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1、第二章第二章免免免免 疫疫疫疫 球球球球 蛋蛋蛋蛋 白白白白基基 本本 概概 念念v 抗体抗体（antibody , Ab） 是是免免疫疫系系统统受受抗抗原原刺刺激激后后，由由B淋淋巴巴细细胞胞合合成成分分泌泌的的、并并能能与与该该抗抗原原特特异异性性结结合合的球蛋白。存在于血液和组织液中。的球蛋白。存在于血液和组织液中。v免疫球蛋白免疫球蛋白（ immunoglobulin , Ig ） 凡具有抗体活性或化学结构与抗体相凡具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白统称为免疫球蛋白似的球蛋白统称为免疫球蛋白Ig 包括包括1. 抗体抗体 天然抗体天然抗体 如血型抗体如血型抗体 受抗原刺激后产生的抗
2、体受抗原刺激后产生的抗体2. 无抗体活性无抗体活性Ig 如如骨髓瘤患者血清骨髓瘤患者血清M蛋白蛋白 第一第一节节免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构一一. Ig 的基本结构的基本结构1、重链和轻链、重链和轻链(1)重链重链 ( heavy chain, H )长长 度度 450550 aa血清型血清型 , , , , Ig 的的类类 ( class )根据根据H链的抗原特异性链的抗原特异性Ig分为五类分为五类IgG(), IgA(), IgM(), IgD(), IgE()不同类重链的氨基酸残基序列差异很大不同类重链的氨基酸残基序列差异很大例例 人人Ig 1链和链和
3、链同源性为链同源性为32%(2) 轻链轻链( light chain, L )长长 度度 214220 aa分子量分子量 2325 Kd血清型血清型(抗原特异性抗原特异性):无亚型无亚型; :1 4亚型亚型人人: 和和同源性同源性39%2、可变区和、可变区和恒定区恒定区Ig 功功能能区区 由由肽肽链链内内二二硫硫键键折折叠叠构构成成的的、具具有有一定功能的球状结构一定功能的球状结构 L链链2个功能区个功能区 H链链4 / 5个功能区个功能区功能区大小功能区大小约约110aa可变区可变区 ( Variable Regions,V ) 高变区高变区 Hypervariable (HVR) or C
4、DR complimentarity determining regions骨架区骨架区 Framework regions(FR)例例 针对不同抗原表位针对不同抗原表位 IgG-V区氨基酸序列比较区氨基酸序列比较l HVR经经折叠形折叠形成抗原结合部位成抗原结合部位,其空间构像与抗其空间构像与抗原表位形状高度原表位形状高度精确互补精确互补, 称为称为互补决定互补决定区区(CDR)互补决定区互补决定区(CDR)3、铰链区、铰链区 ( hinge region )1. 富含脯氨酸，结构松散有弹性富含脯氨酸，结构松散有弹性2. Ig 重链连接与分亚类重链连接与分亚类3. Ig 变变构构 使抗原使抗
5、原结合腔结合腔与抗原与抗原表位尽表位尽量吻合量吻合lJ J链是一条多肽链，富含链是一条多肽链，富含半胱氨酸，由浆细胞合成，半胱氨酸，由浆细胞合成，主要功能是将单体主要功能是将单体IgIg连接连接为多聚体。为多聚体。 （5 IgM,2 5 IgM,2 IgAIgA）l分泌片：由黏膜上皮细胞分泌片：由黏膜上皮细胞合成和分泌，以非共价形合成和分泌，以非共价形式结合到二聚体上，保护式结合到二聚体上，保护IgAIgA，使之不受环境中酶使之不受环境中酶的破坏，并介导的破坏，并介导IgAIgA的转的转运运二、二、J J链和分泌片链和分泌片三、水解片段三、水解片段l在一定条件下，免疫球蛋白分子肽链在一定条件下
