《免疫球蛋白》PPT课件.pptx
第五章第五章免疫分子（一）：免疫球蛋白免疫分子（一）：免疫球蛋白一、基本概念一、基本概念二、免疫球蛋白的结构二、免疫球蛋白的结构三、免疫球蛋白的异质性三、免疫球蛋白的异质性四、免疫球蛋白的功能四、免疫球蛋白的功能五、各类免疫球蛋白的特性五、各类免疫球蛋白的特性六、人工制备抗体六、人工制备抗体一、基本概念一、基本概念是B细胞细胞接受抗原的刺激后分化为浆细胞浆细胞所分泌分泌的一类能与相应抗原特异性结合抗原特异性结合的具有免疫功能的糖蛋白糖蛋白，主要存在于血清等体液中，是介导体液免疫的重要效应分子。是介导体液免疫的重要效应分子。免疫球蛋白（免疫球蛋白（immunoglobulin,Ig）指具有抗体活性抗体活性或化学结构与抗体相似的化学结构与抗体相似的球蛋白。过去称为-球蛋白球蛋白。主要存在于血液血液、某些黏液某些黏液中。也可作为抗原识别受体存在于B细胞表面细胞表面。抗体（抗体（Antibody，Ab）抗体都是免疫球蛋白抗体都是免疫球蛋白，而免疫球蛋白不一定是抗体。Ig分泌型：分泌型：sIg（抗体）（抗体）膜膜型型：mIg（BCR）血清电泳时，抗体主要位于球蛋白血清电泳时，抗体主要位于球蛋白的的区，少量延伸至区，少量延伸至区和区和2、1球蛋白区，故抗体曾有球蛋白区，故抗体曾有球蛋白球蛋白（或丙种球蛋白）之称。（或丙种球蛋白）之称。IgGIgMIgAIgD二、免疫球蛋白的结构二、免疫球蛋白的结构（一）（一）Ig基本结构基本结构（Ig单体）四肽链结构，链间二硫键连接两条重链和两条轻链构成（H2L2）可变区（V）和恒定区（C）氨基端和羧基端（1）重链）重链由450-550个氨基酸残基组成，分子量约5075kD，分为、和链，据重链近羧基端氨基据重链近羧基端氨基酸组成及排列顺序不同酸组成及排列顺序不同，分为5类即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。（2）轻链）轻链长度约为重链的1/2，由210个氨基酸残基组成，分子量约25kD。Ig分为和两型，一个天然Ig分子两条轻链的型别总是相同的。1、重链和轻链、重链和轻链2、可变区和恒定区、可变区和恒定区（1）可变区可变区（V区）（区）（VH/VL,Fv）识别、结合抗原识别、结合抗原近N端，氨基酸氨基酸序列变化较大的区域序列变化较大的区域（约占1/4重链、1/2轻链）。高变区高变区（HVR）：）：或互补决定区（互补决定区（CDR1-3），氨基酸组成和排序高度可氨基酸组成和排序高度可变的变的3个区域，个区域，抗原结合部位抗原结合部位。Ig的高变区结构也是该的高变区结构也是该Ig分子分子的的独特型独特型（idiotype）或独特型抗原决定簇（或独特型抗原决定簇（idiotypicdeterminant）所在位置。所在位置。骨架骨架区（区（FR1-4）：）：CDR以外的区域，氨基酸组成和排列顺序相对不易变化。（2）恒定区恒定区（C区）（区）（CH/CL）与效应功能有关与效应功能有关 近C端，氨基酸氨基酸序列较保守的区域。序列较保守的区域。不同重链不同重链CH长度长度不一：不一：IgG、IgA、IgD有有CH1、CH2、CH33个结构个结构域域。IgM、IgE有有CH1、CH2、CH3、CH44个结构域。个结构域。不同型（或）的CL长度基本一致。长度基本一致。重链重链重链重链重链重链重链重链基因基因基因基因CDR1 CDR2 CDR3CDR1 CDR2 CDR3V CV CV D J CV D J C3、绞链区、绞链区(Hingeregion)位于CH1和CH2之间，富含脯氨酸脯氨酸而易伸展弯曲易伸展弯曲，能改变两个Y形臂之间的距离，有利于有利于两臂同时结合两个不同的抗原表位结合两个不同的抗原表位。有利于暴有利于暴露补体结合位点露补体结合位点；对蛋白酶敏感。对蛋白酶敏感。