第4章 抗体.ppt
抗体的发现、命名抗体的发现、命名 免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构 抗体的异质性抗体的异质性 免疫球蛋白的生物学活性免疫球蛋白的生物学活性 各类免疫球蛋白的特性与功能各类免疫球蛋白的特性与功能 人工制备抗体人工制备抗体1 诺贝尔奖得主的获奖工作诺贝尔奖得主的获奖工作 19011901年年 德国学者德国学者 BehringBehring因发现抗毒素血清，因发现抗毒素血清，开创免疫血清疗法之先河开创免疫血清疗法之先河 19081908年年 德国学者德国学者EhrlicEhrlic 提出抗体生成侧链提出抗体生成侧链学说和模板学说学说和模板学说 2抗抗体体是是B细细胞胞识识别别抗抗原原后后增增殖殖分分化化为为浆浆细细胞胞所所产产生生的的一一种种可可特特异性结合抗原的蛋白质异性结合抗原的蛋白质(免疫球蛋白）免疫球蛋白）31968和和1972的的两两次次国国际际会会议议上上将将具具抗抗体体活活性性或或化化学学结结构构 与与 抗抗 体体 相相 似似 的的 球球 蛋蛋 白白 统统 一一 命命 名名 为为 免免 疫疫 球球 蛋蛋 白白(Immunoglobulin,Ig)；目前认为抗体与免疫球蛋白完全相同目前认为抗体与免疫球蛋白完全相同。抗体存在于血清等体液中抗体存在于血清等体液中.免免疫疫球球蛋蛋白白的的分分布布:分分泌泌型型存存在在于于体体液液中中,具具抗抗体体功功能能;膜型作为抗原受体存在于膜型作为抗原受体存在于B细胞膜上细胞膜上,即即BCR.4一一.免免疫疫球球蛋蛋白白的的基基本本结结构构（一）重链与轻链（一）重链与轻链(heavychain&lightchain)免疫球蛋白基本结构免疫球蛋白基本结构亦称亦称基本四肽单位或基本四肽单位或Ig单体，单体，由两条重链与两条轻链组成由两条重链与两条轻链组成.第第1 1节节 免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构51.重链重链重链的类重链的类五类重链为五类重链为:相应的免疫球蛋白分子为相应的免疫球蛋白分子为:重重链链的的亚亚类类:IgG和和IgA根根据据其其铰铰链链区区氨氨基基酸酸组组成成和和重重链链二二硫硫键键数数目目与与位位置置的的差差异异又又分分为为若若干干亚亚类类，如如IgG1,IgG2,IgG3,IgG4;IgA1,IgA2,2.轻链轻链轻轻链链的的型型:分分为为 与与 两两型型,每每个个免免疫疫球球蛋蛋白白分分子子上上的的轻链轻链.型别都是相同的型别都是相同的.轻轻链链的的亚亚型型:型型又又可可分分为为 1、2、3和和 4等等四四个个亚亚型型.、，IgG、IgA、IgM、IgD、IgE6(二二)Ig的功能区的功能区可变区（可变区（V区）与恒定区（区）与恒定区（C区）区）结结合合抗抗原原部部位位：VH与与VL的的三三个个高高变变区区共共同同组组成成与与抗抗原原决决定定基基互互补补的的表表面面,即即互互补补决决定定区区(CDR),CDR决决定定抗体的特异性抗体的特异性.独独特特型型（idiotypeidiotype)抗抗原原所在部位所在部位.1.可变区可变区VH和和VL恒恒定定区区C区区可变区可变区V区区7互补决定区互补决定区CDR8 CHCH区具结合补体和细胞的功能：区具结合补体和细胞的功能：*IgGIgG的的CH2CH2和和IgMIgM的的CH3CH3具有具有补体补体C1qC1q结合位点结合位点.*IgGIgG的的CH3CH3可可与与单单核核细细胞胞、巨巨噬噬细细胞胞、中中性性粒粒细细胞、胞、B B细胞和细胞和NKNK细胞表面的细胞表面的IgGIgG FcFc受体结合受体结合.