病原生物学与免疫学-第二十九章课件.ppt

1、第二十九章免疫球蛋白与抗体第二十九章 免疫球蛋白与抗体抗体（antibody，Ab）是B细胞识别抗原后活化、增殖分化为浆细胞，由浆细胞合成和分泌的能与相应抗原发生特异性结合的球蛋白。抗体主要存在于血清中，也见于其他体液及分泌液中，因此将以抗体为主要分子的免疫效应称为体液免疫。第二十九章 免疫球蛋白与抗体免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）泛指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白，分为分泌型和膜型。前者主要存在于血清等体液中，发挥免疫功能；后者存在于B细胞膜上，即B细胞表面的抗原受体（BCR）。免疫球蛋白是化学的概念，而抗体是功能性的定义，抗体均为免疫球蛋白，但并非所有的免疫球蛋

2、白都具有抗体的生物学活性。第一节免疫球蛋白的结构第一节 免疫球蛋白的结构一、免疫球蛋白的基本结构免疫球蛋白的基本结构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，构成一个呈“Y”形的单体分子。第一节 免疫球蛋白的结构一、免疫球蛋白的基本结构.根据免疫球蛋白重链恒定区氨基酸组成上的差异将重链分为、和五种类型，并据此将免疫球蛋白分为IgM、IgD、IgG、IgA和IgE五类。轻链可分为型和型。正常人免疫球蛋白中链 链约为2 1。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的多肽链两端分别称为氨基端（N端）

3、和羧基端（C端）。在重链靠N端的1/4或1/5区域及轻链靠N端的1/2区域，氨基酸的组成和排列变化很大，随抗原不同而变化，称为可变区（variable region，V区），其他区域称为恒定区（constant region，C区）。第一节 免疫球蛋白的结构一、免疫球蛋白的基本结构.V区某些区域的氨基酸组成和排列顺序显示更大的变化，称此区域为超变区（hypervariable region，HVR），此区是抗体和抗原表位互补结合的区域，故又称互补决定区（complementary determining region，CDR）。V区其他部分相对比较保守，称为骨架区，对维持CDR的空间构型起着很

4、重要的作用。第一节 免疫球蛋白的结构二、免疫球蛋白的功能区免疫球蛋白分子的H链和L链可通过折叠并由链内二硫键连接，形成若干个球形功能区，或称为结构域。每个结构域约由110个氨基酸组成，各具有一定的功能，称为免疫球蛋白功能区。L链分为可变区（VL）和恒定区（CL）两个区。第一节 免疫球蛋白的结构二、免疫球蛋白的功能区IgG、IgA和IgD的H链各有VH、CH1、CH2和CH3四个功能区；IgM和IgE的H链各有VH、CH1、CH2、CH3和CH4五个功能区。第一节 免疫球蛋白的结构二、免疫球蛋白的功能区各功能区具有相应的生物学功能：VH和VL是与抗原结合的部位。CH1和CL带有同种异型的遗传标记

5、。CH2是补体结合点，参与补体激活；母体的IgG可借助CH2区通过胎盘主动传递到胎儿体内。CH3具有与细胞表面的Fc受体结合的功能。CH4可与肥大细胞结合，参与型超敏反应。第一节 免疫球蛋白的结构二、免疫球蛋白的功能区铰链区位于CH1和CH2之间，由十几个氨基酸残基组成，富含脯氨酸，具有弹性，易于伸展、弯曲，也易被酶解。当免疫球蛋白与抗原结合时，此区便发生转动，使抗体分子上的两个抗原结合位点更好地与抗原决定簇结合；另外，抗体与抗原结合使免疫球蛋白变构，暴露补体结合位点，为补体活化创造了条件。第一节 免疫球蛋白的结构三、免疫球蛋白的水解片段.免疫球蛋白可被多种蛋白酶水解，产生不同的片段，常用的酶

6、有木瓜蛋白酶和胃蛋白酶。第一节 免疫球蛋白的结构三、免疫球蛋白的水解片段木瓜蛋白酶能够在铰链区二硫键的近N端切断H链，将Ig分子裂解为三个片段。其中，两个片段完全相同，具有单价结合抗原的能力，被称为抗原结合片段（fragment of antigen binding，Fab），它含有一条完整的L链和H链N端的1/2部分，能与一个抗原表位发生特异性结合，为单价。另外一个片段不能结合抗原，是抗体分子与效应分子及细胞相互作用的部位，由于在低温下可结晶，故名可结晶片段（crystallizable fragment，Fc）。第一节 免疫球蛋白的结构三、免疫球蛋白的水解片段胃蛋白酶在铰链区二硫键近C端切