Flexibility of immunoglobulins4、免疫球蛋白肽链功能、免疫球蛋白肽链功能区（免疫球蛋白结构域）区（免疫球蛋白结构域）每条肽链折叠成几个由链内二硫键连接的球形结构域球形结构域，每个结构域约由110个氨基酸组成，具有不同的生物学功能，称为Ig的功能区的功能区。1）VH、VL-Ag特异性结合部位2）CH1、CL-某些同种异型的遗传标志3）IgG的CH2、IgM的CH3：补体C1q结合点，激活补体经典途径4）IgG的CH3结合单核/巨噬细胞表面FcR免疫球蛋白的结构域免疫球蛋白的结构域Ig的每个结构域：的每个结构域：约含约含110氨基酸残基，其二级结构是多肽链折叠而成氨基酸残基，其二级结构是多肽链折叠而成的的2个反向平行的个反向平行的折叠折叠，2个个折叠以其折叠以其中心的中心的2个半胱氨酸残基形成个半胱氨酸残基形成的二硫键的二硫键连接，形成连接，形成桶状结构。许多膜型或分泌型分子均含这种独桶状结构。许多膜型或分泌型分子均含这种独特的特的桶状结构桶状结构，被归于，被归于免疫球蛋白超家族（免疫球蛋白超家族（IgSF）。免疫球蛋白超家族免疫球蛋白超家族(Immunoglobulin superfamily,IGSF)：许多细胞膜表面和机体的某些蛋白分子，其多肽链折叠方式与Ig折叠相似，在DNA水平上和氨基酸序列上与IgV区或Ig C区有较高的同源性。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。（二）辅助结构（二）辅助结构1、J链（链（joiningchain）：）：由浆细胞合成浆细胞合成的富含半胱氨酸半胱氨酸的多肽链；功能：以二硫键的形式共价结合到Ig的重链上，在羧基端连接Ig单体为二聚体或五聚体，起稳定多聚体结构及参与体内转运的作用。2、分泌片（、分泌片（secretorypiece，SP）：）：分泌型IgA（SIgA）分子上的辅助成分，为一种含糖肽链，由黏膜上黏膜上皮细胞合成皮细胞合成和分泌；功能：以非共价形式结合到二聚体上，保护保护SIgA铰链区免被酶解铰链区免被酶解，介导介导IgA从黏膜下转运到黏膜表面。从黏膜下转运到黏膜表面。（三）免疫球蛋白的水解片段（三）免疫球蛋白的水解片段IgG2Fab+Fc木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶Fab：抗原结合片段抗原结合片段（fragmentofantigenbinding）轻链VH、CH1Fc：可结晶片段可结晶片段（fragmentcrystallizable）CH2和CH3介导抗体的效应功能（结合补体和细胞等）1、木瓜蛋白酶、木瓜蛋白酶(papain)水解水解IgG（作用于铰链区二硫键所连接（作用于铰链区二硫键所连接2条条H链近链近N端）端）2、胃蛋白酶、胃蛋白酶(pepsin)水解水解IgGIgGF(ab)2+pFc胃蛋白酶胃蛋白酶F(ab)2：一个具有双价活性的F（ab）2段及铰链区pFc：若干个小分子多肽碎片（小片段）（作用于铰链区二硫键所连接（作用于铰链区二硫键所连接2条条H链近链近C端）端）避免了避免了Fc段抗原性可能引起的副作用，被广泛用于生物制品（如破伤风抗毒素等）。段抗原性可能引起的副作用，被广泛用于生物制品（如破伤风抗毒素等）。不同抗原表位刺激所产生不同的抗不同抗原表位刺激所产生不同的抗体分子，其体分子，其识别抗原的特异性不同识别抗原的特异性不同（V区不同）区不同）同一抗原表位诱生的同一抗原表位诱生的类型不同类型不同的抗的抗体，其识别抗原的特异性相同（体，其识别抗原的特异性相同（C区区不同）不同）免疫球蛋白同时可免疫球蛋白同时可作为抗原作为抗原，其具，其具有有不同的抗原特异性不同的抗原特异性免疫球蛋白具有异质性免疫球蛋白具有异质性三、免疫球蛋白的异质性三、免疫球蛋白的异质性指抗体在结构和功能上不均一性或差异性结构和功能上不均一性或差异性总和。