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1、第三章 B细胞和抗体 山东师范大学生命科学院 杨桂文 正常人血清电流泳分离图 免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig）是指具有抗体活性的或化 学结构与抗体相似的球蛋白。 抗体（antibody, Ab）是机体免疫细胞被抗原激活后，由分 化成熟的终未B细胞浆细胞合成分泌的一 类能与相应抗原特异性结合的具有免疫功能的球 蛋白。 免疫球蛋白可以看作是化学结构上的概念，而 抗体则是生物学功能上的概念。 第一节 免疫球蛋白的结构 一、免疫球蛋白的基本结构 免疫球蛋白分子是由两条相同的重链 （heavy chain，H链）和两条相同的 轻链（light chain，L链）通过链间 二硫键连接而成
2、的四肽链结构。位于 上端的两个臂由易弯曲的铰链区（ hinge region）连接到主干上形成一 个“Y”形分子，称为Ig分子的单体 ，是构成免疫球蛋白分子的基本单位 。 免疫球蛋白的基本结构 1. 重链（heavy chain，H链） IgG重链相对分子质量较大,约为50KD，由440个氨基酸残基组成。其中近氨基 端（N端）1/4区域因氨基酸组成及排列顺序多变，称为重链可变区（variable region of heavy chain，VH区）；该区内第2931、4958、95102位置上的 氨基酸具有更大的变异性，所以将这些部位称为超变区（hypervariable region ，HV
3、区）。在重链可变区中非HV区部位的氨基酸组成和排列顺序相对恒定保守， 称为骨架区（framework region）。重链剩余3/4区域因氨基酸组成和排列顺序相 对恒定保守，称重链恒定区（constant region of heavy chain，CH区）。 2.轻链 轻链（light chain, L链）相对分子质量较小，约25KD，由214个氨基酸组成 。其中近氨基端1/2区域因氨基酸组成及排列顺序多变，称为轻链可变区（ variable region of light chain, VL区）；该区内第2834、4956、9198 位置上的氨基酸具有更大变异性，故将这些部位称为超变区。轻
4、链剩余1/2 区域因氨基酸级成及排列顺充相对稳定，故称轻链恒定区（constant region of light chain, CL区）。 Ig重链恒定区由 于氨基酸的组成和排列顺序的差异，故其 抗原性也不相同。据此，可将Ig分为五类，或称为免疫球 蛋白的同种型（isotype），即IgM、IgD、IgG、IgA和IgE， 其相应的重链分别为链、链、链、链和链。 根据L链抗 原性的不同，可分为两型，即(kappa)型和 (lambda)型。一个天然Ig分子上两条L链的型别总是相同的 。五类Ig 中每类Ig都可以有链或链，两型轻链的功能无 差异。 二、免疫球蛋白的功能区 三、免疫球蛋白的水解片
5、段 第二节 免疫球蛋白的血清型 一、同种型 同种型（isotype）是指同一种属所有正常个体免疫球蛋白 （Ig）分子共同具有的抗原特异性标志。 根据免疫球蛋白重链恒定区（CH区）肽链抗原特异性 的不同，可将人免疫球蛋白分为五类： IgG、 IgA、 IgM、 IgD、 IgE （） （）（） （） （） 同一类免疫球蛋白，因其重链恒定区内肽链抗原特异 性仍有某些差异，所以又可将它们分为若干亚类： IgG：IgG1、IgG2、IgG3、IgG4 IgA：IgA1、IgA2 IgM：IgM1、IgM2 IgD: IgE: 根据免疫球蛋白轻链恒定区肽链抗原特异性的不 同，可分为、两型。 每个Ig分子