7、断H链，得到一个具有双价抗体活性的F（ab）2段和若干无生物学活性的pFc小片段（见图29-2）。F（ab）2段是由二硫键相连接的两个Fab段，pFc小片段不具有免疫学活性。第二节各类免疫球蛋白的特性与功能第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能一、IgGIgG主要由脾脏和淋巴结中的浆细胞合成和分泌，是血清中的主要抗体成分，占血清免疫球蛋白总量的75%80%。IgG多以单体形式存在，人体IgG有IgG1、IgG2、IgG3和IgG4四个亚型。IgG半衰期约23天，是所有Ig中半衰期最长的。婴儿出生后3个月开始合成IgG，5岁左右达到成人水平。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能一、IgG.IgG是抗感

8、染的主要抗体，大多数抗菌、抗病毒抗体和抗毒素都为IgG类。IgG是五类免疫球蛋白中唯一能够通过胎盘的抗体，在新生儿被动免疫中起着重要的作用。某些自身抗体，如系统性红斑狼疮（SLE）患者的抗核抗体、抗甲状腺球蛋白抗体也属于IgG。IgG还参与、型超敏反应。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能一、IgG.两个或两个以上的IgG分子同时结合于微生物表面时能够活化补体，裂解靶细胞。IgG以其Fc段与吞噬细胞和NK细胞表面的相应受体结合，发挥调理吞噬和ADCC作用。在免疫学检验中，还能利用IgG的FC段与金黄色葡萄球菌表面A蛋白（SPA）结合，进行协同凝集试验。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能二、IgM

9、IgM是分子量最大的免疫球蛋白，又称为巨球蛋白。IgM的产生部位主要在脾脏和淋巴结中，在血清中为五聚体形式，由于不易通过血管壁，故主要分布在血液中，占血清免疫球蛋白总量的10%。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能二、IgM.IgM是个体发育过程中出现最早的Ig，在胚胎发育晚期，胎儿就开始具有产生IgM的能力。IgM不能通过胎盘，若新生儿脐血中出现针对某种病原微生物的IgM，表明胚胎期有相应的病原微生物感染，即宫内感染。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能二、IgMIgMIgM是免疫应答过程中最早出现的抗体分子，在机体的早期免疫防御中占有重要的地位。又由于IgM的半衰期短，仅为5.1天，所以检测个

10、体IgM可用于感染的早期诊断。天然的血型抗体为IgM，所以输入血型不合的血液将引起严重的血管内溶血反应。IgM也参与、型超敏反应。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能二、IgM.IgM是高效能抗体，理论上抗原结合价为10，但与大分子抗原结合时，由于空间位阻的原因，只表现为5价。其激活补体的能力和聚集能力很强，所以在促进溶菌、杀菌及凝集能力方面比IgG大，但中和毒素和抗病毒的能力低于IgG。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能三、IgAIgA分血清型和分泌型两种。血清型IgA主要由肠系膜淋巴组织中的浆细胞产生，多为单体分子，占血清免疫球蛋白总量的10%20%。分泌型IgA（SIgA）是由呼吸道、消化

11、道、泌尿生殖道等处黏膜固有层中的浆细胞产生的，在浆细胞内由J链连接成双聚体后分泌出细胞，当双聚体的IgA通过黏膜上皮细胞向外分泌时，与上皮细胞合成的分泌片结合形成完整的SIgA，分布于黏膜表面。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能三、IgA.SIgA主要存在于唾液、泪液、初乳、胃肠液、尿液、汗液和支气管分泌液中，不易被蛋白酶破坏，通过阻抑微生物和抗原物质黏附、裂解细菌及免疫排除作用，在黏膜局部发挥重要的抗感染和抗过敏作用。若SIgA合成低下或障碍，易发生呼吸道、胃肠道、泌尿道感染及过敏反应。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能三、IgAIgAIgA不能通过胎盘，新生儿可从母亲分泌的初乳中获得SIg