*IgEIgE的的CH2CH2和和CH3CH3可可与与肥肥大大细细胞胞和和嗜嗜碱碱性性粒粒细细胞胞的的IgEIgE FcFc受体（受体（FcRFcR）结合结合.CHCH区区结结构构稳稳定定具具有有同同种种型型(isotypeisotype)同同种种异异型（型（allotypeallotype）的的遗传标志；遗传标志；2.恒恒定定区区CH和和CL：可可有有CH1、CH2、CH3；有些具有些具CH4.9(三三)铰链区：铰链区：位于位于CH1与与CH2之间之间,易伸展弯曲易伸展弯曲.10（二）其他成分（二）其他成分J链与分泌片链与分泌片J链链lIgA由二硫键连接形成二聚体；由二硫键连接形成二聚体；l单单体体IgM通通过过二二硫硫键键与与J链链连连接接形成五聚体形成五聚体分泌片分泌片是是分分泌泌型型IgA分分子子上上的的一一个个辅辅助助成成分分，由由粘粘膜膜上上皮皮细细胞胞合合成成和和分分泌泌，介介导导IgA二二聚聚体体从从粘粘膜膜下下通通过过粘粘膜膜等等细细胞胞到到粘粘膜膜表表面面的的转运转运.11（三）（三）免疫球蛋白的水解片段免疫球蛋白的水解片段（一）木瓜蛋白酶水解片段（一）木瓜蛋白酶水解片段 2 2个个相相同同的的 FabFab段段 即即抗抗原结合片段原结合片段 1 1个个FcFc段段，即即可可结结晶晶片片段段.IgIg同同种种型型的的抗抗原原性性主主要要存存在在于于FcFc段段.（二）胃蛋白酶水解片段（二）胃蛋白酶水解片段 一一个个F(ab)F(ab)2 2片片段段，为为双双价价，与与抗抗原原结结合合可可发发生生凝凝集集反反应和沉淀反应应和沉淀反应.FcFc段段被被裂裂解解为为若若干干小小分分子子片片段段，被被称称为为pFcpFc，失失去去生生物物学活性学活性.仅仅F(ab)F(ab)2 2，可降低免疫原性可降低免疫原性12 诺贝尔奖得主的获奖工作诺贝尔奖得主的获奖工作19721972年，美国学者年，美国学者 Edelman Edelman 与与 英国学者英国学者Porter Porter 因阐明抗体的化学结构获医学生理性诺贝尔奖因阐明抗体的化学结构获医学生理性诺贝尔奖 13第第2 2节节 抗体的异质性抗体的异质性(非均一性）(一一)类类（class）:IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。（二）（二）亚类亚类(subclass):IgG14,IgA12,IgM12（三）三）型型（type）:和和 型型（四）（四）亚型（亚型（subtype）（一）免疫球蛋白的分类（一）免疫球蛋白的分类14（二）外源因素所致的抗体异质性（二）外源因素所致的抗体异质性(heterogeneity)抗体的多样性抗体的多样性15（一）（一）同种型同种型isotype：同一种属内所有个体都具有的同一种属内所有个体都具有的Ig抗原抗原特异性，存在于特异性，存在于C区。区。类（类（CH）,亚类（亚类（CH）型（型（CL）,;亚型亚型（二二）同同种种异异型型allotype：同同一一种种属属内内不不同同个个体体间间Ig所所具具备备的的不同抗原异性。如不同抗原异性。如Gm1-30,Am1-2,Km1-3（三三）独独特特型型idiotype：不不同同抗抗体体产产生生细细胞胞克克隆隆所所分分泌泌Ig的的抗抗原特异性，存在原特异性，存在于于V区。区。（三）（三）免疫球蛋白的抗原性血清型免疫球蛋白的抗原性血清型(serotype)抗体的抗原性是由抗体的抗原性是由在在Ig分子上不同区域的结构差别而决定的分子上不同区域的结构差别而决定的.16抗体的抗原性抗体的抗原性血清血清型型1718第第3 3节节 免疫球蛋白的生物学特性免疫球蛋白的生物学特性*游离游离Ig的的V区：区：结合细菌、病结合细菌、病毒、寄生虫、某些药物等抗原毒、寄生虫、某些药物等抗原*B细细胞胞表表面面的的Ig（BCR）：是是特异性识别抗原的受体特异性识别抗原的受体*抗抗体体的的结结合合价价：每每个个抗抗体体分分子可结合抗原表位的数目。子可结合抗原表位的数目。