免疫球蛋白结构和功能课件.ppt

1、1免疫球蛋白结构和功能免疫球蛋白结构和功能（immunoglobulin，Ig）2345n1890年德国学者年德国学者Behring和日本学者和日本学者Kitasato用白用白喉杆菌外毒素免疫动物，在其血清中发现一种能中喉杆菌外毒素免疫动物，在其血清中发现一种能中和这种外毒素的组分称为抗毒素。这是在血清中发和这种外毒素的组分称为抗毒素。这是在血清中发现的第一种抗体：白喉抗毒素。现的第一种抗体：白喉抗毒素。1891年应用来自年应用来自动物的免疫血清成功地治疗了白喉患者，是第一个动物的免疫血清成功地治疗了白喉患者，是第一个被动免疫治疗的病例，被动免疫治疗的病例，从此挽救了成千上万的白喉从此挽救了成

2、千上万的白喉患儿。患儿。 Behring于于1901年获得了年获得了第一届第一届诺贝尔医诺贝尔医学奖。学奖。61901Von Behring血清治疗血清治疗1908Ehrlich & Metchnikoff抗体生成、吞噬抗体生成、吞噬1972Edelman & Poter抗体分子结构抗体分子结构1977Yalow放射免疫测定放射免疫测定1984Koler,Milstein & Jerne杂交瘤产生单克隆杂交瘤产生单克隆抗体抗体1987TonegawaIg基因结构基因结构789Immune seraNormal sera101112第一节第一节免疫球蛋白的结构免疫球蛋白的结构（Ig struct

3、ure）13一、免疫球蛋白的基本结一、免疫球蛋白的基本结构构（basic structure）1415l 两条重链和两条轻链两条重链和两条轻链l 链间二硫键连接，呈链间二硫键连接，呈“Y Y”型型l 上部为上部为N N端端( (氨基端）氨基端） 下部为下部为C C端端( (羧基端）羧基端）16171819l氨基酸种类、排列顺序差异较大，构成抗体的多样性氨基酸种类、排列顺序差异较大，构成抗体的多样性202122(2324 V区区25l 功能区的二级结构是功能区的二级结构是由由3-5股反向平行的股反向平行的 折折叠股各自形成两个叠股各自形成两个 片层，片层，每个每个 折叠股由折叠股由5-10个氨个

4、氨基酸残基组成，二硫键基酸残基组成，二硫键垂直连接两个垂直连接两个 片层，形片层，形成球形结构，肽链的这成球形结构，肽链的这种折叠方式称为种折叠方式称为Ig折叠。折叠。26lIg可变区的晶体结构显示，可变区的晶体结构显示，两个两个片层片层形成了可变区形成了可变区的的骨架骨架，为可变区提供了结构框架。，为可变区提供了结构框架。l高变区高变区在每个在每个片层的边缘形成了片层的边缘形成了三个环状结构三个环状结构，可，可变区序列的变化主要集中在这些环状部位。变区序列的变化主要集中在这些环状部位。27l有着与有着与Ig功能域同源功能域的其他分子功能域同源功能域的其他分子, 包括包括MHCI和和II类类分

5、子分子, T细胞受体细胞受体, CD2, CD3, CD4, CD8, ICAMs, VCAM和某些和某些Fc受体。受体。28293031 32 33二、免疫球蛋白的其它成二、免疫球蛋白的其它成分分34 J 链链35 36lIgA不能通过胎盘，新生儿血清中无不能通过胎盘，新生儿血清中无IgA抗体。母乳中的分泌型抗体。母乳中的分泌型IgA含量最多，可含量最多，可输送到新生儿的消化管道黏膜中，对新生儿是最为重要的一类抗体。输送到新生儿的消化管道黏膜中，对新生儿是最为重要的一类抗体。 l新生儿出生新生儿出生46个月后，血中可出现个月后，血中可出现IgA，以后逐渐升高，到青少年期达到高峰。，以后逐渐升

6、高，到青少年期达到高峰。37第二节第二节 免疫球蛋白的异质性免疫球蛋白的异质性3839l免疫球蛋白既可与相应的抗原发生特异性结合，其本身免疫球蛋白既可与相应的抗原发生特异性结合，其本身也是抗原，又可激发机体也是抗原，又可激发机体B细胞分泌抗细胞分泌抗Ig的抗体，产生的抗体，产生特异性免疫应答。结构基础是在免疫球蛋白分子中包含特异性免疫应答。结构基础是在免疫球蛋白分子中包含有多种不同的抗原表位，呈现出不同的免疫原性。有多种不同的抗原表位，呈现出不同的免疫原性。l据抗体的抗原决定簇存在部位及在异种同体或自体中产据抗体的抗原决定簇存在部位及在异种同体或自体中产生免疫反应的差别，抗体的抗原性分为生免疫

