医学免疫学：04免疫球蛋白

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1、第四章第四章 免疫球蛋白免疫球蛋白(Immunoglobulin, Ig)医学免疫学医学免疫学Medical ImmunologyContents第二节第二节 免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性第三节第三节 免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能第四节第四节 各类各类Ig的特性与功能的特性与功能第五节第五节 人工制备抗体人工制备抗体目的要求目的要求1 1、掌握抗体、掌握抗体、IgIg的概念；掌握的概念；掌握IgIg的基本结构的基本结构，熟悉熟悉IgIg的其他成分及酶解片段。的其他成分及酶解片段。2 2、熟悉、熟悉IgIg的类、亚类、型、亚型及的类、亚类、型、亚型及IgIg的血清型。的血清型。3 3

2、、掌握掌握IgIg的功能。的功能。4 4、掌握五类、掌握五类IgIg的特性与功能。的特性与功能。5 5、掌握单克隆抗体的概念，、掌握单克隆抗体的概念，了解基因工程抗体、抗了解基因工程抗体、抗体的制备。体的制备。Emil von Behring, 1901, antitoxinsGeoreges Kohler and Cesar Milstein, 1984, monoclonal antibodySusumu Tonegama,1987, structure of Ig geneGerald Edelman and Rodney Porter, 1972, structure of antib

3、odyPaul Ehrlich , 1908, production of antibodyNobel Prize winnersNobel Prize winnersEmil von Behring (1845-1917)Emil von Behring, 1901, antitoxins抗体是免疫球蛋白抗体是免疫球蛋白1938年年 Tielius和和Kabat 证实抗体是主要存在于证实抗体是主要存在于 球蛋白中球蛋白中v抗体（抗体（antibody, Ab） 是介导体液免疫的重要效应分子，是是介导体液免疫的重要效应分子，是B细胞接受抗原刺细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的糖蛋白激后

4、增殖分化为浆细胞所产生的糖蛋白，主要存在于血清，主要存在于血清等体液中，能与相应抗原特异性地结合，发挥免疫功能。等体液中，能与相应抗原特异性地结合，发挥免疫功能。Antibody浆细胞浆细胞B cell抗原抗原v免疫球蛋白（免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）：具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。分泌型分泌型：存在于体液中，具有抗体的各种功能：存在于体液中，具有抗体的各种功能膜型膜型：B细胞膜上的抗原受体。细胞膜上的抗原受体。Ab=Ig,IgAbAb=Ig,IgAb；AbAb是功能描述，是功能描述，IgIg是化学结构描述是化学结构描述

5、nAll antibodies are Igs, but not all Igs have antibody function(activity)一一. Ig的基本结构的基本结构N端端C端端 四肽链结构四肽链结构 ，二硫键连接，二硫键连接 两条相同的重链（两条相同的重链（H H）和和 两条相同的轻链（两条相同的轻链（L L） 氨基端氨基端(N)(N)和羧基端和羧基端(C)(C)。 “Y”形形N端端v1. 重链重链（heavy chain，H）由由450550氨基酸组成，氨基酸组成，分子量约为分子量约为5075KDa( (一一) )重链和轻链重链和轻链根据根据重链重链（恒定区氨基酸组成和排列顺序

6、）恒定区氨基酸组成和排列顺序）的不同的不同同一类同一类IgIg根据其根据其铰链区氨基酸组成和重链二硫键铰链区氨基酸组成和重链二硫键的数的数目和位置的差别，又可分为不同的亚类目和位置的差别，又可分为不同的亚类( (subclass) ) 如如IgG分为分为IgG1IgG4 IgA分为分为IgA1，IgA2v 2. 轻链轻链（light chain，L） 由214个氨基酸残基组成，分子量约为25KDa。 轻链分轻链分2型型(type)： 、 ，功能无差异。 链个别氨基酸的差异可以分为四个亚型链个别氨基酸的差异可以分为四个亚型 (subtype)： 1、2、 3、 4。 同一个天然同一个天然Ig分子

7、的分子的两条轻链总是相同的两条轻链总是相同的 不同种属中两型轻链的比例不同不同种属中两型轻链的比例不同。 、 比例异常比例异常?:1 :120:1(小鼠)q可变区可变区（variable region，V区）区）Ig轻链和重链中靠近轻链和重链中靠近N端的端的110个氨基酸序个氨基酸序列变化较大的区域，称为列变化较大的区域，称为可变区（可变区（V区）区）重链和轻链的可变区分别称为重链和轻链的可变区分别称为VH和和VL。 重链重链1/4和轻链和轻链1/2 组成。组成。q 恒定区恒定区（constant region，C区）区） 靠近靠近C端的氨基酸序列相对稳定的区域，端的氨基酸序列相对稳定的区域，

