第04章免疫球蛋白.ppt

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1、第二篇 免疫分子及抗原分子,第4章 免疫球蛋白* （Immunoglobulin，Ig）,1.Ig的结构,Background几个概念,2. Ig的异质性,3. Ig的功能,4.各类Ig的特性与功能,5.人工制备抗体,掌握抗体和免疫球蛋白的概念; 掌握免疫球蛋白的结构（基本结构、恒定性、可变区、功能区、酶解片段）及其与功能的关系; 了解免疫球蛋白分子的血清型（Ig的同种型、同种异型及独特型）; 掌握五类免疫球蛋白的特性和功能特点，掌握免疫球蛋白的生物学活性; 了解单克隆抗体（概念、特点、制备及意义）,1.Ig的结构,Background,2. Ig的异质性,3. Ig的功能,4.各类Ig的特性

2、与功能,5.人工制备抗体,Emil von Behring, 1901, antitoxins,Georeges Kohler and Cesar Milstein, 1984, monoclonal antibody,Susumu Tonegama,1987, structure of Ig gene,Gerald Edelman and Rodney Porter, 1972, structure of antibody,Paul Ehrlich , 1908, production of antibody,Nobel Prize winners,+,-,Mobility,Amount o

3、f protein,Tiselius和Kabat,1937,(1)定义: 是指白喉或破伤风毒素免疫动物后可产生具有中和毒素作用的物质。 随后引入抗体来泛指抗毒素类物质。,1.抗毒素 (antitoxin),（2）于血清等体液中,属分泌型,(1)定义:B细胞识别抗原后增殖分化为桨细胞所产生的糖蛋白，主要存在于血清等体液中,可与抗原特异性结合，显示其免疫功能,是执行体液免疫的重要分子。,2.抗体（antibody,Ab),3.免疫球蛋白 （Immunoglobulin，Ig） 是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白。,WHO,IIA(1968,1972),3.Ab与Ig的关系,(1)Ab是I

4、g,(2)Ig不是Ab,如BCR,MHC 膜型(membrane Ig, mIg) 分泌型(secreted Ig, sIg),Ab是抗毒素类物质的生物学功能定义,Ig则是其化学结构定义,抗体（antibody,Ab)是B细胞识别抗原后增殖分化为桨细胞所产生的一种蛋白质，主要存在于血清等体液中，能与相应抗原特异性地结合，具有免疫功能。 免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）是指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白,4.Ab与Ig的分类,返回,1.免疫球蛋白的结构,一、免疫球蛋白的基本结构,(一)重链和轻链(肽链组成),(二)可变区和恒定区,(三)绞链区,(四)结构域(功能区),I

5、gG分子由两条H链和两条L链共价结合而成。 轻链包括VL和CL两个结构域， 重链含有1个VH和3个CH 结构域。VH和VL共同组成抗原结合部位。 Ig分子中线对称，具有两个相同的抗原结合部位。,(一) 肽链:4条,2.轻链(light chain),1.重链（heavy chain）,1.重链和轻链（Heavy & light chains） 1)重链（Heavy chain : H链） 大约500 a.a, 糖基(+) 类别（Class ）: H链：, , , , . (Ig) IgA, IgG, IgM IgD, IgE 2)轻链（light chain:L链） 大约214 a.a,糖基(

6、-) 型别（ type）: ,H链:50-KD,40-AA,L链:25KD,214AA,:1,（二）可变区和恒定区 1.可变区（variable region） 重链：VH 轻链VL 2.恒定区（constant region） 重链：CH 轻链CL,N,1 .V区,N-末端: 1/2L+1/4(1/5)H; 高变区（hypervarible region，HVR) (complimentarity determining region, CDR) : 形成Ag结合位点; 框架区（Framework region，FR): 维持高变区的空间构型。,Structure of the Variab

7、le Region,Hypervariable (HVR) or complimentarity determining regions (CDR),FR1,FR2,FR3,FR4,HVR1,HVR2,HVR3,Variability Index,25,75,50,100,Amino acid residue,150,100,50,0,Framework regions(FR),抗原,B细胞表位,抗体 CDR,表位,图11-9 CDR分布,BCR/TCR/Ig,(三).铰链区（Hinge region）,特点： 1) 极富弹性 2) 富含脯氨酸 功能: 1) 有利于 Ab 与Ag的结合 2)