7、反应的差别，抗体的抗原性分为:4041类（类（class）：）： 在在同一种属的所有个同一种属的所有个体内，体内，Ig重链重链C区区（CH）所含抗原表所含抗原表位不同（即氨基酸位不同（即氨基酸组成、排列、空间组成、排列、空间构型、二硫键数目构型、二硫键数目等），将重链分为等），将重链分为 、 、 、 、 链五种，链五种，与与L链组成完整的分链组成完整的分子子，即，即IgG、IgA、IgM、IgD、IgE。42 亚类（亚类（subclass）：）： 同一类同一类Ig重链的抗原性（氨基酸的组成和序列）重链的抗原性（氨基酸的组成和序列）及二硫键数目和位置不同（铰链区），可将及二硫键数目和位置不同（铰

8、链区），可将Ig分为亚类。分为亚类。IgG有有IgG1 IgG4；IgA有有IgA1和和IgA2。43型（型（type)：在同一种属所有个体内，根据：在同一种属所有个体内，根据Ig轻轻链链C区区(CL)所含抗原表位的不同，分为两种：所含抗原表位的不同，分为两种： 和和 ，与此对应的，与此对应的Ig蛋白分为蛋白分为 和和 两型两型亚型（亚型（subtype）：按：按轻链恒定区（轻链恒定区（C2）个）个别氨基酸的差异又可分为别氨基酸的差异又可分为1,2,3,4四个亚型。四个亚型。44同一种属但不同个体同一种属但不同个体间的间的Ig分子免疫原性的不同，也可刺分子免疫原性的不同，也可刺激同种异体间产生

9、特异性免疫应答。它存在于激同种异体间产生特异性免疫应答。它存在于Ig的的C区区一一个或数个氨基酸的差异个或数个氨基酸的差异 ，可能是编码，可能是编码Ig的结构基因发生点的结构基因发生点突变被稳定地遗传下来，可作为遗传标记。突变被稳定地遗传下来，可作为遗传标记。45同一种属、同一个体来源同一种属、同一个体来源的抗体分子，由于不同的抗体分子，由于不同B细胞细胞克隆产生的克隆产生的Ig V区尤其是区尤其是CDR区的氨基酸组成、排列和区的氨基酸组成、排列和构型的不同，可显示不同的免疫原性，是每个构型的不同，可显示不同的免疫原性，是每个Ig分子所分子所特有的抗原特异性标志，其表位又称特有的抗原特异性标志

10、，其表位又称独特位独特位。抗体分子。抗体分子每个每个Fab片段均存在片段均存在5 6个个独特位。单一个体数量大，独特位。单一个体数量大，108以上。以上。46 )CDR（1）IgG的同种异型以的同种异型以Gm表示，表示，G表示表示链，链，m代表标记代表标记(marker)。（2）IgA同种异型以同种异型以Am表示，表示，2链上的同种异型链上的同种异型2H链已发现有链已发现有A2m1和和A2m2两种。两种。1H链上尚未发现有同种异型存在。链上尚未发现有同种异型存在。4748 第三节第三节 免疫球蛋白的功能免疫球蛋白的功能Function of Ig4950抗原结合于抗体的抗原结合位点的抗原结合于

11、抗体的抗原结合位点的凹处或沟中或展开的表面凹处或沟中或展开的表面（一）（一）Ig V区的功能：区的功能：识别并特异性识别并特异性结合结合抗原；抗原；中和中和病毒或毒素，产生凝集病毒或毒素，产生凝集和沉淀，有利于吞噬和沉淀，有利于吞噬 。51抗原与抗体结抗原与抗体结合的力：合的力：静电引力静电引力（electrostatic forces）氢键氢键:最具特异性最具特异性（hydrogen bond ）范德华引力范德华引力:作用最小作用最小 距离近距离近（van der Waals interactions）疏水作用力疏水作用力:作用最大作用最大 距离近距离近（hydrophobic intera