6、，免疫球蛋白分子肽链的某些部分易被蛋白酶水解为不同片的某些部分易被蛋白酶水解为不同片段。木瓜蛋白酶（段。木瓜蛋白酶（papainpapain）和胃蛋白）和胃蛋白酶（酶（pepsinpepsin）是最常用的两种）是最常用的两种IgIg蛋白蛋白水解酶，并可藉此研究水解酶，并可藉此研究IgIg的结构和功的结构和功能，分离和纯化特定的能，分离和纯化特定的IgIg多肽片断多肽片断水解片段水解片段1 1 木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶( (papainpapain) )水解水解IgGIgG：得到两个相同的得到两个相同的FabFab（抗原结合片段）段和一个（抗原结合片段）段和一个FcFc（可结晶片段）（可结晶片段）段
7、。段。2 胃蛋白酶水解片段胃蛋白酶水解片段 胃蛋白酶胃蛋白酶(pepsin)(pepsin)裂解裂解IgGIgG：得到一个具得到一个具有双价活性的有双价活性的F F（abab）2 2段和若干个小段和若干个小分子多肽碎片（分子多肽碎片（pFcpFc）第二节第二节免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性一、免疫球蛋白的类型一、免疫球蛋白的类型l1. 1. 类：类：IgGIgG、IgMIgM、IgDIgD、IgAIgA、IgEIgEl2.2.亚类：亚类：l3.3.型：型：l4.4.亚型：亚型：双重特性：双重特性： 抗体活性抗体活性 免疫原性（抗原物质）免疫原性（抗原物
8、质）l根据根据IgIg不同抗原决定基存在的部位以及在异种、不同抗原决定基存在的部位以及在异种、同种异体或自体中产生免疫的差别，可将同种异体或自体中产生免疫的差别，可将IgIg的的抗原性分为同种型、同种异性和独特性抗原决抗原性分为同种型、同种异性和独特性抗原决定基定基二、免疫球蛋白的血清型二、免疫球蛋白的血清型v 同种型同种型 ( isotype )免疫原性因物种而异免疫原性因物种而异, 由由C区表位决定区表位决定同一物种所有个体均带有相同同一物种所有个体均带有相同C区基因区基因可刺激异种个体产生抗可刺激异种个体产生抗Ig-Fc抗体抗体v 同种异型同种异型(allotype )抗原性因个体而异，
9、个体型标志：抗原性因个体而异，个体型标志：lIgG (链链 约约30个个Gm), IgA2 (2 链链2个个Am) lIgE (链链1个个Em), 链链 ( 3个个Km )可刺激同种或异种个体产生相应抗体可刺激同种或异种个体产生相应抗体v 独特型独特型( idiotype )抗原性抗原性因因Ig分子而异分子而异由由V区表位决定区表位决定可刺激异种或同种个可刺激异种或同种个体、及自体产生抗独体、及自体产生抗独特型抗体特型抗体第三节第三节免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的主要功能免疫球蛋白的主要功能l与相应抗原特异性结合与相应抗原特异性结合l激活补体激活补
10、体l与细胞表面与细胞表面FcFc受体结合受体结合l通过胎盘和黏膜通过胎盘和黏膜1. Ig V 区的功能区的功能V区与抗原决定基特异性结合区与抗原决定基特异性结合1) 结合腔凹槽与抗原结合腔凹槽与抗原决定基空间构像特决定基空间构像特异性精确互补异性精确互补2)结合腔内的氨基酸与抗原决定基的化学基团结合腔内的氨基酸与抗原决定基的化学基团 之间的氢键等分子间的吸引力之间的氢键等分子间的吸引力结果结果 形成形成Ag-Ab复合物复合物, 使抗原不能发使抗原不能发挥原有的生物学效应挥原有的生物学效应Bacterial toxinsHost cellToxin receptorsNeutralization
11、 by antibodyPhagocytosis of antibody-antigen complex by macrophageFc receptorForming phagosome2. Ig C区的功能区的功能(1)激活补体经典途径激活补体经典途径 ( IgG 和和 IgM ) IgG与与Ag结合后暴露结合后暴露CH2的补体结合位的补体结合位点并激活补体系统点并激活补体系统C1rC1sC1qC1rC1sC1qNo activationActivationMacrophageExtracellularbacteriaOpsonizationIngestion by macrophageD