1.1.V V区功能区功能 特异性识别、结合抗原特异性识别、结合抗原(一一)免疫球蛋白的主要功能免疫球蛋白的主要功能19溶菌酶抗原溶菌酶抗原轻链轻链重链重链 R.J.Poliak from Science 1986 233:747-5320（1 1）激活补体：激活补体：IgG1IgG13 3 及及IgMIgM抗体与抗原结合后可激活补体抗体与抗原结合后可激活补体（2 2）细细胞胞亲亲嗜嗜性性：IgGIgG和和IgEIgE抗抗体体以以FcFc段段与与相相应应细细胞胞的的FcFc受受体体结结合。合。IgEIgE的的FcFc段介导段介导型超敏反应型超敏反应 （3 3）调调理理作作用用：抗抗体体、补补体体促促进进吞吞噬噬细细胞胞吞吞噬噬细细菌菌等等颗颗粒粒性性抗抗原的作用原的作用.4.4.抗抗体体依依赖赖的的细细胞胞介介导导的的细细胞胞毒毒作作用用 ADCCADCC:表表达达FcFc受受体体的的细细胞胞通通过识别抗体的过识别抗体的FcFc段直接杀伤被抗体包被的靶细胞段直接杀伤被抗体包被的靶细胞.5.5.IgGIgG可通过胎盘；可通过胎盘；*人人 与与 某某 些些 哺哺 乳乳 动动 物物 的的 IgGFcIgGFc段段 能能 非非 特特 异异 地地 与与 葡葡 萄萄 球球 菌菌 A A蛋蛋 白白（staphylococcus staphylococcus proteinAproteinA，SPASPA）结合，结合，2.Ig分子分子C区的功能区的功能2122NK细胞介导的细胞介导的ADCC(antibodydependentcell-mediatedcytotoxicity)23概概念念:许许多多细细胞胞膜膜表表面面和和机机体体某某些些蛋蛋白白质质分分子子在在DNA水水平平和和氨基酸序列与免疫球蛋白的氨基酸序列与免疫球蛋白的V区或区或C区有较高的同源性区有较高的同源性.结构特点结构特点:均有均有1-7个个Ig样功能区，分为样功能区，分为V,C1,C2组组功能特点功能特点:以识别为特点以识别为特点实实例例:抗抗原原识识别别受受体体及及信信号号传传导导分分子子,MHC及及其其相相关关分分子子,免免疫球蛋白受体疫球蛋白受体,细胞因子受体细胞因子受体,白细胞分化抗原白细胞分化抗原免免疫疫球球蛋蛋白白超超家家族族(Immunoglobulin Superfamily，IGSFIGSF)2425血清含量最高，半衰期最长；血清含量最高，半衰期最长；功功能能最最多多：结结合合抗抗原原、激激活活补补体体、调调理理吞吞噬噬并并介介导导ADCC、通过胎盘、结合通过胎盘、结合SPA.为为再再次次免免疫疫应应答答的的主主要要抗抗体体.抗抗感感染染的的主主要要抗抗体体(抗抗菌菌、抗抗病病毒毒,抗抗毒毒素素抗抗体体),并并介介导导II、III型型超超敏敏反反应应(二二)各类免疫球蛋白的特性各类免疫球蛋白的特性 IgG26IgM分分子子量量最最大大，为为90万万,是是血血管管内内抗抗感感染染的的主主要要抗抗体体.其其激激活活补体的能力比补体的能力比IgG强数十倍强数十倍.在个体发育过程和体液免疫应答中在个体发育过程和体液免疫应答中均是均是最早合成和分泌最早合成和分泌的抗体的抗体.*脐带血IgM增高提示胎儿 有宫内感染;*感染过程中血清IgM水平升高，说明有近期感染.天然的血型抗体和类风湿因子天然的血型抗体和类风湿因子亦属亦属IgM.膜膜表表面面IgM是是B细细胞胞抗抗原原受受体体(Bcellreceptor，BCR)的的主主要成分要成分.27IgA血清血清型型IgA:以单体形式存在以单体形式存在,作用不详作用不详.分泌型分泌型IgA(sIgA):由由J链连接的二聚体和分泌片组成链连接的二聚体和分泌片组成.*合合成成和和分分泌泌的的部部位位在在肠肠道道、呼呼吸吸道道、乳乳腺腺、唾唾液液腺腺和和泪泪腺腺，主要存在于胃肠道和支气管分泌液、初乳、唾液和泪液中主要存在于胃肠道和支气管分泌液、初乳、唾液和泪液中.