12、ctions） 52抗体分子上一个抗抗体分子上一个抗原结合点（原结合点（FabFab段）段）与对应的抗原决定与对应的抗原决定簇之间相适应而存簇之间相适应而存在着的引力，是抗在着的引力，是抗原抗体间固有的结原抗体间固有的结合力合力亲和力亲和力( (affinity)抗原抗体的亲和力和亲合力抗原抗体的亲和力和亲合力53抗体结合部位抗体结合部位与抗原表位之与抗原表位之间结合的强度，间结合的强度，整个抗体分子整个抗体分子与抗原物质之与抗原物质之间的结合强度。间的结合强度。 亲合力亲合力( (avidity)抗原抗体亲合力示意图抗原抗体亲合力示意图5455（二）（二）C区的功能区的功能（activati

13、on of complement）（ 56MAC(membrane attack complex )膜攻击复合体膜攻击复合体57582.与细胞表面的与细胞表面的Fc受体结合（受体结合（Combining Fc receptor on cell surface）(1) 生理作用生理作用: 诱导细胞功能诱导细胞功能59(2)抗体依赖细胞介导的细胞毒作用抗体依赖细胞介导的细胞毒作用 (Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC )606162(3)抗体介导的调理吞噬作用（抗体介导的调理吞噬作用（Opsonization） 63lIgE由于其由

14、于其Fc段的结构特点，可在游离情况下与有相应受段的结构特点，可在游离情况下与有相应受体的细胞体的细胞(如嗜碱性粒细胞如嗜碱性粒细胞,肥大细胞肥大细胞)表面的表面的IgE FcR （FcR）结合）结合,又称为亲细胞抗体。正常人血清中又称为亲细胞抗体。正常人血清中IgE其其含量极低，超敏患者明显升高。含量极低，超敏患者明显升高。lIgE诱导的细胞脱颗粒，释放组胺，合成由细胞质来源的诱导的细胞脱颗粒，释放组胺，合成由细胞质来源的介质引起介质引起I型变态反应。型变态反应。64656667过敏性休克过敏性休克呼吸道呼吸道消化道消化道皮肤皮肤Ag与两个或两个以上与两个或两个以上 IgE 分子结合，使分子结

15、合，使IgE 受受体发生交联体发生交联 68l灵长目动物、人类以及家兔的灵长目动物、人类以及家兔的IgG是唯一可通过胎盘从母体转移给是唯一可通过胎盘从母体转移给胎儿的抗体。胎儿的抗体。l与与IgG Fc片段结构有关，切除片段结构有关，切除Fc段后所剩余的段后所剩余的Fab并不能通过胎盘。并不能通过胎盘。lIgG通过胎盘的作用是一种重要的通过胎盘的作用是一种重要的天然被动免疫，对新生儿抗感染天然被动免疫，对新生儿抗感染有重要作用。有重要作用。l穿过粘膜细胞：分泌片与多聚穿过粘膜细胞：分泌片与多聚Ig受受体结合体结合,介导介导IgA二聚体穿过黏膜，二聚体穿过黏膜，发挥局部抗感染作用发挥局部抗感染作

16、用69第四节第四节 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70Ig Gl单体单体l含量最高，机体抗含量最高，机体抗感染的感染的“主力军主力军”l唯一能通过胎盘的唯一能通过胎盘的抗体，在新生儿抗抗体，在新生儿抗感染免疫中起重要感染免疫中起重要作用作用71Ig Ml膜型单体，膜型单体，B细胞细胞表面，表面，BCRl分泌型分泌型5聚体；分聚体；分子量最大子量最大l最早出现，抗感染的最早出现，抗感染的“先头部队先头部队” l如：血型抗体如：血型抗体72Ig Al血清型血清型: 单体单体l分泌型分泌型IgA (SIgA)l结构结构:l功能功能: 存在于粘膜表存在于粘膜表面及分泌液中（如面及

17、分泌液中（如乳汁）乳汁）,参与局部的参与局部的黏膜免疫。黏膜免疫。73Ig El单体单体l血清中含量最少血清中含量最少l与肥大细胞和嗜碱与肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面的性粒细胞表面的FcR结合，参加结合，参加I型型过敏反应过敏反应74Ig Dl血清型血清型IgD，功能不清楚，功能不清楚l膜型膜型IgD (mIgD) 是是B细胞细胞分化成熟的标志。分化成熟的标志。m IgDm IgDm IgMm IgM未成熟未成熟B B细胞细胞成熟成熟B B细胞细胞75 +76第五节第五节 膜型和分泌型膜型和分泌型Igl由编码重链的由编码重链的RNA的交替剪切所致的交替剪切所致l膜表面膜表面Ig（mIg）和分泌性