12、A，对防止呼吸道和消化道感染有重要的作用。婴儿出生后46个月开始合成IgA。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能四、IgDIgD在血清中含量很低，仅占免疫球蛋白总量的1%。IgD以单体形式存在，铰链区较长，对蛋白水解酶和高温十分敏感，所以半衰期短，仅为2.8天。血清中IgD的功能尚不清楚。IgD是B细胞成熟的重要标志。未成熟B细胞表达mIgM，成熟B细胞同时表达mIgM和mIgD，当受抗原或其他物质刺激活化后或分化成为记忆B细胞时，mIgM和mIgD逐渐消失。第二节 各类免疫球蛋白的特性与功能五、IgEIgE是正常人血清中含量最少的免疫球蛋白，仅占免疫球蛋白总量的0.002%。在个体发育过程中合

13、成较晚，以单体形式存在。IgE主要由鼻咽部、扁桃体、支气管、胃肠道等黏膜固有层的浆细胞产生，这些部位是变应原进入机体的主要门户，也是许多超敏反应的好发场所。IgE通过CH2、CH3结构域与肥大细胞及嗜碱性粒细胞表达的高亲和力受体结合，引起型超敏反应。IgE还与寄生虫感染免疫密切相关。第三节免疫球蛋白的生物学活性第三节 免疫球蛋白的生物学活性概述免疫球蛋白的生物学活性取决于其不同功能区的特点。与抗原特异性结合主要由可变区完成，与抗原结合后激发的效应功能及其他一些功能则由恒定区完成。第三节 免疫球蛋白的生物学活性一、特异性结合抗原.识别和结合特异性抗原是抗体分子的主要功能，并由此发挥免疫效应。抗体

14、分子可有单体、双体和五聚体。一个抗原结合位点只能与一个抗原决定簇结合。完整的IgG、IgD、IgE及血清型IgA分子为单体，有两个抗原结合点；分泌型IgA为二聚体，有四个抗原结合点；IgM为五聚体，有十个抗原结合点。抗体与抗原结合后，Ig的Fc段发生变构，发挥相应的生物学效应。第三节 免疫球蛋白的生物学活性二、激活补体激活补体当抗体（IgM、IgG1、IgG2和IgG3）与相应抗原特异性结合后，分子构型发生变化，暴露出H链C区上的补体结合位点，从而启动经典途径激活补体系统。凝聚的IgA、IgG4和IgE可通过旁路途径激活补体系统，IgD不能激活补体。第三节 免疫球蛋白的生物学活性三、结合Fc受

15、体n 免疫调理作用：IgM、IgG的Fc段可与巨噬细胞、中性粒细胞的Fc受体结合，这些抗体分子若已经与细菌等颗粒性抗原结合，则可加强吞噬细胞的吞噬作用，此为免疫调理作用。n ADCC：IgM、IgG与靶细胞结合后，其Fc段可与NK细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等效应细胞结合，发挥抗体依赖细胞介导的细胞毒效应（antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity，ADCC）。Ig能通过Fc段与多种细胞（肥大细胞、嗜碱性粒细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、NK细胞等）表面的Fc受体结合，产生不同的免疫效应：第三节 免疫球蛋白的生物学活性三、结合Fc受体n 介导型超敏反应

16、：由于IgE Fc段的结构特异性，和细胞结合的亲和性更强，可在游离条件下与有相应受体的肥大细胞、嗜碱性粒细胞、血小板等的Fc受体结合，故IgE又称为亲细胞抗体。结合了IgE分子的肥大细胞、嗜碱性粒细胞再与相应抗原结合时，可引起型超敏反应。Ig能通过Fc段与多种细胞（肥大细胞、嗜碱性粒细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、NK细胞等）表面的Fc受体结合，产生不同的免疫效应：第三节 免疫球蛋白的生物学活性四、通过胎盘和黏膜 IgG是人类唯一能够从母体通过胎盘转移到胎儿体内的免疫球蛋白。IgG的Fc段和胎盘滋养层细胞膜表面的IgG Fc受体能产生可逆性的结合，进而被分泌进入胎儿体液中，形成自然被动免疫，在胎儿