*是是参与粘膜局部免疫的主要抗体参与粘膜局部免疫的主要抗体.*婴婴儿儿可可从从母母亲亲初初乳乳中中获获得得分分泌泌型型IgA，是是一一种种重重要要的的自自然然被被动免疫动免疫.28B细胞表面的细胞表面的mIgD可作为可作为B细胞分化发细胞分化发育成熟的标志育成熟的标志；未成熟未成熟B细胞仅表达细胞仅表达mIgM，成熟成熟B细胞细胞可同时表达可同时表达mIgM和和mIgIgD血清浓度很低（血清浓度很低（0.2），），半寿期很短（仅半寿期很短（仅3天）天）.血清血清IgD的功能不清的功能不清.29IgE血清浓度极低，约为血清浓度极低，约为310-5mg/ml.为为亲细胞抗体亲细胞抗体，与肥大细与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力和力FcRI结合，结合，引起引起I型超型超敏反应敏反应30第第4 4节节 人工制备抗体人工制备抗体(一一)多克隆抗体的制备多克隆抗体的制备(二二)单克隆抗体及其制备单克隆抗体及其制备(三三)基因工程抗体基因工程抗体 免疫球蛋白免疫球蛋白分子上的星球大战分子上的星球大战31 应应用用含含多多个个不不同同抗抗原原表表位位的的抗抗原原物物质质刺刺激激机机体体所产生的抗体。所产生的抗体。是是针针对对多多种种不不同同抗抗原原表表位位的的不不同同抗抗体体的的混混合合物物，即为多克隆抗体。即为多克隆抗体。(一一)多克隆抗体多克隆抗体Polyclonalantibody32体体内内作作用用:多多克克隆隆抗抗体体是是机机体体发发挥挥特特异异性性体体液液免免疫疫效效应应的的重重要要分分子子，在在中中和和抗抗原原、免免疫疫调调理理、介介导导CDC、ADCC中中起起重重要要作用。作用。体外应用体外应用:诊断、治疗及应急预防诊断、治疗及应急预防.来来 源源:主主要要源源于于动动物物免免疫疫血血清清、恢恢复复期期病病人人血血清清或或免免疫疫接接种种人群。人群。主主要要缺缺点点:其其特特异异性性较较差差，易易出出现现交交叉叉反反应应，不不易易大大量量制制备备，故其应用受到限制。故其应用受到限制。多克隆抗体的特点多克隆抗体的特点33 特点特点:纯度高、特异性强纯度高、特异性强、效价高、少或无血清交叉反应、效价高、少或无血清交叉反应,并并易于大量制备易于大量制备.基本原理基本原理:用用免免疫疫脾脾细细胞胞与与小小鼠鼠骨骨髓髓瘤瘤细细胞胞融融合合后后，产产生生杂杂交交瘤瘤(hybridomahybridoma).).杂杂交交瘤瘤细细胞胞既既具具有有骨骨髓髓瘤瘤细细胞胞能能大大量量无无限限增增殖殖的特性，又具有免疫的特性，又具有免疫B B细胞合成和分泌抗体的能力；细胞合成和分泌抗体的能力；应用应用:诊断、治疗（受限于异源性）、科研。诊断、治疗（受限于异源性）、科研。(二二)单克隆抗体单克隆抗体Monoclonalantibody(Mab)由一个由一个B细胞克隆产生的细胞克隆产生的,可识别一种抗原表位可识别一种抗原表位的同源抗体的同源抗体。34单单克克隆隆抗抗体体制制备备示示意意图图 353619841984年年诺贝尔获奖者：诺贝尔获奖者：德德国学者国学者 KohlerKohler与英国学者与英国学者MilsteiMilstei获奖工作：获奖工作：杂交瘤技术杂交瘤技术制备单克隆抗体制备单克隆抗体37 存在的问题与解决的思路存在的问题与解决的思路 异种蛋白反应异种蛋白反应:可引起抗同种型抗体产生可引起抗同种型抗体产生.由此可导致由此可导致:1 1 迅速中和再次进入的抗体迅速中和再次进入的抗体,使治疗无效使治疗无效;2 2 超敏反应超敏反应.穿透力差穿透力差:影响治疗及免疫组化的效果影响治疗及免疫组化的效果,原因原因:分子量大分子量大.外源性外源性IgIg的体内半衰期较短；的体内半衰期较短；特异性差或过于单一；特异性差或过于单一；生产过程较长；生产过程较长；价格昂贵；价格昂贵；应用范围有限。