6、中的两条轻链都是相同的，在一个 Ig单体分子上不可能同时出现、型两种轻链。 二、同种异型 同种异型（allotype）是指同一种属不同个体所产生的同一 类型Ig由于重链或轻链恒定区内一个或数个氨基酸 不同（即遗传标志不同）而表现的抗原性差异。 三、独特型 独特型（idotype）是指不同B细胞克隆所产生的免疫球蛋白 分子V区和T、B细胞表面抗原（识别）受体V区所具 有的抗原特异性标志。 第三节 免疫球蛋白的基因及其表达 一、免疫球蛋白的基因库 人类免疫球蛋白的基因库组成及定位 14号染色体 2号染色体 22号染色体 二、轻链（）基因的重组与表达 轻链（）基因的重组与表达 Ig重链基因的重组与表
7、达 二、重链基因的重组与表达 三、抗体多样性的产生 等位排斥（allelic exclusion）是指B细胞中位于一对染色体上的轻链 或重链基因，其中只有一条染色体上的基因得到表达，这样对遗传上是 杂合子的个体来说，也同样保证了一个B细胞只表达一种轻链和一种重链 ，也即只表达一种特异抗原受体。 同种型排斥（isotype exclusion）是指两种轻链之间的排斥，轻链有 链和链，但一个BCR和Ig分子只能表达其中的一种，或是链，或是 链。 抗体基因表达的特点 第四节 B细胞对抗原的识别与激活 一、TD抗原对B细胞的激活 B细胞活化的双信号 二、TI抗原对B细胞的激活 三、类别转换 在抗体应答
8、过程中，抗原 激活B细胞后，膜上表达 和分泌的Ig类别会从IgM 转换成IgG、IgA、IgE 等其 他类别或亚类的Ig，这种 现象就称为类别转换（ class switch）或同种型转 换（isotype switch）。 既然抗体的特异性是由其可变区决定，那么 大自然为什么还要允许B细胞转换它们产生 的抗体类型？ 四、体细胞高突变 通常，在人体细胞中，DNA整体突变率是相当低的，在 每个DNA复制周期中，每1亿个碱基中大约仅有一个会发生突 变。然而，在B细胞染色体V、D、J基因片段区域会发生相当 高的突变，大约每1千个碱基就有一个发变突变，是正常突变 的发生变的百万倍以上。我们称这种突变为
9、“体细胞高突变” ，发生于V、D、J基因片段选择重排后，通常是在类型转换 后发。 高突变导致什么样的结果？ 五、抗体产生的一般规律 个体发育中Ig 产生的规律 初次免疫应答和再次免疫应答的规律 初次免疫应答与再次免疫应答的特性比较 再次应答的机制： l再次应答的潜伏期之所以缩短是因为：记忆细胞的数量远远大于 初始细胞，接触抗原的机会增大；B记忆细胞已经致敏；C记忆T细 胞表达高水平的黏附分子，比未致敏细胞更容易被APC激活。 l再次应答产生的抗体水平高，并且抗体持续的时间也比初次应答长， 这同样是因为抗原特异性记忆细胞的数量远远高于抗特异性未致敏细胞 。另外，再次应答主要产生IgG，其半衰期也
10、与之相关。 l记忆B细胞已经经过亲和力成熟，所以产生的抗体的亲和力比初次应答 的高。 l记忆细胞中Ig基因已经经过同种型转换重排，所以产生适合于消灭某 种病原体的同种型抗体。 第五节 免疫球蛋白超家族 免疫球蛋白超家族（immunoglobulin superfamily, IgSF） 是指一系列在氨基酸组成和结构上与免疫球蛋白可变区（V区 ）或恒定区（C区）有较高同源性的蛋白质分子，主要包括T细 胞、B细胞抗原受体和信号转导分子如CD3、MHC分子及相关 分子2微球蛋白；免疫球蛋白受体如IgG Fc受体（FcR）；某 些细胞因子受体如受体IL-1受体、IL-6受体、M-CSF受体及部分 白细
11、胞分化抗原如CD4、CD28、CD58、CD54等。 第六节 多克隆抗体和单克隆抗体 一、单克隆抗体的要概念 单克隆抗体技术的核心是用骨髓瘤细胞(myeloma cell)与经特定抗原免 疫刺激的B淋巴细胞(antigen stimulated B lymphoblast)融合得到杂交瘤细 胞(hybridoma cell)，杂交瘤细胞既能象骨髓瘤细胞那样在体外无限增殖， 又具有B淋巴细胞产生特异性抗体的能力。因此，单克隆抗体技术又称为杂 交瘤技术(hybridoma technology ）。 二、杂交瘤细胞的原理 三、单克隆抗体的制备过程 第七节 免疫球蛋白的生物学活性 一、免疫球蛋白生物