（一）多种机制导致抗体的异质性（一）多种机制导致抗体的异质性（二）免疫球蛋白的类别和型别（二）免疫球蛋白的类别和型别1、类、类同一种属所用个体，据抗体重链C区氨基酸组成差异，可分五类重链及相应的五类抗体：对应Ig分别为IgM-、IgD-、IgG-、IgA、IgE-。2、亚类、亚类同一类Ig据重链铰链区氨基酸残基组成、二硫键数目、位置不同，又可分不同亚类。IgG有IgG1 IgG4亚类，IgA有IgA1、IgA2亚类，IgM有 IgM1、IgM2亚类，IgD和IgE尚未发现亚类。3、型、型同一种属所用个体，据抗体轻链C区氨基酸组成差异，可分和两型。4、亚型、亚型型Ig中，据其链C区氨基端个别氨基酸差异，分1 4亚型。（三）免疫球蛋白的血清型（三种抗原表位）（三）免疫球蛋白的血清型（三种抗原表位）1、同种型（同种型（isotype）：）：种属特异性标志种属特异性标志 指同一种属所有个体同一种属所有个体Ig分子共有的抗原特异性标志，其表位存在于IgC区。2、同种异型（同种异型（allotype）：）：个体特异性标志个体特异性标志 指同一种属不同个体间同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同抗原特异性标志，其表位主要存在于表位主要存在于IgC区的区的一个或数个氨基酸的差异，它是由于个体的遗传基因决定遗传基因决定的，3、独特型（独特型（idiotope）：）：免疫调节网络免疫调节网络 每个每个Ig分子所特有分子所特有的抗原特异性标志，其表位存在于IgV区（又称独特位）。其刺激机体产生相应的抗体，即独特型抗体。抗体具有的三种抗原表位抗体具有的三种抗原表位独特型独特型同种型同种型同种异型同种异型四、免疫球蛋白的功能四、免疫球蛋白的功能（一）（一）IgV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。分泌型分泌型Ig：抗体抗体，与抗原结合后，在体内，具有中和中和 毒素、阻断病原入侵、清除清除病原微生物等 免疫防御功能；在体外，有利于抗原或抗体 的检测和功能的判断。膜型膜型Ig：BCR，特异性识别抗原识别抗原分子，介导体液免疫 应答。（二）（二）IgC区的功能区的功能1、激活补体、激活补体2、结合、结合Fc段受体段受体（1）调理作用）调理作用（2）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（Ab-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC）（3）介导）介导型超敏反应型超敏反应3、穿过胎盘和黏膜、穿过胎盘和黏膜IgM、IgG13 激活补体经典途径 IgG1、IgG2、IgG3和IgM与相应抗原结合后，可因构型改变而使其CH2和CH3结构域内的补体结合点暴露，从而通过经典途径激活补体系统，产生多种效应功能。凝聚的IgA或IgG4 激活补体旁路途径IgG4、IgA和IgE形成聚合物后可通过旁路途径激活补体系统。1、激活补体、激活补体2、结合、结合Fc段受体段受体（1）调理作用）调理作用 抗体如IgG的Fc段与中性粒细胞、巨噬细胞上的IgG Fc受体结合，从而增强吞噬细胞的吞噬作用。（2）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（Ab-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC）指具有杀伤活性的细胞如NK细胞通过其表面表达的Fc受体，识别包被于靶抗原（如细菌或肿瘤细胞）上抗体的Fc段，直接杀伤靶细胞。IgG是唯一能通过胎盘的免疫球蛋白，是一种重要的自然被动免疫机制，对于新生儿抗感染具有重要意义。sIgA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。（3）介导）介导型超敏反应型超敏反应 IgE为亲细胞抗体，可通过其Fc段与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面FcR结合，使其致敏。