应用范围有限。存在的问题存在的问题 38 单抗技术的改进；单抗技术的改进；人源化单抗的研制人源化单抗的研制 :人人-鼠杂交瘤鼠杂交瘤,人人-人杂交瘤人杂交瘤,SCID SCID鼠的应用；鼠的应用；XenoMouseXenoMouse的制备；异源性抗体的改造的制备；异源性抗体的改造 基因工程抗体的研制基因工程抗体的研制:可解决抗体的人源化及减低分子量可解决抗体的人源化及减低分子量.新效能抗体新效能抗体:抗体融合蛋白抗体融合蛋白,双功能抗体双功能抗体,抗体酶抗体酶 细胞内抗体的研制；细胞内抗体的研制；抗体库的建立；抗体库的建立；抗体药物的研制；抗体药物的研制；抗体制备的产业化；抗体制备的产业化；抗体应用范围的拓展。抗体应用范围的拓展。(二二)解决问题的思路解决问题的思路 39以以DNA重组技术手段生产的抗体为基因工程抗体重组技术手段生产的抗体为基因工程抗体基因工程抗体包括人基因工程抗体包括人-鼠嵌合抗体鼠嵌合抗体（chimericantibody）、）、改型抗体（改型抗体（reshapedantibody）、）、双特异性抗体双特异性抗体（bispecificantibody）、）、小分子抗体等。小分子抗体等。基因工程抗体有望于解决：基因工程抗体有望于解决：1抗体的人源化抗体的人源化2小分子抗体小分子抗体3抗体功能的多样性抗体功能的多样性(三三)基因工程抗体基因工程抗体Geneticengineeringantibody40基因工程抗体的种类及其特性基因工程抗体的种类及其特性种种类类基基本本结结构构相相对对分分子子量量（kDa）鼠鼠源源性性成成分分人人-鼠嵌合抗体鼠嵌合抗体鼠源鼠源V区或区或Fab15025-30%人人源源C区或区或Fc改型抗体改型抗体以鼠源以鼠源CDRs15015%替换人替换人源源CDRs双特异性抗体双特异性抗体 异源性异源性H2/L2150 150 小分子抗体小分子抗体Fab完整完整L和部分和部分H 50 15Fv VH和和VL2515单链抗体单链抗体VH连接肽连接肽VL2615单域抗体单域抗体VH12.57.5最小识别单位最小识别单位单一单一CDR 2 1.541全鼠源性抗体全鼠源性抗体人人-鼠嵌合抗体鼠嵌合抗体CDR移植抗体移植抗体ABCDEFGH双特异性抗体双特异性抗体Fab抗体抗体Fv抗体抗体ScFv抗体抗体单域抗体单域抗体42Intracellularantibody(Introbody)4344451.诊断：诊断：用已知抗原查未知抗体，或反之；用已知抗原查未知抗体，或反之；2.治疗：治疗：抗毒素、抗病毒、抗炎、抗肿瘤等；抗毒素、抗病毒、抗炎、抗肿瘤等；3.预防：预防：应急预防；应急预防；4.科研、科技开发科研、科技开发(提取提取,纯化纯化,鉴定鉴定,分析分析)抗体的应用抗体的应用一、多克隆抗体一、多克隆抗体462020世纪有关抗体的世纪有关抗体的1010项诺贝尔奖项诺贝尔奖年份年份1901190219081903191319041919190519301906196019071972190819771909198419101987成成就就血清疗法血清疗法（医疗实践）（医疗实践）抗体形成学说抗体形成学说（理论）（理论）过敏反应过敏反应（实验研究）（实验研究）补体结合现象和免疫补体结合现象和免疫（实验研究）（实验研究）ABO血型（血型（医疗实践）医疗实践）免疫耐受的实验和理论免疫耐受的实验和理论（理论）（理论）Ig的结构（的结构（实验研究实验研究）放射免疫测定放射免疫测定（方法学）（方法学）单克隆抗体和免疫网络学说单克隆抗体和免疫网络学说（方法学（方法学和和理论）理论）Ig基因结构基因结构（实验研究）（实验研究）47(FDAFastTrack)ParadigmforBiomarkeridentificationStable;CheaptoproduceandpurifyAvailability;RelativelyHighsensitivity(detection)Ab-BasedMicroChipsandBioSensorsProf.PHudson48(FDAFastTrack)ParadigmforBiomarkeridentificationStable;CheaptoproduceandpurifyAvailability;RelativelyHighsensitivity(detection)Ab-BasedMicroChipsandBioSensorsWhy