12、igestion in lysosome(2) 结合细胞结合细胞(细胞亲嗜性细胞亲嗜性) 1. 免疫调理作用免疫调理作用 结合巨噬细胞结合巨噬细胞2）抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用）抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用( ADCC ) 结合自然杀伤细胞结合自然杀伤细胞(natural killer cells ,NK)3） 介导介导型超敏反应型超敏反应( IgE, IgG4 ) 结合肥大细胞与嗜碱性粒细胞结合肥大细胞与嗜碱性粒细胞l3 3 通过胎盘通过胎盘 ( ( IgGIgG ) ) IgG-C2IgG-C2与胎盘与胎盘的的FcRnFcRn结合后进入子宫结合后进入子宫l4 4 参与免疫调节参与免疫
13、调节第四节第四节第四节第四节 五类免疫球蛋白的特征五类免疫球蛋白的特征五类免疫球蛋白的特征五类免疫球蛋白的特征lIgGIgG多为单体，是多为单体，是唯一能通过胎盘唯一能通过胎盘的抗体的抗体l据重链（据重链（ 链）免疫原性，链）免疫原性，IgGIgG分分4 4个亚型个亚型一、一、IgGlIgG1IgG1、IgG2IgG2和和IgG3IgG3能通过经典途径激活补体能通过经典途径激活补体l血清含量最高血清含量最高(75%(75%80%),80%),也是丙种球蛋白的也是丙种球蛋白的主要成分主要成分l半衰期较长（半衰期较长（202023d23d）l主要的抗感染抗体主要的抗感染抗体( (具有抗菌、抗病毒、
14、中和具有抗菌、抗病毒、中和毒素和免疫调理作用毒素和免疫调理作用) )，抗感染主力军，抗感染主力军l参与参与IIII、IIIIII型超敏反应型超敏反应IgGIgG的特点的特点IgG 分 子 的 四 种 亚 型IgG1IgG4IgG3IgG2 1 1， 2 2， 3 3 和和 4 4 等等IgIg 链分链分别参与组成别参与组成IgG1IgG1、IgG2IgG2、IgG3IgG3和和IgG4IgG4等分子。等分子。IgG3IgG3的铰链区最的铰链区最长，长，IgG2IgG2铰链区铰链区较短。四种亚类较短。四种亚类的的IgGIgG分子在血分子在血清中的浓度不同，清中的浓度不同，所发挥的生物学所发挥的生
15、物学特性亦不相同。特性亦不相同。l占血清免疫球蛋白总量占血清免疫球蛋白总量5%-10%,5%-10%,血清浓度约为血清浓度约为1mg/ml1mg/mll单体以膜结合型表达于单体以膜结合型表达于B B细胞表面，构成细胞表面，构成B B细胞抗细胞抗原受体（原受体（BCRBCR）（二）（二）IgMIgM为五聚体，是为五聚体，是分子量最大分子量最大的的Ig，称巨球蛋白。称巨球蛋白。IgM激活补体、结合抗原、免疫调理作用比激活补体、结合抗原、免疫调理作用比IgG强强天然血型抗体是天然血型抗体是IgMIgM J 链IgM 抗 体 结 构分分 泌泌 型型 IgM膜膜 型型 IgMsIgM Iga a Igb
16、 b Iga a Igb blIgMIgM是个体发育中最早产生的抗体，胚胎晚期是个体发育中最早产生的抗体，胚胎晚期已能合成，新生儿脐带血中若已能合成，新生儿脐带血中若IgMIgM水平升高，水平升高，提示胎儿曾有提示胎儿曾有宫内感染宫内感染lIgMIgM是抗原刺激后出现最早的抗体，半衰期短，是抗原刺激后出现最早的抗体，半衰期短，故检测故检测IgMIgM水平可用于传染病的水平可用于传染病的早期诊断。早期诊断。lmIgMmIgM是是B B细胞抗原受体（细胞抗原受体（BCRBCR）的主要成分）的主要成分l也可参与也可参与IIII、IIIIII型超敏反应型超敏反应IgM的特点的特点l分为血清型和分泌型两