若相同变应原再次进入机体，与致敏靶细胞表面特异性IgE结合，促使靶细胞释放多种生物活性物质，引起型超敏反应。3、穿过胎盘和黏膜、穿过胎盘和黏膜五、各类免疫球蛋白的特性与功能五、各类免疫球蛋白的特性与功能性质性质IgGIgAIgMIgDIgE沉降系数（沉降系数（S）76.6-1418-1978Mr(104)1.51.64.4791.852电泳位置电泳位置-1-1111含糖量含糖量%38121312轻链轻链：2：15：43：11：61：1重链重链轻链轻链1052323232323重链重链1055.0556.36.577.5抗原结合价抗原结合价221022血血清清含含量量（mg/ml）8-161.4140.4-20.030.4745ng/ml占占血血清清免免疫疫球球蛋蛋白白%8013610.002占血清蛋白占血清蛋白%185.51.6微量微量微量微量合合成成速速度度每每天天mg/kg26275.70.40.002半寿期（半寿期（d）235.85.12.82.3产生顺序产生顺序23145血清中的主要抗体成分（血清中的主要抗体成分（75-80%75-80%）；半衰期长）；半衰期长（20-2320-23天）天）出生后出生后3 3个月开始合成，个月开始合成，3-53-5岁接近成人水平岁接近成人水平 IgG IgG多为多为单体单体，分，分4 4个亚类个亚类：IgG1IgG1、IgG2IgG2、IgG3IgG3、IgG4IgG4机机体体再再次次免免疫疫应应答答的的主主要要抗抗体体，具具有有高高亲亲和和力力，多多数数抗抗菌菌、抗抗病病毒毒、中中和毒素的抗体和毒素的抗体均属均属IgGIgG类类是是唯一能通过胎盘的唯一能通过胎盘的IgIg，发挥自然被动免疫功能，发挥自然被动免疫功能具有具有活化补体经典途径活化补体经典途径的能力（的能力（IgG3IgG1IgG2IgG3IgG1IgG2）可与巨噬细胞、可与巨噬细胞、NKNK细胞表面细胞表面FcFc受体结合，具有受体结合，具有调理作用、调理作用、ADCCADCC作用作用等等参与参与型、型、型超敏反应，某些自身免疫病的抗体也属型超敏反应，某些自身免疫病的抗体也属IgGIgG（一）（一）IgG的特性和功能的特性和功能结构：结构：分泌型和膜型分泌型和膜型五聚体五聚体，分子量，分子量最大最大，称为巨球蛋白，一般不易透出血管；，称为巨球蛋白，一般不易透出血管；个个体体发发育育中中最最先先出出现现的的IgIg，胚胚胎胎晚晚期期即即能能产产生生，脐脐带带血血IgMIgM增增高高提提示示胎儿曾在宫内感染（如风疹病毒、巨细胞病毒感染等）；胎儿曾在宫内感染（如风疹病毒、巨细胞病毒感染等）；抗抗原原初初次次刺刺激激机机体体时时，是是体体内内最最先先产产生生的的IgIg，半半衰衰期期短短；故故检检测测IgMIgM水平可用于传染病的早期诊断；水平可用于传染病的早期诊断；具具有有较较多多的的抗抗原原结结合合位位点点，有有强强大大激激活活补补体体能能力力和和调调理理作作用用（IgGIgG），在机体早期免疫防御中具有重要作用；在机体早期免疫防御中具有重要作用；天然血型抗体天然血型抗体是是IgMIgM。（二）（二）IgM的特性和功能的特性和功能Ig重链C区基因的3端含有编码疏水性跨膜区的两个外显子（编码疏水性跨膜区的两个外显子（M1、M2）及多腺苷酸化位点（PA），mRNA转录本的替代剪切产生两种不同的mRNA，带有M1和M2外显子序列者指导膜型Ig链的合成，M1和M2 序列被剪除者指导分泌型Ig链的合成。分为分为单体的血清型单体的血清型和和二聚体的分泌型二聚体的分泌型IgAIgA血血清清型型IgAIgA主主要要由由肠肠系系膜膜淋淋巴巴组组织织中中的的浆浆细细胞胞产产生生，分分泌泌型型IgA IgA 主主要要由由黏黏膜膜相相关关淋淋巴巴组组织织中中浆浆细细胞胞产产生生，存存在在于于唾唾液液、泪泪液液、乳乳汁汁及及呼呼吸吸道道、消消化化道道、泌泌尿尿道道的的分分泌泌液液中中和和黏黏膜膜表表面面，是是机机体体黏黏膜膜局局部部抗抗感感染染免疫的重要因素免疫的重要因素初初乳乳中中含含有有高高浓浓度度的的sIgAsIgA，可可对对婴婴幼幼儿儿发发挥挥自自然然被被动动免免疫疫作作用用。