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1、第 四 章 免疫球蛋白,1972年诺贝尔生理医学奖,内容提要,概述 免疫球蛋白的结构 抗体的抗原性 抗体的功能 五类免疫球蛋白的特性 人工制备抗体,抗体的发现和研究历史：1889年：绿脓杆菌 感染 动物血清,凝集反应 （凝集素）,1890年(Behring):白喉类毒素 免疫 动物血清,绿脓杆菌,白喉毒素,中和毒素 (抗毒素),并发现在血清蛋白中主要是r-球蛋白（丙种球蛋白）具有抗体活性。1972年，获得诺贝尔生理医学奖。,血清蛋白电泳图谱显示,nonimmune serum,immunized serum,immunized serum was incubated with the anti
2、gen,概念1. 抗体（antibody, Ab）功能性概念 是介导体液免疫的重要效应分子。是B细胞接受抗原刺激后增殖分化为浆细胞所产生的糖蛋白，通过与相应抗原特异性结合发挥体液免疫功能。 2. 免疫球蛋白（immunoglobulin, Ig）结构性概念 具有抗体活性或 化学结构与抗体相似的球蛋白。,存在形式BCR 膜型（membrane immunoglobulin, mIg）抗体 分泌型（secreted immunoglobulin, sIg）,理化性质 属球蛋白，在电泳图谱上大部分抗体活性在球蛋白，具有抗原性。,二、Ig的结构(IgG 为例),重链与轻链 (H or L)可变区和恒定
3、区 (V or C)超变区与骨架区 (HVR or FR)铰链区，J链和分泌片结构域水解片段,基本结构* 两条相同的重链+两条相同的轻链分类和分型 （1）根据重链氨基酸组成、序列及结构的差异，将Ig 分为五类： IgM () 、IgG()、IgA()、IgD()、 IgE() 亚类：IgG：IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 IgA：IgA1, IgA2（2）分两型：根据轻链氨基酸组成、序列及结构的差异，可将轻链分为两型：和型,可变区和恒定区1.可变区（variable region，V区）：位于Ig分子N端，占轻链1/2和重链1/4或1/5；决定抗体与抗原结合的特异性。HVR=CD
4、R* 超变区（HVR）：在VL和VH中，某些特定位置的氨基酸残基的排列顺序高度可变。轻、重链各有3个HVR。*互补决定区（CDR）：超变区乃抗体与抗原（表位）特异性结合的位置。* 骨架区（FR）：V区中非HVR部位。VH和VL各有4个FR。2.恒定区（constant region,C区)：位于Ig 分子的C端，占轻链1/2和重链3/4或4/5。在同一种属中，同一类重链和同一类轻链C区氨基酸的组成或排列比较恒定。介导Ig多种生物学功能。,铰链区 位于CH1和CH2之间可转动的区，含丰富的脯氨酸，易伸展弯曲，有利于Ig V区与抗原互补性结合；有利于暴露补体结合位点；对蛋白酶敏感。其它成分J链（j
5、oining chain）分泌片（secretory piece, sp）水解片段功能区,Flexibility of immunoglobulins,1. 连接链（joining chain，J链）：IgM五聚体，IgA双聚体2. 分泌片（secretory piece, SP）：SIgA,免疫球蛋白的水解片段1. 木瓜蛋白酶（Papain）（将重链于近氨基端切断）Fab段（fragment of antigen- binding，抗原结合片段）：Fab段可以与抗原结合，具有抗体的活性。Fc段（fragment crystalizable，可结晶片段）：异种间免疫有抗原性2. 胃蛋白酶（Pe
6、psin）（将重链于近羧基端切断）F( ab )2 ：可结合2个抗原表位。pFc ：无生物学活性。3. 意义：阐明Ig分子生物学作用。,免疫球蛋白的结构域,Ig的多肽链分子可折叠成若干个由链内二硫键连接的球形结构。每个球形结构约由110个氨基酸组成，具有一定的生理功能，故称为功能区（domain）。VH和VL：与抗原特异性结合的部位； CL和CH1：某些同种异型（allotype）遗传标记； IgG的CH2、IgM的CH3：补体C1q结合点 激活补体经典途径； IgG的CH3：结合单核/巨噬细胞表面FcR 不同生物学效应,与抗原特异性结合的部位,某些同种异型遗传标记,结合补体,结合FcR,三、
7、免疫球蛋白的异质性,不同抗原表位刺激所产生不同的抗体分子，其识别抗原的特异性不同（V区不同） 同一抗原表位诱生的不同类型的抗体，其识别抗原的特异性相同（C区不同）免疫球蛋白有不同种类免疫球蛋白同时可作为抗原，其具有不同的抗原特异性,免疫球蛋白具有抗原性,Ig的血清型同种型（isotype） 指同一种属所有个体的Ig分子共有的抗原特异性标志，位于Ig的C区。同种异型（allotype） 指同一种属不同个体间Ig分子所具有的不同的抗原特异性标志，位于Ig的C区。独特型（idiotype） 指同一个体不同B细胞克隆产生的Ig分子所特有的抗原特异性标志，独特型由若干个抗原决定簇组成，主要存在于V区。,