12、学功能概述 特异性结合抗原 激活补体 结合细胞表面Fc受体 穿过胎盘和粘膜 1. 特异性结合抗原 2. 激活补体 3. 结合细胞表面Fc受体 4. 穿过胎盘和粘膜 二、各类免疫球蛋白的分布、特性和功能 IgGIgG于出生后于出生后3 3个月开始合成个月开始合成 IgGIgG多为单体，半衰期约为多为单体，半衰期约为2323天，占血清免疫球蛋白总天，占血清免疫球蛋白总 量的量的75%75%80%80% IgG1IgG1、IgG2IgG2和和IgG3IgG3的的CH2CH2能通过经典途径激活补体能通过经典途径激活补体 IgGIgG是唯一能通过胎盘的抗体是唯一能通过胎盘的抗体 通过通过FcFc段与吞噬
13、细胞表面段与吞噬细胞表面FcRFcR结合，发挥调理作用；与结合，发挥调理作用；与 K K细胞结合，发挥细胞结合，发挥ADCCADCC作用；与葡萄球菌作用；与葡萄球菌A A蛋白结合。蛋白结合。 具有抗菌、抗毒和抗病毒作用具有抗菌、抗毒和抗病毒作用 一、IgG 为五聚体，是分子量最大的为五聚体，是分子量最大的IgIg，称巨球蛋白。，称巨球蛋白。 IgMIgM激活补体能力比激活补体能力比IgGIgG强强 天然血型抗体是天然血型抗体是IgMIgM IgMIgM是个体发育过程最早能产生的抗体，胚胎晚期已能合成，是个体发育过程最早能产生的抗体，胚胎晚期已能合成， 新生儿脐带血中若新生儿脐带血中若IgMIg
14、M水平升高，表示该儿曾有宫内感染水平升高，表示该儿曾有宫内感染 IgMIgM是抗原刺激后出现最早的抗体，故检测是抗原刺激后出现最早的抗体，故检测IgMIgM水平可用于传水平可用于传 染病的早期诊断。染病的早期诊断。 IgMIgM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 二、IgM 分为血清型和分泌型两种，血清型分为血清型和分泌型两种，血清型IgAIgA主要由肠系膜淋巴组主要由肠系膜淋巴组 织中的浆细胞产生。而分泌型织中的浆细胞产生。而分泌型IgAIgA（SIgASIgA）是由呼吸道、消）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。化道、泌尿生殖道等处的固有层中浆细胞
15、产生。 主要存在于初乳、唾液、泪液，以及呼吸道消化道和泌尿生主要存在于初乳、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。 分泌型分泌型IgAIgA的合成和主要作用部位在黏膜的合成和主要作用部位在黏膜 三、IgA 又称亲细胞抗体。又称亲细胞抗体。 CH2CH2和和CH3CH3功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲功能区可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲 和力和力FcFc受体结合，引起受体结合，引起I I型超敏反应。型超敏反应。 其产生部位与其产生部位与SIgASIgA相似，主要由呼吸道如鼻咽、扁桃体、相似，主要由呼吸道如鼻咽、扁桃体、 支气管和胃肠道黏膜固层中的浆细胞产生。支气管和胃肠道黏膜固层中的浆细胞产生。 五、IgE STUDY QUESTIONS An investigator wanted to make a rabbit antiserum specific for mouse IgG. She injected a rabbit with purified mouse IgG