18、抗体的）和分泌性抗体的H链结构相类似，不同的是链结构相类似，不同的是mIgH的的羧基端多含一段穿膜的疏水性氨基酸残基和胞浆区。因此羧基端多含一段穿膜的疏水性氨基酸残基和胞浆区。因此mIgH链的转链的转录本要比分泌性录本要比分泌性IgH链转录本多链转录本多12个外显子。个外显子。77第六节第六节 人工制备抗体人工制备抗体78l多克隆抗体：第一代抗体多克隆抗体：第一代抗体l单克隆抗体：第二代抗体单克隆抗体：第二代抗体l基因工程抗体：基因工程抗体： 1.嵌合抗体嵌合抗体 2.改型抗体改型抗体 3.小分子抗体小分子抗体 4.完全人源抗体完全人源抗体 5.双特异抗体双特异抗体l重组多克隆抗体：第三代抗体

19、重组多克隆抗体：第三代抗体人工制备的抗体人工制备的抗体7980二二.单克隆抗体（单克隆抗体（monoclonal antibody, mAb）mAb（1）诊断试剂：病原体以及肿瘤的诊断。）诊断试剂：病原体以及肿瘤的诊断。（2）治疗试剂：兽医临床上传染病的治疗；医学临床上抑制器官移植排斥、）治疗试剂：兽医临床上传染病的治疗；医学临床上抑制器官移植排斥、治疗自身免疫疾病、制备生物导弹。治疗自身免疫疾病、制备生物导弹。（3）检测试剂：病原体毒力因子；免疫细胞及其它组织细胞表面分子。）检测试剂：病原体毒力因子；免疫细胞及其它组织细胞表面分子。81821901Von Behring血清治疗血清治疗190

20、8Ehrlich & Metchnikoff抗体生成、吞噬抗体生成、吞噬1972Edelman & Poter抗体分子结构抗体分子结构1977Yalow放射免疫测定放射免疫测定1984Koler,Milstein & Jerne杂交瘤产生单克隆杂交瘤产生单克隆抗体抗体1987TonegawaIg基因结构基因结构83 单克隆和多克隆抗体的主要区别单克隆和多克隆抗体的主要区别84l人人-鼠嵌合抗体鼠嵌合抗体(chimeric antibody) ：鼠：鼠Fab-Fcl改型抗体改型抗体 (reshaped humanized antibody)：鼠：鼠CDR l小分子抗体：小分子抗体：Fab片段片段

21、 Fc片段片段 Fv片段片段l完全人源抗体完全人源抗体l双特异性抗体：异源性双特异性抗体：异源性H2/L2 851. 人人-鼠嵌合抗体鼠嵌合抗体：在基因水平上将鼠源性单克隆抗体可变：在基因水平上将鼠源性单克隆抗体可变区和人抗体恒定区连接起来并在合适的宿主细胞表达区和人抗体恒定区连接起来并在合适的宿主细胞表达2. 改型抗体改型抗体：将鼠单抗的：将鼠单抗的CDR移植到人单抗的骨架区移植到人单抗的骨架区单抗对复杂靶抗原的治疗效果相对逊色，特别是对病原体感染的疾病，至今单抗对复杂靶抗原的治疗效果相对逊色，特别是对病原体感染的疾病，至今只有一个抗只有一个抗RSVRSV（呼吸道合胞体病毒）人源化抗体上市。（呼吸道合胞体病毒）人源化抗体上市。863. 小分子抗体小分子抗体:Fab片段和片段和Fv优点：分子量小，容易穿透组织；优点：分子量小，容易穿透组织；Fab与具有杀伤功能的分子如毒素与具有杀伤功能的分子如毒素相连，形成生物导弹，相连，形成生物导弹，Fab起导向起导向作用，定向结合靶细胞，直接杀死作用，定向结合靶细胞，直接杀死肿瘤。肿瘤。Fv与蛋白融合，改善药物动力与蛋白融合，改善药物动力学，增长半衰期学，增长半衰期874. 完全人源抗体完全人源抗体噬菌体展示技术噬菌体展示技术885. 双特异抗体双特异抗体(bispecific antibody)89The end