8、称为恒定区（称为恒定区（C区）区） 占重链的占重链的3/4和轻链的和轻链的1/2 ( (二二) ) IgIg的的可变区和恒定区可变区和恒定区v 1. 可变区可变区（variable region，V区）区）n 高变区高变区（ Hypervariable region (HVR) 或互补决定区（或互补决定区（ complementarity determining regions, CDR ）：）：VHVH和和VLVL各有各有3 3个区域的氨基酸组成和排列顺个区域的氨基酸组成和排列顺序序高度高度可变。可变。重链和轻链各有三个CDRCDR1,CDR2,CDR3CDR1,CDR2,CDR3, , 共

9、同构成共同构成IgIg的的抗原抗原结合部位结合部位（antigen-binding site）。n 骨架区（骨架区（framework region, FR）：）：在在V区中，区中，CDR之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变之外区域的氨基酸组成和排列顺序相对不易变化。化。 VH和和VL各有各有四个骨架区。四个骨架区。2.2.恒定区（恒定区（constant region，C区）区）： 重链和轻链的重链和轻链的C C区分别称为区分别称为CHCH和和CLCL，不同类不同类IgIg的重链的重链CHCH长度不一，长度不一， IgGIgG、IgAIgA和和IgDIgD：CH1、CH2和和CH3； I

10、gMIgM和和IgEIgE：CH1、CH2、CH3和和CH4。CH4位于位于CH1CH1与与CH2CH2之间，含有丰富的之间，含有丰富的脯氨酸脯氨酸，因此因此易伸展弯曲易伸展弯曲-同时结合同时结合2 2个抗原表位个抗原表位易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。易被木瓜蛋白酶、胃蛋白酶等水解。( (三三) )绞链区绞链区（hinge region）IgM,IgEIgM,IgE无铰链区无铰链区 铰链区铰链区v 借助免疫球蛋白的两条借助免疫球蛋白的两条H、L链内二硫键的相互链内二硫键的相互作用，将肽链折叠成几个具有特殊生物学功能的作用，将肽链折叠成几个具有特殊生物学功能的球形结构，这些结构又叫球形结构，这

11、些结构又叫Ig的结构域或功能区的结构域或功能区。v一般重链有一般重链有45个个D 轻链有轻链有2个个D。 ( (四四) )结构域结构域(domain)domainv每个结构域约含每个结构域约含110个氨基酸残基，二级结构折叠形个氨基酸残基，二级结构折叠形成反向平行的成反向平行的 片层，并借助两个片层，并借助两个 片层间的两个半胱片层间的两个半胱氨酸残基由一个链内二硫键垂直连接，构成氨酸残基由一个链内二硫键垂直连接，构成 桶状结桶状结构，又称为构，又称为免疫球蛋白折叠免疫球蛋白折叠(immunoglobulin fold)。v具有具有 桶状结构的分子称为桶状结构的分子称为Ig超家族超家族（imm

12、unoglobulin superfamily，IgSF）。Unfolded VL region showing 8 antiparallel -pleated sheets connected by loops.NH2COOHS SThe Immunoglobulin Foldv（一）一） J链链（joining chain）富含半胱氨酸，由富含半胱氨酸，由浆细胞合成浆细胞合成，主要功能是将单体，主要功能是将单体的的Ig分子连接成为多聚体。分子连接成为多聚体。二、二、IgIg的其他成分的其他成分IgMsIgAv（ 二）分泌片二）分泌片（secretory piece，SP）又称为分泌成分又称

13、为分泌成分（secretory component，SC），），是分泌型是分泌型IgA的辅助成分，由的辅助成分，由粘膜上皮细胞粘膜上皮细胞合成和分泌，为合成和分泌，为一条含糖的肽链。一条含糖的肽链。保护保护sIgAsIgA的铰链区免受蛋白酶的水解破坏的铰链区免受蛋白酶的水解破坏介导介导IgAIgA二聚体二聚体跨膜跨膜的转运。的转运。 J 链链分泌片分泌片sIgA 木瓜蛋白酶（木瓜蛋白酶（papainpapain）和和胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)(pepsin)最常用的最常用的IgIg的蛋白水解酶，的蛋白水解酶， 研究研究IgIg的结构与功能的结构与功能 分离和纯化特定的分离和纯化特定的Ig