17、期抗感染免疫中发挥重要的作用。IgA可通过消化道、呼吸道和乳腺等上皮细胞，形成分泌性IgA，分泌至黏膜表面发挥局部免疫作用。第四节人工制备的抗体类型第四节 人工制备的抗体类型一、多克隆抗体天然抗原是由多种抗原分子组成的，每种抗原分子又含有许多抗原决定簇，每一种抗原决定簇可激活相应的B细胞克隆，进而分化、成熟并合成相应的抗体。多克隆抗体（polyclonal antibody，PcAb）是利用纯化的抗原免疫动物后，诱导动物多个B细胞克隆产生针对该抗原多种抗原决定簇的抗体混合物。第四节 人工制备的抗体类型一、多克隆抗体.恢复期患者或免疫接种人群的血清也可获得多克隆抗体，这是人工制备抗体最早采用的方

18、法。这种制备抗体方法的优点是来源广泛、制备容易，免疫作用全面。缺点是特异性差，易出现交叉反应。第四节 人工制备的抗体类型二、单克隆抗体单克隆抗体单克隆抗体（monoclonal antibody，McAb）是由单一B细胞杂交瘤细胞产生的只识别一种抗原决定簇的具有高度特异性的抗体。1975年，Kohler和Milstein采用细胞融合技术将小鼠脾细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞。这种杂交瘤细胞既保存了骨髓瘤细胞无限繁殖的特性，又具有免疫B细胞合成和分泌特异性抗体的能力。第四节 人工制备的抗体类型二、单克隆抗体融合后的细胞经特殊的选择培养基培养，将融合成功的杂交瘤细胞选择出来进行单个培养，

19、再经特异性抗原检测后寻找到针对某种抗原的杂交瘤细胞，可通过体外培养或接种于小鼠内大量增殖，即克隆化，从培养上清液或腹腔积液中可获得单克隆抗体。第四节 人工制备的抗体类型二、单克隆抗体n 单克隆抗体被广泛用作诊断检测试剂，提高了常规免疫学检测技术在疾病诊断和分析研究中的敏感性、特异性、准确性和检测速度。n 可与抗癌药物、毒素、放射性物质偶联，用于肿瘤患者的体内定位诊断和治疗。n 可用于防治器官移植排斥反应等。但是目前绝大多数单克隆抗体是鼠源性的，由于是异种抗原，重复使用鼠源性抗体将促使机体产生抗鼠Ig的抗体，不仅降低临床疗效，还可能引起严重的超敏反应，因而限制了其临床应用。单克隆抗体具有纯度高、

20、特异性强、效价高、可以大量生产等许多优点，已被广泛应用于生物医学各领域：第四节 人工制备的抗体类型三、基因工程抗体基因工程抗体借助DNA重组和蛋白质工程技术，在基因水平上对编码免疫球蛋白分子的基因进行切割、拼接或修饰，构成的新型抗体称为基因工程抗体（genetic engineering antibody）。目前已成功表达的基因工程抗体有人鼠嵌合抗体、重构建抗体、单链抗体等。第四节 人工制备的抗体类型三、基因工程抗体.另外，噬菌体抗体是以重组噬菌体展示系统制备的基因工程抗体。将克隆的人抗体V区基因与噬菌体基因连接使之融合呈现在噬菌体的表面，依此构建成噬菌体抗体库。用不同的抗原对库进行筛选，就可

21、以得到携带特异性抗体的基因，从而能够大量制备完全人源化的特异性抗体。本章小结本章小结抗体是B细胞识别抗原后活化、增殖分化为浆细胞，由浆细胞合成和分泌的能与相应抗原发生特异性结合的球蛋白。免疫球蛋白泛指具有抗体活性或化学结构与抗体相似的球蛋白，分为分泌型和膜型。免疫球蛋白的基本结构是由两条相同的重链和两条相同的轻链通过链间二硫键连接而成。免疫球蛋白分为IgM、IgD、IgG、IgA和IgE。本章小结本章小结IgG是血清中的主要抗体成分，是抗感染的主要抗体，大多数抗菌、抗病毒抗体和抗毒素为IgG类。IgM是分子量最大的免疫球蛋白，是免疫应答过程中最早出现的抗体分子，在机体的早期免疫防御中占有重要的地位。IgA分血清型和分泌型两种。IgD是B细胞成熟的重要标志。IgE是正常人血清中含量最少的免疫球蛋白，可引起型超敏反应，还与寄生虫感染免疫密切相关。本章小结本章小结免疫球蛋白具有以下生物学活性：特异性结合抗原、激活补体、结合Fc段受体、通过胎盘和黏膜。人工制备的抗体有多克隆抗体、单克隆抗体、基因工程抗体。Thanks!