sIgAsIgA于于出出生生后后4 46 6个个月月开开始始合合成成，至至青青少少年年时时期期达达成成人人水水平平。婴婴幼幼儿儿因因sIgAsIgA合成不足，易患呼吸道、胃肠道感染。合成不足，易患呼吸道、胃肠道感染。调理吞噬、中和毒素调理吞噬、中和毒素（三）（三）IgA的特性和功能的特性和功能血清中含量低（血清中含量低（1%1%），生物学作用尚不清楚，半衰期很短，约为），生物学作用尚不清楚，半衰期很短，约为2 25 5天天 mIgDmIgD是成熟是成熟B B细胞的重要标志细胞的重要标志 活化活化B B细胞或记忆细胞或记忆B B细胞不表达细胞不表达IgDIgDmIgMmIgD成熟成熟B细胞细胞活化活化B细胞细胞未成熟未成熟B细胞细胞（四）（四）IgD的特性和功能的特性和功能是血清中含量是血清中含量最低最低的的IgIg主主要要由由呼呼吸吸道道、胃胃肠肠道道粘粘膜膜固固有有层层的的浆细胞产生浆细胞产生属属嗜嗜细细胞胞抗抗体体，可可与与肥肥大大细细胞胞、嗜嗜碱碱粒粒细细胞胞表表面面FcRFcR结结合合，介介导导I I型型超超敏敏反应反应（五）（五）IgE的特性和功能的特性和功能多克隆抗体多克隆抗体单克隆抗体单克隆抗体基因工程抗体基因工程抗体六、人工制备抗体六、人工制备抗体（一）多克隆抗体（一）多克隆抗体（polyclonal antibody,PcAb）概念：概念：用含多种抗原决定簇的抗原物质免疫动物，刺激多个B细胞克隆所获得的免疫血清（含多种抗体的混合物），即为多克隆抗体。特点：特点：来源广泛，制备容易；特异性不高。（二）单克隆抗体（二）单克隆抗体（monoclonal antibody,mAb）概念：概念：单克隆抗体指由一个克隆细胞产生、只作用于某一抗原决定基的均一抗体。特点：特点：结构高度均一，纯度高、特异性强、效价高、无交叉反应。借助小鼠B细胞杂交瘤（杂交瘤（hybridoma）技术，可以大量）技术，可以大量制备纯度高、特异性强的单克隆抗体。制备纯度高、特异性强的单克隆抗体。应用：应用：（1）用于免疫学检测，辅助临床诊断（2）McAb用于亲和层析，分离微量可溶性抗原（3）标记的McAb用于基础研究，了解细胞分化等（4）制备生物导弹用于肿瘤、移植等的临床治疗单克隆抗体技术单克隆抗体技术1 1、制备小鼠免疫、制备小鼠免疫细胞和培养骨髓瘤细胞和培养骨髓瘤细胞细胞2 2、PEGPEG诱导融合诱导融合3 3、HATHAT培养基筛培养基筛选杂交瘤细胞选杂交瘤细胞4 4、阳性克隆的筛、阳性克隆的筛选和克隆化选和克隆化5 5、克隆扩增及大、克隆扩增及大量制备量制备McAbMcAbHAT培养基：培养基：含有次黄嘌呤（hypoxantin）、氨基蝶呤（aminopterin）和胸腺嘧啶脱氧核苷（thymidin），只有杂交瘤细胞能生长。（三）基因工程抗体（三）基因工程抗体概念：概念：基因工程抗体又称重组抗体,是指利用重组DNA 及蛋白质工程技术,对编码抗体的基因按不同需要进行加工改造和重新装配,经转染适当的受体细胞所表达的抗体分子。1）人人-鼠嵌合抗体鼠嵌合抗体：鼠抗体V区，人抗体C区2）人源化抗体（改型抗体）：人源化抗体（改型抗体）：鼠源抗体CDR，其余为人源化3）单链抗体单链抗体：VH-Linker-VL4）双特异性抗体双特异性抗体（BsAB）种类：种类：基因工程抗体基因工程抗体 掌握免疫球蛋白的结构和主要生物学功能掌握免疫球蛋白的结构和主要生物学功能 熟悉免疫球蛋白异质性熟悉免疫球蛋白异质性 了解五类免疫球蛋白的特性与功能了解五类免疫球蛋白的特性与功能 掌握单克隆抗体及基因工程抗体概念和特点，了解单克掌握单克隆抗体及基因工程抗体概念和特点，了解单克隆抗体制备隆抗体制备本章要点：本章要点：