14、Ig片段片段三、免疫球蛋白的水解片段三、免疫球蛋白的水解片段Fab：单价抗体活性单价抗体活性Fc：无抗原结合活性，能够与无抗原结合活性，能够与Fc受体结合受体结合v 木瓜蛋白酶水解片段木瓜蛋白酶水解片段 Fab段（段（fragment of antigen binding） Fc段（段（fragment of crystallizable ）v 胃蛋白酶水解片段胃蛋白酶水解片段pFc：小分子肽片段，无生物活性小分子肽片段，无生物活性临床意义：临床意义：阐明阐明IgIg的结构及生物活性的结构及生物活性 有利于生物制品的生产和纯化有利于生物制品的生产和纯化 避免超敏反应的发生避免超敏反应的发生F(

15、ab)2：具双价抗体活性具双价抗体活性,可结合两个抗原决定簇。可结合两个抗原决定簇。第二节第二节 免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性异质性异质性: :是指是指IgIg在在特异性特异性及及类型类型方面的差异性方面的差异性. .导致异质性的因素：导致异质性的因素： 内源性和外源性因素内源性和外源性因素一、免疫球蛋白的类型一、免疫球蛋白的类型（一）类（一）类（class）（二）亚类（二）亚类（subclass）（三）型（三）型（type）（四）亚型（四）亚型（subtype）二、外源性因素所致的异质性二、外源性因素所致的异质性 -免疫球蛋白的多样免疫球蛋白的多样性性 抗原数目繁多抗原数目繁多 每一

16、抗原含有不同表位每一抗原含有不同表位 针对同一表位产生的抗体类型不同针对同一表位产生的抗体类型不同AgAg多样性抗原的存在是导致多样性抗原的存在是导致IgIg异质性的外源因素。异质性的外源因素。三、内源性因素所致的异质性三、内源性因素所致的异质性 -免疫球蛋白的血清型免疫球蛋白的血清型q将将IgIg作为抗原在异种、同种异体或自身体内进行免作为抗原在异种、同种异体或自身体内进行免疫，均能诱导机体发生免疫应答，产生相应的抗体，疫，均能诱导机体发生免疫应答，产生相应的抗体，这些抗体可用血清学方法进行检测，因此称为这些抗体可用血清学方法进行检测，因此称为IgIg的血的血清型清型qIgIg分子上有三类不

17、同的抗原表位分子上有三类不同的抗原表位, ,分别为分别为同同种型、同种异型、独特型种型、同种异型、独特型抗原表位。抗原表位。同种型（同种型（isotype）：同一种属所有个体的同一种属所有个体的Ig分子共分子共有的抗原标志，是有的抗原标志，是种属型标志种属型标志。位于。位于Ig C区。区。Human IgGAnti-human IgG同种异型（同种异型（allotype）：同一种属但不同个体的同一种属但不同个体的Ig分子所具有的不同抗原表位，为分子所具有的不同抗原表位，为个体型个体型标志标志。位于位于Ig C区。区。IgGAnti-IgG独特型（独特型（idiotype，Id）：同一种属、同一

18、个体来源的同一种属、同一个体来源的Ig分子，分子，由于其由于其CDR区氨基酸排列顺序的不同，可显示不同的免疫原性，区氨基酸排列顺序的不同，可显示不同的免疫原性，称为独特型，是每一个称为独特型，是每一个Ig分子所特有的抗原特异性，其表位又分子所特有的抗原特异性，其表位又称为称为独特位（独特位（idiotope）。主要位于主要位于V区。区。由独特型表位在不同甚至同一个体中刺激产生的抗体，称为由独特型表位在不同甚至同一个体中刺激产生的抗体，称为抗抗独特型抗体（独特型抗体（anti-idiotype antibody，AId）一、一、Ig V区的功能区的功能识别并特异性结合抗原。识别并特异性结合抗原。

19、第三节免疫球蛋白的功能第三节免疫球蛋白的功能与抗原结合后，可介导体与抗原结合后，可介导体内的多种生理和病理效应内的多种生理和病理效应（中和病毒、毒素中和病毒、毒素），体外），体外可产生凝集、沉淀现象用于可产生凝集、沉淀现象用于检测等检测等. .a.Toxin NeutralizationPreventing Bacterial AdherenceVirus-blocking Antibodies二二 、Ig C区的功能区的功能（一）（一） 激活补体激活补体当当IgG1-3和和IgMIgM类抗体通过补体经典途径激活补体。类抗体通过补体经典途径激活补体。（二）（二） 结合结合Fc受体受体-IgG,