17、种。分为血清型和分泌型两种。l血清型血清型IgAIgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生，为单体。而分泌型胞产生，为单体。而分泌型IgAIgA（sIgAsIgA）是是由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的固有由呼吸道、消化道、泌尿生殖道等处的固有层中浆细胞产生，为双体、三体或多体。层中浆细胞产生，为双体、三体或多体。lsIgAsIgA主要存在于唾液、泪液、以及呼吸道、主要存在于唾液、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。消化道和泌尿生殖道黏膜表面的分泌液中。( (三三) )IgAIgA J 链分泌链IgA dimerIgA的特点的特点l参与皮肤参与皮肤
18、粘膜的局部粘膜的局部抗感染作用抗感染作用l初乳中含有高浓度的初乳中含有高浓度的sIgA-母乳喂养母乳喂养l通过替代途径激活补通过替代途径激活补体体l参与参与型超敏反应型超敏反应sIgAsIgA的合成和的合成和主要作用部位主要作用部位在黏膜在黏膜l血清血清IgDIgD浓度很低，仅占血清浓度很低，仅占血清免疫球蛋白总量的免疫球蛋白总量的0.2%0.2%l绞链区较长，易被蛋白酶水解，绞链区较长，易被蛋白酶水解，故半寿期很短（故半寿期很短（3d3d）lIgDIgD是是B B细胞的重要表面标志细胞的重要表面标志lB B细胞的分化过程中首先出现细胞的分化过程中首先出现mIgMmIgM，mIgDmIgD的出
19、现标志着的出现标志着B B细细胞成熟胞成熟l对防止免疫耐受有一定作用对防止免疫耐受有一定作用( (四四) )IgDIgD IgD 分 子 的 结 构l血清中血清中含量最低含量最低l可与肥大细胞、嗜碱性可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力粒细胞上的高亲和力FcFc受体（受体（FcRFcR）结）结合，引起合，引起型超敏反应型超敏反应lFcRFcR分布于巨噬细胞、分布于巨噬细胞、B B细胞、嗜酸粒细胞细胞、嗜酸粒细胞( (五五) )IgEIgE IgE 分 子 的 结 构第五节第五节抗体的制备抗体的制备抗体的制备抗体的制备l多克隆抗体多克隆抗体l单克隆抗体单克隆抗体l基因工程抗体基因工程抗体l蛋黄
20、抗体蛋黄抗体C区区相同相同V区不同区不同血清中血清中Ig多样性原因多样性原因AgIgGaIgMaIgAaIgEaIgGbIgMbIgAbIgEbIgEcIgAcIgMcIgGcV区区相相同同，C区区不不同同EaEbEcl 多克隆抗体多克隆抗体( pAb：polyclonal antibody ) 例例 甲型副伤寒杆菌甲型副伤寒杆菌(PA)O-Ag 免疫家兔免疫家兔 激活多个激活多个B细胞克隆细胞克隆 O1 抗抗-O1 - IgG / IgM / IgA O2 抗抗-O2 - IgG / IgM / IgA O12 抗抗-O12-IgG / IgM / IgA 单克隆抗体单克隆抗体 ( McAb
21、：monoclonal antibody ) 是由是由1个个B细胞克隆合成的、只能与一种细胞克隆合成的、只能与一种抗原决定基特异结合的完全均一的抗原决定基特异结合的完全均一的Ig 单克隆和多克隆抗体的比较和用途单克隆和多克隆抗体的比较和用途特异性特异性敏感性敏感性均一性均一性McAbMcAbPcAbPcAb低低差差无无高高强强有有1 1、用于免疫学检测，、用于免疫学检测，辅助临床诊断辅助临床诊断2 2、McAbMcAb用于亲和层析，用于亲和层析，分离微量可溶性抗分离微量可溶性抗原原3 3、标记的、标记的McAbMcAb用于基础研究，了解细用于基础研究，了解细胞分化等胞分化等4 4、制备生物导弹
22、用于肿瘤、移植等、制备生物导弹用于肿瘤、移植等的临床治疗。的临床治疗。单克隆抗体制备（简介单克隆抗体制备（简介） 主要材料主要材料l免疫小鼠脾细胞免疫小鼠脾细胞 ( HGPRT + Ig + )HGPRT (次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核苷转移酶鸟嘌呤磷酸核苷转移酶)可利用次黄嘌呤等通过旁路途径合成可利用次黄嘌呤等通过旁路途径合成DNAl骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞 ( HGPRT - Ig - )lHAT (次黄嘌呤次黄嘌呤-氨基碟呤氨基碟呤-胸腺嘧啶培养液胸腺嘧啶培养液) 在此培养液中，氨基碟呤可阻断在此培养液中，氨基碟呤可阻断DNA合成合成主要途径，主要途径， 因此因此HGPRT - 细胞不能生