are antibodies hot?Why are antibodies hot?30%of Clinical Diagnostics 30%of Clinical Diagnostics 30%of Biopharmaceuticals 30%of Biopharmaceuticals49 IgIg的结构的结构 Ig分分子子是是由由两两条条H链链和和两两条条L链链通通过过二二硫硫键键连连接接而成而成;VH和和VL是抗原结合部位；是抗原结合部位；CH区可结合补体，区可结合补体，结合结合不同细胞表面的不同细胞表面的Fc受体受体.水解片断水解片断Fab可结合抗原，可结合抗原，Fc段段可结合细胞可结合细胞.Ig可分为分泌型和膜型可分为分泌型和膜型.分泌型具有抗体的各种功能，膜分泌型具有抗体的各种功能，膜型是型是B细胞的抗原受体细胞的抗原受体,即即BCR.抗体的功能抗体的功能:结合抗原、激活补体、调理吞噬和介导结合抗原、激活补体、调理吞噬和介导ADCC、通过胎盘、结合通过胎盘、结合SPA;.不同类别的不同类别的Ig在体内发挥不同的免疫效应在体内发挥不同的免疫效应.人人工工制制备备的的抗抗体体包包括括多多克克隆隆抗抗体体、单单克克隆隆抗抗体体与与基基因工因工 程抗体。程抗体。小小 结结50名词解释：名词解释：VH、VL、Fab 段、独特型、Ig的同种异型、ADCC、调理吞噬、单克隆抗体（Mab）、基因工程抗体1、何谓抗体？何谓免疫球蛋白？、何谓抗体？何谓免疫球蛋白？2、何谓、何谓Ig的类与亚类？五种的类与亚类？五种Ig的主要区别是什么？的主要区别是什么？3、试述抗体结构与功能的关系。、试述抗体结构与功能的关系。4、你认为五类、你认为五类Ig中哪一种最重要，为什么？中哪一种最重要，为什么？5、成熟与不成熟、成熟与不成熟B细胞的表面细胞的表面Ig是什么？是什么？6、如何理解抗体的抗原性？、如何理解抗体的抗原性？思考题思考题51部分图片文献资料出处部分图片文献资料出处RoittIM,etal.Immunology(6/e.)2001,HarcourtPublisherLtc.JanewayCA,etal.Immunobiology,(6/e,)2004,GarlandPublishingLtc.AbbasAKetal.CellularandMolecularImmunology,(5/e),2005,ElsevierScienceHealthSciencePublishingLtcKubyJ.etal.Immunology,(6/e),2006,WhFreemanPublisher.PeterJD.etal,EncyclopediaofImmunology.(2/e.)1998,AcademicPress陈慰峰陈慰峰主编：主编：医学免疫学医学免疫学人民卫生出版社人民卫生出版社.本科生教材本科生教材周光炎周光炎主编：主编：免疫学原理免疫学原理科学出版社科学出版社研究生教材研究生教材何何维维主编：主编：医学免疫学医学免疫学人民卫生出版社人民卫生出版社七年制教材七年制教材龚非力龚非力主编：主编：医学免疫学医学免疫学科学出版社科学出版社研究生教材研究生教材司传平司传平主编：主编：免疫学多媒体教学图像素材库免疫学多媒体教学图像素材库高等教育出版社高等教育出版社52The End!The End!53