20、 IgA, IgEv 1.调理作用（调理作用（oponization）：指抗体如指抗体如IgG的的Fc段与中性粒细胞、巨噬细胞上的段与中性粒细胞、巨噬细胞上的IgGFc受体结合，受体结合，从而增强吞噬细胞的吞噬作用。从而增强吞噬细胞的吞噬作用。2.细菌与其抗细菌与其抗体结合体结合3.3.抗原抗体复合物通过抗原抗体复合物通过FcFc段与段与吞噬细胞表面的吞噬细胞表面的FcRFcR结合结合4.吞噬作用增强吞噬作用增强1.1.吞噬作用低吞噬作用低吞噬细胞吞噬细胞细菌细菌FcFc受体受体v2.抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用( Antibody-dependent cell

21、-mediated cytotoxicity, ADCC): 具有杀伤活性的细胞如具有杀伤活性的细胞如NK细胞通过其表面表达的细胞通过其表面表达的Fc受体识别结合于靶抗原受体识别结合于靶抗原(病毒感染或肿瘤细胞病毒感染或肿瘤细胞)上上的抗体的抗体,直接杀伤靶细胞。直接杀伤靶细胞。v3.介导介导I型超敏反应型超敏反应IgE 见第17章（三）（三） 穿过胎盘和粘膜：穿过胎盘和粘膜：IgG+FcRn，穿越胎盘穿越胎盘IgA参与粘膜局部免疫参与粘膜局部免疫滋养层滋养层三三 、 免疫调节作用免疫调节作用 (见见16章章)IgA通过黏膜示意图通过黏膜示意图第四节第四节 各类各类Ig的特性与功能的特性与功能

22、五类免疫球蛋白的基本结构五类免疫球蛋白的基本结构p IgG于出生后于出生后3个月开始合成。个月开始合成。p 血清和细胞外液中血清和细胞外液中含量最高的含量最高的Igp 半衰期约为半衰期约为23天，是天，是再次免疫应答再次免疫应答的主要抗体的主要抗体p IgG1、IgG2和和IgG3的的CH2能通过经典途径激活补体。能通过经典途径激活补体。p IgG是是唯一能通过胎盘的抗体。唯一能通过胎盘的抗体。p 通过通过Fc段段,发挥调理作用；与发挥调理作用；与NK细胞结合，发挥细胞结合，发挥ADCC作用；作用；与葡萄球菌蛋白与葡萄球菌蛋白A（SPA）结合）结合可以纯化抗体，也可以用于可以纯化抗体，也可以用

23、于免疫诊断免疫诊断。p 抗感染抗感染作用最强（抗菌，抗病毒，抗毒素）作用最强（抗菌，抗病毒，抗毒素） （抗感染免疫的（抗感染免疫的“主力部队主力部队”） 产生迟，维持久（迟来迟去）产生迟，维持久（迟来迟去）p 参与参与II、III型超敏反应。型超敏反应。一、一、IgGJ 为五聚体，是分子量为五聚体，是分子量最大的最大的Ig，称巨球蛋白。称巨球蛋白。J 天然血型抗体天然血型抗体是是IgMJ IgM激活补体能力激活补体能力比比IgG强。强。J IgM是个体发育过程是个体发育过程最早产生的抗体最早产生的抗体，胚胎晚期已能合成，新，胚胎晚期已能合成，新生儿脐带血中若生儿脐带血中若IgM水平升高，表示该

24、儿曾有宫内感染水平升高，表示该儿曾有宫内感染J IgM是是初次免疫应答中最早初次免疫应答中最早出现的抗体；检测出现的抗体；检测IgM水平可用于水平可用于传染病的传染病的早期诊断早期诊断。早来早去早来早去（抗感染免疫的（抗感染免疫的“先锋部队先锋部队”）J 也可参与也可参与II、III型超敏反应型超敏反应J mIgMmIgM是是B B细胞抗原受体的主要成分细胞抗原受体的主要成分 只表达只表达mIgM 是未成熟是未成熟B细胞的标志。细胞的标志。二、二、IgMB cell surface IgYYYYBImmature B cell分为分为血清型血清型和和分泌型分泌型两种，两种，p血清型：血清型：单

25、体存在于血清中，占血清单体存在于血清中，占血清Ig总量的总量的10-15%。p分泌型分泌型IgA（SIgA）是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的固有层中浆细胞产生。的固有层中浆细胞产生。 主要存在于主要存在于初乳、唾液、泪液，以及呼吸道消化道和泌尿生初乳、唾液、泪液，以及呼吸道消化道和泌尿生殖道黏膜表面的分泌液中殖道黏膜表面的分泌液中。pSIgA是外分泌液中的主要抗体，参与是外分泌液中的主要抗体，参与局部黏膜免疫局部黏膜免疫 抗感染免疫的抗感染免疫的“地方部队地方部队” 三、三、IgAu单体形式存在血清中，含量很低，仅占血清总单体形式存在血清中，含量很低，仅占