8、有利于 Ab 与补体的结合,铰链区,papain,(四)免疫球蛋白的功能区,约由110个氨基酸组成，其氨基酸的序列具有相似形或同源性。 二级结构是反向平行的片层,功能区简表,结合FcR (肥大细胞，嗜碱性粒细胞),(IgE)CH2+CH3,C1q的结合位点,(IgM)CH3,结合FcR (MC,M,B,NK),(IgG)CH3,C1q的结合位点,(IgG)CH2,同种异型的遗传标记,CH+CL,一个抗原结合位点,VH+VL,二.Ig的其他成分-J链和分泌片,1.J链（joining chain）: J链是一条多肽链，富含半胱氨酸，由浆细胞合成。 连接单体以使Ig成聚合体。,J,SC,IgA d

9、imer,2.分泌片,(1) 化学本质: 多肽链(70kD),(2)来源：上皮细胞,chain,（3）作用： a.帮助IgA穿越黏膜,b.保护s IgA抵抗蛋白酶的水解作用,三、免疫球蛋白的水解片段,Porter & Edelman(1959),马体内获得的破伤风抗毒素,2.Ig的异质性(heterogeneity),异质性: 是指Ig在特异性及类型方面的差异性.,异质性基础是Ig在结构和组成上的差异-抗原性,（一）类(class),一、免疫球蛋白的类型,（二）亚类(subclass),类,亚类,类,亚类划分范围:一个物种内,Human Immunoglobulin Subclasses,Ig

10、G Subclasses IgG1 - Gamma 1 (1) heavy chains IgG2 - Gamma 2 (2) heavy chains IgG3 - Gamma 3 (3) heavy chains IgG4 - Gamma 4 (4) heavy chains IgA subclasses IgA1 - Alpha 1 (1) heavy chains IgA2 - Alpha 2 (2) heavy chains,(三)型(type),(四)亚型(subtype),型,亚型(CL),型,亚型划分范围:一个物种内,表位丰富,抗原众多,二、免疫球蛋白的多样性 -外源因素,特异

11、性众多,Ig V区变化多,氨基酸组成排列多,三、免疫球蛋白的多样性 -内源因素： 免疫球蛋白的血清型Ig具有抗原性和免疫原性,同种型,同种异型,独特型,兔抗人Ig 血清(Ab),+,人Igs血清(Ag),五类Igs(H),二型Igs(L),指同一种属所有正常个体Ig分子所共有的抗原特异性标志，主要在Ig的C区中。 如，H链-五个大类和亚类 L链分为两型，即和亚型,1、同种型(isotype),同一种属中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（即遗传标志）不同而表现的抗原性差异,2、同种异型（allotype),3、独特型（idiotype),（1）一个体/物种/不

12、同物种中不同B细胞克隆所产生的Ig可变区所具有的抗原特异性标志，由Ig超变区特有的氨基酸序列和构型所决定idiotype determinant,.Ig的功能,V区的功能 C区的功能,1.V区的功能：,(1)功能是识别和特异性的结合抗原，是V区特别是HVR（CDR）的空间构型所决定,Ig单体可结合两个抗原表位，为双价 (2)B细胞膜表面的IgM和IgD是B细胞识别抗原的受体,毒素中和 (Toxin Neutralization),Preventing Bacterial Adherence,阻止细菌粘附,细胞被病毒感染,封闭病毒的 Ab,Virus-blocking Antibodies,封闭

13、病毒的 Ab,B Cell Antigen Receptor (BcR),B Cell,2.C区的功能： (1)激活补体: IgM，IgG1-3 + Ag (2)结合细胞表面的Fc受体 调理作用、ADCC作用 介导型超敏反应 (3)穿过胎盘和黏膜,IgG固定补体示意图,No activation,Activation,Ag,IgG分子结合抗原前后的构象变化,Fab段,Fc段,C1q 结合位点被屏障,结合抗原之前,CH1,CH2,IgM CH3区，IgG CH2区,穿过胎盘,IgG,穿过黏膜,C区: 1、固定补体 2.结合组织细胞 调理作用 介导ADCC 介导I型超敏反应 3.穿越胎盘和黏膜,V

14、区:特异性结合抗原 中和作用（病毒、毒素） 凝集细菌 阻止黏附,7-2 抗体分子的生物学活性,IgG,IgM,IgA,IgE,IgD,第四节五类免疫球蛋白的特点和功能,IgG,1.,结构J结构,IgG 分 子 的 四 种 亚 型,IgG1,IgG4,IgG3,IgG2,g1，g2，g3 和 g4 等IgG链分别参与组成IgG1、IgG2、IgG3和IgG4等分子。 IgG3的铰链区最长，IgG2铰链区较短。 四种亚类的IgG分子在血清中的浓度不同，所发挥的生物学特性亦不相同。,IgG四个亚类的特点,IgG1,IgG2,IgG3,IgG4,血清含量(占IgG的百分比） 70 20 6 4 血清半