23、长细胞不能生长lPEG(聚乙二醇聚乙二醇) 融合细胞融合细胞单克隆抗体应用举例单克隆抗体应用举例单克隆抗体在肿瘤方面的应用单克隆抗体在肿瘤方面的应用l肿瘤诊断肿瘤诊断 抗肿瘤抗肿瘤-McAb检测肿瘤相关抗原检测肿瘤相关抗原l肿瘤定位肿瘤定位 注射注射同位素标记抗肿瘤同位素标记抗肿瘤-McAb 后后, 用用X光片确定肿瘤位置光片确定肿瘤位置l导向疗法导向疗法 抗肿瘤抗肿瘤-McAb -生物毒素生物毒素/化疗药物化疗药物, 精确杀伤肿瘤细胞精确杀伤肿瘤细胞l免疫功能监测免疫功能监测 CDn-McAb 监测患者白细胞数监测患者白细胞数 变化变化(如如CD4+T / CD8+T)l用药监测用药监测 药
24、物药物-McAb测定患者血药浓度测定患者血药浓度l应用：临床检测、抑制器官移植排斥、应用：临床检测、抑制器官移植排斥、治疗自身免疫疾病、生物导弹等治疗自身免疫疾病、生物导弹等三三. 基因工程抗体基因工程抗体基因基因工程工程抗体抗体种类种类人源抗体的生产过程人源抗体的生产过程四四. . 蛋黄抗体蛋黄抗体l存在于蛋黄（存在于蛋黄（Yolk）中，）中，IgY1. 分子结构分子结构 与与IgG相似，相似，1个可变个可变区，区，5个恒定区个恒定区1. 1. 应用优势应用优势纯度高，产量高，采集方便：纯度高，产量高，采集方便：收集免疫母鸡产下的鸡收集免疫母鸡产下的鸡蛋即可，使用少量的抗原免疫禽类既可获得大
25、量的蛋即可，使用少量的抗原免疫禽类既可获得大量的质量均一的特异性质量均一的特异性IgYIgY( (兔血清生成抗体量的兔血清生成抗体量的1818倍）倍）; ;稳定性好：稳定性好：耐酸，巴氏灭菌温度下也不会失活并且在耐酸，巴氏灭菌温度下也不会失活并且在pHpH值小于值小于3 3时仍能保持稳定活性时仍能保持稳定活性 食用安全：食用安全：比从哺乳类动物提取的抗体更加安全卫生。比从哺乳类动物提取的抗体更加安全卫生。特异性高：特异性高：不激活哺乳动物的补体系统，不与类风湿不激活哺乳动物的补体系统，不与类风湿因子或因子或FcFc受体相结合，避免在免疫检测过程中产生受体相结合，避免在免疫检测过程中产生假阴性或
26、价阳性结果假阴性或价阳性结果; ; 抗体的作用抗体的作用 思考题思考题1. 体内主要的抗感染抗体是体内主要的抗感染抗体是( )2. 能激活补体经典途径的能激活补体经典途径的Ig是是( )和和( )3. 能主动通过胎盘的能主动通过胎盘的Ig是是 ( ) 4. 分子量最大分子量最大的的Ig 是是( ) 5. 正常人血清中含量最少的正常人血清中含量最少的Ig是是( ) 6. 在黏膜局部发挥免疫防御作用的在黏膜局部发挥免疫防御作用的Ig是是( )7. 传染病早期诊断的诊断依据是传染病早期诊断的诊断依据是( ) 8. 宫内感染的诊断依据是宫内感染的诊断依据是( ) 9. 标志标志B细胞分化成熟的细胞分化
27、成熟的Ig是是( ) 10. 参与参与 I 型超敏反应的型超敏反应的Ig是是( ) 1.双重性质双重性质 抗体抗体 与抗原表位特异性结合与抗原表位特异性结合 Ig(Ag) 刺激异种个体产生抗刺激异种个体产生抗Ig-抗体抗体2.双重结构双重结构 可变区可变区(V) 氨基酸序列变异度高氨基酸序列变异度高 恒定区恒定区(C) 氨基酸序列变异度低氨基酸序列变异度低抗体的双重性抗体的双重性3. 双重选择双重选择 Fab 特异性选择结合特异性选择结合1个抗原表位个抗原表位 Fc 非非特异性与细胞膜特异性与细胞膜FcR结合结合4. 双重功能双重功能 Fab 抑制相应抗原发挥其生物学效应抑制相应抗原发挥其生物学效应 Fc 激活补体系统激活补体系统 介导免疫细胞发挥各种效应介导免疫细胞发挥各种效应 免疫调节免疫调节