26、血清总IgIg的的0.2%0.2%.血清中的血清中的IgDIgD功能不清功能不清uIgDIgD铰链区较长铰链区较长，已被蛋白酶水解，所以半衰期短（，已被蛋白酶水解，所以半衰期短（3 3天）天）u膜结合型膜结合型IgD，构成构成BCR，是是B细胞的成熟的标志细胞的成熟的标志四、四、IgDYYYYYYMature naive B cellYYIgMIgDIgDIgDIgDIgMIgMIgMB(又称亲细胞抗体，主要由粘膜下淋巴组织中浆细胞分泌又称亲细胞抗体，主要由粘膜下淋巴组织中浆细胞分泌(血清含量最少血清含量最少(CH2和和CH3功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和功能区可与肥大细胞、嗜碱性

27、粒细胞上的高亲和力力FcR结合，引起结合，引起I型超敏反应型超敏反应(结合嗜酸性粒细胞，有效结合嗜酸性粒细胞，有效杀伤寄生虫杀伤寄生虫五、五、IgE第五节第五节 人工制备抗体人工制备抗体一、多克隆抗体一、多克隆抗体 二、单克隆抗体二、单克隆抗体（monoclonal antibody, mAb) )三、基因工程抗体三、基因工程抗体一、多克隆抗体一、多克隆抗体 传统传统抗血清抗血清抗抗 原原免免 疫疫所有抗所有抗体体混合混合1234BALB/ c12341234优点优点：作用全面：作用全面 来源广泛来源广泛 容易制备容易制备缺点：缺点：特异性低特异性低 交叉反应交叉反应 1975年单克隆抗体技术

28、建立年单克隆抗体技术建立Georges J.F. Kohler 瑞士瑞士 （1946 1995）Car Milstein 阿根廷阿根廷/英国英国（1927- 2002）1984年获诺贝尔奖金年获诺贝尔奖金二、单克隆抗体二、单克隆抗体（monoclonal antibody, mAb) )二、单克隆抗体二、单克隆抗体（monoclonal antibody, mAb) ) 概念：概念：一个一个B B细胞针对一个抗原决定簇所产生的一细胞针对一个抗原决定簇所产生的一种特异性抗体，称为单克隆抗体种特异性抗体，称为单克隆抗体单克隆抗体的优点单克隆抗体的优点:单克隆抗体的缺点单克隆抗体的缺点:结构均一，纯

29、度高，特异性强，效价高，交叉反应少，可结构均一，纯度高，特异性强，效价高，交叉反应少，可大批量生产大批量生产鼠源产品对人具有较强的免疫原性，易产生人抗鼠鼠源产品对人具有较强的免疫原性，易产生人抗鼠抗体（抗体（HAMA）三、基因工程抗体三、基因工程抗体由DNA重组技术生产的抗体。其原理是在基因水平上剪接产生抗体的基因，经重组并转化细胞使其表达产生抗体人源化基因工程抗体（人源化基因工程抗体（genetic engineering antibody）人人-鼠嵌合抗体鼠嵌合抗体:改型抗体改型抗体双特异性抗体双特异性抗体小分子抗体小分子抗体人源抗体人源抗体单抗研发的演变历程单抗研发的演变历程鼠单抗鼠单抗

30、100% 鼠源鼠源鼠鼠/人崁合单抗人崁合单抗(66-75 % 人源人源)人源化单抗人源化单抗(90-95 % 人源人源)100% 人源人源 完全人源化抗体完全人源化抗体鼠鼠IgIg基因基因人人IgIg基因基因人人IgIg人人无无排排斥斥专业英语专业英语antibody,Ab; immunoglobulin, Ig;heavy chain (H); light chain (L); variable region (V) ;constant region (C)Hypervariable region (HVR); complementarity determining region (CDR)Isotype; allotype; idiotype(Id);Opsonization ADCCMonoclonal antibody(mAb) 1.1.解释名词解释名词 AbAb、IgIg、ADCCADCC、CDRCDR、调理作用、单克隆抗体、调理作用、单克隆抗体 2.2.试述试述IgIg的结构及生物学功能。的结构及生物学功能。 3.3.试述各类试述各类IgIg的特性及其功能。的特性及其功能。思考题思考题Thank you!