15、衰期(天) 23 23 7 23 通过胎盘 + + + + 固定补体 + + + 结合Fc受体 + + +,IgG1、IgG2和IgG3能通过经典途径激活补体 血清含量最高(75%85%),也是丙种球蛋白的主要成分 半衰期较长（1624d） 主要的抗感染抗体(具有抗菌、抗病毒、中和毒素和免疫调理作用) 参与II、III型超敏反应 通过胎盘,IgG的特点,IgM,J 链,IgM 抗 体 结 构,分 泌 型 IgM,膜 型 IgM,sIgM,Iga Igb,Iga Igb,1,Membrane-bound IgM,IgM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IgM水平升高，

16、提示胎儿曾有宫内感染 IgM是抗原刺激后出现最早的抗体，半衰期短，故检测IgM水平可用于传染病的早期诊断。 mIgM是B细胞抗原受体（BCR）的主要成分 也可参与II、III型超敏反应,IgM的特点,IgA dimer,IgA 分 子,分泌型IgA（sIgA）:是体液中的主要免疫球蛋白，参与黏膜免疫的主要Ig。,IgA,1,IgA的特点,参与皮肤粘膜的局部抗感染作用 初乳中含有高浓度的sIgA-母乳喂养 通过替代途径激活补体 参与型超敏反应,IgE 分子的结构,IgE 分 子,*与肥大细胞和嗜碱性粒细胞的IgE受体结合，与过敏反应有关 *参与抗寄生虫免疫反映,IgE,IgE,结构,1,血清中含

17、量最低 可与肥大细胞、嗜碱性粒细胞上的高亲和力Fc受体（FcR）结合，引起型超敏反应 FcR分布于巨噬细胞、B细胞、嗜酸粒细胞,IgE,IgD 分 子,*在膜表面的表达是B 细胞成熟的主要标志； *膜型IgD 作为BCR的组成部分，发挥信号传导作用,IgD是B细胞的重要表面标志 B细胞的分化过程中首先出现mIgM，mIgD的出现标志着B细胞成熟 对防止免疫耐受有一定作用,IgD,表,7-1,人抗体分子的特性,抗体类别,IgG,IgA,IgM,IgD,IgE,重链类别,g,a,m,d,e,重链亚类,g1, g2, g3, g4,a1, a2,轻链类别,k,和,l,k,和,l,k,和,l,k,和,

18、l,k,和,l,分子式,g,2,l,2,或,g,2,k,2,a,2,l,2,或,(a,2,l,2,),5,SCJ,a,2,k,2,或,(a,2,k,2,),5,SCJ,(m,2,l,2,),5,J,或,(m,2,k,2,),5,J,d,2,l,2,或,d,2,k,2,e,2,l,2,或,e,2,k,2,分子量,（,kDa,）,150,160,或,400,900,180,190,固定补体能力,+,0,+,0,0,血清浓度,(mg/100ml),1000,200,120,3,0.05,血清半衰期,(,天,),23,6,5,3,2,穿过胎盘,0,0,0,0,肥大细胞和嗜碱,性细胞脱颗粒,？,0,0,

19、0,+,裂解细菌能力,+,+,+,?,?,抗病毒能力,+,+,+,?,?,一、多克隆抗体： （polyclonal antibody） 多个抗原决定基机体针对多种抗原决定基的特异性抗体混合物,5.人工制备抗体,B,二、单克隆抗体（monoclonal antibody，McAb）,由一个B细胞杂交瘤细胞分泌合成的只针对某一特定的抗原决定基的高纯度抗体,B,单克隆抗体特点,1.纯度高 2.特异性强 3.效价高 4.可大量生产,1.临床检测 2.抑制器官移植排斥 3.治疗自身免疫疾病 4.生物导弹等,单克隆抗体应用,三、基因工程抗体,(一)嵌合抗体（chimeric Ab）,鼠Ig,+,(二)人源化抗体 (huamnized antibody),人Ig,（三）完全人源化抗体,（四）单链抗体(single chain Ab),Ag,(五)双价抗体 (double valence Ab)/ 双特异抗体(dispecific Ab)/ 双功能抗体(difunctional Ab),