8、免疫网络学说1972年Jerne根据现代免疫学对抗体分子独特型的认识，提出了免疫网络学说，获1984年诺贝尔医学奖。 在抗原刺激发生之前，机体处于一种相对的免疫稳定状态，当抗原进入机体后打破了这种平衡，导致了特异性抗体（Ab1）的产生，当达到一定量时将引起针对Ab1分子独特型的免疫应答，即产生抗独特型Ab2。抗独特型抗体分为两种，分别针对V 区的支架部位（型，即Ab2）和抗原结合部位（型，即Ab2）。Ab2与抗原决定基结构相似，并能与抗原竞争性地和Ab1结合，因而型抗独特型抗体被称为抗原的内影像（internal image）。抗独特型抗体作为一种负反馈因素，对特异性抗体的分泌起抑制作用。,四
9、、免疫球蛋白的生物学功能,V区的功能与抗原特异性结合；中和作用：阻止病毒、中和细菌毒素；,Neutralization By Antiviral Antibodies,Bacterial Neutralization By Ab,C区的功能激活补体 IgM、IgG13 激活补体经典途径IgA、 IgE或IgG4 激活补体旁路途径与细胞表面FcR结合1）调理作用：IgFc段与吞噬细胞表面FcR结合促吞噬；2）抗体依赖的细胞介导的细胞毒作用（Ab-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC)3)介导I型超敏反应穿过胎盘和粘膜：IgG通过胎盘；sIgA穿过粘膜
10、的功能参与免疫应答的调节,介导I型超敏反应(IgE) hypersensitivity,Ag,五、Ig的特性和功能,IgG IgM IgA IgD IgE,IgG的特性和功能,出生后3个月开始合成，3-5岁接近成人水平； 血清中的主要抗体成分（75-80%）；半衰期长； 多数抗菌、抗病毒、抗毒素抗体均属IgG类； 是唯一能通过胎盘的Ig，发挥自然被动免疫功能； 具有活化补体经典途径的能力（IgG3IgG1IgG2）； 具有调理作用、ADCC作用和结合SPA (葡萄球菌蛋白A)等； 参与型、型超敏反应，某些自身免疫病的抗体也属IgG,多,IgM的特性和功能,分子量最大，为五聚体，称为巨球蛋白；
11、发育早，个体发育最先出现，脐带血IgM增高提示胎内感染（如风疹病毒、巨细胞病毒感染等）； 抗原初次刺激机体时，是体内最先产生的Ig；血清IgM升高说明有近期感染；有强大激活补体能力和调理作用，在机体早期免疫防御中具有重要作用； 未成熟B细胞仅表达mIgM，记忆B细胞mIgM消失。,替代轻链,VHDHJH,DHJH,VLJL,IgM,IgD,IgM,B220,不成熟B细胞,前B细胞,B祖细胞,成熟B细胞,轻链基因,重链基因,RAG-1/2,轻 链,膜型重链,VHDHJH,DHJH,VHDHJH,VHDHJH,VLJL,VLJL,+,+,-,-,m,m,m+d,k or l,k or l,替代轻链
12、,Vpre-B + l5 胚系k + l,Vpre-B + l5 胚系k + l,B 细 胞 发 育 过 程,-,-,IgA的特性和功能,分为单体的血清型和二聚体的分泌型IgA； 分泌型IgA 主要由黏膜相关淋巴组织产生，存在于唾液、泪液、乳汁及呼吸道、消化道、泌尿道的分泌液中和黏膜表面，是机体黏膜局部抗感染免疫的重要因素。 调理吞噬、中和毒素 初乳中的sIgA可对婴幼儿发挥自然被动免疫作用,IgD的特性和功能,血清中含量低（0.2%），其生物学作用尚不清楚 mIgD可作为B细胞分化成熟标记，成熟B细胞同时表达mIgM和mIgD,mIgM,mIgD,成熟B细胞,活化B细胞,未成熟B细胞,IgE
13、的特性和功能,是血清中含量最低的Ig； 主要由呼吸道、胃肠道粘膜固有层的浆细胞产生 属嗜细胞抗体，可与肥大细胞、嗜碱粒细胞表面FcR结合，介导I型超敏反应。 与抗寄生虫免疫有关。,六、人工制备抗体,1.多克隆抗体(polyclonal antibody, PAb)：一种天然抗原通常具有多个表位，可刺激多个B细胞克隆发生免疫应答，产生的抗体为针对多个表位的多克隆抗体。2.单克隆抗体(monoclonal antibody, McAb)：由一个克隆B细胞产生， 只作用于某一抗原决定簇的均一抗体。,多克隆抗体,单克隆抗体,抗原表位,分离血清,分离脾细胞,杂交,选择,浆细胞,骨髓瘤细胞,杂交瘤,克隆,
14、单克隆和多克隆抗体的比较和用途,特异性,敏感性,均一性,McAb,PcAb,低,差,无,高,强,有,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的定位诊断和临床治疗。,5、抗T细胞、抗IL2McAb防治器官移植排斥,3.基因工程抗体(genetic engineering antibody) 借助重组技术和蛋白质工程技术，按人们的意愿在基因水平对Ig分子进行切割、拼接或修饰，重新组装成新型抗体分子。目的：保留抗体的抗原结合能力，降低生产成本、易于大规模生产，减小鼠源性成份，获得新的生物学活性。 如：人-鼠嵌合抗体(chimeric antibody)改型抗体 (reshaped humanized antibody),Thank you!,
