ + ++ — — — ADCC作用 — — ++ — ++ — — + 肥大细胞活化 — — — — — — — ++++ 穿越粘膜 + — — — — — +++ — 穿越胎盘 — — +++ +++ +++ +++ — —

抗体的人工制备 多克隆抗体——抗血清 单克隆抗体 基因工程抗体

由一个识别单一抗原决定簇（表位）的B细胞克隆所产生的同源抗体。 特点：结构均一，特异性高，交叉反应少 多克隆抗体（polyclonal antibody，pAb） 由天然抗原刺激机体产生的针对多种抗原表位的一组抗体。 特点：来源广泛，特异性不高，易发生交叉反应 单克隆抗体 Monoclonal antibody, mAb 由一个识别单一抗原决定簇（表位）的B细胞克隆所产生的同源抗体。 特点：结构均一，特异性高，交叉反应少

多克隆抗体 抗原 克隆A 表位A 表位B 克隆B 表位C 单克隆抗体 克隆C

基因工程抗体 利用DNA重组技术，把 Ig编码基因导入受体细胞表达，而获得人源的新型抗体。 （genetically engineering antibody） 利用DNA重组技术，把 Ig编码基因导入受体细胞表达，而获得人源的新型抗体。 基因工程抗体按其修饰方法分为：嵌合抗体、人源性抗体、完全人源化抗体、单链抗体和双特异性抗体等。

小结 免疫球蛋白的基本结构与水解片段 抗体的生物学作用 五类免疫球蛋白的特点

激活补体能力最强的免疫球蛋白是 A、 IgG B、 IgA C、 IgD D、 IgE E、 IgM 答案 E

分子量最大的免疫球蛋白是 A、 IgG B、 IgA C、 IgD D、 IgE E、 IgM 答案 E

IgM与抗原的实际结合价是 A、一价 B、 二价 C、 三价 D、 五价 E、 十价 答案 D

sIgA不具有的特性是 A、黏膜免疫中起重要作用 B、有分泌片 C、有J链 D、均为二聚体 E、均为单体 答案 E

抗体与抗原结合的部位是 A、重链的C区 B、轻链的V区 C、重链的V区 D、重链和轻链的V区 E、重链和轻链的C区 答案 D

免疫球蛋白的Fab段的效应是 A、通过胎盘 B、激活补体 C、结合抗原 D、与细胞结合 E、引起过敏反应 答案 C

补体结合的位置是 IgG 的 A、VH B、CH1 C、CH2 D、CH3 E、CL 答案 C

分泌物中具有的免疫球蛋白是 A、 IgG B、 sIgA C、 IgD D、 IgE E、 IgM 答案 B